„Moslty“3D spausdinta robotų ranka, kuri imituoja lėlių valdiklį: 11 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Aš esu mechanikos inžinerijos studentas iš Indijos ir tai yra mano bakalauro laipsnio projektas.

Šio projekto tikslas - sukurti nebrangią robotinę ranką, kuri dažniausiai yra atspausdinta 3D ir turi 5 DOF su 2 pirštų griebtuvu. Robotinė ranka valdoma lėlių valdikliu, kuris yra tos pačios laisvės laipsnio roboto rankos stalinis modelis, kurio sąnariuose yra jutikliai. Manipuliuojant valdikliu ranka, robotinė ranka imituoja judėjimą pagrindiniu-vergu būdu. Sistema naudoja ESP8266 WiFi modulį kaip duomenų perdavimo terpę. Pagrindinio-vergo operatoriaus sąsaja suteikia lengvai išmokstamą manipuliavimo robotinėmis rankomis metodą. „Nodemcu“(Esp8266) naudojamas kaip mikrovaldiklis.

Šio projekto tikslas buvo pigių robotų, kurie gali būti naudojami švietimo tikslais, kūrimas. Deja, tokios robotų technologijos, kurios sukuria revoliuciją šiuolaikiniame pasaulyje, prieinamos tik tam tikroms institucijoms. Mes siekiame plėtoti ir padaryti šį projektą atviro kodo, kad asmenys galėtų jį kurti, keisti ir tyrinėti patys. Kadangi tai yra maža kaina ir visiškai atviras šaltinis, tai gali įkvėpti kolegas studentus mokytis ir tyrinėti šią sritį.

Mano projekto draugai:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Ypatingas ačiū:

• Akashas Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

už jų pagalbą šiame projekte.

Atsakomybės atsisakymas: Niekada neplanavau rašyti tinklaraščio ar pamokų apie šį projektą, dėl to dabar neturiu pakankamai duomenų, kad galėčiau jį dokumentuoti. Šios pastangos dedamos ilgai po projekto pradžios. Vis dėlto labai stengiausi pateikti kuo daugiau detalių kad būtų suprantamiau. kai kuriais momentais gali pasirodyti, kad jis neužbaigtas … tikiuosi supratote:) netrukus įterpiu „YouTube“vaizdo įrašą, kuriame bus rodomas jo veikimas ir kiti bandomieji dalykai

1 žingsnis: Taigi, kaip tai veikia?

Man tai įdomiausia šiame projekte.

(Aš nemanau, kad tai veiksminga ar tinkamas būdas jį naudoti komerciniais tikslais. Jis skirtas tik švietimo tikslams)

galbūt matėte pigius robotus su servo varikliais, kurie yra skirti tik demontavimui. Kita vertus, yra jaukių žingsninių variklių robotai su planetine pavarų dėže ir pan. Tačiau šis robotas yra pusiausvyra tarp jų.

taigi, kuo jis skiriasi?

Konstrukcija:

Vietoj mažesnės galios ir brangių žingsninių variklių aš naudojau nuolatinės srovės variklius, tačiau, kaip žinome, nuolatinės srovės varikliai neturi grįžtamojo ryšio valdymo sistemos ir negali būti naudojami tiesiogiai padėties valdymui, aš juos pavertiau į servo variklius, pridedant potenciometrą kaip grįžtamojo ryšio/padėties jutiklį.

Dabar dėl darbo paprastumo tai, ką aš padariau, išardžiau pigias 9 g servo juosteles ir pakeičiau jo nuolatinės srovės variklį aukšto sukimo momento nuolatinės srovės varikliu ir mažą puodą su tuo, ką turėjau robotui. Tai darydamas galėjau naudoti numatytąją biblioteką arduino, tu negali patikėti, kad labai supaprastintas kodavimas!

Važiuodamas 12 V nuolatinės srovės varikliu su 5 V servo mikroschema, naudoju L298N variklio tvarkyklės modulį, kuris vienu metu gali valdyti 2 variklius. Modulis turi 4 įvesties kaiščius nuo IN1 iki IN4, kurie nustato variklio sukimosi kryptį. Jei IN1 ir IN2 atitinka 1 variklį ir IN3, IN4 į antrąjį variklį. Taigi servo lusto (iš pradžių mažo nuolatinės srovės variklio) išvesties gnybtai (2) yra prijungti prie L298N modulio išėjimo IN1 ir IN2, kurių išvestis yra prijungta prie 12 V nuolatinės srovės variklio.

Darbas:

Tokiu būdu, kai variklio velenas nėra tikslinėje padėtyje, potenciometras siunčia kampo vertę į servo lustą, kuris liepia L298N moduliui vairuoti Cw arba CCW savo ruožtu 12 V nuolatinės srovės variklis sukasi pagal komandą, gautą iš mikrovaldiklio.

