Lengan Robot DIY 6 Paksi (dengan Stepper Motors): 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Setelah lebih dari satu tahun belajar, prototaip dan pelbagai kegagalan saya berjaya membina robot besi / aluminium dengan 6 darjah kebebasan yang dikawal oleh motor stepper.

Bahagian yang paling sukar adalah reka bentuk kerana saya ingin mencapai 3 objektif asas:

• Kos realisasi rendah
• Pemasangan mudah walaupun dengan sedikit peralatan
• Ketepatan yang baik semasa bergerak

Saya merancang model 3D dengan Badak beberapa kali sehingga (pada pendapat saya) kompromi yang baik yang memenuhi 3 syarat.

Saya bukan jurutera dan sebelum projek ini saya tidak mempunyai pengalaman dalam bidang robotik sehingga orang yang lebih berpengalaman daripada saya dapat menemui kekurangan reka bentuk dalam apa yang saya lakukan tetapi saya masih boleh mengatakan bahawa saya berpuas hati dengan hasil akhir yang saya capai.

Bekalan

untuk maklumat lebih lanjut layari blog peribadi saya

Langkah 1: Reka Bentuk CAD

Sebelum sampai pada model akhir, saya merancang sekurang-kurangnya 8 prototaip berbeza dengan sistem penghantaran yang berbeza tetapi tidak ada yang dapat memenuhi 3 syarat yang dinyatakan di atas.

Menyusun penyelesaian mekanikal dari semua prototaip yang dibuat (dan juga menerima beberapa kompromi) model akhir keluar. Saya tidak menghitung masa yang saya habiskan di hadapan CAD tetapi saya dapat memberi jaminan bahawa jumlahnya sangat banyak.

Satu aspek yang perlu diingat pada peringkat reka bentuk adalah bahawa bahkan satu gram yang ditambahkan pada hujung pergelangan tangan robot didarabkan dengan mengorbankan daya tahan tork motor di pangkalan dan oleh itu lebih banyak berat badan ditambahkan dan semakin banyak motor mesti dikira untuk bertahan dalam usaha.

Untuk "menolong" enjin menahan tekanan saya menggunakan piston gas 250N dan 150N.

Saya berfikir untuk mengurangkan kos dengan membuat robot dengan plat besi potong laser (C40) dan aluminium dengan ketebalan antara 2, 3, 5, 10 mm; pemotongan laser jauh lebih murah daripada pengilangan logam 3D.

Setelah merancang setiap komponen, saya membuat bentuk kepingan dalam.dxf dan menghantarnya ke pusat pemotongan. Semua komponen yang lain dibuat oleh saya sendiri di mesin pelarik.

Langkah 2: Persiapan dan Perhimpunan

Akhirnya tiba masanya untuk membuat tangan saya kotor (itulah yang saya lakukan yang terbaik) …

Fasa pembinaan telah menghabiskan banyak jam kerja untuk penyediaan kepingan, pemfailan manual lubang, penyambungan, benang dan pemusing pusat. Fakta merancang setiap komponen agar dapat berfungsi hanya dengan beberapa alat kerja menyebabkan saya tidak mempunyai kejutan besar atau masalah mekanikal.

Perkara yang paling penting adalah tidak tergesa-gesa untuk menyelesaikan sesuatu tetapi tidak berhati-hati dan mengikuti setiap baris projek, meningkatkan pada tahap ini tidak pernah membawa kepada hasil yang baik.

Menyedari tempat duduk bantalan adalah sangat penting kerana setiap sendi bergantung pada mereka dan bahkan permainan kecil dari beberapa peratus boleh menjejaskan kejayaan projek.

Saya mendapati diri saya harus membuat semula pin kerana dengan pelarik saya telah mengeluarkan kira-kira 5 sen lebih kecil daripada lubang galas dan ketika saya mencuba memasangnya, permainan ini sangat jelas.

Alat yang saya gunakan untuk menyediakan semua kepingan adalah:

• gerudi
• penggiling / dremel
• batu pasir
• fail manual
• pelarik
• Kunci Inggeris

Saya faham bahawa tidak semua orang boleh memiliki mesin bubut di rumah dan dalam kes ini, perlu untuk menyerahkan kepingan itu ke pusat khusus.

