Brat robotizat imprimat 3D Moslty care simulează controlerul de marionetă: 11 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Sunt un student de inginerie mecanică din India și acesta este proiectul meu de licență.

Acest proiect este axat pe dezvoltarea unui braț robotizat cu costuri reduse, care este în mare parte imprimat în 3D și are 5 DOF-uri cu un gripper cu 2 degete. Brațul robotizat este controlat cu un controler marionetă, care este un model desktop al brațului robotizat cu aceleași grade de libertate ale căror articulații sunt echipate cu senzori. Manipularea manuală a controlerului face ca brațul robot să imite mișcarea în mod master-sclav.. Sistemul folosește modulul ESP8266 WiFi ca mediu de transmisie a datelor. Interfața operator master-slave oferă o metodă ușor de învățat pentru manipularea robotică a brațelor. Nodemcu (Esp8266) este utilizat ca microcontroler.

Scopul acestui proiect a fost dezvoltarea unui robot low cost care poate fi folosit în scop educațional. Din păcate, accesibilitatea unei astfel de tehnologii robotice care revoluționează lumea modernă este limitată doar la anumite instituții. Ne propunem să dezvoltăm și să facem acest proiect open source, astfel încât indivizii să îl poată realiza, modifica și explora pe cont propriu. Fiind un cost redus și complet open source, acest lucru poate inspira colegii studenți să învețe și să exploreze acest domeniu.

Colegii mei de proiect:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Mulțumiri speciale lui:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

pentru ajutorul lor în acest proiect.

Declinare de responsabilitate: Nu am planificat niciodată să scriu un blog sau să pot fi instruiți despre acest proiect, din cauza căruia nu am suficiente date pentru a-l documenta acum. Acest efort se face mult după începerea proiectului. pentru ao face mai ușor de înțeles. s-ar putea să-l găsești incomlet în anumite momente … sper să înțelegi:) Voi include în curând un videoclip de pe YouTube care prezintă funcționarea sa și alte lucruri de testare în curând

Pasul 1: Deci, cum funcționează?

Acesta este cel mai interesant lucru pentru mine la acest proiect.

(Nu pretind că acest lucru este eficient sau o metodă corectă de utilizare a acestuia în scop comercial Este doar în scop educativ)

este posibil să fi văzut roboți ieftini cu servo-motoare care sunt doar pentru demontrare. Pe de altă parte, există roboți cu motor pas cu pas cu cutie de viteze planetară etc. Dar acest robot este un echilibru între ei.

deci, cum este diferențiat?

Constructie:

În loc să folosesc un motor pas cu putere mai redus și un cost ridicat, am folosit motoare DC, dar, după cum știm, motoarele DC nu au un sistem de control al feedback-ului și nu pot fi utilizate direct pentru controlul poziției, le-am acoperit în servo motoare adăugând un potențiometru ca senzor de feedback / poziție.

Acum, pentru simplitate de lucru, ceea ce am făcut a fost, am dezmembrat servo-urile ieftine de 9g care i-au eliminat circuitele și i-am înlocuit motorul de curent continuu cu un motor de curent continuu cu cuplu ridicat și oala mică cu ceea ce aveam pentru robot. arduino nu poți crede că codificarea simplificată o mulțime!

Pentru conducerea motorului de 12 V c.c. cu servo chip de 5 V, am folosit modulul de conducător motor L298N, care poate conduce 2 motoare simultan. Modulul are 4 pini de intrare IN1 până la IN4 care decid direcția de rotație a motorului. IN4 la al doilea motor. Prin urmare, terminalele de ieșire (2) ale servo-cipului (inițial la motorul DC mic) sunt conectate la IN1 și IN2 ale modulului L298N, ieșirea acestuia fiind conectată la motorul de 12V DC.

Lucru:

În acest fel, când arborele motorului nu se află pe poziția țintă, potențiometrul trimite valoarea unghiului la servo-cip care comandă modulului L298N să conducă fie Cw, fie CCW, la rândul său, motorul de 12V DC se rotește conform comenzii primite de la microcontroler.

