Moslty 3D štampana robotska ruka koja oponaša lutkarski kontroler: 11 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Ja sam student mašinstva iz Indije i ovo je moj diplomski projekat.

Ovaj je projekt usmjeren na razvoj jeftine robotske ruke koja je uglavnom 3D štampana i ima 5 DOF -ova s hvataljkom s 2 prsta. Robotskom rukom upravlja se lutkarski kontroler koji je desktop model robotske ruke sa istim stepenom slobode čiji su zglobovi opremljeni senzorima. Ručno upravljanje kontrolerom uzrokuje da robotska ruka oponaša kretanje na način master-slave. Sistem koristi ESP8266 WiFi modul kao medij za prijenos podataka. Sučelje operater master-slave pruža metodu za upravljanje robotskom rukom koju je lako naučiti. Nodemcu (Esp8266) se koristi kao mikrokontroler.

Cilj ovog projekta bio je razvoj jeftinog robota koji se može koristiti u obrazovne svrhe. Nažalost, dostupnost takve robotske tehnologije koja revolucionira moderni svijet ograničena je samo na određene institucije. Naš cilj je razviti i učiniti ovaj projekt otvorenim kodom tako da ga pojedinci mogu sami izraditi, izmijeniti i istražiti. Budući da je jeftin i potpuno otvorenog koda, ovo može potaknuti kolege studente da nauče i istraže ovo područje.

Moji saradnici na projektu:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Posebno hvala:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

za njihovu pomoć u ovom projektu.

Odricanje od odgovornosti: Nikada nisam planirao napisati blog ili uputstva o ovom projektu zbog čega trenutno nemam dovoljno podataka za dokumentovanje. Ovaj napor je uložen dugo nakon početka projekta. Ipak sam se jako trudio donijeti što više detalja kako bi bilo razumljivije. možda će vam se u nekim trenucima činiti nekompliciranim … nadam se da razumijete:) uskoro ću uključiti video na YouTubeu koji prikazuje njegove radne i druge testne stvari

Korak 1: Dakle, kako to funkcionira?

Ovo je za mene najuzbudljivija stvar u vezi ovog projekta.

(Ne tvrdim da je ovo učinkovit ili Pravi način da ga koristim u komercijalne svrhe Samo u obrazovne svrhe)

možda ste vidjeli jeftine robote sa servo motorima koji su samo za demontažu. S druge strane, postoje roboti sa koračnim motorima sa planetarnim mjenjačem itd. Ali ovaj robot predstavlja ravnotežu između njih.

pa kako se razlikuje?

Konstrukcija:

Umjesto da koristim manju snagu i skupe koračne motore, koristio sam istosmjerne motore, ali kao što znamo, istosmjerni motori nemaju sistem upravljanja povratnom spregom i ne mogu se koristiti izravno za kontrolu položaja, pokrio sam ih sa servo motorima dodavanjem potenciometra kao senzora povratne veze/položaja.

Zbog pojednostavljenja posla, ono što sam učinio je da sam rasklopio jeftine servosisteme od 9 g, izvadio njegovo kolo i zamijenio njegov DC motor s DC motorom velikog zakretnog momenta, a njegov mali lonac s onim što sam imao za robota. To mi je omogućilo da koristim zadanu biblioteku u arduino ne možete vjerovati da je pojednostavljeno kodiranje puno!

Za pogon 12V istosmjernog motora sa 5V servo čipom koristio sam L298N pogonski modul motora koji može pokretati 2 motora istovremeno. Modul ima 4 ulazna pina IN1 do IN4 koji odlučuju o smjeru rotacije motora. Gdje IN1 i IN2 odgovaraju 1. motoru i IN3, IN4 do 2. motora. Stoga su izlazni priključci (2) servo čipa (izvorno na mali istosmjerni motor) spojeni na IN1 i IN2 izlaza modula L298N od kojih je spojen na 12 V motor istosmjerne struje.

Rad:

Na ovaj način, kada vratilo motora nije na ciljnom položaju, potenciometar šalje vrijednost ugla servo čipu koji naređuje modulu L298N da pokreće Cw ili CCW zauzvrat 12V DC motor se okreće prema naredbi primljenoj od mikrokontrolera.

