Moslty 3D-gedrukte robotarm wat 'n marionetbeheerder naboots: 11 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Ek is 'n student in meganiese ingenieurswese uit Indië en dit is 'n My Undergrad -graadprojek.

Hierdie projek fokus op die ontwikkeling van 'n goedkoop robotarm wat meestal 3D -gedruk is en 5 DOF's bevat met 'n 2 -vinger grijper. Die robotarm word beheer met 'n marionetkontroleerder, 'n lessenaarmodel van die robotarm met dieselfde grade van vryheid, waarvan die gewrigte met sensors toegerus is. Deur die beheerder met die hand te manipuleer, veroorsaak dat die robotarm die beweging op meester-slawe-manier naboots. Die stelsel gebruik die ESP8266 WiFi-module as 'n data-oordragmedium. Die meester-slaaf-bedienerkoppelvlak bied 'n maklik om te leer metode vir robotarm manipulasie. Nodemcu (Esp8266) word gebruik as 'n mikrobeheerder.

Die doel van hierdie projek was die ontwikkeling van 'n goedkoop robot wat vir opvoedkundige doeleindes gebruik kan word. Ons streef daarna om hierdie projek oopbron te ontwikkel en te maak sodat individue dit self kan maak, aanpas en verken. Omdat dit 'n lae koste en 'n volledig oop bron is, kan dit medestudente aanspoor om hierdie vakgebied te leer en te verken.

My projekmaats:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Spesiale dank aan:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

vir hul hulp in hierdie projek.

Disclaimer: ek het nooit beplan om 'n blog of instruksies oor hierdie projek te skryf nie, want ek het nie genoeg data om dit nou te dokumenteer nie. Hierdie poging word aangewend lank nadat die projek begin is. om dit meer begryplik te maak. u sal dit soms soms onvolledig vind … hoop u verstaan :) ek sal binnekort 'n YouTube -video insluit wat die werking daarvan en ander toetsgoed bevat

Stap 1: So, hoe werk dit?

Dit is vir my die opwindendste van hierdie projek.

(Ek beweer nie dat dit doeltreffend is nie, of die regte metode om dit vir kommersiële doeleindes te gebruik, slegs vir opvoedkundige doeleindes)

Miskien het u goedkoop robotte met servomotors gesien wat net bedoel is vir demontrasie. Aan die ander kant is daar baie stapmotorrobotte met planetêre ratkas, ens. Maar hierdie robot is 'n balans tussen hulle.

so, hoe verskil dit?

Konstruksie:

In plaas daarvan om laer krag en 'n hoëstapmotor te gebruik, het ek DC -motors gebruik, maar soos ons weet, het DC -motors nie 'n terugvoerbeheerstelsel nie en kan dit nie direk vir posisionering gebruik word nie, maar ek het dit in servomotore omgeskakel deur 'n potensiometer as 'n terugvoer-/posisiesensor by te voeg.

Vir die eenvoud van die werk wat ek gedoen het, het ek die goedkoop 9g -servo's uitmekaar gehaal en die stroombaan van die DC -motor vervang met 'n motor met 'n hoë wringkrag en die klein potjie met wat ek vir die robot gehad het. arduino, u kan die vereenvoudigde kodering nie baie glo nie!

Vir die bestuur van 12V DC motor met 5V servo chip gebruik ek L298N motor bestuurder module wat 2 motors gelyktydig kan aandryf. Die module het 4 ingangspennetjies IN1 tot IN4 wat die rigting van die motor besluit. IN4 tot 2de motor. Vandaar dat die uitgangsklemme (2) van die servoskyfie (oorspronklik met 'n klein gelykstroommotor) gekoppel is aan die IN1 en IN2 van die L298N -module -uitset, wat gekoppel is aan 'n 12V DC -motor.

Werk:

Op hierdie manier, as die motoras nie op die teikenposisie is nie, stuur die potensiometer hoekwaarde na die servo -chip wat die L298N -module beveel om Cw of CCW om die beurt 12V DC -motordraaie te dryf volgens opdrag van die mikrobeheerder.

