„Pasidaryk pats“6 ašių roboto svirtis (su žingsniniais varikliais): 9 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Po daugiau nei metus trukusių studijų, prototipų ir įvairių nesėkmių man pavyko sukurti geležinį / aliuminio robotą su 6 laisvės laipsniais, valdomu žingsninių variklių.

Sunkiausia dalis buvo dizainas, nes norėjau pasiekti 3 pagrindinius tikslus:

• Mažos realizavimo išlaidos
• Lengvas surinkimas net ir naudojant mažai įrangos
• Geras judėjimo tikslumas

Aš kelis kartus kūriau 3D modelį su „Rhino“, kol (mano nuomone) bus geras kompromisas, atitinkantis 3 reikalavimus.

Nesu inžinierius ir prieš šį projektą neturėjau jokios patirties robotikos srityje, todėl labiau patyręs žmogus galėjo rasti dizaino trūkumų, ką padariau, bet vis tiek galiu pasakyti, kad esu patenkinta galutiniu rezultatu, kurį pasiekiau.

Prekės

Norėdami gauti daugiau informacijos, apsilankykite mano asmeniniame tinklaraštyje

1 žingsnis: CAD dizainas

Prieš pateikdamas galutinį modelį, sukūriau bent 8 skirtingus prototipus su skirtingomis perdavimo sistemomis, tačiau nė vienas neatitiko 3 aukščiau aprašytų reikalavimų.

Sujungus visų pagamintų prototipų mechaninius sprendimus (taip pat priimant tam tikrus kompromisus), pasirodė galutinis modelis. Neskaičiavau valandų, praleistų prieš CAD, bet galiu jus patikinti, kad jų buvo tikrai daug.

Vienas aspektas, į kurį reikia atsižvelgti projektavimo etape, yra tas, kad net vienas gramas, pridedamas prie roboto riešo galo, padauginamas dėl variklių sukimo momento pagrindo sąskaita, todėl pridedamas didesnis svoris ir tuo daugiau variklių turi būti apskaičiuotas, kad ištvertų pastangas.

Norėdami „padėti“varikliams atlaikyti įtampą, uždėjau 250 N ir 150 N dujų stūmoklius.

Aš sumaniau sumažinti išlaidas sukurdamas robotą su lazeriu pjaustytomis geležinėmis plokštėmis (C40) ir aliuminiu, kurio storis svyruoja nuo 2, 3, 5, 10 mm; pjovimas lazeriu yra daug pigesnis nei 3D metalo frezavimas.

Sukūręs kiekvieną atskirą komponentą, padariau gabalų formas.dxf ir išsiunčiau į pjovimo centrą. Visus likusius komponentus aš pats gaminu prie tekinimo staklių.

2 žingsnis: Paruošimas ir surinkimas

Pagaliau atėjo laikas susitepti rankas (tai man sekasi geriausiai) …

Statybos etapas atėmė daug valandų darbo ruošiant gabalus, rankiniu būdu užpildant skyles, jungtis, sriegius ir stebulių sukimą. Tai, kad suprojektavau kiekvieną komponentą, kad galėčiau dirbti tik su keliais darbo įrankiais, likau nesulaukęs didelių staigmenų ar mechaninių problemų.

Svarbiausia yra neskubėti užbaigti darbų, bet būti kruopščiai ir sekti kiekvieną projekto eilutę, improvizavimas šiame etape niekada neduoda gerų rezultatų.

Suvokti guolių sėdynes yra labai svarbu, nes kiekviena jungtis remiasi į jas ir net nedidelis kelių procentų žaidimas gali pakenkti projekto sėkmei.

Aš pastebėjau, kad turiu perdaryti smeigtukus, nes su tekinimo staklėmis pašalinau apie 5 centus mažesnę už guolio skylę ir kai bandžiau ją sumontuoti, žaidimas buvo nepaprastai akivaizdus.

Priemonės, kurias naudoju ruošdamas visas dalis, yra šios:

• gręžimo presas
• malūnėlis / dremel
• malimo akmuo
• rankinis failas
• tekinimo staklės
• Angliški raktai

Suprantu, kad ne kiekvienas gali turėti tekinimo staklę namuose ir tokiu atveju reikės užsakyti gaminius specializuotam centrui.

