Moslty 3D- დაბეჭდილი რობოტული მკლავი, რომელიც მიბაძავს თოჯინების კონტროლერს: 11 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:15

მე ვარ მექანიკის ინჟინერიის სტუდენტი ინდოეთიდან და ეს არის ჩემი Undergrad ხარისხის პროექტი.

ეს პროექტი ორიენტირებულია დაბალფასიანი რობოტული ხელის შემუშავებაზე, რომელიც ძირითადად 3D– ით არის დაბეჭდილი და აქვს 5 DOF 2 თითის სახელურით. რობოტული მკლავი კონტროლდება მარიონეტული კონტროლერით, რომელიც არის რობოტული ხელის დესკტოპის მოდელი თავისუფლების იმავე ხარისხით, რომლის სახსრები აღჭურვილია სენსორებით. კონტროლერის ხელით მანიპულირება იწვევს რობოტულ მკლავს, რომ მიბაძოს მოძრაობას სამაგისტრო მონების წესით.. სისტემა იყენებს ESP8266 WiFi მოდულს, როგორც მონაცემთა გადაცემის მედიუმს. ოსტატი მონა ოპერატორის ინტერფეისი უზრუნველყოფს ადვილად სწავლის მეთოდს რობოტული მკლავის მანიპულირებისთვის. Nodemcu (Esp8266) გამოიყენება როგორც მიკროკონტროლერი.

ამ პროექტის მიზანი იყო დაბალი ღირებულების რობოტის განვითარება, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას საგანმანათლებლო მიზნებისთვის. სამწუხაროდ, ასეთი რობოტული ტექნოლოგიის ხელმისაწვდომობა, რომელიც რევოლუციას ახდენს თანამედროვე მსოფლიოში, შემოიფარგლება მხოლოდ გარკვეული დაწესებულებებით. ჩვენ ვცდილობთ შევიმუშაოთ და გავხადოთ ეს პროექტი ღია წყაროდ, რათა ინდივიდებს შეეძლოთ მისი დამოუკიდებლად შექმნა, შეცვლა და შესწავლა. როგორც დაბალი ღირებულება და სრულად ღია წყარო, ამან შეიძლება შთააგონოს თანატოლებს ისწავლონ და შეისწავლონ ეს სფერო.

ჩემი პროექტის პარტნიორები:

• შუბამ ლიქარი
• ნიხილ კორე
• პალაშის მარტოხელა

Განსაკუთრებული მადლობა:

• აკაშ ნარხედე
• რამ ბოკადე
• ანკიტ კორდე

ამ პროექტში მათი დახმარებისთვის.

პასუხისმგებლობის შეზღუდვის განაცხადი: მე არასოდეს ვგეგმავდი ბლოგის დაწერას ან ამ პროექტზე სწავლებას, რის გამოც მე არ მაქვს საკმარისი მონაცემები ამის დასადასტურებლად. ეს ძალისხმევა კეთდება პროექტის დაწყებიდან დიდი ხნის შემდეგ. მე მაინც ძალიან ვცდილობდი რაც შეიძლება მეტი დეტალის მოტანა უფრო გასაგები გახადოს. შეიძლება რაღაც მომენტებში ის არასრული აღმოჩნდეს… იმედია გესმის:) მალე ჩავრთავ youtube ვიდეოს, რომელიც აჩვენებს მის მუშაობას და სხვა სატესტო ნივთებს

ნაბიჯი 1: მაშ, როგორ მუშაობს?

ეს არის ჩემთვის ყველაზე საინტერესო რამ ამ პროექტში.

(მე არ ვამტკიცებ, რომ ეს ეფექტური ან სწორი მეთოდია კომერციული მიზნებისთვის მისი მხოლოდ საგანმანათლებლო მიზნებისთვის)

თქვენ შეიძლება გინახავთ იაფი რობოტები სერვო ძრავით, რომლებიც მხოლოდ დემონტრაციისთვისაა. მეორეს მხრივ არის კოსმოსური სტეპერიანი რობოტები პლანეტარული გადაცემათა კოლოფით და ა.შ. მაგრამ ეს რობოტი არის მათ შორის ბალანსი.