Schema parodyta paveikslėlyje (tik 1 varikliui)

MŪSŲ KOMANDA (BENDROS KAMPO VERTYBĖS) SIUNČIAMA LĖLIŲ KONTROLIUOTOJU, KURIUI 10 KARTŲ SUMAŽINTA FAKTINIO ROBOTO KOPIJA IR TURI POTENTIOMETRĄ, SUSIJUSĮ KIEKVIENOJE SĄJUNGOJE. ROBOTAS JUNGTIS, KURIUOS BENDRASIS MOTORIUS BANDYTI UŽTIKRINTI

Kiekvienoje jungtyje potenciometras yra sujungtas su jungties velenu per diržo traukimo mechanizmus. Kai jungtis sukasi, potenciometras sukasi atitinkamai ir pateikia grįžtamąjį ryšį apie dabartinę jungties kampo padėtį (parodyta aukščiau esančiose nuotraukose)

2 žingsnis: naudojami komponentai:

Kaip jau sakiau, aš vis dar dirbu ir tobulinu tai kiekvieną dieną, kai kurie ateities atnaujinimai gali skirtis.

mano tikslas buvo padaryti jį kuo ekonomiškesnį, todėl naudojau labai selektyvius komponentus. Tai yra pagrindinių komponentų, naudojamų „Arm til“, sąrašas (aš jį nuolat atnaujinsiu)

1. Esp8266 (2x)
2. Nuolatinės srovės varikliai (įvairios specifikacijos Sukimo momentas ir greitis, 5x)
3. L298N variklio vairuotojo modulis (2x)
4. Potenciometras (8x)
5. Aliuminio kanalas (30x30, 1 metras)
6. Įvairi aparatinė įranga

3 žingsnis: skaičiavimai ir rankos dizainas

Rankos projektavimui naudoju „Catia v5“programinę įrangą. Prieš pradedant projektavimo procesą pirmiausia reikėjo apskaičiuoti jungčių ilgį ir sukimo momentą, kurį turi išlaikyti kiekviena jungtis.

Pirmiausia pradėjau nuo kai kurių prielaidų, įskaitant:

1. Maksimali roboto apkrova bus 500 g (1,1 svaro)
2. bendras roboto pasiekiamumas bus 500 mm
3. Roboto svoris neviršija 3 kg.

Nuorodų ilgio skaičiavimai

Tęsdamas tai, apskaičiavau nuorodos ilgį, remdamasis moksliniu darbu „I. M. H. van Haaren“sukurtas robotų rankos dizainas “

I. M. H. van Haarenas pateikė puikų pavyzdį, kaip jis nustatė jungčių ilgį, naudodamas biologinę nuorodą, kurioje pagrindinių kūno segmentų ilgiai išreiškiami viso aukščio dalimi. Tai parodyta fig.

po skaičiavimų paaiškėjo, kad yra nuorodų ilgiai

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Rankenos ilgis = 150 mm

Sukimo momento skaičiavimai:

Apskaičiuojant sukimo momentą, naudoju pagrindines sukimo momento ir inžinerijoje taikomų momentų sąvokas.

nesileisdamas į dinaminius skaičiavimus, dėl tam tikrų kontraindikacijų rėmiausi tik statinio sukimo momento skaičiavimais.

yra 2 pagrindiniai žaidėjai, kurių sukimo momentas yra T = FxR, ty mūsų atveju apkrova (masė) ir jungties ilgis. Kadangi nuorodų ilgiai jau nustatyti, kitas dalykas yra išsiaiškinti komponentų svorį. Šiame etape aš nesu tikras, kaip rasti kiekvieno komponento svorį, jo faktiškai neišmatavus.

Taigi, šiuos skaičiavimus padariau pakartojimais.

1. Aš maniau, kad aliuminio kanalas yra vienoda medžiaga per visą jo ilgį ir padalijau 1 metro ilgio svorį su ašmenų, kurias ketinau naudoti, svoriu.
2. Kalbant apie sąnarius, aš priėmiau tam tikras kiekvienos jungties vertes (variklio svoris + 3D spausdintos dalies svoris + kita), remiantis viso roboto svorio prielaida.
3. ankstesni 2 žingsniai man suteikė 1 -osios iteracijos jungties sukimo momento vertes. Dėl šių verčių internete radau tinkamus variklius kartu su kitomis specifikacijomis ir svoriais.
4. Antroje iteracijoje naudojau originalius variklių svorius (kuriuos sužinojau trečiame žingsnyje) ir vėl apskaičiavau kiekvienos jungties statinius sukimo momentus.
5. Jei galutinės sukimo momento vertės 4 žingsnyje buvo tinkamos varikliams, atrinktiems 3 žingsnyje i, galiausiai, variklis kitaip kartoja 3 ir 4 veiksmus, kol suformuluotos vertės atitinka faktines variklio specifikacijas.

Rankenos dizainas:

Tai buvo pati kruopščiausia šio projekto užduotis, kuriai sukurti prireikė beveik mėnesio. Beje, pridėjau CAD modelio nuotraukų. Paliksiu nuorodą, kad galėčiau atsisiųsti šiuos CAD failus kažkur čia:

4 žingsnis: dalių spausdinimas 3D formatu

Visos detalės yra sujungtos 3D atspausdintos 99 USD spausdintuvu su 100x100x100 mm spausdinimo sritimi (taip, tai tiesa!)

spausdintuvas: „Easy threed X1“

Aš įtraukiau pagrindinių dalių nuotraukas iš pjaustyklės ir susieju į visas dalių CAD failo katalogą, taip pat stl, kad galėtumėte atsisiųsti ir redaguoti, kaip norite.

