Lima Tinggi! - Tangan Robotik: 5 Langkah

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

Suatu hari, di kelas Prinsip Kejuruteraan kami, kami merancang untuk membina mesin kompaun dari bahagian VEX. Ketika kami mula membangun mekanisme, kami berjuang untuk menguruskan beberapa komponen kompleks yang perlu dipasang bersama. Kalaulah seseorang dapat membantu kita …

Itulah sebabnya kami, tiga pelajar Sekolah Menengah Irvington di kelas Ms. Berbawy, memutuskan untuk merancang dan membina tangan robot dari awal! Dengan anggaran kewangan sebanyak $ 150 untuk S. I. D. E. ini Projek, kami dapat memperoleh semua bahan yang diperlukan sambil berada di bawah anggaran. Produk siap terdiri daripada Arduino Mega, pengawal mikro servo yang menggerakkan 5 servo, yang masing-masing disambungkan ke jari dicetak 3D yang dapat bergerak secara individu dengan sendi yang realistik.

Ini adalah projek yang sangat bercita-cita tinggi, memandangkan semua ahli pasukan adalah pelajar sekolah menengah dengan jadual tahun Junior yang sibuk, dan tidak mempunyai pengalaman sebelumnya dalam merancang sepenuhnya projek berasaskan elektronik dari peringkat awal. Walaupun ahli pasukan kami mempunyai pengalaman reka bentuk dan pengaturcaraan berbantukan komputer sebelumnya, projek ini membuka mata kami terhadap potensi penggunaan perkakasan dan perisian Arduino dengan cara yang dapat membantu orang menyelesaikan tugas harian mereka.

Pemodelan dan Reka Bentuk 3D oleh Patrick Ding

Dokumentasi dan Pengkodan Arduino oleh Ashwin Natampalli

Arduino Coding, Circuitry, and Instructable oleh Sandesh Shrestha

Langkah 1: CADing

Langkah pertama dan paling sukar untuk projek ini adalah membuat model tangan 3D dengan jari. Untuk melakukan ini, gunakan Autodesk Inventor, atau Autodesk Fusion 360 (Kami menggunakan yang sebelumnya).

Gunakan fail bahagian untuk membuat CAD individu untuk ruas telapak tangan, jari, hujung jari, dan jari kelingking. Ini memerlukan 2-3 ulangan setiap bahagian agar operasi sendi dan servo berjalan lancar.

Reka bentuknya boleh mengikut ukuran dan bentuk apa pun selagi jalur tali memungkinkan operasi jari yang lancar dan jari tidak bertembung antara satu sama lain. Pastikan juga jari-jari dapat runtuh sepenuhnya untuk penumbuk tertutup.

Untuk menyelesaikan masalah gangguan tali dan jalur yang tidak cekap, seperti yang kami dapati dalam versi pertama kami, gelung, panduan tali, dan terowong ditambahkan supaya tali dapat ditarik dan dilonggarkan dengan mudah.

Berikut adalah fail multiview dan CAD stst akhir kami untuk setiap bahagian.

Langkah 2: Percetakan 3D

Setelah menyelesaikan CAD, gunakan pencetak 3D untuk menjadikannya hidup. Tahap ini dapat diulang berkali-kali jika reka bentuk yang anda buat mempunyai beberapa masalah.

Untuk mencetak 3D, pertama-tama eksport fail CAD sebagai fail STL. Untuk melakukan ini di Autodesk Inventor, klik menu lungsur Fail dan arahkan kursor ke Eksport. Dari ruangan pop timbul, pilih Format CAD. Menu Windows File Explorer akan membolehkan anda memilih fail.stl dari menu dropdown dan memilih lokasi untuk fail tersebut.

Setelah fail siap diimport ke dalam perisian pencetak 3D, konfigurasikan pilihan cetak mengikut keinginan anda atau ikuti konfigurasi kami. Perisian pencetak 3D berbeza dari jenama ke jenama, jadi rujuk panduan dalam talian atau manual untuk menavigasi perisian mereka. Untuk tangan kami, kami menggunakan LulzBot Mini kerana ketersediaannya dalam suasana kelas kami.

Langkah 3: Perhimpunan

Setelah semua bahagian berjaya dicetak 3D dengan rakit dan sokongan dikeluarkan (jika berkenaan), maka setiap bahagian mesti disiapkan untuk memulakan pemasangan.

Oleh kerana pencetak 3D tidak begitu tepat dan ketidaksempurnaan kecil dapat terjadi, gunakan fail atau kertas pasir atau dremel dengan lampiran pengamplasan untuk melicinkan wajah tertentu. Untuk operasi sendi yang paling lancar, fokuskan pada sendi dan titik persimpangan untuk melancarkan hubungan yang optimum. Kadang-kadang terowong tali di segmen jari dan bahagian lain boleh masuk atau tidak sempurna. Untuk mengatasi perbezaan besar, gunakan latihan dengan bit gerudi 3 / 16in untuk menggerakkan terowong.