ასე რომ, როგორ განსხვავდება?

მშენებლობა:

იმის ნაცვლად, რომ გამოვიყენო დაბალი სიმძლავრის და მაღალი ღირებულების სტეპერიანი ძრავა, მე გამოვიყენე DC ძრავები, მაგრამ როგორც ვიცით DC ძრავებს არ აქვთ უკუკავშირის კონტროლის სისტემა და არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას უშუალოდ პოზიციის კონტროლისთვის, მე დავფარე ისინი სერვო ძრავებში, პოტენომეტრის დამატებით, როგორც უკუკავშირის/პოზიციის სენსორი.

სამუშაოს სიმარტივისთვის, რაც მე გავაკეთე, დავშალე იაფფასიანი 9 გ სერვისი, გავხსენი მისი სქემა და შევცვალე მისი Dc ძრავა მაღალი ბრუნვის დკ ძრავით და მისი პატარა ქოთნით იმით, რაც მე მქონდა რობოტისთვის. ამით მომეცა საშუალება გამოვიყენო ნაგულისხმევი ბიბლიოთეკა arduino თქვენ არ გჯერათ, რომ გამარტივებული კოდირება ძალიან ბევრია!

12V DC ძრავის მართვისთვის 5V servo ჩიპით გამოვიყენე L298N საავტომობილო დრაივერის მოდული, რომელსაც შეუძლია ერთდროულად 2 ძრავა მართოს. მოდულს აქვს 4 შესასვლელი პინ IN1 to IN4, რომელიც წყვეტს ძრავის ბრუნვის მიმართულებას. სადაც IN1 და IN2 შეესაბამება 1 ძრავას და IN3, IN4– დან მე –2 ძრავამდე. აქედან გამომდინარე, სერვო ჩიპის გამომავალი ტერმინალები (2) (თავდაპირველად მცირე დკ ძრავასთან) დაკავშირებულია L298N მოდულის IN1 და IN2– თან, რომლის გამომუშავებაც დაკავშირებულია 12 ვ DC ძრავასთან.

მუშაობს:

ამ გზით, როდესაც ძრავის ლილვი არ არის სამიზნე პოზიციაზე, პოტენომეტრმა გაუგზავნეთ კუთხის მნიშვნელობა სერვო ჩიპს, რომელიც ბრძანებს L298N მოდულს მართოს Cw ან CCW, თავის მხრივ 12V DC ძრავა ბრუნავს მიკროკონტროლერისგან მიღებული ბრძანების შესაბამისად.

სქემა ნაჩვენებია ფიგურაში (მხოლოდ 1 ძრავისთვის)

ჩვენს საქმეში ბრძანება (ერთობლივი კუთხის ღირებულებები) იგზავნება თოჯინების კონტროლერის საშუალებით, რომელიც 10 -ჯერ არის გადაწერილი მოქმედი რობოტის ასლზე და გააჩნია პოტენციომიმეტრი, რომელიც დაკავშირებულია თითოეულ ჯეინჯზე. რობოტი შეუერთდით რომელ თითოეულ მოტორს სცადეთ ოკუპაცია

თითოეულ სახსარში პოტენომეტრი არის მიერთებული ერთობლივ შახტზე სარტყელის მექანიკური მექანიზმის საშუალებით. როდესაც სახსარი ბრუნავს, პოტენომეტრი ბრუნავს შესაბამისად და იძლევა უკუკავშირს ერთობლივი კუთხის ამჟამინდელი მდგომარეობის შესახებ (ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ სურათებში)

ნაბიჯი 2: გამოყენებული კომპონენტები:

როგორც ვთქვი, მე კვლავ ვმუშაობ და დღითიდღე ვუმჯობესებ მას, ამიტომ ეს კომპონენტები შეიძლება განსხვავდებოდეს მომავლის განახლებებში.

