Petka! - Robotska roka: 5 korakov

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

Nekega dne smo se v razredu Načela inženiringa lotili izdelave sestavljenih strojev iz delov VEX. Ko smo začeli graditi mehanizme, smo se trudili upravljati več kompleksnih komponent, ki jih je bilo treba sestaviti skupaj. Ko bi nam le kdo lahko pomagal …

Zato smo se trije učenci srednje šole Irvington v razredu gospe Berbawy odločili za načrtovanje in izdelavo robotske roke iz nič! S finančno oceno 150 USD za ta S. I. D. E. Projekt, smo lahko pridobili vse potrebne materiale, medtem ko smo ostali v proračunu. Končni izdelek je sestavljen iz Arduino Mega, servo mikro krmilnika, ki poganja 5 servomotorjev, od katerih je vsak povezan s 3D natisnjenim prstom, ki se lahko individualno premika z realističnimi spoji.

To je bil zelo ambiciozen projekt, saj so vsi člani ekipe srednješolci z zasedenimi urniki za mlajše letnike in nimajo predhodnih izkušenj pri popolnem oblikovanju elektronskega projekta od začetka navzgor. Čeprav imajo člani naše ekipe izkušnje z računalniško podprtim načrtovanjem in programiranjem, nam je projekt odprl oči pred potencialno uporabo strojne in programske opreme Arduino na način, ki bi ljudem pomagal pri opravljanju njihovih vsakodnevnih nalog.

3D modeliranje in oblikovanje Patrick Ding

Dokumentacija in Arduino kodiranje Ashwin Natampalli

Arduino za kodiranje, vezje in poučevanje Sandesh Shrestha

1. korak: CADing

Prvi in najtežji korak pri tem projektu je ustvarjanje 3D modelov roke s prsti. Če želite to narediti, uporabite Autodesk Inventor ali Autodesk Fusion 360 (uporabili smo prvo).

Z datotekami delov ustvarite posamezne CAD -je za dlan, segmente prstov, konice prstov in segment rožnatih prstov. To nam je vzelo 2-3 revizije na del, da je delovanje spojev in servomotorjev nemoteno.

Zasnova je lahko poljubne velikosti in oblike, dokler pot vrvice omogoča nemoteno delovanje prstov in prsti ne trčijo med seboj. Prav tako zagotovite, da se lahko prsti popolnoma zrušijo za zaprto pest.

Da bi odpravili vprašanje motenj nizov in neučinkovitih poti, kot smo ugotovili v naši prvi različici, so bile dodane zanke, vodila nizov in tuneli, tako da je niz mogoče zlahka potegniti in popustiti.

Tu so naši dokončani večogledi in.stl CAD datoteke za vsak del.

2. korak: 3D tiskanje

Po dokončanju CAD -jev uporabite 3D -tiskalnik, da zaživijo. To stopnjo lahko večkrat ponovite, če ima oblikovanje, ki ga ustvarite, težave.

Za 3D -tiskanje najprej izvozite datoteke CAD kot datoteke STL. Če želite to narediti v programu Autodesk Inventor, kliknite spustni meni Datoteka in se pomaknite na Izvoz. V pojavnem stolpcu izberite CAD Format. Meni Raziskovalec datotek Windows vam omogoča, da iz spustnega menija izberete datoteko.stl in izberete mesto za datoteko.

Ko je datoteka pripravljena za uvoz v programsko opremo 3D -tiskalnika, nastavite možnosti tiskanja po svojih željah ali sledite naši konfiguraciji. Programska oprema 3D tiskalnikov se razlikuje od znamke do blagovne znamke, zato se za krmarjenje po njihovi programski opremi posvetujte s spletnimi vodniki ali priročnikom. Za roko smo uporabili LulzBot Mini zaradi njegove razpoložljivosti v razrednem okolju.

3. korak: Montaža

Ko so vsi deli uspešno 3D -natisnjeni z odstranjenimi splavi in nosilci (če obstajajo), je treba vsak del pripraviti za začetek sestavljanja.

Ker 3D -tiskalniki niso zelo natančni in se lahko pojavijo majhne pomanjkljivosti, za glajenje določenih obrazov uporabite datoteko ali brusni papir ali dremel z nastavkom za brušenje. Za čim bolj gladko delovanje spojev se osredotočite na spoje in križišča, da zgladite za optimalne povezave. Včasih lahko tuneli v segmentih prstov in drugih delih vdrejo ali so nepopolni. Za boj proti večjim razlikam uporabite vrtalnik s svedrom 3/16in, da izvrtate predore.

Za najlažje usmerjanje nizov sestavite vsak prst, napeljite niz skozi tunele in zavežite vrvico na koncih. Preden vsak prst združite z dlanjo, potegnite vrvico skozi vodilne zanke, eno skozi zgornjo luknjo in eno skozi spodnjo, na dlani in jo pritrdite na nasprotne konce servo vključenih tuljav. Ko so dolžine pravilne, prste povežite z dlanjo.