Saya telah merancang potongan-potongan itu untuk dipotong laser dengan sendi yang sedikit lebih banyak untuk dapat menyempurnakannya dengan tangan kerana laser, seberapa tepatnya, menghasilkan potongan kerucut dan sangat penting untuk mempertimbangkannya.

Bekerja dengan fail dengan tangan setiap sambungan yang saya buat untuk menghasilkan gandingan yang sangat tepat antara bahagian-bahagiannya.

Walaupun lubang-lubang di tempat duduk bantalan yang saya buat lebih kecil dan kemudian ditoreh dengan tangan menggunakan dremel dan banyak kesabaran (tetapi sangat).

Semua benang yang saya buat dengan tangan di gerudi tekan kerana tegak lurus maksimum antara instrumen dan sekeping diperoleh. Setelah menyiapkan setiap bahagian, momen kebenaran yang dinanti-nantikan telah tiba, perhimpunan seluruh robot. Saya terkejut apabila mendapati setiap bahagian sesuai dengan yang lain dengan toleransi yang betul.

Robot kini semuanya dipasang

Sebelum melakukan apa-apa lagi, saya lebih suka melakukan beberapa ujian pergerakan untuk memastikan bahawa enjin telah dirancang dengan betul, jika saya menghadapi masalah dengan enjin, terutamanya tork pengetatannya, saya akan terpaksa membuat semula bahagian yang baik dari projek ini.

Oleh itu, setelah memasang 6 enjin, saya membawa robot berat ke makmal loteng saya untuk menghantarnya ke ujian pertama.

Langkah 3: Ujian Gerak Pertama

Setelah menyelesaikan bahagian mekanikal robot saya dengan cepat memasang elektronik dan hanya menyambungkan kabel dari 6 motor. Hasil ujian sangat positif, sendi bergerak dengan baik dan dalam sudut yang telah ditetapkan, saya menemui beberapa masalah yang mudah diselesaikan.

Masalah pertama adalah mengenai no sendi. 3 yang pada lanjutan maksimum membebani tali pinggang terlalu banyak dan kadang-kadang menyebabkan kehilangan langkah. Penyelesaian untuk masalah ini telah membawa saya kepada pelbagai hujah yang akan kita lihat pada langkah seterusnya.

Masalah kedua berkaitan dengan sendi no. 4, penyelesaian kilasan tali pinggang tidak terlalu dipercayai dan menimbulkan masalah. Sementara itu bahagian besi robot mula membuat titik karat kecil sehingga dengan kesempatan untuk menyelesaikan masalah saya juga mengambil kesempatan untuk melukisnya.

Langkah 4: Melukis dan Menyusun Semula

Saya tidak begitu menyukai fasa melukis tetapi dalam kes ini saya wajib melakukannya kerana saya lebih menyukainya.

Pada besi saya meletakkan primer pertama yang berfungsi sebagai latar belakang cat fluo merah.

Langkah 5: Perbaikan Bug N.1

Selepas keputusan ujian saya harus membuat beberapa perubahan untuk meningkatkan ketepatan robot. Pengubahsuaian pertama menyangkut sendi # 3 khususnya ketika berada dalam keadaan yang paling tidak baik menyebabkan daya tarikan tali pinggang yang berlebihan dan akibatnya mesin selalu berada di bawah tekanan. Penyelesaiannya adalah dengan menolong dengan menggunakan daya yang bertentangan dengan arah putaran.

Saya menghabiskan sepanjang malam memikirkan apa yang boleh menjadi penyelesaian terbaik tanpa perlu melakukan semuanya lagi. Pada mulanya saya terfikir untuk menggunakan spring kilasan yang besar tetapi melihat dalam talian saya tidak menemui apa-apa yang memuaskan sehingga saya memilih piston gas (kerana saya sudah merancang untuk sambungan # 2), tetapi saya masih harus memutuskan di mana untuk meletakkannya kerana saya tidak mempunyai ruang yang cukup.

Menyerah sedikit pada estetika, saya memutuskan bahawa tempat terbaik untuk meletakkan piston adalah di sisi.

