Ročna roka 6 osi DIY (s koračnimi motorji): 9 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Po več kot enem letu študij, prototipov in različnih napak mi je uspelo izdelati železno / aluminijastega robota s 6 stopnjami svobode, ki ga nadzirajo koračni motorji.

Najtežji del je bilo oblikovanje, ker sem želel doseči 3 temeljne cilje:

• Nizki stroški realizacije
• Enostavna montaža tudi z malo opreme
• Dobra natančnost pri premikanju

3D model sem z Rhinom oblikoval večkrat, dokler (po mojem mnenju) ni bil dosežen dober kompromis, ki izpolnjuje 3 zahteve.

Nisem inženir in pred tem projektom nisem imel nobenih izkušenj z robotiko, zato je lahko oseba, bolj izkušena od mene, našla pomanjkljivosti pri oblikovanju tega, kar sem naredila, vendar lahko še vedno rečem, da sem zadovoljna s končnim rezultatom, ki sem ga dosegla.

Zaloge

za več informacij obiščite moj osebni blog

Korak: Oblikovanje CAD

Preden sem prišel do končnega modela, sem zasnoval najmanj 8 različnih prototipov z različnimi prenosnimi sistemi, vendar noben ni mogel zadovoljiti 3 zgoraj opisanih zahtev.

Skupaj z mehanskimi rešitvami vseh izdelanih prototipov (in tudi s sprejetjem nekaterih kompromisov) je prišel končni model. Nisem štela ur, ki sem jih preživela pred CAD -om, vendar vam lahko zagotovim, da jih je bilo res veliko.

Eden od vidikov, ki si ga je treba zapomniti v fazi načrtovanja, je, da se celo en gram, dodan na konec zapestja robota, pomnoži na račun odpornosti navora motorjev na dnu, zato se doda več teže in več motorjev je treba izračunati, da prenesejo napor.

Da bi "pomagal" motorjem, da prenesejo stres, sem uporabil plinske bate 250N in 150N.

Mislil sem zmanjšati stroške z ustvarjanjem robota z lasersko razrezanimi železnimi ploščami (C40) in aluminijem debeline 2, 3, 5, 10 mm; lasersko rezanje je veliko cenejše od 3D rezkanja kovin.

Po oblikovanju vsake posamezne komponente sem oblikoval kose v.dxf in jih poslal v rezalno središče. Vse ostale komponente sem izdelal sam pri stružnici.

2. korak: Priprava in montaža

Končno je čas, da si umažem roke (to počnem najbolje) …

Faza gradnje je vzela veliko ur dela za pripravo kosov, ročno brušenje lukenj, spojev, navojev in obračanje pestov. Dejstvo, da sem vsako posamezno komponento oblikoval za delo z le nekaj delovnimi orodji, me je pripeljalo do tega, da nisem imel velikih presenečenj ali mehanskih težav.

Najpomembneje je, da ne hitite z dokončanjem stvari, ampak bodite natančni in sledite vsaki liniji projekta, saj improvizacija na tej stopnji nikoli ne prinese dobrih rezultatov.

Uresničitev ležajnih sedežev je izredno pomembna, saj vsak sklep počiva na njih in celo nekaj odstotek majhne igre bi lahko ogrozilo uspeh projekta.

Zdelo se mi je, da moram popraviti zatiče, ker sem s stružnico odstranil približno 5 centov manj od luknje za ležaje in ko sem jo poskušal namestiti, je bila igra grozljivo očitna.

Orodja, ki sem jih uporabila za pripravo vseh kosov, so:

• vrtalna stiskalnica
• brusilnik / dremel
• brusni kamen
• ročna datoteka
• stružnica
• Angleški ključi

Razumem, da ne more vsakdo imeti stružnice doma in v tem primeru bo treba kose naročiti v specializiran center.

Kose sem oblikoval za lasersko rezanje z nekoliko bolj obilnimi spoji, da bi jih lahko ročno izpopolnil, ker laser, pa naj bo še tako natančen, ustvari stožčast rez in ga je nujno upoštevati.

Ročno delo z datoteko pri vsakem spoju, ki sem ga naredil, da bi ustvarili zelo natančno povezavo med deli.

Tudi luknje na ležajnih sedežih sem naredil manjše, nato pa jih ročno zarezal z dremelom in veliko (a res veliko) potrpljenja.

Vse niti sem ročno izdelal na vrtalniku, ker je dosežena največja pravokotnost med instrumentom in kosom. Po pripravi vsakega dela je prišel dolgo pričakovani trenutek resnice, sestava celotnega robota. Bil sem presenečen, ko sem ugotovil, da se vsak kos natančno prilega drugemu s pravimi odstopanji.

Robot je zdaj sestavljen

Preden sem naredil karkoli drugega, sem raje naredil nekaj gibalnih preizkusov, da sem se prepričal, da so motorji ustrezno zasnovani, če bom odkril kakršne koli težave z motorji, zlasti z zateznim momentom, bom prisiljen ponoviti dober del projekta.

Tako sem po montaži 6 motorjev odpeljal težkega robota v laboratorij na podstrešju, da bi ga predložil na prve teste.

Korak: Prvi preizkusi gibanja

Po dokončanju mehanskega dela robota sem hitro sestavil elektroniko in priključil le kable motorjev 6. Rezultati testa so bili zelo pozitivni, spoji se dobro premikajo in v vnaprej določenih kotih sem odkril nekaj zlahka rešenih problemov.

