Moslty 3D-natisnjena robotska roka, ki posnema lutkovni krmilnik: 11 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Sem študent strojništva iz Indije in to je moj diplomski projekt.

Ta projekt je osredotočen na razvoj poceni robotske roke, ki je večinoma 3d natisnjena in ima 5 DOF z prijemalom z dvema prstoma. Robotsko roko upravljamo z lutkovnim krmilnikom, ki je namizni model robotske roke z enako stopnjo svobode, katere sklepi so opremljeni s senzorji. Ročno upravljanje krmilnika povzroči, da robotska roka posnema gibanje na način master-slave.. Sistem kot medij za prenos podatkov uporablja modul WiFi ESP8266. Operaterski vmesnik master-slave ponuja enostavno naučeno metodo za manipulacijo z robotsko roko. Nodemcu (Esp8266) se uporablja kot mikrokrmilnik.

Cilj tega projekta je bil razvoj poceni robota, ki se lahko uporablja v izobraževalne namene. Na žalost je dostopnost takšne robotske tehnologije, ki revolucionira sodobni svet, omejena le na nekatere institucije. Naš cilj je razviti in narediti ta projekt odprtokoden, tako da ga bodo posamezniki lahko sami izdelali, spremenili in raziskali. Ker je poceni in popolnoma odprtokoden, lahko to študente navdihne za učenje in raziskovanje tega področja.

Moji partnerji pri projektu:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Posebna zahvala:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

za njihovo pomoč pri tem projektu.

Izjava o omejitvi odgovornosti: Nikoli nisem načrtoval pisanja spletnega dnevnika ali navodil o tem projektu, zaradi česar trenutno nimam dovolj podatkov za dokumentiranje. Ta prizadevanja so vložena še dolgo po začetku projekta. da bi bilo bolj razumljivo. morda se vam bo na nekaterih točkah zdelo nekomplicirano … upam, da razumete:) kmalu bom vključil videoposnetek na YouTubu, ki prikazuje njegovo delovanje in druge testne stvari

1. korak: Kako torej deluje?

To je zame najbolj vznemirljivo pri tem projektu.

(Ne trdim, da je to učinkovita ali Pravilna metoda za uporabo v komercialne namene Samo v izobraževalne namene)

morda ste videli poceni robote s servo motorji, ki so samo za demontažo. Po drugi strani pa obstajajo roboti s koračnimi motorji s planetarnim menjalnikom itd. Toda ta robot je ravnovesje med njimi.

torej, kako je drugače?

Gradnja:

Namesto uporabe manjše moči in dragih koračnih motorjev sem uporabil Dc motorje, vendar kot vemo Dc motorji nimajo sistema za upravljanje povratnih informacij in jih ni mogoče uporabiti neposredno za krmiljenje položaja, sem jih pokril v servo motorje z dodatkom potenciometra kot senzorja povratne informacije/položaja.

Za poenostavitev dela sem naredil poceni 9g servomotorje, ki so mu odstranili vezje in zamenjali njegov DC motor z DC motorjem z visokim navorom, njegov mali lonec pa s tem, kar sem imel za robota. To mi je omogočilo uporabo privzete knjižnice v arduino, ne moreš verjeti, da je poenostavljeno kodiranje veliko!

Za pogon 12V enosmernega motorja s 5V servo čipom sem uporabil pogonski modul motorja L298N, ki lahko hkrati poganja 2 motorja. Modul ima 4 vhodna zatiča IN1 do IN4, ki določa smer vrtenja motorja. Kjer IN1 in IN2 ustrezata prvemu motorju in IN3, IN4 do 2. motorja. Zato so izhodni priključki (2) servo čipa (prvotno na majhnem enosmernem motorju) priključeni na vhode IN1 in IN2 izhoda modula L298N, od katerih je priključen na motor 12 V DC.

Delo:

Na ta način, ko gred motorja ni na ciljnem položaju, potenciometer pošlje vrednost kota na servo čip, ki ukaže modulu L298N, da poganja bodisi Cw bodisi CCW, nato pa se 12V DC motor vrti v skladu z ukazom, ki ga prejme od mikrokrmilnika.

