Daj pet! - Robotska ruka: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Jednog dana, u klasi Principi inženjeringa, krenuli smo u izradu složenih mašina od VEX dijelova. Kad smo počeli s izgradnjom mehanizama, borili smo se s upravljanjem s više složenih komponenti koje je trebalo sastaviti zajedno. Kad bi nam samo neko mogao pomoći …

Zato smo mi, tri učenika srednje škole Irvington u razredu gospođe Berbawy, odlučili dizajnirati i izgraditi robotsku ruku od nule! Uz financijsku procjenu od 150 USD za ovaj S. I. D. E. Projekt, uspjeli smo nabaviti sav potreban materijal, a da smo ostali u skladu s budžetom. Gotov proizvod sastoji se od Arduino Mega, servo mikrokontrolera koji pokreće 5 servo pogona, od kojih je svaki spojen na 3D otisnuti prst koji se može kretati pojedinačno s realnim zglobovima.

Ovo je bio vrlo ambiciozan projekt, s obzirom na to da su svi članovi tima učenici srednjih škola koji imaju zauzete rasporede za mlađe godine i nemaju prethodno iskustvo u potpunom osmišljavanju projekta zasnovanog na elektronici od samog početka. Iako članovi našeg tima imaju prethodno iskustvo u projektiranju i programiranju s računalnom podrškom, projekt nam je otvorio oči za potencijalnu upotrebu Arduino hardvera i softvera na način koji bi mogao pomoći ljudima u izvršavanju njihovih svakodnevnih zadataka.

3D modeliranje i dizajn Patrick Ding

Dokumentacija i Arduino kodiranje Ashwin Natampalli

Arduino kodiranje, kola i instrukcije od Sandesh Shrestha

Korak 1: CADing

Prvi i najteži korak u ovom projektu je stvaranje 3D modela ruke s prstima. Da biste to učinili, upotrijebite Autodesk Inventor ili Autodesk Fusion 360 (koristili smo prvi).

Koristite datoteke dijelova za kreiranje pojedinačnih CAD -ova za dlan, segmente prstiju, vrhove prstiju i segment prstiju. Za to su nam bile potrebne 2-3 revizije po dijelu kako bi rad spojeva i servo pogona bio neometan.

Dizajn može biti bilo koje veličine i oblika koji se želi sve dok put žice omogućava nesmetan rad prstiju i prsti se ne sudaraju. Također osigurajte da se prsti mogu potpuno srušiti za zatvorenu šaku.

Kako bismo riješili problem smetnji u nizovima i neefikasnih puteva, kako smo otkrili u našoj prvoj verziji, dodane su petlje, vodiči nizova i tuneli kako bi se niz lako mogao povući i otpustiti.

Evo naših finaliziranih pregleda i.stl CAD datoteka za svaki dio.

Korak 2: 3D štampanje

Nakon završetka CAD -ova, upotrijebite 3D pisač kako biste ih oživjeli. Ova se faza može ponoviti više puta ako dizajn koji kreirate ima problema.

Za 3D štampanje prvo izvozite CAD datoteke kao STL datoteke. Da biste to učinili u Autodesk Inventoru, kliknite padajući izbornik Datoteka i zadržite pokazivač iznad Izvoz. U iskačućoj koloni odaberite CAD format. Izbornik Windows File Explorer omogućit će vam da odaberete.stl datoteku iz padajućeg izbornika i odaberete lokaciju za datoteku.

Nakon što je datoteka spremna za uvoz u softver 3D pisača, konfigurirajte opcije ispisa po svom ukusu ili slijedite našu konfiguraciju. Softver 3D pisača razlikuje se od marke do marke, pa se za navigaciju u njihovom softveru obratite mrežnim vodičima ili priručniku. Za našu ruku koristili smo LulzBot Mini zbog njegove dostupnosti u klasi.

Korak 3: Montaža

Nakon što su svi dijelovi uspješno 3D ispisani sa uklonjenim splavovima i nosačima (ako je primjenjivo), tada se svaki dio mora pripremiti za početak sastavljanja.

Budući da 3D pisači nisu vrlo precizni i mogu se pojaviti male nepravilnosti, upotrijebite turpiju ili brusni papir ili dremel s nastavkom za brušenje kako biste izgladili određena lica. Za najjednostavniji rad spojeva, fokusirajte se na spojeve i točke sjecišta kako biste izgladili za optimalne veze. Ponekad žice tunela u segmentima prstiju i drugim dijelovima mogu propasti ili biti nesavršene. Za suzbijanje velikih neslaganja upotrijebite bušilicu sa svrdlom od 3/16 inča za bušenje tunela.

Za najjednostavnije usmjeravanje žica, sastavite svaki prst, provucite niz kroz tunele i zavežite niz na krajevima. Prije spajanja svakog prsta na dlan, provucite niz kroz vodilice, jedan kroz gornju rupu, a jedan kroz donju, na dlanu i pričvrstite ga na suprotne krajeve servo pogona. Kad su dužine ispravne, spojite prste s dlanom.

