Lengan Robotik bercetak 3D Moslty yang Meniru Pengawal Boneka: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Saya adalah pelajar Kejuruteraan mekanikal dari india dan ini adalah projek Ijazah Sarjana Muda saya.

Projek ini difokuskan untuk membangunkan lengan robot kos rendah yang kebanyakannya dicetak 3d dan mempunyai 5 DOF dengan pegangan 2 jari. Lengan robot dikendalikan dengan alat kawalan boneka yang merupakan model desktop lengan robot dengan darjah kebebasan yang sama yang mana sendi dilengkapi dengan sensor. Manipulasi pengawal dengan tangan menyebabkan lengan robot meniru pergerakan dengan cara master-slave. Sistem ini menggunakan modul WiFi ESP8266 sebagai media penghantaran data. Antara muka pengendali master-slave menyediakan kaedah yang mudah dipelajari untuk manipulasi lengan robot. Nodemcu (Esp8266) digunakan sebagai mikrokontroler.

Tujuan projek ini adalah pembangunan robot kos rendah yang dapat digunakan untuk tujuan pendidikan. Malangnya, aksesibilitas teknologi robotik yang merevolusikan dunia moden hanya terhad kepada institusi tertentu sahaja. Kami berhasrat untuk mengembangkan dan menjadikan projek ini sebagai sumber terbuka supaya individu dapat membuat, mengubahsuai & menerokainya sendiri. Sebagai sumber yang rendah dan terbuka sepenuhnya, ini dapat memberi inspirasi kepada rakan pelajar untuk belajar dan meneroka bidang ini.

Rakan projek saya:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Terima kasih khas kepada:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

atas bantuan mereka dalam projek ini.

Penafian: Saya tidak pernah merancang untuk menulis blog atau memberi arahan mengenai projek ini kerana saya tidak mempunyai data yang mencukupi untuk mendokumentasikannya sekarang. Usaha ini dibuat lama selepas memulakan projek. Masih saya berusaha sangat keras untuk membawa seberapa banyak butiran yang mungkin untuk menjadikannya lebih mudah difahami. anda mungkin menganggapnya tidak lengkap pada beberapa ketika … harap anda faham:) saya akan menyertakan video youtube yang menunjukkan perkara-perkara yang berfungsi dan ujian lain tidak lama lagi

Langkah 1: Jadi, Bagaimana Ia Berfungsi?

Ini adalah perkara yang paling menggembirakan bagi saya mengenai projek ini.

(Saya tidak mendakwa ini sebagai kaedah yang cekap atau betul untuk menggunakannya untuk tujuan komersil. Ia hanya untuk tujuan pendidikan)

anda mungkin pernah melihat Robot murah dengan motor servo yang hanya untuk demontrasi. Sebaliknya ada robot motor stepper yang selesa dengan kotak gear planet dll. Tetapi robot ini adalah keseimbangan antara mereka.

jadi, bagaimana ia berbeza?

Pembinaan:

Alih-alih menggunakan motor stepper kuasa rendah dan kos tinggi, saya menggunakan motor Dc tetapi seperti yang kita tahu motor Dc tidak mempunyai sistem kawalan maklum balas dan tidak dapat digunakan secara langsung untuk kawalan kedudukan, saya menutupnya menjadi motor servo dengan menambahkan potensiometer sebagai sensor maklum balas / kedudukan.

Sekarang untuk kesederhanaan kerja yang saya lakukan, saya melepaskan servos 9g yang murah untuk melancarkan litarnya dan menggantikan motor Dcnya dengan motor dc tork tinggi dan periuk kecilnya dengan apa yang saya ada untuk robot. Melakukan ini membolehkan saya menggunakan perpustakaan lalai di arduino anda tidak boleh percaya bahawa pengekodan yang dipermudahkan!

Untuk memandu motor 12V Dc dengan cip servo 5V, saya menggunakan modul pemacu motor L298N yang dapat menggerakkan 2 motor secara serentak. Modul ini mempunyai 4 pin input IN1 hingga IN4 yang menentukan arah putaran motor. Di mana IN1 dan IN2 sepadan dengan motor pertama dan IN3, Motor IN4 hingga ke-2. Oleh itu, terminal output (2) servo chip (asalnya ke motor dc kecil) disambungkan ke IN1 dan IN2 dari modul L298N yang outputnya disambungkan ke motor 12V Dc.

Bekerja:

Dengan cara ini apabila poros motor tidak berada pada posisi sasaran potensiometer menghantar nilai sudut ke cip servo yang memerintahkan modul L298N untuk menggerakkan Cw atau CCW pada gilirannya motor 12V Dc berpusing mengikut arahan yang diterima dari mikrokontroler.