Kot je prikazano na zgornji sliki, vstavite vijake m4x16 v vsak spoj, da držite prst skupaj. Ponovite vsak postopek oblikovanja prstov za vse prste, pri čemer uporabite rožnate segmente za rožnato.

4. korak: Arduino vezje

Ko je okostje sestavljeno, morajo biti mišice in možgani integrirani. Za zagon vseh servomotorjev hkrati moramo uporabiti krmilnik motorja PCA 9685 podjetja Adafruit. Ta krmilnik potrebuje zunanji napajalnik za napajanje servomotorjev. Uporabo tega krmilnika in njegove lastniške knjižnice za kodiranje najdete tukaj.

Ko priključujete Arduino na krmilnik, se prepričajte, da snemate izhode pin. Če uporabljate Arduino Mega, to ne bo potrebno. V vseh primerih pa zabeležite, na katera vrata na krmilniku motorja so nameščeni servomotorji.

Če želite upravljati servomotorje in ročno z daljinskim upravljalnikom IR, preprosto dodajte IR sprejemnik in priključite napajanje in ozemljitev na Arduino s podatkovno žico do digitalnih vrat. Preverite pinout vašega IR sprejemnika in se prepričajte, da je ožičenje pravilno. Prikazan je primer našega vezja.

Če želite ustvariti to vezje, najprej povežite vsak servo v vrata 3, 7, 11, 13 in 15 na krmilni plošči servo motorja. Celotno ploščo s petimi zatiči na dnu pritrdite na ploščo.

S skakalnimi kabli priključite 5V napajanje in ozemljitev Arduina na eno napajalno tirnico na plošči (Preverite, ali označujete ali se spomnite, na kateri strani je 5V iz Arduina!). To bo napajalo IR senzor in krmilnik motorja. Priključite napajalnik 6V na drugo napajalno tirnico. To bo napajalo servomotorje.

Vse 3 zatiče IR -senzorja vstavite v ploščo. Napajanje in ozemljitev priključite na 5V vodilo, izhod pa na digitalni pin 7.

Ker uporabljamo Arduino Mega, bodo vrata SDA in SCL na krmilniku motorja povezana z vrati SDA in SCL na Arduinu. VCC in zemeljska vrata se bodo priključila na 5V tirnico.

Ko je akumulator priključen na lastno napajalno tirnico, uporabite mostične kable in majhen izvijač z ravno glavo, da zagotovite napajanje servo motorjev skozi zeleno vhodno glavo.

Prepričajte se, da so vse povezave tesne in znova preverite vse kabelske vodi s priključenim vezjem TinkerCAD.

5. korak: Kodiranje

Zadnji korak pred uporabo te roke je kodiranje Arduina. Ker ta roka uporablja krmilnik motorja PCA 9685, moramo najprej namestiti knjižnico, kar lahko naredimo v okolju za kodiranje Arduino. Po namestitvi namestite tudi knjižnico IRremote za funkcijo IR Remote.

V naši kodi so definicije vsakega gumba na daljinskem upravljalniku IR prikazane z 8 -mestnimi kodami. Te smo našli s programom IRRecord, ki na serijski monitor natisne 8 -mestno kodo vsakega gumba.

V prilogi sta program IRRecord in dokončan program za ročno upravljanje.

Na začetku kode vključite knjižnice IRremote, Wire in Adafruit_PWMServoDriver.

Nato z ugotovitvami IRRecord definirajte vsak gumb daljinskega upravljalnika IR. Čeprav vse ni potrebno (potrebnih je le 10), vse omogoča hitro širitev (dodajanje funkcij in prednastavljenih kretenj) za prihodnost. Ustvarite pwm s funkcijo servo gonilnika in dodelite servomotorje zatičem na krmilniku motorja. Uporabite enake vrednosti SERVOMAX/MIN, kot je prikazano. Digitalnemu vhodnemu zatiču IR senzorja dodelite 7 in ga inicializirajte.

Razglasite funkcijo nastavitve z inicializacijo Serial s hitrostjo prenosa 9600. Omogočite IR senzor in zaženite servo s servo frekvenco 60Hz.

Na koncu ustvarite stikalo if/else na podlagi dohodnega prenosa IR daljinskega upravljalnika v funkciji zanke. Nato ustvarite stikalo/ohišje z ohišji vsakega gumba na daljinskem upravljalniku IR, ki ga boste uporabili. Te lahko spremenite za želene kontrolnike. Za vsak primer natisnite gumb, pritisnjen na serijski monitor za odpravljanje napak, in uporabite zanko for, da premaknete servo. Ko ustvarite vse primere, se prepričajte, da nadaljujete z IR senzorjem za več vhodnih signalov, preden zaprete funkcijo zanke. Kodiranje servomotorjev prek krmilne plošče motorja najdete na