Kao što je prikazano na gornjoj slici, umetnite vijke m4x16 u svaki spoj da držite prst zajedno. Ponovite svaki postupak izgradnje prsta za sve prste, koristeći ružičaste segmente za ružičaste.

Korak 4: Arduino krug

Pošto je kostur sastavljen, mišići i mozak moraju biti integrirani. Da bismo pokrenuli sve servomotore odjednom, moramo koristiti kontroler motora PCA 9685 kompanije Adafruit. Ovaj regulator zahtijeva vanjsko napajanje za napajanje servo pogona. Korištenje ovog kontrolera i njegove zaštićene biblioteke kodiranja možete pronaći ovdje.

Prilikom spajanja Arduina na kontroler, pazite da snimite pin izlaze. Ako koristite Arduino Mega, to neće biti potrebno. U svim slučajevima, međutim, provjerite bilježite li na kojim priključcima na kontroleru motora su montirani servo upravljači.

Da biste upravljali servo upravljačima i ručno pomoću IC daljinskog upravljača, jednostavno dodajte IC prijemnik i spojite napajanje i uzemljenje na Arduino pomoću žice za prijenos podataka na digitalne portove. Provjerite isklop vašeg IC prijemnika kako biste bili sigurni da je ožičenje ispravno. Prikazan je primjer našeg kola.

Da biste stvorili ovo kolo, prvo povežite svaki servo na portove 3, 7, 11, 13 i 15 na upravljačkoj ploči servo motora. Pričvrstite cijelu ploču s pet igala na dnu na ploču za kruh.

Koristeći kratkospojne kabele, spojite napajanje i uzemljenje Arduina na 5 V na jednu razvodnu ploču matične ploče (obavezno označite ili zapamtite na kojoj strani ima 5 V od Arduina!). Ovo će napajati IC senzor i motorni kontroler. Priključite napajanje od 6 V na drugu vodilicu. Ovo će napajati servo pogone.

Postavite sve 3 pinove IC senzora u ploču. Spojite napajanje i uzemljenje na 5V šinu, a izlaz na digitalni pin 7.

Budući da koristimo Arduino Mega, priključci SDA i SCL na kontroleru motora bit će povezani sa SDA i SCL priključcima na Arduinu. VCC i uzemljeni priključci bit će spojeni na 5V šinu.

Kad je baterija spojena na vlastiti razvodnik, upotrijebite kratkospojne kabele i mali odvijač s ravnom glavom kako biste osigurali napajanje servo motora kroz zeleni ulazni napon za napajanje.

Uvjerite se da su svi spojevi čvrsti i provjerite sve kabelske vodove s priključenim TinkerCAD krugom.

Korak 5: Kodiranje

Posljednji korak prije nego što se ova ruka može dati u upotrebu je kodiranje Arduina. Budući da ova ruka koristi kontroler motora PCA 9685, prvo moramo instalirati biblioteku, što se može učiniti unutar Arduino kodirajućeg okruženja. Nakon instalacije, instalirajte i biblioteku IRremote za funkcionalnost daljinskog upravljača.

U našem kodu, definicije svakog dugmeta na daljinskom upravljaču su prikazane osmocifrenim kodovima. Oni su pronađeni pomoću programa IRRecord, koji na serijskom monitoru ispisuje 8 -znamenkasti kod svakog dugmeta.

U prilogu se nalazi i IRRecord program i finalizirani program za upravljanje rukom.

Na početku koda uključite biblioteke IRremote, Wire i Adafruit_PWMServoDriver.

Nakon toga, pomoću nalaza IRRecord -a definirajte svako dugme daljinskog upravljača. Iako nisu svi potrebni (potrebno ih je samo 10), svi imaju mogućnost brzog proširenja (dodavanje funkcija i unaprijed postavljenih pokreta) za budućnost. Kreirajte pwm pomoću funkcije servo upravljačkog programa i dodijelite servo pinove na kontroleru motora. Koristite iste vrijednosti SERVOMAX/MIN kao što je prikazano. Dodijelite pin za digitalni ulaz IC senzora kao 7 i inicijalizirajte.

Proglasite funkciju postavljanja inicijalizacijom serijskog broja s brzinom prijenosa od 9600. Omogućite IC senzor i pokrenite servo sa servo frekvencijom od 60Hz.

Na kraju kreirajte prekidač if/else na osnovu dolaznog prenosa IR daljinskog upravljača u funkciji petlje. Zatim kreirajte prekidač/kućište sa slučajevima svakog dugmeta na daljinskom upravljaču koji će se koristiti. One se mogu promijeniti za željene kontrole. Za svaki slučaj odštampajte dugme pritisnuto na serijski monitor radi otklanjanja grešaka, a pomoću for petlje pomerite servo. Nakon što su svi slučajevi stvoreni, obavezno nastavite s IR senzorom za više ulaznih signala prije zatvaranja funkcije petlje. Kodiranje servo upravljača putem upravljačke ploče motora može se pronaći na