Skema ditunjukkan dalam gambar (hanya untuk 1 motor)

DALAM PERINTAH KES KAMI (BERSAMA NILAI ANGLE) DIHANTAR MELALUI PENGENDALI PUPPET YANG MENGHASILKAN 10 KALI YANG DILAKUKAN DENGAN SALINAN ROBOT SEBENAR DAN TELAH MEMPUNYAI POTENSTIMETER YANG DIHUBUNGKAN DI SETIAP BERGABUNG. MELALUI NODEMCU (SELALU LUAR BIASA) ROBOT BERSAMA KEPADA SETIAP MOTOR BERSAMA MENCUBA KERJA

Pada setiap sendi potensiometer disambungkan ke poros sendi melalui sabuk pully mechansim. Apabila sendi berputar potensiometer berputar mengikut arah dan memberi maklum balas mengenai kedudukan sudut sendi semasa (Ditunjukkan dalam gambar di atas)

Langkah 2: Komponen yang Digunakan:

Seperti yang saya katakan saya masih berusaha dan memperbaikinya dari hari ke hari, komponen ini mungkin berbeza dalam beberapa pengemaskinian futur.

tujuan saya adalah untuk menjadikannya ekonomis mungkin kerana itu saya menggunakan komponen yang sangat terpilih. Ini adalah senarai komponen utama yang digunakan pada tarikh Arm til (saya akan terus mengemas kini pada masa akan datang)

1. Esp8266 (2x)
2. Motor DC (pelbagai spesifikasi Tork dan kelajuan, 5x)
3. Modul Pemacu motor L298N (2x)
4. Potensiometer (8x)
5. Saluran aluminium (30x30, 1 meter)
6. Perkakasan lain-lain

Langkah 3: Pengiraan dan Reka Bentuk Lengan

Untuk merancang lengan saya menggunakan perisian catia v5. Sebelum memulakan proses reka bentuk, perkara pertama adalah mengira panjang pautan dan tork yang perlu ditahan oleh setiap sendi.

pertama saya mulakan dengan beberapa andaian yang merangkumi:

1. Muatan maksimum untuk robot adalah 500 gm (1.1 lb)
2. jumlah jangkauan robot akan menjadi 500 mm
3. Berat robot tidak melebihi 3 kg.

Pengiraan panjang pautan

teruskan dengan ini saya mengira panjang pautan dengan merujuk kepada kertas penyelidikan "Reka Bentuk Robot Lengan Oleh I. M. H. van Haaren"

I. M. H. van Haaren memberikan contoh yang sangat baik tentang bagaimana dia menentukan panjang pautan dengan menggunakan rujukan biologi di mana panjang segmen badan utama dinyatakan sebagai pecahan dari jumlah tinggi. Ini ditunjukkan dalam rajah.

setelah pengiraan panjang pautan keluar menjadi

L1 = 274 mm

L2 = 215mm

L3 = 160mm

Panjang cengkaman = 150mm

Pengiraan tork:

Untuk menghitung tork, saya menggunakan konsep asas turque dan momen yang diterapkan dalam kejuruteraan.

tanpa melakukan pengiraan dinamik, saya hanya bergantung pada pengiraan tork statik kerana beberapa kekangan.

terdapat 2 pemain utama yang saya tork sebagai T = FxR iaitu pada muatan kami (jisim) dan panjang pautan. Oleh kerana panjang pautan sudah ditentukan perkara seterusnya adalah untuk mengetahui berat komponen. Pada peringkat ini saya tidak pasti bagaimana saya dapat mencari berat setiap komponen tanpa benar-benar mengukurnya.

jadi, saya melakukan pengiraan ini dalam lelaran.

1. Saya menganggap saluran aluminium sebagai bahan seragam sepanjang panjangnya dan membahagi berat keseluruhan 1 meter kacang dengan panjang kepingan yang akan saya gunakan.
2. Bagi sendi, saya menganggap nilai tertentu untuk setiap sendi (berat motor + berat bahagian bercetak 3D + yang lain) berdasarkan andaian berat robot total.
3. 2 langkah sebelumnya memberi saya nilai tork sendi lelaran pertama. Untuk nilai ini saya dapati motor yang sesuai di internet bersama dengan spesifikasi dan berat yang lain.
4. Pada lelaran ke-2 saya menggunakan berat motor yang asal (yang saya dapati pada langkah ke-3) dan mengira lagi tork statik untuk setiap sendi.
5. Sekiranya nilai tork akhir pada langkah 4 sesuai untuk motor yang dipilih pada langkah 3 saya memuktamadkan bahawa motor sebaliknya mengulangi langkah 3 & 4 sehingga nilai yang dirumuskan memenuhi spesifikasi motor sebenar.

Reka bentuk lengan:

Ini adalah tugas paling sukar dari keseluruhan projek ini dan hampir mengambil masa sebulan untuk merancangnya. Dengan cara ini saya telah melampirkan foto model CAD. Saya akan meninggalkan pautan untuk memuat turun fail CAD ini di suatu tempat di sini:

Langkah 4: Mencetak Bahagian 3D

Semua bahagian yang tersambung adalah sendi dicetak 3D pada pencetak 99 $ dengan kawasan cetakan 100x100x100 mm (ya itu benar !!)

pencetak: Threed X1 yang mudah

Saya telah memasukkan gambar bahagian utama daripada alat pemotong dan saya akan memautkan ke semua bahagian catfile fail CAD serta stl supaya anda boleh memuat turun dan mengedit seperti yang anda mahukan.