Shema je prikazana na slici (samo za 1 motor)

U NAŠEM SLUČAJU (ZDRUŽENE KUTNE VRIJEDNOSTI) ŠALJE SE KONTROLEROM LUTKA KOJI JE 10 PUTA UMJEREN KOPIJOM AKTUALNOG ROBOTA I POTENCIJOMETER JE PRIKLJUČEN NA JEDNOM VEZU WET WET WES ROBOTSKI ZGLOB NA KOJI SE SVAKI SPOJENI MOTOR POKUŠAVA ZAPOSLITI

Na svakom zglobu potenciometar je spojen na osovinu zgloba putem remenice. Kada se zglob rotira, potenciometar se rotira usklađeno i daje povratnu informaciju o trenutnom položaju zgloba zgloba (prikazano na slikama gore)

Korak 2: Korištene komponente:

Kao što sam rekao, još uvijek radim i poboljšavam ga iz dana u dan, pa se ove komponente mogu razlikovati u nekim budućim ažuriranjima.

moj cilj je bio učiniti ga što ekonomičnijim pa sam koristio vrlo selektivne komponente. Ovo je popis glavnih komponenti koje su se koristile do datuma Arm (nastavit ću ga ažurirati u budućnosti)

1. Esp8266 (2x)
2. DC motori (različitih specifikacija Okretni moment i brzine, 5x)
3. L298N motor Pogonski modul (2x)
4. Potenciometar (8x)
5. Aluminijski kanal (30x30, 1 metar)
6. razni hardver

Korak 3: Proračuni i dizajn rukava

Za projektiranje ruke koristio sam softver catia v5. Prije početka procesa projektiranja prva stvar je bila izračunati duljine karika i zakretni moment koje svaki spoj mora izdržati.

prvo sam počeo s nekim pretpostavkama koje uključuju:

1. Maksimalna nosivost robota bit će 500 gm (1,1 lb)
2. ukupni doseg robota bit će 500 mm
3. Težina robota neće prelaziti 3 kg.

Proračuni dužine veze

nastavljajući s ovim, izračunao sam duljinu veze pozivajući se na istraživački rad "Dizajn robotske ruke od I. M. H. van Haarena"

I. M. H. van Haaren dao je odličan primjer kako je odredio dužine karika koristeći biološku referencu u kojoj su dužine glavnih segmenata tijela izražene kao dio ukupne visine. Prikazano je na sl.

nakon proračuna pokazalo se da su dužine veza

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Dužina hvataljke = 150 mm

Proračuni obrtnog momenta:

Za izračunavanje zakretnog momenta koristio sam osnovne koncepte zakretnog momenta i momenata primijenjenih u inženjeringu.

bez ulaženja u dinamičke proračune, oslanjao sam se samo na proračune statičkog zakretnog momenta zbog nekih kontraindikacija.

postoje 2 glavna igrača s zakretnim momentom kao T = FxR, tj. u našem slučaju opterećenje (masa) i dužina veze. Kako su dužine veza već određene, sljedeća stvar je saznati težinu komponenti. U ovoj fazi nisam bio siguran kako mogu pronaći težine svake komponente bez njenog mjerenja.

pa sam ove proračune radio u iteracijama.

1. Pretpostavio sam da je aluminijski kanal ujednačen materijal po cijeloj dužini i podijelio težinu od ukupno 1 metar peice s dužinom peicesa koje ću koristiti.
2. Što se tiče spojeva, pretpostavio sam određene vrijednosti za svaki spoj (težina motora + težina 3D štampanog dijela + ostalo) na osnovu pretpostavke o ukupnoj težini robota.
3. prethodna 2 koraka dala su mi prve iteracijske vrijednosti zajedničkog zakretnog momenta. Za te vrijednosti sam na internetu pronašao odgovarajuće motore, zajedno sa drugim specifikacijama i težinama.
4. U drugoj iteraciji koristio sam originalne težine motora (što sam saznao u 3. koraku) i ponovo izračunao statičke momente za svaki spoj.
5. Ako su konačne vrijednosti zakretnog momenta u koraku 4 prikladne za motore odabrane u koraku 3, dovršio sam taj motor, u suprotnom ponavljajte korake 3 i 4 dok formulirane vrijednosti ne zadovolje stvarne specifikacije motora.

Dizajn ruke:

Ovo je bio najspremniji zadatak u cijelom ovom projektu i trebalo mi je skoro mjesec dana da ga osmislim. Usput, priložio sam fotografije CAD modela. Ostavit ću vezu za preuzimanje ovih CAD datoteka negdje ovdje:

Korak 4: 3D štampanje delova

Svi dijelovi su spojevi 3D štampani na štampaču od 99 USD sa površinom za štampanje 100x100x100 mm (da, to je tačno !!)

