Moslty 3D ispisana robotska ruka koja oponaša lutkarski kontroler: 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Student sam strojarstva iz Indije i ovo je moj diplomski projekt.

Ovaj je projekt usmjeren na razvoj jeftine robotske ruke koja je uglavnom 3D ispisana i ima 5 DOF -ova s hvataljkom s 2 prsta. Robotskom rukom upravlja se lutkarskim kontrolerom koji je stolni model robotske ruke s istim stupnjem slobode čiji su zglobovi opremljeni senzorima. Ručnim upravljanjem kontrolerom robotska ruka oponaša kretanje na način master-slave. Sustav koristi ESP8266 WiFi modul kao medij za prijenos podataka. Sučelje operater master-slave pruža metodu laku za učenje za manipulaciju robotskom rukom. Nodemcu (Esp8266) koristi se kao mikrokontroler.

Cilj ovog projekta bio je razvoj jeftinog robota koji se može koristiti u obrazovne svrhe. Nažalost, dostupnost takve robotske tehnologije koja revolucionira suvremeni svijet ograničena je samo na određene institucije. Naš cilj je razviti i učiniti ovaj projekt otvorenim kodom tako da ga pojedinci mogu sami izraditi, izmijeniti i istražiti. Budući da je jeftin i potpuno otvorenog koda, ovo može potaknuti kolege studente na učenje i istraživanje ovog područja.

Moji partneri na projektu:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Posebna zahvala:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

za njihovu pomoć u ovom projektu.

Odricanje od odgovornosti: Nikada nisam planirao napisati blog ili uputstva o ovom projektu zbog čega trenutno nemam dovoljno podataka za dokumentiranje. Ovaj napor je uložen dugo nakon početka projekta. Ipak sam se jako trudio donijeti što više detalja kako bi bilo razumljivije. možda će vam se u nekim trenucima činiti nekompliciranim … nadam se da razumijete:) uskoro ću uključiti video na YouTubeu koji prikazuje njegove radne i druge testne stvari

Korak 1: Dakle, kako to funkcionira?

Ovo mi je najuzbudljivije u vezi ovog projekta.

(Ne tvrdim da je ovo učinkovit ili Prava metoda korištenja u komercijalne svrhe Samo u obrazovne svrhe)

možda ste vidjeli jeftine robote sa servo motorima koji su samo za demontažu. S druge strane postoje roboti sa koračnim motorom sa planetarnim mjenjačem itd. Ali ovaj robot predstavlja ravnotežu među njima.

pa kako se razlikuje?

Konstrukcija:

Umjesto da koristim manju snagu i skupe koračne motore, koristio sam istosmjerne motore, ali kao što znamo, istosmjerni motori nemaju sustav upravljanja povratnom spregom i ne mogu se koristiti izravno za kontrolu položaja, pokrio sam ih sa servo motorima dodavanjem potenciometra kao senzora povratne veze/položaja.

Zbog pojednostavljenja posla, ono što sam učinio je, rasklopio sam jeftine servomotore od 9 g, izvadio sam strujno kolo i zamijenio njegov istosmjerni motor s istosmjernim motorom velikog zakretnog momenta, a njegov mali lonac s onim što sam imao za robota. To mi je omogućilo korištenje zadane knjižnice u arduino ne možeš vjerovati da pojednostavljeno kodiranje puno!

Za pogon 12V istosmjernog motora sa 5V servo čipom koristio sam L298N pogonski modul motora koji može pokretati 2 motora istovremeno. Modul ima 4 ulazna pina IN1 do IN4 koji odlučuju o smjeru rotacije motora. Gdje IN1 i IN2 odgovaraju 1. motoru i IN3, IN4 do 2. motora. Stoga su izlazni priključci (2) servo čipa (izvorno na mali istosmjerni motor) spojeni na IN1 i IN2 izlaza modula L298N od kojih je spojen na 12V istosmjerni motor.

Rad:

Na ovaj način, kada vratilo motora nije na ciljnom položaju, potenciometar šalje vrijednost kuta servo čipu koji zapovijeda modulu L298N da pokreće Cw ili CCW zauzvrat 12V DC motor se okreće prema naredbi primljenoj od mikrokontrolera.