Langkah 5: Perhimpunan Bersama Bahu (sendi J1 & J2)

Dasar pully dicetak pada pencetak yang berlainan dengan diameter 160 mm. Saya merancang sambungan bshoulder supaya dapat didorong (Putaran mengenai z -axis) dengan mekanisme tali pinggang atau roda gigi roda gigi yang dapat anda lihat dalam gambar yang disertakan di atas. bahagian bawah adalah di mana galas dipasang yang kemudian dipasang pada poros tengah ke platform yang dibuat untuk menggerakkan lengan (tangki, lebih banyak lagi di masa depan).

Gear yang lebih besar (gambar dalam warna kuning) dipasang pada saluran aluminium dengan baut kacang di mana poros keluli 8mm berpusing di mana sendi 2 bergerak. Nisbah gear pada sendi pertama adalah 4: 1 dan sendi kedua adalah 3.4: 1

Langkah 6: Siku dan Sendi (sendi J3)

(BEBERAPA GAMBAR SELEPAS MEMBUAT SEBAGAI SAYA TIDAK MEMILIKI GAMBAR PROSES)

Sendi siku adalah satu yang berikut selepas sendi bahu. Ia adalah sendi 2 keping, satu bersambung untuk menghubungkan satu dan yang lain untuk menghubungkan 2.

sekeping 1 mempunyai motor Dc dengan pinion penggerak dan sekeping 2 mempunyai gear lebih besar yang terpasang padanya dan sepasang galas untuk menyokong poros. Nisbah gear sama dengan J2 iaitu 3.4: 1 tetapi motornya 12.5 KG-CM 60 RPM.

Sendi J3 mempunyai jarak pergerakan 160 darjah.

Langkah 7: Sendi Pergelangan Tangan (sendi J4 & J5)

(BEBERAPA GAMBAR SELEPAS MEMBUAT SEBAGAI SAYA TIDAK MEMILIKI GAMBAR PROSES)

Selepas sendi siku adalah sendi pergelangan tangan. Ini lagi terdiri daripada 2 keping satu pada pautan sebelumnya (iaitu pautan 2) dan satu lagi terdiri daripada motif J5 yang memutar pergelangan pergelangan tangan. Nisbah gear adalah 1.5: 1 dan motor Dc yang digunakan ialah 10 RPM 8 KG -CM.

Sendi J4 ini mempunyai jarak putaran 90 darjah dan J5 mempunyai 360 darjah.

Langkah 8: Gripper

Ini adalah salah satu tugas paling sukar untuk dirancang. Ia direka sedemikian rupa sehingga dapat memilih sebahagian besar objek dan dapat mencengkam sebahagian besar barang di sekitar kita seperti selak pintu, pemegang, bar dll.

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar, gear heliks yang dipasang pada pemacu motor ke gear mengikut arah jam atau lawan arah jam yang disambungkan ke jari untuk membuka dan menutupnya.

Semua bahagian gripper ditunjukkan pada gambar yang dilampirkan.

Langkah 9: Membuat Pengawal Boneka untuk Lengan Robotik

Wayang pengawal adalah versi tepat dari lengan robotik sebenar 10 kali skala. Ia mempunyai 4 potensiometer yang dipasang pada 4 sendi iaitu J1, J2, J3, J4 dan Sendi J5 akan dikendalikan dengan butang tekan untuk putaran berterusan (Putaran gripper untuk mana-mana operasi)

potensiometer merasakan sudut putaran sendi dan menghantar nilai ini antara 1-1023 ke Nodemcu yang ditukar kembali ke 1-360 dan dihantar ke Nodemcu lain melalui wifi. Oleh kerana ESP8266 hanya mempunyai satu input analog saya menggunakan multiplexer 4051.

tutorial untuk menggunakan 4051 multiplexer dengan esp8266 -

gambarajah skematik:

Saya akan menambah gambarajah skematik sebaik sahaja saya menyelesaikannya (jika ada yang memerlukannya segera hubungi saya sehingga saat itu)

Kod: (termasuk juga di sini)

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

Langkah 10: Elektronik

Saya melampirkan gambar karya Semasa. Elektronik Penuh dan rajah skematik belum lengkap. Saya akan menghantar kemas kini tidak lama lagi sehingga terus berhubung:)

(Catatan: Projek ini belum selesai. Saya akan menindaklanjuti sebarang kemas kini pada masa akan datang)

Langkah 11: Kod dan Skema di Satu Tempat

Saya akan membuat skema robot penuh dan kod akhir sebaik sahaja saya menyelesaikannya!