Moslty 3D-printet robotarm, der efterligner dukkekontroller: 11 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Jeg er en mekanisk ingeniørstuderende fra indien, og dette er mit bachelorprojekt.

Dette projekt er fokuseret på at udvikle en billig robotarm, der for det meste er 3D -printet og har 5 DOF'er med en 2 -fingeret griber. Robotarmen styres med en marionetkontroller, som er en stationær model af robotarmen med samme frihedsgrader, hvis led er udstyret med sensorer. Manipulering af controlleren i hånden får robotarmen til at efterligne bevægelsen på master-slave-måde. Systemet bruger ESP8266 WiFi-modul som datatransmissionsmedium. Master-slave operatørgrænsefladen giver en let at lære metode til robotarmmanipulation. Nodemcu (Esp8266) bruges som mikrokontroller.

Formålet med dette projekt var udviklingen af billige robotter, der kan bruges til uddannelsesformål. Desværre er tilgængeligheden af sådan robotteknologi, som revolutionerer den moderne verden, begrænset til visse institutioner. Vi sigter mod at udvikle og gøre dette projekt open source, så enkeltpersoner kan lave, ændre og udforske det på egen hånd. Da det er en lav pris og fuldt åben kilde, kan dette inspirere medstuderende til at lære og udforske dette felt.

Mine projektkammerater:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Særlig tak til:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

for deres hjælp i dette projekt.

Ansvarsfraskrivelse: Jeg har aldrig planlagt at skrive en blog eller instruerbar om dette projekt, hvorfor jeg ikke har tilstrækkelige data til at dokumentere det nu. Denne indsats gøres længe efter projektets start. Alligevel har jeg forsøgt meget at bringe så mange detaljer som muligt for at gøre det mere forståeligt. du vil måske finde det ukompliceret på nogle punkter … håber du forstår:) jeg vil medtage en youtube -video, der viser, hvordan det fungerer og andre test ting snart

Trin 1: Så hvordan fungerer det?

Dette er det mest spændende for mig ved dette projekt.

(Jeg påstår ikke, at dette er effektivt eller den rigtige metode til at bruge det til kommercielle formål Det er kun til uddannelsesmæssige formål)

du har muligvis set billige robotter med servomotorer, som kun er til demontration. På den anden side er der mange stepper motor robotter med planetgear osv. Men denne robot er en balance mellem dem.

så hvordan er det anderledes?

Konstruktion:

I stedet for at bruge lavere effekt og steppermotor med høje omkostninger brugte jeg DC -motorer, men som vi ved, har DC -motorer ikke et feedback -kontrolsystem og kan ikke bruges direkte til positionsregulering, jeg omdannede dem til servomotorer ved at tilføje et potentiometer som en feedback/positionssensor.

Nu for at gøre arbejdet mere enkelt, demonterede jeg billige 9g servoer, der fjernede dets kredsløb og erstattede dens DC -motor med DC -motor med stort drejningsmoment og dens lille gryde med, hvad jeg havde til robotten. Dette gjorde det muligt for mig at bruge standardbibliotek i arduino du kan ikke tro, at forenklet kodning meget!

Til at køre 12V DC motor med 5V servo chip brugte jeg L298N motor driver modul, der kan køre 2 motorer samtidigt. Modulet har 4 input pins IN1 til IN4, som bestemmer motorens rotationsretning. Hvor IN1 og IN2 svarer til 1. motor og IN3, IN4 til 2. motor. Derfor er udgangsterminaler (2) på servo -chip (oprindeligt til lille DC -motor) forbundet til IN1 og IN2 på L298N -modulets udgang, som er forbundet til 12V DC -motor.

Arbejder:

På denne måde, når motorakslen ikke er i målposition, sender potentiometeret vinkelværdi til servochip, der beordrer L298N -modulet til at drive enten Cw eller CCW efter tur 12V DC -motoromdrejninger i henhold til kommando modtaget fra mikrokontroller.

