DIY -robotarm 6 -as (met stepper -motors): 9 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Na meer as 'n jaar se studies, prototipes en verskillende mislukkings, het ek daarin geslaag om 'n yster / aluminium robot te bou met 6 grade vryheid wat deur stepper motors beheer word.

Die moeilikste deel was die ontwerp omdat ek drie fundamentele doelwitte wou bereik:

• Lae realiseringskoste
• Maklik om te monteer, selfs met min toerusting
• Goeie presisie tydens beweging

Ek het die 3D -model met Rhino verskeie kere ontwerp tot (na my mening) 'n goeie kompromie wat aan die drie vereistes voldoen.

Ek is nie 'n ingenieur nie en voor hierdie projek het ek geen ondervinding in robotika gehad nie, sodat 'n meer ervare persoon as ek ontwerpfoute kon vind in wat ek gedoen het, maar ek kan steeds sê dat ek tevrede is met die eindresultaat wat ek behaal het.

Voorrade

besoek my persoonlike blog vir meer inligting

Stap 1: CAD -ontwerp

Voordat ek by die finale model kom, het ek ten minste 8 verskillende prototipes met verskillende transmissiestelsels ontwerp, maar nie een kon voldoen aan die drie vereistes hierbo beskryf nie.

Deur die meganiese oplossings van al die gemaakte prototipes saam te stel (en ook 'n paar kompromieë aan te neem), kom die finale model uit. Ek het nie die ure wat ek voor die CAD deurgebring het, getel nie, maar ek kan u verseker dat dit baie was.

Een aspek wat in die ontwerpfase in gedagte gehou moet word, is dat selfs 'n enkele gram wat aan die einde van die robot se pols gevoeg word, vermenigvuldig word ten koste van die wringkragweerstand van die motors aan die basis en daarom word meer gewig bygevoeg en hoe meer motors moet bereken word om die moeite te verduur.

Om die enjins te "help" om die spanning te weerstaan, het ek gas -suiers van 250N en 150N aangebring.

Ek het daaraan gedink om koste te verlaag deur die robot te vervaardig met lasergesnyde ysterplate (C40) en aluminium met dikte van 2, 3, 5, 10 mm; laser sny is baie goedkoper as 3D metaalfrees.

Nadat ek elke individuele komponent ontwerp het, het ek die vorms van die stukke in.dxf gemaak en dit na die snysentrum gestuur. Die res van die komponente is self deur die draaibank gemaak.

Stap 2: Voorbereiding en samestelling

Uiteindelik is dit tyd om my hande vuil te maak (dit is wat ek die beste doen) …

Die konstruksiefase het baie ure se werk verg vir die voorbereiding van die stukke, die handmatige invoer van die gate, die verbindings, die drade en die draai van die hubs. Die feit dat ek elke komponent ontwerp het om met slegs 'n paar werktuie te kan werk, het daartoe gelei dat ek geen groot verrassings of meganiese probleme gehad het nie.

Die belangrikste ding is om nie haastig te wees om dinge af te handel nie, maar om nougeset te wees en elke enkele reël van die projek te volg; improvisasie in hierdie stadium lei nooit tot goeie resultate nie.

Dit is uiters belangrik om die laersitplekke te besef, want elke gewrig rus daarop en selfs 'n klein stuk van 'n paar persent kan die sukses van die projek in gevaar stel.

Ek moes die penne herhaal, want met die draaibank het ek ongeveer 5 sent kleiner as die laagat verwyder en toe ek dit probeer monteer, was die spel ongelooflik duidelik.

Die gereedskap wat ek gebruik het om al die stukke voor te berei, is:

• boorpers
• grinder / dremel
• slypsteen
• handleiding lêer
• draaibank
• Engelse sleutels

Ek verstaan dat nie almal tuis 'n draaibank kan hê nie, en in hierdie geval sal dit nodig wees om die stukke aan 'n gespesialiseerde sentrum te bestel.

Ek het die stukke ontwerp om laser gesny te word met die effens meer gewrigte om dit met die hand te kan vervolmaak, want die laser, hoe presies dit ook al is, lewer 'n koniese snit en dit is noodsaaklik om dit te oorweeg.

Om elke gewrig wat ek gemaak het, met die hand met die lêer te werk om 'n baie presiese koppeling tussen die dele te verkry.

Selfs die gate in die laersitplekke het ek kleiner gemaak en daarna met die hand met die dremel en baie (maar regtig baie) geduld oopgemaak.

Al die drade wat ek met die hand op die boorpers gemaak het, omdat die maksimum loodregtheid tussen die instrument en die stuk verkry word. Na die voorbereiding van elke stuk het die langverwagte oomblik van waarheid aangebreek, die samestelling van die hele robot. Ek was verbaas om te sien dat elke stuk presies in die ander pas met die regte toleransies.

Die robot is nou saamgestel

Voordat ek iets anders gedoen het, het ek verkies om 'n paar bewegings toetse te doen om seker te maak dat die enjins behoorlik ontwerp is. As ek probleme ondervind met die enjins, veral die aanhaalmoment, sal ek 'n goeie deel van die projek moet doen.

Nadat ek die 6 enjins ook gemonteer het, het ek die swaar robot na my solderlaboratorium geneem om dit aan die eerste toetse voor te lê.

Stap 3: Eerste bewegings toetse

Nadat ek die meganiese deel van die robot voltooi het, het ek die elektronika vinnig bymekaargemaak en slegs die kabels van die 6 motors aangesluit..