Shema je prikazana na sliki (samo za 1 motor)

V NAŠEM PRIMERU (SKUPNE KOTNE VREDNOSTI) JE POŠLJO PREKO LETKOVNEGA KRMILNIKA, KI JE 10 -krat PREKLIČEN NA KOPIJO AKTUALNEGA ROBOTA IN POTENCIJOMETRO POVEZANO PRI VSEH VEČ. ROBOTNI SKLOP, KI SE VSAKI SKUPNI MOTOR POSKUSI ZAPOSLITI

Na vsakem spoju je potenciometer povezan z gredjo preko mehanskega mehanizma jermena. Ko se spoj vrti, se potenciometer vrti usklajeno in daje povratne informacije o trenutnem položaju kota spoja (prikazano na zgornjih slikah)

2. korak: Uporabljene komponente:

Kot sem rekel, še vedno delam in ga iz dneva v dan izboljšujem, zato se lahko te komponente v nekaterih prihodnjih posodobitvah razlikujejo.

moj cilj je bil, da bi bil čim bolj ekonomičen, zato sem uporabil zelo selektivne komponente.

1. Esp8266 (2x)
2. DC motorji (različnih specifikacij Navor in hitrosti, 5x)
3. Pogonski modul motorja L298N (2x)
4. Potenciometer (8x)
5. Aluminijasti kanal (30x30, 1 meter)
6. razna strojna oprema

3. korak: Izračuni in načrtovanje rok

Za oblikovanje roke sem uporabil programsko opremo catia v5. Pred začetkom postopka načrtovanja je bilo najprej izračunati dolžino členkov in navor, ki jih mora vzdržati vsak spoj.

najprej sem začel z nekaterimi predpostavkami, ki vključujejo:

1. Največja koristna obremenitev robota bo 500 gm (1,1 lb)
2. skupni doseg robota bo 500 mm
3. Teža robota ne sme presegati 3 kg.

Izračuni dolžine povezave

Nadaljeval sem s tem in izračunal dolžino povezave glede na raziskovalni članek "Oblikovanje robotske roke I. M. H. van Haarena"

I. M. H. van Haaren je dal odličen primer, kako je določil dolžine povezav z uporabo biološke reference, v kateri so dolžine glavnih telesnih segmentov izražene kot del skupne višine. Prikazano je na sl.

po izračunih je prišlo do dolžin povezav

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Dolžina prijemala = 150 mm

Izračuni navora:

Za izračun navora sem uporabil osnovne koncepte turja in momentov v inženiringu.

ne da bi se spuščal v dinamične izračune, sem se zaradi nekaterih kontrastov oprl le na izračune statičnega navora.

obstajata dva glavna igralca navora kot T = FxR, tj. v našem primeru obremenitev (masa) in dolžina povezave. Ker so dolžine povezav že določene, je naslednje, da ugotovimo težo komponent. Na tej stopnji nisem vedel, kako najti uteži vsake komponente, ne da bi jo dejansko izmerili.

zato sem te izračune naredil v ponovitvah.

1. Predpostavil sem, da je aluminijast kanal kot enoten material po vsej dolžini, in skupno težo 1 metra peice razdelil z dolžino ostružkov, ki jih bom uporabil.
2. Kar zadeva sklepe, sem predpostavil določene vrednosti za vsak spoj (teža motorja + teža 3D natisnjenega dela + drugo) na podlagi predpostavke skupne teže robota.
3. prejšnja 2 koraka sta mi dali vrednost prvega iteracijskega skupnega navora. Za te vrednosti sem na internetu našel ustrezne motorje skupaj z drugimi specifikacijami in masami.
4. V 2. iteraciji sem uporabil prvotno maso motorjev (kar sem ugotovil v 3. koraku) in ponovno izračunal statične navore za vsak spoj.
5. Če so bile končne vrednosti navora v koraku 4 primerne za motorje, izbrane v koraku 3, sem dokončal, da motor v nasprotnem primeru ponovi korake 3 in 4, dokler formulirane vrednosti ne ustrezajo dejanskim specifikacijam motorja.

Oblika roke:

To je bila najbolj urejena naloga celotnega projekta in skoraj mesec je trajal pri oblikovanju. Mimogrede, priložil sem fotografije modela CAD. Tukaj bom pustil povezavo za prenos teh datotek CAD:

4. korak: 3D tiskanje delov

Vsi deli, ki so združeni, so 3D natisnjeni na tiskalniku v vrednosti 99 USD s tiskalno površino 100x100x100 mm (ja, to je res !!)

tiskalnik: Easy threed X1

Vključil sem fotografije večjih delov iz rezalnika in povezal se bom z datoteko CAD z vsemi deli, pa tudi s stl, tako da jih lahko naložite in uredite, kot želite.