Skematisk er vist i figur (kun for 1 motor)

I VORES SAGKOMMANDO (FÆLLESVINKELVÆRDIER) SENDES GENNEM HVALPKONTROLLEREN, DER ER 10 GANGER SKALET NED KOPI AF FAKTISK ROBOT OG HAR POTENTIOMETER TILSLUTTET HVER FORENING HELE NODEMCU (ES8 ROBOT FÆLLES, HVER HVER FÆLLES MOTOR PRØVER AT OCCUPY

Ved hver led er et potentiometer forbundet til ledakslen via rempulsmekanisme. Når led roterer, roterer potentiometeret i overensstemmelse hermed og giver feedback om den aktuelle position af ledvinklen (vist på billederne ovenfor)

Trin 2: Brugte komponenter:

Som jeg sagde, arbejder jeg stadig og forbedrer det dag for dag, derfor kan disse komponenter variere i nogle fremtidige opdateringer.

mit mål var at gøre det så økonomisk som muligt, derfor brugte jeg meget selektive komponenter. Dette er listen over de vigtigste komponenter, der blev brugt i Arm til dato (jeg vil blive ved med at opdatere det i fremtiden)

1. Esp8266 (2x)
2. DC -motorer (med forskellige specifikationer Moment og hastigheder, 5x)
3. L298N motor driver modul (2x)
4. Potentiometer (8x)
5. Aluminiumskanal (30x30, 1 meter)
6. diverse hardware

Trin 3: Beregninger og armdesign

Til design af armen brugte jeg catia v5 software. Inden designprocessen startede var det første at beregne forbindelseslængderne og drejningsmomentet, som hver led skal opretholde.

først startede jeg med nogle antagelser, som omfatter:

1. Maksimal nyttelast for robotten er 500 g (1,1 lb)
2. robotens samlede rækkevidde vil være 500 mm
3. Robotvægten overstiger ikke 3 kg.

Linklængdeberegninger

ved at fortsætte med dette beregnede jeg linklængde med henvisning til forskningsartikel "Design of a Robotic Arm By I. M. H. van Haaren"

I. M. H. van Haaren gav et glimrende eksempel på, hvordan han bestemte linklængder ved hjælp af en biologisk reference, hvor længderne af de store kropssegmenter udtrykkes som en brøkdel af den samlede højde. Det er vist i fig.

efter beregninger blev linklængderne til at være

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Gribelængde = 150 mm

Momentberegninger:

Forberegning af drejningsmoment Jeg brugte grundlæggende begreber om drejningsmoment og momenter anvendt i teknik.

uden at gå ind i dynamiske beregninger hvilede jeg kun på statiske momentberegninger på grund af nogle begrænsninger.

der er 2 store spillere i drejningsmoment som T = FxR dvs. i vores tilfælde belastning (masse) og linklængde. Da linklængder allerede er bestemt, er næste ting at finde ud af vægten af komponenter. På dette stadium var jeg ikke sikker på, hvordan jeg kan finde vægten af hver komponent uden egentlig at måle den.

så jeg lavede disse beregninger i iterationer.

1. Jeg antog aluminiumskanalen som et ensartet materiale i hele dens længde og delte vægten på i alt 1 meter peice med længden af peices, jeg skulle bruge.
2. Hvad angår leddene, antog jeg visse værdier for hver led (motorvægt + vægt af 3D -printet del + andet) baseret på total robotvægtantagelse.
3. tidligere 2 trin gav mig 1. iteration fælles momentværdier. For disse værdier fandt jeg ud af egnede motorer på internettet sammen med andre specifikationer og vægte.
4. I 2. iteration brugte jeg originale vægte af motorer (som jeg fandt ud af i 3. trin) og beregnede igen de statiske drejningsmomenter for hver led.
5. Hvis de endelige drejningsmomentværdier i trin 4 var egnede til motorer valgt i trin 3, afsluttede jeg, at motoren ellers gentog trin 3 & 4, indtil de formulerede værdier opfyldte de faktiske motorspecifikationer.

