Roka za ruke 6 osi DIY (sa koračnim motorima): 9 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Nakon više od godinu dana studija, prototipova i raznih kvarova uspio sam izgraditi željeznog / aluminijskog robota sa 6 stupnjeva slobode kojim upravljaju koračni motori.

Najteži dio bio je dizajn jer sam htio postići tri temeljna cilja:

• Niski troškovi realizacije
• Jednostavna montaža čak i uz malo opreme
• Dobra preciznost pri kretanju

Dizajnirao sam 3D model s Rhinom nekoliko puta do (po mom mišljenju) dobrog kompromisa koji zadovoljava 3 zahtjeva.

Nisam inženjer i prije ovog projekta nisam imao iskustva u robotici pa je osoba iskusnija od mene mogla pronaći nedostatke u dizajnu u onome što sam radila, ali ipak mogu reći da sam zadovoljna konačnim rezultatom koji sam postigla.

Pribor

za više informacija posjetite moj osobni blog

Korak 1: CAD dizajn

Prije dolaska na konačni model dizajnirao sam najmanje 8 različitih prototipova s različitim prijenosnim sustavima, ali niti jedan nije mogao zadovoljiti 3 gore opisana zahtjeva.

Sastavljajući mehanička rješenja svih napravljenih prototipova (a također prihvaćajući i neke kompromise) konačni model je izašao. Nisam brojao sate koje sam proveo ispred CAD -a, ali mogu vas uvjeriti da ih je zaista bilo mnogo.

Jedan aspekt koji treba imati na umu u fazi projektiranja je da se čak i jedan gram dodan na kraj zgloba robota množi na račun otpora okretnog momenta motora u podnožju, pa se stoga dodaje veća težina i više motora mora se izračunati za izdržavanje napora.

Kako bih "pomogao" motorima da izdrže stres primijenio sam plinske klipove od 250N i 150N.

Pomislio sam smanjiti troškove stvaranjem robota s laserski izrezanim željeznim pločama (C40) i aluminijom debljine 2, 3, 5, 10 mm; lasersko rezanje mnogo je jeftinije od 3D glodanja metala.

Nakon projektiranja svake pojedinačne komponente, napravio sam oblike komada u.dxf -u i poslao ih u centar za rezanje. Sve ostale komponente sam sam napravio na tokarilici.

Korak 2: Priprema i montaža

Konačno je vrijeme da zaprljam ruke (to je ono što najbolje radim) …

Faza izgradnje oduzela je mnogo sati rada na pripremi komada, ručnom popunjavanju rupa, spojeva, navoja i okretanju glavčina. Činjenica da sam dizajnirao svaku pojedinu komponentu kako bi mogao raditi sa samo nekoliko radnih alata dovela me do toga da nemam velikih iznenađenja ili mehaničkih problema.

Najvažnije je ne žuriti sa dovršetkom stvari, već biti strpljiv i slijediti svaku liniju projekta, improvizacija u ovoj fazi nikada ne dovodi do dobrih rezultata.

Shvaćanje ležajnih sjedala iznimno je važno jer svaki zglob počiva na njima, pa čak i mali hod od nekoliko posto mogao bi ugroziti uspjeh projekta.

Zatekao sam se kako moram prepravljati igle jer sam s tokarilicom uklonio oko 5 centi manje od rupe za ležaj, a kad sam ga pokušao montirati, igra je bila čudovišno očita.

Alati koje sam koristio za pripremu svih komada su:

• bušilica
• brusilica / dremel
• žrvanj
• ručna datoteka
• tokarilica
• Engleski ključevi

Razumijem da ne može svatko imati tokarilicu kod kuće i u tom će slučaju biti potrebno komade naručiti u specijaliziranom centru.

Dizajnirao sam komade za lasersko rezanje s nešto obilnijim zglobovima kako bih ih mogao usavršiti rukom jer laser, koliko god precizan bio, generira stožasti rez i potrebno ga je uzeti u obzir.

Ručni rad s turpijom svaki spoj koji sam napravio kako bih generirao vrlo precizno povezivanje dijelova.

Čak sam i rupe na ležajevima napravio manje, a zatim ih ručno izradio dremelom i puno (ali stvarno puno) strpljenja.

Sve niti koje sam ručno napravio na bušilici jer se dobiva maksimalna okomitost između instrumenta i komada. Nakon što je pripremio svaki komad, došao je dugo očekivani trenutak istine, skup čitavog robota. Iznenadio sam se kad sam otkrio da se svaki komad točno uklapa u drugi s odgovarajućim tolerancijama.

Robot je sada sastavljen

Prije nego što sam učinio bilo što drugo, radije sam napravio neke testove kretanja kako bih se uvjerio da su motori pravilno projektirani. Ako nađem bilo kakvih problema s motorima, posebice zateznim momentom, bit ću prisiljen ponoviti dobar dio projekta.

Stoga sam nakon što sam ugradio 6 motora, odveo teškog robota u laboratorij na tavanu kako bi ga podvrgao prvim testovima.

Korak 3: Prvi testovi pokreta

Nakon što sam dovršio mehanički dio robota, brzo sam sastavio elektroniku i spojio samo kabele 6 motora. Rezultati ispitivanja bili su vrlo pozitivni, spojevi se dobro kreću i pod unaprijed utvrđenim kutovima otkrio sam nekoliko lako rješivih problema.