Shema je prikazana na slici (samo za 1 motor)

U NAŠEM SLUČAJU (ZDRUŽENE KUTNE VRIJEDNOSTI) ŠALJE SE KROZ LUTKARSKI UPRAVLJAČ KOJI JE 10 PUTA UMJEREN KOPIJOM AKTUALNOG ROBOTA I POVEZAO SE PO JEDNOM WOTIFU ESP8 ROBOTSKI ZGLOB NA KOJI SE SVAKI SPOJENI MOTOR POKUŠAVA ZAPOSLITI

Na svakom zglobu potenciometar je spojen na osovinu zgloba putem remenice. Mehanizam kondenzacije. Kad se zglob okreće, potenciometar se okreće usklađeno i daje povratnu informaciju o trenutnom položaju kuta spoja (prikazano na slikama gore)

Korak 2: Korištene komponente:

Kao što sam rekao, još uvijek radim i poboljšavam ga iz dana u dan, te se komponente mogu razlikovati u nekim budućim ažuriranjima.

moj cilj je bio učiniti ga što ekonomičnijim pa sam koristio vrlo selektivne komponente. Ovo je popis glavnih komponenti koje su se koristile do datuma Arm (nastavit ću ga ažurirati u budućnosti)

1. Esp8266 (2x)
2. DC motori (različitih specifikacija Okretni moment i brzine, 5x)
3. L298N Pogonski modul motora (2x)
4. Potenciometar (8x)
5. Aluminijski kanal (30x30, 1 metar)
6. Razni hardver

Korak 3: Proračuni i dizajn rukava

Za projektiranje ruke koristio sam softver catia v5. Prije početka procesa projektiranja prva stvar je bila izračunati duljine karika i zakretni moment koji svaki zglob mora izdržati.

prvo sam krenuo s nekim pretpostavkama koje uključuju:

1. Maksimalna nosivost robota bit će 500 gm (1,1 lb)
2. ukupni doseg robota bit će 500 mm
3. Težina robota neće prelaziti 3 kg.

Izračun duljine veze

nastavljajući s ovim, izračunao sam duljinu veze s obzirom na istraživački rad "Dizajn robotske ruke od I. M. H. van Haarena"

I. M. H. van Haaren dao je izvrstan primjer kako je odredio duljine karika koristeći biološku referencu u kojoj su duljine glavnih segmenata tijela izražene kao dio ukupne visine. Prikazano je na sl.

nakon izračunavanja pokazale su se duljine veza

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Duljina hvataljke = 150 mm

Izračuni okretnog momenta:

Za izračunavanje zakretnog momenta koristio sam osnovne koncepte zakretnog momenta i momenata primijenjenih u inženjeringu.

ne ulazeći u dinamičke izračune, oslanjao sam se samo na proračune statičkog zakretnog momenta zbog nekih kontraindikacija.

postoje 2 glavna igrača s zakretnim momentom kao T = FxR, tj. u našem slučaju opterećenje (masa) i duljina karike. Kako su duljine veza već određene, sljedeće je saznati težinu komponenti. U ovoj fazi nisam bio siguran kako mogu pronaći težine svake komponente, a da je zapravo ne mjerite.

pa sam ove izračune radio u iteracijama.

1. Pretpostavio sam da je aluminijski kanal kao jednoličan materijal po cijeloj dužini i podijelio težinu od ukupno 1 metar peice s duljinom peicesa koje ću koristiti.
2. Što se tiče spojeva, pretpostavio sam određene vrijednosti za svaki spoj (težina motora + težina 3D tiskanog dijela + ostalo) na temelju pretpostavke o ukupnoj težini robota.
3. prethodna 2 koraka dala su mi prve iteracijske vrijednosti zajedničkog zakretnog momenta. Za te vrijednosti pronašao sam prikladne motore na internetu zajedno s drugim specifikacijama i težinama.
4. U drugoj iteraciji koristio sam izvorne težine motora (što sam saznao u 3. koraku) i ponovno izračunao statičke momente za svaki spoj.
5. Ako su konačne vrijednosti zakretnog momenta u koraku 4 prikladne za motore odabrane u koraku 3 i dovršio sam taj motor, u suprotnom ponavljajte korake 3 i 4 dok formulirane vrijednosti ne zadovolje stvarne specifikacije motora.