Skematiese word in figuur getoon (slegs vir 1 motor)

IN ONS GEVAL OPDRAG (GESAMENTLIKE HOEKWAARDE) WORD DEUR POPPET CONTROLLER GESTUUR, WAT 10 KEER AFKOPE VAN WERKLIKE ROBOT AFSKAAL EN HET POTENTIOMETER KOPPEL IN HIERDIE RUIMTE HIEROP ROBOT GESAMENT WAARVAN ELKE GESAMENTLIKE MOTOR PROBEER OM TE BEWERK

By elke gewrig word 'n potensiometer via die belt pully mechansim aan die gesamentlike as gekoppel.

Stap 2: Gebruikte komponente:

Soos ek gesê het, werk ek steeds en verbeter dit elke dag, en hierdie komponente kan in sommige toekomstige opdaterings verskil.

my doel was om dit so ekonomies moontlik te maak, daarom gebruik ek baie selektiewe komponente.

1. Esp8266 (2x)
2. DC -motors (van verskillende spesifikasies Koppel en snelhede, 5x)
3. L298N motorbestuurder module (2x)
4. Potensiometer (8x)
5. Aluminium kanaal (30x30, 1 meter)
6. diverse hardeware

Stap 3: Berekeninge en wapenontwerp

Vir die ontwerp van die arm het ek die Catia V5 sagteware gebruik. Voordat u met die ontwerpproses begin het, was die berekening van die lengte en koppel van elke skakel wat elke gewrig moet onderhou.

Ek het eers begin met 'n paar aannames wat die volgende insluit:

1. Die maksimum lading vir die robot is 500 g (1,1 lb)
2. die totale reikwydte van die robot is 500 mm
3. Die gewig van die robot sal nie meer as 3 kg wees nie.

Skakellengteberekeninge

Hiermee het ek die lengte van die skakel bereken met verwysing na die navorsingsartikel "Design of a Robotic Arm By I. M. H. van Haaren"

I. M. H. van Haaren het 'n uitstekende voorbeeld gegee van hoe hy skakellengtes bepaal het deur 'n biologiese verwysing te gebruik waarin lengtes van die groot liggaamsegmente uitgedruk word as 'n breukdeel van die totale hoogte. Dit word getoon in fig.

na berekeninge het die lengte van die skakels ontstaan

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Gryplengte = 150 mm

Koppel berekeninge:

By die berekening van wringkrag gebruik ek basiese konsepte van turque en momente toegepas in ingenieurswese.

sonder om in dinamiese berekeninge te gaan, het ek slegs op statiese wringkragberekeninge berus as gevolg van sekere beperkings.

daar is 2 groot spelers, wat in wringkrag as T = FxR dws in ons geval laai (massa) en skakellengte is. gewigte van elke komponent sonder om dit werklik te meet.

so, ek het hierdie berekeninge in herhalings gedoen.

1. Ek het aluminiumkanaal as 'n eenvormige materiaal oor die hele lengte aangeneem en die gewig van die totale stuk van 1 meter verdeel met die lengte van die stukke wat ek gaan gebruik.
2. Wat die gewrigte betref, het ek sekere waardes vir elke gewrig aanvaar (motorgewig + gewig van 3D -gedrukte deel + ander) gebaseer op die totale aanname van die robotgewig.
3. vorige 2 stappe het my die eerste iterasie gesamentlike wringkragwaardes gegee. Vir hierdie waardes het ek geskikte motors op die internet gevind saam met ander spesifikasies en gewigte.
4. In die tweede herhaling gebruik ek oorspronklike gewigte van motors (wat ek in die derde stap uitgevind het) en bereken weer die statiese draaimomente vir elke gewrig.
5. As die finale wringkragwaardes in stap 4 geskik was vir motors wat in stap 3 gekies is, het ek die motor afgehandel, anders herhaal stap 3 en 4 totdat die geformuleerde waardes aan die werklike motorspesifikasies voldoen.