Schema este prezentată în figură (numai pentru 1 motor)

ÎN CAZUL NOSTRU, COMANDA (VALORILE UNGHIULUI COMUN) ESTE TRIMITĂ PRIN CONTROLUL PUPETELOR CARE ESTE COPIA REDUSĂ DE 10 ORI A ROBOTULUI ACTUAL ȘI POTENȚIOMETRUL ESTE CONECTAT LA FIECARE ÎNTR-O ÎNTREPRINDERE. ROBOT ÎNTREPRINDEREA CAREI FIECARE MOTOR ÎNCERCĂ ÎNCERCĂ SĂ OCUPEZE

La fiecare articulație, un potențiometru este conectat la arborele articulației prin mecanismul de curea a curelei. Când rotirea articulației, potențiometrul se rotește în conformitate și oferă feedback despre poziția curentă a unghiului articulației (Afișat în imaginile de mai sus)

Pasul 2: Componente utilizate:

După cum am spus, încă lucrez și îl îmbunătățesc zi de zi, prin urmare, aceste componente pot diferi în unele actualizări viitoare.

Scopul meu a fost să-l fac cât mai economic posibil, prin urmare, am folosit componente foarte selective. Aceasta este lista componentelor majore utilizate în data de armare (voi continua să o actualizez în viitor)

1. Esp8266 (2x)
2. Motoare de curent continuu (cu specificații diferite Cuplu și viteze, 5x)
3. Modulul driverului motorului L298N (2x)
4. Potențiometru (8x)
5. Canal din aluminiu (30x30, 1 metru)
6. diverse Hardware

Pasul 3: Calcule și proiectarea brațelor

Pentru proiectarea brațului am folosit software-ul catia v5. Înainte de a începe procesul de proiectare, primul lucru a fost să calculez lungimile legăturii și cuplul pe care trebuie să le susțină fiecare articulație.

mai întâi am început cu câteva ipoteze care includ:

1. Sarcina utilă maximă pentru robot va fi de 500 gm (1,1 lb)
2. acoperirea totală a robotului va fi de 500 mm
3. Greutatea robotului nu va depăși 3 kg.

Calculele lungimii legăturii

continuând cu aceasta, am calculat lungimea legăturii cu referire la lucrarea de cercetare „Design of a Robotic Arm By I. M. H. van Haaren”

I. M. H. van Haaren a dat un exemplu excelent al modului în care a determinat lungimile legăturii folosind o referință biologică în care lungimile segmentelor principale ale corpului sunt exprimate ca o fracțiune din înălțimea totală. Este prezentat în fig.

după calcule, lungimile legăturilor au ieșit la iveală

L1 = 274 mm

L2 = 215mm

L3 = 160mm

Lungimea mânerului = 150mm

Calculele cuplului:

Pentru calcularea cuplului am folosit concepte de bază de turque și momente aplicate în inginerie.

fără a intra în calcule dinamice, m-am bazat doar pe calcule statice ale cuplului datorită unor contraindicatii.

există 2 jucători majori cuplu ca T = FxR, adică în cazul nostru sarcina (masa) și lungimea legăturii. Deoarece lungimile legăturii sunt deja determinate, următorul lucru este să aflăm greutatea componentelor. În acest stadiu, nu sunt sigur cum pot găsi greutăților fiecărei componente fără a o măsura efectiv.

deci, am făcut aceste calcule în iterații.

1. Am asumat canalul de aluminiu ca un material uniform pe toată lungimea sa și am împărțit greutatea totală de 1 metru peice cu lungimea de bucăți pe care urma să le folosesc.
2. În ceea ce privește articulațiile, am asumat anumite valori pentru fiecare articulație (greutatea motorului + greutatea piesei imprimate 3D + altele) pe baza presupunerii totale a greutății robotului.
3. 2 pași anteriori mi-au oferit valori de cuplu ale îmbinării pentru prima iterație. Pentru aceste valori am aflat motoare adecvate pe internet, împreună cu alte specificații și greutăți.
4. În a doua iterație am folosit greutăți originale ale motoarelor (pe care le-am aflat în pasul 3) și am calculat din nou cuplurile statice pentru fiecare îmbinare.
5. Dacă valorile cuplului final din pasul 4 ar fi potrivite pentru motoarele selectate în pasul 3 i s-a finalizat motorul, altfel repetați pasul 3 și 4 până când valorile formulate îndeplinesc specificațiile reale ale motorului.