ჩემი მიზანი იყო რაც შეიძლება ეკონომიური გამხდარიყო, ამიტომ ვიყენებდი ძალიან შერჩევით კომპონენტებს. ეს არის ძირითადი კომპონენტების სია, რომლებიც გამოიყენება Arm– მდე თარიღამდე (მომავალში განვაგრძობ განახლებას)

1. Esp8266 (2x)
2. DC ძრავები (სხვადასხვა სპეციფიკაციის ბრუნვის სიჩქარე და სიჩქარე, 5x)
3. L298N საავტომობილო დრაივერის მოდული (2x)
4. პოტენომეტრი (8x)
5. ალუმინის არხი (30x30, 1 მეტრი)
6. სხვადასხვა აპარატურა

ნაბიჯი 3: გათვლები და ხელის დიზაინი

მკლავის დიზაინისთვის ვიყენებდი catia v5 პროგრამულ უზრუნველყოფას. დიზაინის პროცესის დაწყებამდე პირველი იყო გამოთვლა ბმულის სიგრძისა და ბრუნვისა, რომელიც თითოეულმა სახსარმა უნდა შეინარჩუნოს.

პირველად დავიწყე რამდენიმე ვარაუდით, რომელიც მოიცავს:

1. რობოტის მაქსიმალური დატვირთვა იქნება 500 გრ (1.1 ფუნტი)
2. რობოტის საერთო დიაპაზონი იქნება 500 მმ
3. რობოტის წონა არ აღემატება 3 კგ.

ბმულის სიგრძის გამოთვლები

ამის გაგრძელებით გამოვთვალე ბმულის სიგრძე კვლევის ნაშრომზე "Robotic Arm Design by I. M. H. van Haaren"

ი.მ.ჰ. ვან ჰაარენმა ბრწყინვალე მაგალითი მისცა, თუ როგორ განსაზღვრა ბმულის სიგრძე ბიოლოგიური მითითების გამოყენებით, რომელშიც სხეულის ძირითადი სეგმენტების სიგრძე გამოითვლება მთლიანი სიმაღლის ნაწილად. ნაჩვენებია ნახ.

გამოთვლების შემდეგ ბმულის სიგრძე გამოჩნდა

L1 = 274 მმ

L2 = 215 მმ

L3 = 160 მმ

სახელურის სიგრძე = 150 მმ

ბრუნვის გამოთვლები:

ბრუნვის გამოთვლისას მე გამოვიყენე ბრუნვის ძირითადი ცნებები და ინჟინერიაში გამოყენებული მომენტები.

დინამიური გამოთვლების გარეშე მე დავეყრდენი მხოლოდ ბრუნვის სტატიკურ გამოთვლებს გარკვეული უკუჩვენებების გამო.

არსებობს 2 ძირითადი მოთამაშე, რომელიც ბრუნავს როგორც T = FxR, ანუ ჩვენს შემთხვევაში დატვირთვა (მასა) და ბმულის სიგრძე. ვინაიდან ბმულის სიგრძე უკვე განსაზღვრულია, შემდეგი არის კომპონენტების წონის გასარკვევად. ამ ეტაპზე არ ვიყავი დარწმუნებული როგორ ვიპოვო თითოეული კომპონენტის წონა მისი რეალურად გაზომვის გარეშე.

ასე რომ, მე გავაკეთე ეს გათვლები გამეორებით.