štampač: Jednostavni X1

Uključio sam fotografije glavnih dijelova iz slicer -a i povezat ću se na CAD datoteku svih dijelova, kao i na stl, tako da ih možete preuzimati i uređivati kako želite.

Korak 5: Zglob ramena (zglobovi J1 i J2)

Osnovna remenica je odštampana na drugom štampaču, jer je imala prečnik 160 mm. Dizajnirao sam zglob ramena tako da se može voziti (rotacija oko z -osi) bilo sa remenicom ili mehanizmom zupčanika, što možete vidjeti na priloženim slikama donji dio je mjesto gdje se uklapaju ležajevi koji se zatim montiraju na središnju osovinu na platformu napravljenu za pomicanje ruke (spremnik, više toga u budućnosti).

veći zupčanik (žuta na slici) montiran je na aluminijski kanal s vijcima s navrtkama kroz koje prolazi čelična osovina od 8 mm oko koje se pomiče spoj 2. Prijenos na prvom spoju je 4: 1, a na drugom spoju 3,4: 1

Korak 6: Lakat i zglob (spoj J3)

(Neke slike su izgrađene nakon što nemam potpune slike procesa)

Lakatni zglob slijedi jedan iza ramenog zgloba. To je dvodijelni zglob, jedan spojen da poveže jedan, a drugi da poveže 2.

komad 1 ima DC motor sa pogonskim zupčanikom, a komad 2 ima veći zupčanik pričvršćen na njega i par ležajeva za podupiranje osovine. Prijenos je isti kao kod J2, tj. 3,4: 1, ali motor je 12,5 KG-CM 60 o / min.

Zglob J3 ima raspon pokreta od 160 stepeni.

Korak 7: Zglob zgloba (zglob J4 i J5)

(Neke slike su izgrađene nakon što nemam potpune slike procesa)

Nakon zgloba lakta je zglob. Ovaj se opet sastoji od 2 dijela, jedan na prethodnoj vezi (tj. Veza 2) i jedan koji se sastoji od J5 motota koji rotira zglob. Omjer zupčanika je 1,5: 1, a DC motor koristi 10 RPM 8 KG -CM.

Ovaj spoj J4 ima raspon rotacije 90 stepeni, a J5 360 stepeni.

Korak 8: Hvataljka

Ovo je bio jedan od najtežih zadataka za projektiranje. Dizajniran je tako da može odabrati većinu objekata, kao i da se može uhvatiti u koštac s većinom stvari oko nas, poput kvaki, ručki, šipki itd.

Kao što je prikazano na slici, spiralni zupčanik pričvršćen na motor pogoni na zupčanike u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od kazaljke na satu koji su spojeni na prste za njihovo otvaranje i zatvaranje.

Svi dijelovi hvataljke prikazani su na priloženoj slici.

Korak 9: Izrada lutkarskog kontrolera za robotsku ruku

Lutkarski kontroler je točno 10 puta smanjena verzija stvarne robotske ruke. Ima 4 potenciometra montirana na 4 zgloba, naime J1, J2, J3, J4 i zglob J5 će se upravljati pritiskom na gumb za kontinuirano okretanje (rotacija hvataljke za bilo koju operacija)

potenciometri očitavaju kut rotacije zglobova i šalju ovu vrijednost između 1-1023 Nodemcu-u koji se pretvara natrag u 1-360 i šalje na drugi Nodemcu putem WiFi-a. Kako ESP8266 ima samo jedan analogni ulaz, koristio sam multipleksor 4051.

vodič za korištenje multipleksa 4051 s esp8266-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

shematski dijagram:

Dodaću šematski dijagram čim ga završim (ako nekome treba hitno neka me kontaktira do tada)

Šifra: (takođe uključena ovde)

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

Korak 10: Elektronika

Prilažem slike trenutnog rada. Potpuna elektronika i shematski dijagram još nisu potpuni. Uskoro ću objaviti ažuriranja do tada ostanite povezani:)

(Napomena: Ovaj projekt još nije dovršen. U budućnosti ću pratiti sve nadogradnje)

Korak 11: Kodovi i sheme na jednom mjestu

Dovršiću potpune šeme robota i konačni kod čim ga završim!