Die eerste probleem het betrekking op gesamentlike nr. 3 wat by maksimum verlenging die gordel te veel oorlaai en soms trappe verloor het. Die oplossing vir hierdie probleem het my gelei tot verskillende argumente wat ons in die volgende stap sal sien.

Die tweede probleem het betrekking op die gesamentlike nr. 4, die oplossing van die gordeltorsie was nie te betroubaar nie en het probleme opgelewer. Intussen het die yster dele van die robot klein roespunte begin maak, so met die geleentheid om die probleme op te los, het ek ook die geleentheid gebruik om dit te verf.

Stap 4: Skilder en monteer weer

Ek hou nie baie van die skilderfase nie, maar in hierdie geval is ek verplig om dit te doen omdat ek nog minder daarvan hou.

Op die yster sit ek eers 'n onderlaag wat dien as agtergrond vir die rooi fluo -verf.

Stap 5: Bug Fix N.1

Na die toetsuitslae moes ek 'n paar veranderinge aanbring om die akkuraatheid van die robot te verbeter. spanning. Die oplossing was om te help deur 'n krag uit te oefen wat in stryd is met die draairigting.

Ek het die hele nag daaraan gedink wat die beste oplossing kan wees sonder om alles weer te hoef te doen. Aanvanklik het ek daaraan gedink om 'n groot torsieveer aan te wend, maar op die internet het ek niks bevredigends gevind nie, so ek het gekies vir 'n gassuier (soos ek al vir gewrig # 2 ontwerp het), maar ek moes nog steeds besluit waar ek dit moes plaas, want ek het nie genoeg spasie gehad nie.

Toe ek 'n bietjie opgee oor estetika, het ek besluit dat die suier die beste plek aan die kant was.

Ek het die berekeninge gedoen oor die nodige krag van die suier, met inagneming van die punt waar dit die krag moes uitoefen, en toe bestel ek op eBay 'n 150 N suier met 'n lengte van 340 mm, en ek het die nuwe stutte ontwerp om dit reg te stel.

Stap 6: Bug Fix N.2

Die tweede verandering het betrekking op gesamentlike nr. 4 waar ek aanvanklik die transmissie met die gedraaide riem beplan het, maar ek het besef dat die spasies verminder is en die gordel nie so goed werk as wat ek gehoop het nie.

Ek het besluit om die hele gewrig heeltemal te herontwerp deur die skouers te ontwerp om die motor in 'n parallelle rigting te ontvang. Met hierdie nuwe wysiging werk die gordel nou korrek en is dit ook makliker om dit te span, want ek het 'n sleutelstelsel ontwerp om die gordel maklik te span.

Stap 7: Elektronika

Die motorbeheerelektronika is dieselfde as wat gebruik word vir 'n klassieke 3-as CNC, met die verskil dat daar nog 3 bestuurders en nog 3 motors is om te bestuur. ontvang instruksies oor hoeveel grade die motors sal moet draai sodat die gewrig nie die gewenste posisie bereik nie.

Die onderdele waaruit die elektronika bestaan, is:

• Arduino Mega
• n. 6 bestuurder DM542T
• n. 4 Relè
• n. 1 24V kragtoevoer
• n. 2 Magneetkleppe (vir die pneumatiese klem)

Op Arduino het ek die skets gelaai wat handel oor die gelyktydige bestuur van die bewegings van die motors, soos versnelling, vertraging, snelheid, stappe en maksimum limiete, en is geprogrammeer om opdragte te ontvang om via seriële (USB) uitgevoer te word.

In vergelyking met die professionele bewegingsbeheerders wat tot 'n paar duisend euro kan kos, verdedig Arduino op sy eie manier te duidelik ingewikkelde operasies wat hy nie kan bestuur nie, soos byvoorbeeld die multithread, veral as u verskeie enjins gelyktydig moet bestuur.

Stap 8: sagteware -oorwegings

Elke robot het sy eie vorm en verskillende bewegingshoeke en die kinematika verskil vir elkeen. Op die oomblik gebruik ek die sagteware van Chris Annin (www.anninrobotics.com) om die toetse uit te voer, maar die wiskunde wat vir sy robot geskryf is, pas nie perfek by myne nie, sommige dele van die werkarea kan ek nie bereik nie. omdat die hoeke se berekeninge nie volledig is nie.

Annin se sagteware is nou goed om te eksperimenteer, maar ek sal moet begin dink aan my eie sagteware wat 100% pas by die fisika van my robot. Ek het al 'n paar toetse begin doen met behulp van Blender en die Python -deel van die bewegingsbeheerder geskryf, en dit lyk na 'n goeie oplossing; daar is 'n paar aspekte wat ontwikkel moet word, maar hierdie kombinasie (Blender + Ptyhon) is baie maklik om te implementeer, veral dit is maklik om bewegings te beplan en te simuleer sonder om die robot voor u te hê.

Stap 9: Pneumatiese klem

Om voorwerpe na die robot te kan neem, het ek dit met 'n pneumatiese klem toegerus.

Persoonlik hou ek nie van 'n tang met servo's nie; dit gee my nie veel vertroue op die seël nie, en ek het gedink dat 'n pneumatiese tang wat spesifiek die druk aanpas, aan alle behoeftes kan voldoen.

Met vierkantige aluminiumprofiele het ek die klem aangepas om klein en groot voorwerpe te neem.

As ek later tyd kry, sal ek al die inligting oor die projek versamel sodat ek dit kan aflaai.

Ek hoop dat u hierdie instruksies geniet het.