Prvi problem tiče se zgloba br. 3 koje su pri najvećem produženju previše preopteretile remen i ponekad uzrokovale gubitak koraka. Rješenje ovog problema dovelo me do različitih argumenata koje ćemo vidjeti u sljedećem koraku.

Drugi problem tiče se zgloba br. 4, rješenje torzije remena nije bilo previše pouzdano i stvaralo je probleme. U međuvremenu su željezni dijelovi robota počeli stvarati male mrlje hrđe pa sam, uz priliku za rješavanje problema, također iskoristio priliku da ga ofarbam.

Korak 4: Slikanje i ponovno sastavljanje

Faza slikanja mi se posebno ne sviđa, ali u ovom slučaju to moram učiniti jer je volim još manje.

Na glačalo sam stavio prvo temeljni premaz koji služi kao podloga za crvenu fluo boju.

Korak 5: Ispravka programske pogreške N.1

Nakon rezultata ispitivanja morao sam unijeti neke izmjene kako bih poboljšao točnost robota. Prva se izmjena odnosi na zglob # 3, posebno kada je u najnepovoljnijem stanju vršio pretjeranu vuču remena, pa je motor uvijek bio pod stres. Rješenje je bilo pomoći primjenom sile suprotne smjeru rotacije.

Cijele sam noći razmišljao o tome što bi moglo biti najbolje rješenje, a da ne moram sve ponoviti. U početku sam razmišljao o primjeni velike torzijske opruge, ali gledajući na internetu nisam našao ništa zadovoljavajuće pa sam se odlučio za plinski klip (kao što sam već dizajnirao za spoj # 2), ali ipak sam morao odlučiti gdje ću ga postaviti jer sam nije imao dovoljno prostora.

Odustajući malo od estetike, odlučio sam da je najbolje mjesto za postavljanje klipa sa strane.

Napravio sam izračune o potrebnoj snazi klipa uzimajući u obzir točku u kojoj je morao djelovati silu, a zatim sam na ebayu naručio klip od 150 N dugačak 340 mm, a zatim sam dizajnirao nove nosače kako bi ga mogli popraviti.

Korak 6: Ispravka grešaka N.2

Druga promjena odnosi se na spoj br. 4 gdje sam u početku planirao prijenos s uvrnutim remenom, ali sam shvatio da su prostori smanjeni i da pojas nije radio onako kako sam se nadao.

Odlučio sam potpuno preurediti cijeli zglob dizajnirajući ramena tako da primim motor u paralelnom smjeru u odnosu na njih. S ovom novom izmjenom remen sada radi ispravno i lakše ga je zategnuti jer sam dizajnirao sustav ključeva za jednostavno zatezanje pojasa.

Korak 7: Elektronika

Elektronika za upravljanje motorom ista je koja se koristi za klasični troosni CNC, s tom razlikom što postoje još 3 upravljačka programa i još tri motora za upravljanje. Aplikacijom se izračunava sva logika upravljanja osama, a elektronika ima jedini zadatak primanja uputa o tome za koliko stupnjeva će se motori morati okretati tako da spoj ne dosegne željeni položaj.

Dijelovi koji čine elektroniku su:

• Arduino Mega
• n. 6 upravljački program DM542T
• n. 4 Relè
• n. 1 24V napajanje
• n. 2 magnetna ventila (za pneumatsku stezaljku)

Na Arduinu sam učitao skicu koja se bavi istovremenim upravljanjem pokretima motora, poput ubrzanja, usporavanja, brzine, koraka i maksimalnih ograničenja, te je programiran za primanje naredbi za izvršavanje putem serijskog (USB -a).

U usporedbi s profesionalnim kontrolerima kretanja koji mogu koštati i do nekoliko tisuća eura, Arduino se na svoj mali način brani previše očito složenih operacija kojima nije u mogućnosti upravljati, na primjer višenavojnim, korisnim, osobito kada morate upravljati s više motora istovremeno.

Korak 8: Razmatranja softvera

Svaki robot ima svoj oblik i različite kutove kretanja, a kinematika je različita za svakog od njih. Trenutno za provođenje testova koristim softver Chrisa Annina (www.anninrobotics.com), ali matematika napisana za njegovog robota ne pristaje savršeno mojoj, zapravo neka područja radnog područja do kojih ne mogu doći njih jer proračuni uglova nisu potpuni.

Annin softver sada je u redu za eksperimentiranje, ali morat ću početi razmišljati o pisanju vlastitog softvera koji se 100% uklapa u fiziku mog robota. Već sam počeo raditi neke testove koristeći Blender i pisati Python dio kontrolera pokreta i čini se da je to dobro rješenje, postoje neki aspekti za razvoj, ali ovu kombinaciju (Blender + Ptyhon) je vrlo jednostavno implementirati, pogotovo je lako planirati i simulirati kretnje bez da imate robota ispred sebe.

Korak 9: Pneumatska stezaljka

Da bih mogao odnijeti predmete robotu, opremio sam ga pneumatskom stezaljkom.

Osobno ne volim kliješta sa servo pogonima, ne daju mi puno povjerenja u brtvu pa sam pomislio da bi pneumatsko kliješte koje posebno prilagođava tlak moglo zadovoljiti sve potrebe.

Kvadratnim aluminijskim profilima izmijenio sam stezaljku za prihvaćanje i malih i velikih predmeta.

Kasnije, kad nađem vremena, prikupit ću sve podatke o projektu kako bih ih mogao preuzeti.

Nadam se da ste uživali u ovom uputstvu.