Prva težava se nanaša na sklep št. 3, ki so pri največjem raztezanju preveč obremenile pas in včasih povzročile izgubo stopnic. Rešitev tega problema me je pripeljala do različnih argumentov, ki jih bomo videli v naslednjem koraku.

Druga težava se nanaša na spoj št. 4, rešitev torzije jermena ni bila preveč zanesljiva in je povzročala težave. Železni deli robota so medtem začeli ustvarjati majhne točke rje, zato sem jih ob priložnosti za reševanje težav izkoristil tudi za barvanje.

4. korak: slikanje in sestavljanje

Faza slikanja mi ni posebej všeč, vendar sem v tem primeru dolžan to narediti, ker jo imam še manj rad.

Na likalnik sem najprej dal temeljni premaz, ki služi kot ozadje za rdečo fluo barvo.

5. korak: Odpravljanje napak N.1

Po rezultatih preskusov sem moral narediti nekaj sprememb, da bi izboljšal natančnost robota. Prva sprememba se nanaša na spoj # 3, še posebej, ko je bil v najbolj neugodnem stanju prekomerno vlečen zaradi pasu, zato je bil motor vedno pod stres. Rešitev je bila pomagati z uporabo sile, ki je v nasprotju s smerjo vrtenja.

Cele noči sem razmišljal o tem, kaj bi lahko bila najboljša rešitev, ne da bi mi bilo treba vse ponoviti. Sprva sem razmišljal o uporabi velike torzijske vzmeti, vendar na spletu nisem našel nič zadovoljivega, zato sem se odločil za plinski bat (saj sem že načrtoval za spoj št. 2), vendar sem se moral odločiti, kam ga bom postavil, ker sem ni imel dovolj prostora.

Ko sem se malo odrekel estetiki, sem se odločil, da je bat najbolje postaviti na stran.

Naredil sem izračune potrebne moči bata glede na točko, kjer je moral izvesti silo, nato pa sem na ebayu naročil bat 150 N, dolg 340 mm, nato pa sem oblikoval nove nosilce, da ga lahko popravim.

6. korak: Odpravljanje napak N.2

Druga sprememba zadeva sklep št. 4, kjer sem sprva načrtoval menjalnik z zvitim jermenom, vendar sem spoznal, da so se prostori zmanjšali in pas ni deloval tako dobro, kot sem upal.

Odločil sem se, da bom celoten sklep v celoti preoblikoval tako, da bom oblikoval ramena tako, da bom sprejel motor v vzporedni smeri glede na njih. S to novo spremembo pas deluje pravilno in ga je tudi lažje napeti, ker sem zasnoval sistem ključev za enostavno napenjanje pasu.

7. korak: Elektronika

Elektronika za krmiljenje motorja je enaka tisti, ki se uporablja za klasični 3-osni CNC, z razliko, da za upravljanje potrebujejo še 3 gonilnike in še 3 motorje. Vso logiko krmiljenja osi izračuna aplikacija, edina naloga je elektronika prejemanja navodil o tem, za koliko stopinj se morajo motorji vrteti, tako da spoj ne doseže želenega položaja.

Elementi, ki sestavljajo elektroniko, so:

• Arduino Mega
• n. 6 gonilnik DM542T
• n. 4 Relè
• n. 1 24V napajalnik
• n. 2 elektromagnetna ventila (za pnevmatsko objemko)

Na Arduinu sem naložil skico, ki obravnava sočasno upravljanje gibov motorjev, kot so pospešek, pojem, hitrost, koraki in največje omejitve, in je programiran za sprejemanje ukazov, ki jih je treba izvesti prek serijske povezave (USB).

V primerjavi s profesionalnimi krmilniki gibanja, ki lahko stanejo tudi do nekaj tisoč evrov, se Arduino na svoj majhen način brani preveč očitno preveč zapletenih operacij, ki jih ne more upravljati, kot je na primer večnitnost, ki je uporabna, še posebej, če morate upravljati več motorjev hkrati.

8. korak: Upoštevanje programske opreme

Vsak robot ima svojo obliko in različne kote gibanja, kinematika pa je za vsakega drugačna. Trenutno za izvajanje testov uporabljam programsko opremo Chrisa Annina (www.anninrobotics.com), vendar matematika, napisana za njegovega robota, ne ustreza popolnoma moji, pravzaprav nekatera področja delovnega območja, ki jih ne morem doseči jih, ker izračuni vogalov niso popolni.

Anninova programska oprema je zdaj v redu za eksperimentiranje, vendar bom moral začeti razmišljati o pisanju lastne programske opreme, ki 100% ustreza fiziki mojega robota. Z Blenderjem sem že začel delati nekaj testov in pisati del Python -ovega krmilnika gibanja in zdi se mi dobra rešitev, nekaj vidikov je treba razviti, vendar je to kombinacijo (Blender + Ptyhon) zelo enostavno implementirati, še posebej enostavno načrtovati in simulirati gibanja, ne da bi imel robota pred seboj.

9. korak: Pnevmatska objemka

Da bi lahko robotu odnesel predmete, sem ga opremil s pnevmatsko sponko.

Osebno mi niso všeč klešče s servomotorji, ki mi ne dajejo veliko zaupanja glede tesnila, zato sem mislil, da bi pnevmatski klešče, ki posebej prilagaja pritisk, lahko zadovoljilo vse potrebe.

S kvadratnimi aluminijastimi profili sem spremenil objemko tako, da sprejme tako majhne kot velike predmete.

Kasneje, ko bom našel čas, bom zbral vse podatke o projektu, da jih lahko prenesem.

Upam, da ste uživali v tem navodilu.