5 žingsnis: peties jungties surinkimas (jungtis J1 ir J2)

Pagrindas buvo išspausdintas kitu spausdintuvu, nes jo skersmuo buvo 160 mm. Aš suplanavau pečių jungtį taip, kad ją būtų galima važiuoti (sukimasis apie z ašį) naudojant diržo traukiklį arba krumpliaračio mechanizmą, kurį galite pamatyti pridėtose nuotraukose viršuje. apatinė dalis yra ten, kur tinka guoliai, kurie tada yra sumontuoti ant centrinio veleno ant platformos, kuri yra skirta judinti ranką (bakas, daugiau to ateityje).

Didesnė pavara (geltona paveikslėlyje) yra sumontuota ant aliuminio kanalo su veržlių varžtais, per kuriuos 8 mm plieninis velenas praeina, apie kurį juda 2 jungtis. Pavaros santykis 1 -oje jungtyje yra 4: 1, o antrojo jungties - 3,4: 1

6 žingsnis: alkūnė ir sąnarys (jungtis J3)

(DALIS VAIZDŲ PASKIRTA, KAD NESU GALIU ATLIKTI PROCESO VAIZDŲ)

Alkūnės sąnarys yra vienas po peties sąnario. Tai yra 2 dalių jungtis, viena sujungta, kad sujungtų vieną, o kita - su nuoroda 2.

1 dalis turi nuolatinės srovės variklį su varomuoju krumpliaračiu, o 2 dalis turi didesnę pavarą ir guolį, palaikantį veleną. Pavarų santykis yra toks pat kaip J2, ty 3,4: 1, tačiau variklis yra 12,5 KG-CM 60 aps./min.

J3 jungties judėjimo diapazonas yra 160 laipsnių.

7 žingsnis: riešo sąnarys (jungtis J4 ir J5)

(DALIS VAIZDŲ PASKIRTA, KAD NESU GALIU ATLIKTI PROCESO VAIZDŲ)

Po alkūnės sąnario yra riešo sąnarys. Tai vėl susideda iš 2 dalių, kurių viena yra ankstesnėje nuorodoje (ty 2 nuoroda), o kita - J5 motyvas, sukantis riešo sąranką. Pavarų santykis yra 1,5: 1, o naudojamas nuolatinės srovės variklis yra 10 aps./min. 8 KG -CM.

Ši jungtis J4 sukasi 90 laipsnių kampu, o J5 - 360 laipsnių.

8 žingsnis: griebtuvas

Tai buvo viena iš sunkiausių projektavimo užduočių. Jis buvo suprojektuotas taip, kad galėtų pasiimti daugumą objektų ir sugriebti daugumą aplinkinių daiktų, tokių kaip durų skląsčiai, rankenos, strypai ir kt.

Kaip parodyta paveikslėlyje, sraigtinė pavara, pritvirtinta prie variklio, pavaras jungia pagal krumpliaračius pagal laikrodžio rodyklę arba prieš laikrodžio rodyklę, kurios yra sujungtos su pirštais, kad jas atidarytų ir uždarytų.

Visos griebtuvo dalys parodytos pridedamame paveikslėlyje.

9 žingsnis: Robotų rankos lėlių valdiklio gamyba

Lėlių valdiklis yra tiksli 10 kartų sumažinta faktinės robotų rankos versija. Jame yra 4 potenciometrai, sumontuoti 4 jungtyse, būtent J1, J2, J3, J4 ir jungtis J5 bus valdomi mygtuku, kuris nuolatos sukasi (bet kurio griebtuvo sukimas operacija)

potenciometrai suvokia sąnarių sukimosi kampą ir siunčia šią reikšmę nuo 1 iki 1023 į „Nodemcu“, kuri konvertuojama atgal į 1–360 ir siunčiama į kitą „Nodemcu“per „Wi-Fi“. Kadangi ESP8266 turi tik vieną analoginį įėjimą, aš naudoju 4051 multiplekserį.

4051 multiplekserio su esp8266 naudojimo pamoka-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

schema:

Kai tik baigsiu, pridėsiu scheminę schemą (jei kam to reikia skubiai, susisiekite su manimi iki to laiko)

Kodas: (taip pat čia)

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

10 žingsnis: Elektronika

Pridedu dabartinio darbo nuotraukas. Visa elektronika ir schema dar nebaigta. Netrukus paskelbsiu atnaujinimus, kol būsite prisijungę:)

(Pastaba: šis projektas dar nebaigtas. Ateityje stebėsiu visus atnaujinimus)

11 veiksmas: kodai ir schema vienoje vietoje

Kai baigsiu, pilnai aprašysiu roboto schemas ir galutinį kodą!