Sukūriau gabalus taip, kad jie būtų supjaustyti lazeriu su šiek tiek gausesnėmis jungtimis, kad galėčiau juos ištobulinti rankomis, nes lazeris, kad ir koks tikslus jis būtų, sukuria kūginį pjūvį ir į tai būtina atsižvelgti.

Dirbdamas su byla rankomis kiekvieną jungtį, kurią padariau, kad būtų sukurtas labai tikslus sujungimas tarp dalių.

Net skylės guolių sėdynėse padariau mažesnes, o po to jas rankiniu būdu perpyliau su dremel ir daug (bet tikrai daug) kantrybės.

Visi siūlai, kuriuos aš padariau rankomis ant gręžimo preso, nes gaunamas maksimalus statmenumas tarp instrumento ir gabalo. Paruošus kiekvieną kūrinį, atėjo ilgai laukta tiesos akimirka, viso roboto surinkimas. Buvau nustebęs, kai pastebėjau, kad kiekvienas gabalas tiksliai tinka kitam su tinkamais nuokrypiais.

Dabar robotas yra surinktas

Prieš darydamas ką nors kitą, norėjau atlikti keletą judesio bandymų, kad įsitikinčiau, ar varikliai buvo tinkamai suprojektuoti, jei pastebėsiu variklių problemų, ypač jų priveržimo sukimo momento, būsiu priverstas pakartoti didelę projekto dalį.

Taigi, sumontavęs 6 variklius, sunkųjį robotą nunešiau į savo palėpės laboratoriją ir pateikiau pirmiesiems bandymams.

3 žingsnis: pirmieji judesio testai

Baigęs mechaninę roboto dalį, aš greitai surinkau elektroniką ir prijungiau tik 6 variklių kabelius. Bandymo rezultatai buvo labai teigiami, jungtys gerai juda ir iš anksto nustatytais kampais atradau keletą lengvai išsprendžiamų problemų.

Pirmoji problema susijusi su jungtimi Nr. 3, kai maksimaliai ištemptas diržas per daug apkrautas ir kartais prarado žingsnius. Šios problemos sprendimas paskatino mane pateikti įvairių argumentų, kuriuos pamatysime kitame žingsnyje.

Antroji problema susijusi su jungtimi Nr. 4, diržo sukimo sprendimas nebuvo per daug patikimas ir sukėlė problemų. Tuo tarpu geležinės roboto dalys pradėjo rūdyti, todėl turėdama galimybę išspręsti problemas aš taip pat pasinaudojau galimybe jį nudažyti.

4 žingsnis: dažymas ir surinkimas

Man ypač nepatinka tapybos etapas, tačiau šiuo atveju aš privalau tai padaryti, nes man tai dar mažiau patinka.

Ant lygintuvo pirmiausia įdėjau gruntą, kuris yra raudonų fluo dažų fonas.

5 veiksmas: klaidos taisymas N.1

Po bandymo rezultatų turėjau atlikti tam tikrus pakeitimus, kad pagerinčiau roboto tikslumą. Pirmasis pakeitimas yra susijęs su jungtimi Nr. 3, ypač kai ji buvo nepalankiausios būklės, sukėlė per didelį diržo sukibimą, todėl variklis visada buvo neveikiamas stresas. Sprendimas buvo padėti taikant jėgą, priešingą sukimosi krypčiai.

Aš ištisas naktis galvojau, kas galėtų būti geriausias sprendimas, nebereikėjus visko daryti iš naujo. Iš pradžių galvojau pritaikyti didelę sukimo spyruoklę, bet ieškodamas internete neradau nieko patenkinančio, todėl pasirinkau dujų stūmoklį (kaip jau buvau suprojektavęs jungčiai Nr. 2), tačiau vis tiek turėjau nuspręsti, kur jį uždėti, nes neturėjo pakankamai vietos.

Atsisakęs šiek tiek estetikos, nusprendžiau, kad geriausia stūmoklio vieta yra šone.