1. მე ვივარაუდე ალუმინის არხი, როგორც ერთგვაროვანი მასალის მთელ სიგრძეზე და გავანაწილე წონა 1 მეტრიანი წიწაკის მთლიანი სიგრძით, რომლის გამოყენებასაც ვაპირებდი.
2. რაც შეეხება სახსრებს, მე ვიღებ გარკვეულ მნიშვნელობებს თითოეული სახსრისთვის (ძრავის წონა + 3D დაბეჭდილი ნაწილის წონა + სხვა) რობოტის მთლიანი წონის ვარაუდის საფუძველზე.
3. წინა 2 საფეხურმა მომცა პირველი გამეორების ერთობლივი ბრუნვის მნიშვნელობები. ამ ღირებულებებისათვის აღმოვაჩინე შესაფერისი ძრავები ინტერნეტში სხვა სპეციფიკაციებთან და წონაებთან ერთად.
4. მე –2 გამეორებისას გამოვიყენე ძრავების ორიგინალური წონა (რაც მე –3 საფეხურზე აღმოვაჩინე) და კვლავ გამოვთვალე სტატიკური ბრუნვები თითოეული სახსრისთვის.
5. თუ მე –4 საფეხურის ბრუნვის საბოლოო მნიშვნელობები შესაფერისი იყო მე –3 საფეხურზე შერჩეული ძრავებისთვის, მე დავამთავრე, რომ ძრავა სხვაგვარად გაიმეორებდა საფეხურებს მე –3 და მე –4, სანამ ფორმულირებული მნიშვნელობები არ დააკმაყოფილებდა ძრავის რეალურ მახასიათებლებს.

მკლავის დიზაინი:

ეს იყო ამ პროექტის ყველაზე დამამცირებელი ამოცანა და თითქმის ერთი თვე დასჭირდა მის შემუშავებას. სხვათა შორის, მე დავამატე CAD მოდელის ფოტოები. მე დავტოვებ ბმულს ამ CAD ფაილების გადმოსაწერად სადმე აქ:

ნაბიჯი 4: ნაწილების 3D ბეჭდვა

ყველა ნაწილი არის სახსრები 3D დაბეჭდილი 99 $ პრინტერზე 100x100x100 მმ ბეჭდვის ზონით (დიახ, ეს მართალია !!)

პრინტერი: Easy threed X1

მე შევიტანე ძირითადი ნაწილების ფოტოები ნაჭრისგან და დავუკავშირებ ყველა ნაწილს CAD ფაილს catfile ასევე stl, ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ გადმოწეროთ და შეცვალოთ როგორც გინდათ.

ნაბიჯი 5: მხრის ერთობლივი შეკრება (ერთობლივი J1 & J2)

ბაზის ბალიში იბეჭდებოდა სხვა პრინტერზე, რადგან ის იყო 160 მმ დიამეტრის. მე შევიმუშავე ბუშტის სახსარი ისე, რომ მისი მართვა შესაძლებელი იყოს (ბრუნვა z- ღერძზე) ქამრის ამწევი ან გადაცემათა კოლოფის მექანიზმით, რომელსაც ხედავთ სურათებში ზემოთ. ქვედა ნაწილი არის სადაც საკისრები ჯდება, რომელიც შემდეგ დამონტაჟებულია ცენტრალურ ლილვზე, პლატფორმაზე, რომელიც მზადდება მკლავის გადასატანად (ავზი, უფრო მეტად მომავალში).

უფრო დიდი გადაცემათა კოლოფი (სურათზე ყვითელი) დამონტაჟებულია ალუმინის არხზე თხილის ჭანჭიკით, რომლის მეშვეობითაც 8 მმ ფოლადის შახტი იჭრება, რომლის შესახებაც 2 მოძრაობს. 1 -ლი სახსრის გადაცემათა თანაფარდობაა 4: 1 და მე -2 სახსრის არის 3.4: 1

ნაბიჯი 6: იდაყვი და სახსარი (ერთობლივი J3)

(ზოგიერთი სურათი შემდგომში აშენებულია, რადგან მე არ მაქვს სრული პროცესის სურათები)

იდაყვის სახსარი არის მხრის სახსრის შემდეგ. ეს არის 2 ცალი სახსარი, ერთი დაკავშირებულია ერთმანეთთან და მეორე ბმულზე 2.

ნაჭერს 1 აქვს Dc ძრავა მამოძრავებელი პინიონით და ნაჭერს 2 აქვს უფრო დიდი გადაცემათა კოლოფი და წყვილი საყრდენი ლილვის მხარდასაჭერად. გადაცემათა კოეფიციენტი იგივეა, რაც J2 ანუ 3.4: 1, მაგრამ ძრავა არის 12.5 KG-CM 60 RPM.