Arm ontwerp:

Dit was die mooiste taak van die hele projek, en dit het amper 'n maand geneem om dit te ontwerp. Deur die manier waarop ek foto's van CAD -model aangeheg het, sal ek 'n skakel na hierdie CAD -lêers êrens hier aflaai:

Stap 4: 3D -druk van die onderdele

Al die dele is meestal dat die verbindings 3D -gedruk is op 'n 99 $ -drukker met 'n afdrukoppervlakte van 100x100x100 mm (ja, dit is waar!)

drukker: Easy Threed X1

Ek het foto's van die groot dele uit die snyer ingesluit, en ek skakel na al die CAD -lêers van die dele, sowel as stl, sodat u kan aflaai en wysig soos u wil.

Stap 5: Gesamentlike skouersamestelling (gesamentlike J1 en J2)

Die basispoel is op 'n ander drukker gedruk omdat dit 160 mm in deursnee was. bo. die onderste deel is waar laers pas, wat dan op 'n sentrale as gemonteer word op 'n platform wat gemaak is om die arm te beweeg (tenk, meer daarvan in die toekoms).

die groter rat (geel in die prentjie) is gemonteer op 'n aluminium kanaal met moerboute waardeur 'n 8 mm staalas beweeg waaroor die las 2 beweeg.

Stap 6: Elmboog en gewrig (gewrig J3)

(Sommige van die beelde word gebou nadat ek nie 'n volledige verwerkingsbeeld het nie)

Elmbooggewrig volg een na die skouergewrig. Dit is 'n tweedelige gewrig, een wat verbind is om een te verbind en 'n ander aan skakel 2.

stuk 1 het 'n Dc-motor met tandwiel en stuk 2 het 'n groter rat daaraan en 'n paar laer om die as te ondersteun. Versnellingsverhouding is dieselfde as die van J2, d.w.s. 3.4: 1, maar die motor is 12.5 KG-CM 60 RPM.

Gesamentlike J3 het 'n bewegingsbereik van 160 grade.

Stap 7: Polsgewrig (gewrig J4 & J5)

(Sommige van die beelde word gebou nadat ek nie 'n volledige verwerkingsbeeld het nie)

Nadat die elmbooggewrig die polsgewrig is, bestaan dit weer uit 2 stukke, een by vorige skakel (dws skakel 2) en een wat bestaan uit J5 -motot wat die polsversameling draai. -CM.

Hierdie gewrig J4 het 'n draai -reeks van 90 grade en J5 het 360 grade.

Stap 8: Gripper

Dit was een van die moeilikste take om te ontwerp: dit is so ontwerp dat dit die meeste voorwerpe kan pluk, sowel as die meeste dinge rondom ons, soos deurgrendels, handvatsels, tralies, ens.

Soos in die prentjie getoon, ry 'n spiraalvormige rat wat aan die motor gekoppel is, op die ratte met die kloksgewys of teen die kloksgewys, wat aan die vingers gekoppel is om dit oop en toe te maak.

Al die dele van die gryper word op die aangehegte prent getoon.

Stap 9: Maak poppekontroleerder vir robotarm

Puppet controller is die presiese 10 keer afgeskaalde weergawe van die werklike robotarm. Dit het 4 potensiometers wat op 4 gewrigte gemonteer is, naamlik J1, J2, J3, J4 en Joint J5, sal bedien word met 'n drukknop vir deurlopende rotasie (rotasie van die grijper vir enige operasie)

potentiometers voel die rotasiehoek van gewrigte en stuur hierdie waarde tussen 1-1023 na Nodemcu, wat na 1-360 omgeskakel word en na wifi na 'n ander Nodemcu gestuur word.

handleiding vir die gebruik van 4051 multiplexer met esp8266-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

Skematiese diagram:

Ek sal 'n skematiese diagram byvoeg sodra ek klaar is (as iemand dit dringend nodig het, kontak my dan tot dan)

Kode: (ook hier ingesluit)

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

Stap 10: Elektronika

Ek heg foto's van die huidige werk aan. Volledige elektronika en skematiese diagram is nog nie voltooi nie. Ek sal binnekort opdaterings plaas tot dan verbind:)

(Let wel: hierdie projek is nog nie voltooi nie. Ek sal in die toekoms enige opdaterings volg)

Stap 11: Kodes en skematiese op een plek

Ek sal volledige robotskema's en finale kode voltooi sodra ek dit voltooi het!