5. korak: Sklep ramenskega sklepa (spoj J1 in J2)

Osnovni jermen je bil natisnjen na drugem tiskalniku, saj je imel premer 160 mm. Zglob bouldera sem oblikoval tako, da ga je mogoče poganjati (vrtenje po osi z) z jermenskim jermenom ali zobniškim mehanizmom, ki ga lahko vidite na vključenih slikah zgornji del je spodnji del, kjer se prilegajo ležaji, ki so nato nameščeni na osrednji gredi na ploščadi, ki je narejena za premikanje roke (rezervoar, več tega v prihodnosti).

večje orodje (na sliki rumeno) je nameščeno na aluminijasti kanal z vijaki z maticami, skozi katere se premika jeklena gred 8 mm, okoli katere se premika 2. Prestavno razmerje pri prvem sklepu je 4: 1, pri drugem spoju pa 3,4: 1

Korak 6: Komolec in sklep (sklep J3)

(Nekatere slike so zgrajene po tem, ko nimam popolnih procesov)

Komolčni sklep je naslednji, ki sledi ramenskemu sklepu. To je dvodelni sklep, eden je povezan med seboj, drugi pa v vez 2.

kos 1 ima motor z enosmernim tokom z pogonskim zobnikom, kos 2 pa ima pritrjeno večjo prestavo in par ležajev za podporo gredi. Prestavno razmerje je enako kot pri J2, tj. 3,4: 1, vendar je motor 12,5 KG-CM 60 vrt / min.

Zgib J3 ima 160 stopinj gibanja.

7. korak: Zapestni spoj (spoj J4 in J5)

(Nekatere slike so zgrajene po tem, ko nimam popolnih procesov)

Po komolčnem sklepu je zapestni spoj. Ta je spet sestavljen iz 2 kosov, enega na prejšnji povezavi (tj. Povezave 2) in enega, ki je sestavljen iz motorja J5, ki vrti zapestni sklop. Razmerje je 1,5: 1, uporabljen DC motor pa 10 RPM 8 KG -CM.

Ta spoj J4 ima območje vrtenja 90 stopinj, J5 pa 360 stopinj.

8. korak: prijemalo

To je bila ena najtežjih nalog pri oblikovanju, zasnovana tako, da lahko izbere večino predmetov in se lahko oprime večine stvari okoli nas, kot so ključavnice na vratih, ročaji, palice itd.

Kot je prikazano na sliki, vijačni zobnik, pritrjen na motorne pogone na prestave v smeri urinega kazalca ali v nasprotni smeri urinega kazalca, ki so povezani s prsti, da jih odprete in zaprete.

Vsi deli prijemala so prikazani na priloženi sliki.

9. korak: Izdelava lutkovnega krmilnika za robotsko roko

Lutkovni krmilnik je natančno 10 -krat pomanjšana različica dejanske robotske roke. Ima 4 potenciometre, nameščene na 4 sklepih, in sicer J1, J2, J3, J4 in spoj J5, ki se upravlja s pritiskom na gumb za neprekinjeno vrtenje (vrtenje prijemala za katero koli delovanje)

potenciometri zaznajo kot vrtenja spojev in to vrednost pošljejo med 1-1023 v Nodemcu, ki se pretvori nazaj v 1-360 in pošlje na drug Nodemcu prek wifi-ja. Ker ima ESP8266 samo en analogni vhod, sem uporabil multipleksor 4051.

vadnica za uporabo multipleksatorja 4051 z esp8266-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

shematski diagram:

Shematsko shemo bom dodal takoj, ko jo končam (če jo kdo potrebuje, naj me do takrat nujno kontaktira)

Koda: (vključena tudi tukaj)

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

10. korak: Elektronika

Prilagam slike trenutnega dela. Popolna elektronika in shematski diagram še nista končana. Kmalu bom objavil posodobitve, do takrat pa ostanite povezani:)

(Opomba: Ta projekt še ni dokončan. V prihodnje bom spremljal vse posodobitve)

11. korak: Kode in sheme na enem mestu

Dokončal bom sheme robotov in končno kodo, takoj ko jo končam!