Dizajn ruke:

Ovo je bio najspremniji zadatak u cijelom ovom projektu i skoro mi je trebalo mjesec dana za izradu. Usput, priložio sam fotografije CAD modela. Ostavit ću vezu za preuzimanje ovih CAD datoteka negdje ovdje:

Korak 4: 3D ispis dijelova

Svi dijelovi koji se spajaju su 3D ispisani na pisaču od 99 USD sa površinom ispisa 100x100x100 mm (da, to je istina !!)

pisač: Easy threed X1

Uključio sam fotografije glavnih dijelova iz slicer -a i povezat ću se na CAD datoteku svih dijelova, kao i na stl, tako da ih možete preuzimati i uređivati kako želite.

Korak 5: Zglob ramena (zglobovi J1 i J2)

Osnovna remenica ispisana je na drugom pisaču promjera 160 mm. Dizajnirao sam spoj boulder -a tako da se može voziti (rotacija oko z -osi) bilo remenom ili zupčanikom, što možete vidjeti na priloženim slikama donji dio je mjesto gdje se uklapaju ležajevi koji se zatim montiraju na središnju osovinu na platformu napravljenu za pomicanje ruke (spremnik, više toga u budućnosti).

veći zupčanik (žuta na slici) montiran je na aluminijski kanal s vijcima s maticama kroz koje prolazi čelična osovina od 8 mm oko koje se pomiče spoj 2. Prijenos na prvom spoju je 4: 1, a na drugom spoju 3,4: 1

Korak 6: Lakat i zglob (zglob J3)

(Neke slike su izgrađene nakon što nemam potpune slike procesa)

Lakatni zglob slijedi jedan iza ramenog zgloba. To je dvodijelni zglob, jedan spojen da poveže jedan, a drugi da poveže 2.

komad 1 ima DC motor s pogonskim zupčanikom, a komad 2 ima veći zupčanik pričvršćen na njega i par ležajeva za podupiranje osovine. Prijenosni omjer je isti kao kod J2, tj. 3,4: 1, ali motor je 12,5 KG-CM 60 o / min.

Zglob J3 ima raspon pokreta od 160 stupnjeva.

Korak 7: Zglob zgloba (zglob J4 i J5)

(Neke slike su izgrađene nakon što nemam potpune slike procesa)

Nakon zgloba lakta nalazi se zglob. Ovaj se opet sastoji od 2 komada, jedan na prethodnoj vezi (tj. Veza 2) i jedan koji se sastoji od J5 motota koji rotira zglobni zupčanik. Omjer zupčanika je 1,5: 1, a DC motor koristi 10 RPM 8 KG -CM.

Ovaj zglob J4 ima raspon rotacije 90 stupnjeva, a J5 360 stupnjeva.

Korak 8: Hvataljka

Ovo je bio jedan od najtežih zadataka za projektiranje. Dizajniran je tako da može odabrati većinu predmeta, kao i da se može uhvatiti u koštac s većinom stvari oko nas, poput kvaki na vratima, ručki, šipki itd.

Kao što je prikazano na slici, spiralni zupčanik pričvršćen na motor pogoni na zupčanike u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od kazaljke na satu koji su povezani s prstima kako bi ih otvorili i zatvorili.

Svi dijelovi hvataljke prikazani su na priloženoj slici.

Korak 9: Izrada lutkarskog kontrolera za robotsku ruku

Lutkarski regulator je točno 10 puta smanjena verzija stvarne robotske ruke. Ima 4 potenciometra montirana na 4 zgloba, naime J1, J2, J3, J4 i zglob J5 će se upravljati pritiskom na gumb za kontinuirano okretanje (Rotacija hvataljke za bilo koju operacija)

potenciometri osjećaju kut rotacije spojeva i šalju ovu vrijednost između 1-1023 u Nodemcu koji se pretvara natrag u 1-360 i šalje na drugi Nodemcu putem WiFi-a. Kako ESP8266 ima samo jedan analogni ulaz, koristio sam multipleksor 4051.

vodič za korištenje multipleksatora 4051 s esp8266-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

shematski dijagram:

Dodati ću shematski dijagram čim ga završim (ako nekome treba hitno neka me kontaktira do tada)

Kôd: (također uključen ovdje)

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

Korak 10: Elektronika

Prilažem slike trenutnog rada. Potpuna elektronika i shematski dijagram još nisu potpuni. Uskoro ću objaviti ažuriranja do tada ostanite povezani:)

(Napomena: Ovaj projekt još nije dovršen. U budućnosti ću pratiti sva ažuriranja)

Korak 11: Kodovi i sheme na jednom mjestu

Dovršit ću sheme robota i konačni kod čim ga završim!