Joint J3– ს აქვს 160 გრადუსიანი მოძრაობა.

ნაბიჯი 7: მაჯის სახსარი (ერთობლივი J4 & J5)

(ზოგიერთი სურათი შემდგომში აშენებულია, რადგან მე არ მაქვს სრული პროცესის სურათები)

მას შემდეგ, რაც იდაყვის ერთობლივი არის მაჯის ერთობლივი. ეს კვლავ შედგება 2 ნაწილისაგან ერთი წინა ბმულზე (მაგ. ბმული 2) და ერთი J5 მოტოტისგან, რომელიც ბრუნავს მაჯის შეკრებას. გადაცემათა თანაფარდობაა 1.5: 1 და DC ძრავა გამოიყენება 10 RPM 8 KG -ᲡᲛ.

ამ ერთობლივ J4– ს აქვს ბრუნვის 90 გრადუსიანი დიაპაზონი, ხოლო J5– ს აქვს 360 გრადუსი.

ნაბიჯი 8: გრიპერი

ეს იყო ერთ -ერთი უმძიმესი ამოცანა დიზაინისთვის. იგი შემუშავებულია ისე, რომ მას შეუძლია შეარჩიოს ობიექტების უმეტესობა, ისევე როგორც ჩვენს გარშემო არსებული ნივთების უმეტესობის დაკავება, როგორიცაა კარის ჩამკეტები, სახელურები, ბარები და ა.

როგორც სურათზეა ნაჩვენები, ხვეული მექანიზმი მიმაგრებულია ძრავაზე საათის ისრის მიმართულებით ან საათის ისრის მიმართულებით, რომლებიც თითებს უკავშირდება მათ გასახსნელად და გასახსნელად.

გრიპერის ყველა ნაწილი ნაჩვენებია თანდართულ სურათზე.

ნაბიჯი 9: თოჯინების კონტროლერის დამზადება Robotic Arm- ისთვის

თოჯინების კონტროლერი არის ფაქტობრივი რობოტული მხრის ზუსტი 10 -ჯერ შემცირებული ვერსია. მას აქვს 4 პოტენომეტრი, რომელიც დამონტაჟებულია 4 სახსრებზე, კერძოდ J1, J2, J3, J4 და Joint J5 იმუშავებს ღილაკზე უწყვეტი ბრუნვისათვის (გრიპის როტაცია ნებისმიერი ოპერაცია)

პოტენომეტრები იგრძნობენ სახსრების ბრუნვის კუთხეს და აგზავნიან ამ მნიშვნელობას 1-1023-ს შორის ნოდემკუზე, რომელიც გადაკეთებულია 1-360-ზე და იგზავნება სხვა ნოდემკუზე wifi- ით. როგორც ESP8266- ს აქვს მხოლოდ ერთი ანალოგური შეყვანა მე გამოვიყენე 4051 მულტიპლექსერი.

გაკვეთილი 4051 მულტიპლექსერის გამოყენებისათვის esp8266– ით-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

სქემატური დიაგრამა:

დავამატებ სქემატურ დიაგრამას მისი დასრულებისთანავე (თუ ვინმეს სჭირდება სასწრაფოდ დამიკავშირდით მანამდე)

კოდი: (ასევე აქ)

drive.google.com/open?id=1fEa7Y0ELsfJY1lHt6JnEj-qa5kQKArVa

ნაბიჯი 10: ელექტრონიკა

მე ვამაგრებ მიმდინარე სამუშაოს სურათებს. სრული ელექტრონიკა და სქემატური დიაგრამა ჯერ არ დასრულებულა. მე მალე გამოვაქვეყნებ განახლებებს, სანამ არ იქნება დაკავშირებული:)

(შენიშვნა: ეს პროექტი ჯერ არ დასრულებულა. მე მომავალში ვაგრძელებ განახლებებს)

ნაბიჯი 11: კოდები და სქემატური ერთ ადგილას

მე დავასრულებ რობოტის სქემებს და საბოლოო კოდს, როგორც კი დავასრულებ!