Saya membuat pengiraan pada daya piston yang diperlukan dengan mempertimbangkan titik di mana ia harus memaksakan daya dan kemudian saya memerintahkan di ebay piston 150 N panjang 340 mm kemudian saya merancang sokongan baru untuk dapat memperbaikinya.

Langkah 6: Betulkan Bug N.2

Perubahan kedua berkenaan dengan nombor sendi. 4 di mana pada mulanya saya telah merancang transmisi dengan tali pinggang berpintal tetapi saya menyedari bahawa ruang dikurangkan dan tali pinggang tidak berfungsi seperti yang diharapkan.

Saya memutuskan untuk membuat semula keseluruhan sendi dengan merancang bahu supaya dapat menerima motor secara selari sehubungan dengan mereka. Dengan pengubahsuaian baru ini sekarang tali pinggang berfungsi dengan betul dan juga lebih mudah untuk menegangkannya kerana saya telah merancang sistem kunci untuk menegangkan tali pinggang dengan mudah.

Langkah 7: Elektronik

Elektronik kawalan motor adalah sama seperti yang digunakan untuk CNC 3-paksi klasik dengan perbezaan bahawa terdapat 3 lagi pemandu dan 3 lagi motor untuk dikendalikan. Semua logik kawalan paksi dikira oleh aplikasi, elektronik mempunyai satu-satunya tugas menerima arahan mengenai berapa darjah motor perlu dipusingkan supaya sendi tidak mencapai kedudukan yang diinginkan.

Bahagian yang membentuk elektronik adalah:

• Arduino Mega
• n. 6 pemandu DM542T
• n. 4 Relè
• n. 1 bekalan kuasa 24V
• n. 2 injap solenoid (untuk pengapit pneumatik)

Pada Arduino, saya memuatkan lakaran yang menguruskan pergerakan motor secara serentak seperti pecutan, perlambatan, kelajuan, langkah dan had maksimum dan diprogramkan untuk menerima perintah yang akan dilaksanakan melalui siri (USB).

Berbanding dengan pengawal gerakan profesional yang boleh menelan belanja hingga beberapa ribu euro, Arduino dengan cara kecilnya sendiri mempertahankan operasi yang terlalu jelas sehingga tidak dapat dikendalikan seperti misalnya multithread yang berguna terutamanya apabila anda harus menguruskan banyak enjin secara serentak.

Langkah 8: Pertimbangan Perisian

Setiap robot mempunyai bentuknya sendiri dan sudut pergerakan yang berbeza dan kinematik berbeza bagi masing-masing. Pada masa ini untuk menjalankan ujian, saya menggunakan perisian Chris Annin (www.anninrobotics.com) tetapi matematik yang ditulis untuk robotnya tidak sesuai untuk ditambang sebenarnya beberapa kawasan kawasan kerja yang tidak dapat saya jangkau mereka kerana pengiraan sudut tidak lengkap.

Perisian Annin baik sekarang untuk bereksperimen, tetapi saya harus mula berfikir untuk menulis perisian saya sendiri yang sesuai 100% dengan fizik robot saya. Saya sudah mula melakukan beberapa ujian menggunakan Blender dan menulis bahagian Python pada pengawal gerakan dan sepertinya penyelesaian yang baik, ada beberapa aspek yang perlu dikembangkan tetapi kombo ini (Blender + Ptyhon) sangat mudah dilaksanakan, terutamanya mudah merancang dan mensimulasikan pergerakan tanpa mempunyai robot di hadapan anda.

Langkah 9: Pengapit Pneumatik

Untuk dapat membawa objek ke robot, saya telah memasangkannya dengan penjepit pneumatik.

Secara peribadi saya tidak suka tang dengan servo, mereka tidak memberi saya banyak keyakinan pada meterai, jadi saya berpendapat bahawa pneumatik pneumatik yang menyesuaikan tekanan dapat memenuhi semua keperluan.

Dengan profil aluminium persegi saya mengubah suai penjepit untuk mengambil objek kecil dan juga objek besar.

Kemudian, apabila saya mendapat masa, saya akan mengumpulkan semua maklumat mengenai projek itu sehingga saya dapat memuat turunnya.

Saya harap anda menikmati pengajaran ini.