Aš apskaičiavau reikiamą stūmoklio galią, atsižvelgdamas į tašką, kuriame jis turėjo veikti jėgą, ir tada „ebay“užsisakiau 150 N stūmoklio ilgio 340 mm, tada sukūriau naujas atramas, kad galėčiau jį pataisyti.

6 veiksmas: klaidos taisymas N.2

Antrasis pakeitimas susijęs su jungtimi Nr. 4 kur iš pradžių planavau transmisiją su susuktu diržu, bet supratau, kad tarpai buvo sumažinti ir diržas veikė ne taip, kaip tikėjausi.

Aš nusprendžiau visiškai perdaryti visą jungtį, suprojektuodamas pečius taip, kad variklis būtų lygiagretus jų atžvilgiu. Su šia nauja modifikacija dabar diržas veikia tinkamai, taip pat lengviau jį įtempti, nes sukūriau raktų sistemą, leidžiančią lengvai įtempti diržą.

7 žingsnis: Elektronika

Variklio valdymo elektronika yra ta pati, kuri naudojama klasikiniam 3 ašių CNC, tuo tarpu yra dar 3 vairuotojai ir dar 3 varikliai, kuriuos reikia valdyti. Visa ašių valdymo logika apskaičiuojama pagal programą, vienintelė užduotis yra elektronika gauti nurodymus, kiek laipsnių varikliai turės suktis, kad jungtis nepasiektų norimos padėties.

Elektroniką sudaro šios dalys:

• Arduino Mega
• n. 6 vairuotojas DM542T
• n. 4 Relè
• n. 1 24 V maitinimo šaltinis
• n. 2 solenoidiniai vožtuvai (pneumatiniam spaustukui)

„Arduino“įkėliau eskizą, kuriame vienu metu valdomi variklių judesiai, tokie kaip pagreitis, lėtėjimas, greitis, žingsniai ir maksimalios ribos, ir užprogramuotas priimti komandas, kurias reikia vykdyti nuosekliai (USB).

Palyginti su profesionaliais judesio valdikliais, kurie gali kainuoti iki kelių tūkstančių eurų, „Arduino“savaip gina akivaizdžiai per daug sudėtingas operacijas, nesugeba valdyti tokių, kaip, pavyzdžiui, daugialypė gija, ypač kai reikia valdyti kelis variklius vienu metu.

8 veiksmas: programinės įrangos svarstymai

Kiekvienas robotas turi savo formą ir skirtingus judėjimo kampus, o kinematika kiekvienam iš jų yra skirtinga. Šiuo metu bandymams atlikti naudoju Chriso Annino programinę įrangą (www.anninrobotics.com), tačiau jo robotui parašyta matematika netinka man, iš tikrųjų kai kurios darbo srities sritys, kurių aš negaliu pasiekti juos, nes kampų skaičiavimai nėra baigti.

Annino programinė įranga yra tinkama eksperimentuoti, tačiau turėsiu pradėti galvoti apie tai, kaip parašyti savo programinę įrangą, kuri 100% atitiktų mano roboto fiziką. Aš jau pradėjau atlikti kai kuriuos bandymus naudodamas „Blender“ir rašydamas judesio valdiklio „Python“dalį, ir tai atrodo geras sprendimas, yra keletas aspektų, kuriuos reikia plėtoti, tačiau šį derinį („Blender + Ptyhon“) labai lengva įgyvendinti, ypač lengva planuoti ir imituoti judesius neturint priešais roboto.

9 žingsnis: pneumatinis spaustukas

Kad galėčiau nuvežti daiktus į robotą, aš jį aprūpinau pneumatiniu spaustuku.

Asmeniškai aš nemėgstu replių su servo, jie nesuteikia daug pasitikėjimo antspaudu, todėl maniau, kad pneumatinis kaištis, specialiai reguliuojantis slėgį, gali patenkinti visus poreikius.

Naudodama kvadratinius aliuminio profilius, spaustuką modifikavau taip, kad jis imtų tiek mažus, tiek didelius daiktus.

Vėliau, kai rasiu laiko, surinksiu visą informaciją apie projektą, kad galėčiau ją atsisiųsti.

Tikiuosi, kad jums patiko ši pamoka.