Untuk perutean tali yang paling mudah, kumpulkan setiap jari, arahkan tali melalui terowong, dan ikat tali di hujungnya. Sebelum menyatukan setiap jari ke telapak tangan, jalankan tali melalui gelung panduan, satu melalui lubang atas dan satu melalui bahagian bawah, di telapak tangan dan pasangkannya ke hujung berlawanan dari gulungan servo. Setelah panjang betul, gabungkan jari ke telapak tangan.

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas, masukkan skru m4x16 ke dalam setiap sendi untuk menyatukan jari. Ulangi setiap proses pembinaan jari untuk semua jari, gunakan segmen pinky untuk kelingking.

Langkah 4: Arduino Circuitry

Dengan kerangka semuanya dipasang, kini otot dan otak mesti disatukan. Untuk menjalankan semua servo sekaligus, kita mesti menggunakan pengawal motor PCA 9685 oleh Adafruit. Pengawal ini memerlukan bekalan kuasa luaran untuk menghidupkan servo. Menggunakan pengawal ini dan pustaka pengekodan proprietari boleh didapati di sini.

Semasa memasang Arduino ke pengawal, pastikan anda merakam output pin. Sekiranya menggunakan Arduino Mega, ini tidak diperlukan. Akan tetapi, dalam semua kes, pastikan bahawa anda merakam port mana yang terdapat pada pengendali motor yang dipasang servos.

Untuk mengawal servo dan tangan menggunakan IR Remote, cukup tambahkan penerima IR dan sambungkan kuasa dan arde ke Arduino dengan wayar data ke port digital. Periksa pin penerima IR anda untuk memastikan pendawaian yang betul. Contoh litar kami ditunjukkan.

Untuk membuat litar ini, sambungkan terlebih dahulu setiap servo ke port 3, 7, 11, 13, dan 15 pada papan pengawal motor servo. Pasang seluruh papan dengan lima pin di bahagian bawah ke papan roti.

Dengan menggunakan kabel pelompat, sambungkan kuasa dan arde 5V Arduino ke satu rel kuasa papan roti (Pastikan anda melabel atau ingat bahagian mana yang mempunyai 5V dari Arduino!). Ini akan memberi kuasa kepada sensor IR dan pengawal motor. Sambungkan pek kuasa 6V ke rel kuasa yang lain. Ini akan memberi kuasa kepada servos.

Letakkan semua 3 pin sensor IR ke papan roti. Sambungkan kuasa dan arde ke rel 5V dan output ke pin digital 7.

Oleh kerana kami menggunakan Arduino Mega, port SDA dan SCL pada pengawal motor akan disambungkan dengan port SDA dan SCL di Arduino. Port VCC dan darat akan bersambung ke rel 5V.

Dengan pek bateri disambungkan ke rel kuasa sendiri, gunakan kabel pelompat dan pemutar skru kepala rata kecil untuk mengamankan kuasa ke motor servo melalui header input kuasa hijau.

Pastikan semua sambungan rapat dan periksa semula semua saluran kabel dengan litar TinkerCAD kami terpasang.

Langkah 5: Pengekodan

Langkah terakhir sebelum tangan ini ditugaskan untuk digunakan adalah dengan memberi kod Arduino. Oleh kerana tangan ini menggunakan pengawal motor PCA 9685, pertama kita harus memasang perpustakaan, yang dapat dilakukan di dalam Arduino Coding Environment. Selepas memasang, pasang juga perpustakaan IRremote untuk fungsi IR Remote.

Dalam kod kami, definisi setiap butang pada remote IR ditunjukkan dengan 8 digit kod. Ini didapati menggunakan program IRRecord, yang mencetak ke Serial Monitor 8 digit kod setiap butang.

Yang dilampirkan adalah program IRRecord dan program kawalan tangan yang dimuktamadkan.

Pada permulaan kod, sertakan perpustakaan IRremote, Wire, dan Adafruit_PWMServoDriver.

Selepas itu, gunakan penemuan IRRecord untuk menentukan setiap butang alat kawalan jauh IR. Walaupun semua tidak diperlukan (hanya 10 yang diperlukan), semuanya memungkinkan untuk pengembangan yang cepat (menambahkan fungsi dan gerak isyarat yang telah ditetapkan) untuk masa depan. Buat pwm menggunakan fungsi pemacu servo dan tetapkan servo ke pin pada pengawal motor. Gunakan nilai SERVOMAX / MIN yang sama seperti yang ditunjukkan. Tetapkan pin input digital sensor IR sebagai 7 dan mulakan.

Nyatakan fungsi persediaan dengan menginisialisasi Serial dengan kadar baud 9600. Aktifkan sensor IR dan mulakan servo dengan frekuensi servo 60hz.

Akhirnya buat suis if / else berdasarkan transmisi masuk IR jauh dalam fungsi gelung. Kemudian buat suis / casing dengan kotak setiap butang pada remote IR yang akan digunakan. Ini boleh diubah untuk kawalan pilihan anda. Untuk setiap kes, cetak butang yang ditekan ke monitor bersiri untuk debug, dan gunakan loop for untuk memindahkan servo. Setelah semua kes dibuat, pastikan untuk menyambung semula sensor IR untuk lebih banyak isyarat masuk sebelum menutup fungsi gelung. Pengekodan servos melalui papan pengawal motor boleh didapati di