Proiectarea brațului:

Aceasta a fost cea mai îngrijită sarcină a întregului proiect și a durat aproape o lună să-l proiectez. Apropo am atașat fotografii ale modelului CAD. Voi lăsa un link pentru a descărca aceste fișiere CAD undeva aici:

Pasul 4: Imprimarea 3D a pieselor

Toate părțile trebuie să fie îmbinate sunt imprimate 3D pe o imprimantă de 99 $ cu o suprafață de imprimare de 100x100x100 mm (da, este adevărat !!)

imprimantă: Easy threed X1

Am inclus fotografii cu piese majore din feliat și voi face legătura cu toate fișierele de fișiere CAD catfile, precum și stl, astfel încât să puteți descărca și edita după cum doriți.

Pasul 5: Adunarea comună a umărului (articulația J1 și J2)

Fâșia de bază a fost tipărită pe o imprimantă diferită, având un diametru de 160 mm. Am proiectat articulația umărului astfel încât să poată fi acționată (rotație în jurul axei z) fie cu fâșie de curea, fie cu mecanism cu pinion dentat, pe care îl puteți vedea în imaginile incluse partea de jos este locul unde se potrivesc rulmenții care apoi sunt montați pe un arbore central pe o platformă care este făcută pentru a muta brațul (rezervorul, mai mult decât în viitor).

angrenajul mai mare (galben în imagine) este montat pe canal de aluminiu cu șuruburi de piuliță prin care trece arborele de oțel de 8 mm pe care se mișcă îmbinarea 2. Raportul de angrenaj la prima îmbinare este 4: 1 și cel al celei de-a doua îmbinări este 3,4: 1

Pasul 6: Cot și articulație (articulația J3)

(UNELE DIN IMAGINI SUNT DUPĂ CONSTRUCȚIE DATĂ NU AM IMAGINI DE PROCES COMPLET)

Articulația cotului este una după articulația umărului. Este o articulație din două bucăți, una conectată pentru a lega una și alta pentru a lega 2.

piesa 1 are un motor de curent continuu cu pinion de antrenare și piesa 2 are un angrenaj mai mare atașat la acesta și o pereche de rulmenți pentru a susține arborele.

Articulația J3 are o rază de mișcare de 160 de grade.

Pasul 7: articulația încheieturii mâinii (articulația J4 și J5)

(UNELE DIN IMAGINI SUNT DUPĂ CONSTRUCȚIE DATĂ NU AM IMAGINI DE PROCES COMPLET)

După articulația cotului este articulația încheieturii mâinii. Aceasta constă din nou din 2 piese una la legătura anterioară (adică legătura 2) și una constând din motot J5 care rotește ansamblul încheieturii mâinii. -CM.

Această articulație J4 are o rotație de 90 de grade și J5 are 360 de grade.

Pasul 8: Gripper

Aceasta a fost una dintre cele mai dificile sarcini de proiectat, a fost concepută astfel încât să poată alege majoritatea obiectelor și să poată prinde majoritatea lucrurilor din jurul nostru, cum ar fi zăvoarele ușii, mânerele, barele etc.

Așa cum se arată în imagine, un angrenaj elicoidal atașat la acționările motorului la roți dințate în sensul acelor de ceasornic sau invers, care sunt conectate la degete pentru a le deschide și închide.

Toate părțile dispozitivului de prindere sunt prezentate în imaginea atașată.

Pasul 9: Realizarea controlerului de păpuși pentru brațul robotizat

Controlerul de păpuși este versiunea exactă de 10 ori redusă a brațului robot real. Are 4 potențiometre montate la 4 articulații și anume J1, J2, J3, J4 și Joint J5 va fi acționat cu un buton pentru rotire continuă (Rotirea mânerului pentru orice Operațiune)

potențiometrele simt unghiul de rotație al articulațiilor și trimit această valoare între 1-1023 la Nodemcu, care este convertit înapoi la 1-360 și trimis la un alt Nodemcu prin wifi. Deoarece ESP8266 are o singură intrare analogică, am folosit un multiplexer 4051.

tutorial pentru utilizarea multiplexerului 4051 cu esp8266 -

diagramă schematică:

Voi adăuga o diagramă schematică imediat ce o voi termina (dacă cineva are nevoie de ea, contactați-mă urgent până atunci)

Cod: (inclus și aici)

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

Pasul 10: Electronică

Atașez imagini cu lucrările curente. Electronica completă și schema nu sunt încă complete. Voi posta actualizări în curând până atunci rămâneți conectat:)

(Notă: Acest proiect nu este încă finalizat. Voi urmări orice actualizare în viitor)

Pasul 11: Coduri și schemă la un singur loc

Voi completa schemele robotului și codul final de îndată ce îl termin!