Arm design:

Dette var den mest ryddelige opgave i hele dette projekt og tog næsten en måned at designe det. Forresten har jeg vedhæftet fotos af CAD -model. Jeg vil efterlade et link for at downloade disse CAD -filer et sted her:

Trin 4: 3D -udskrivning af delene

Alle dele er sammenføjningerne er 3D -trykte på en 99 $ printer med 100x100x100 mm udskrivningsområde (ja det er sandt !!)

printer: Easy threed X1

Jeg har inkluderet større dele fotos ud af skiver, og jeg vil linke til alle dele CAD -fil catfile samt stl, så du kan downloade og redigere, som du vil.

Trin 5: Skulderledsamling (fælles J1 & J2)

Basispulsen blev udskrevet på en anden printer, da den var 160 mm i diameter. Jeg designede b -skulderleddet, så det kan drives (Rotation om z -aksen) med enten bæltepuls eller tandhjulsmekanisme, som du kan se på billederne inkluderet ovenfor. bunddelen er, hvor lejer passer, som derefter monteres på en central aksel på en platform, der er lavet til at flytte armen (tank, mere af det i fremtiden).

det større gear (gult på billedet) er monteret på aluminiumskanal med møtrikbolte, hvorigennem 8 mm stålaksel passerer omkring hvilket led 2 bevæger sig. Gearforhold ved 1. led er 4: 1 og det på 2. led er 3,4: 1

Trin 6: Albue og led (led J3)

(NOGLE AF BILLEDERNE ER EFTER BYGGET, SOM JEG IKKE HAR FÆLLES PROCESSBILLEDER)

Albueleddet er en efter skulderleddet. Det er et led i 2 dele, en forbundet til at forbinde en og anden til at forbinde 2.

stykke 1 har en DC-motor med drivhjul og stykke 2 har større gear fastgjort til det og et par lejer til understøtning af akslen. gearforholdet er det samme som for J2, dvs. 3.4: 1, men motoren er 12,5 KG-CM 60 RPM.

Joint J3 har 160 graders bevægelsesområde.

Trin 7: Håndledsled (led J4 & J5)

(NOGLE AF BILLEDERNE ER EFTER BYGGET, SOM JEG IKKE HAR FÆLLES PROCESSBILLEDER)

Efter albueleddet er håndleddet. Dette består igen af 2 stykker, et ved forrige led (dvs. led 2) og et bestående af J5 -motot, der roterer håndledsmonteringen. Gearforhold er 1,5: 1, og den anvendte jævnstrømsmotor er 10 o / min 8 KG -CM.

Denne fælles J4 har 90 graders rotation og J5 har 360 grader.

Trin 8: Gripper

Dette var en af de sværeste opgaver at designe. Den var designet sådan, at den kan vælge de fleste genstande og kan gribe fat i de fleste ting omkring os som dørlåse, håndtag, stænger osv.

Som vist på billedet driver et spiralformet gear til motoren til gearene med eller mod uret, som er forbundet med fingre for at åbne og lukke dem.

Alle dele af griberen er vist på det vedhæftede billede.

Trin 9: Lav dukkecontroller til robotarm

Puppet controller er den nøjagtige 10 gange nedskalerede version af den faktiske robotarm. Den har 4 potentiometre monteret på 4 led, nemlig J1, J2, J3, J4 og Joint J5 vil blive betjent med en trykknap til kontinuerlig rotation (Rotation af griber til enhver operation)

potentiometre registrerer rotationsvinklen på led og sender denne værdi mellem 1-1023 til Nodemcu, som konverteres tilbage til 1-360 og sendes til en anden Nodemcu over wifi. Da ESP8266 kun har en analog indgang, brugte jeg en 4051 multiplexer.

selvstudium til brug af 4051 multiplexer med esp8266-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

skematisk diagram:

Jeg vil tilføje et skematisk diagram, så snart jeg er færdig med det (hvis nogen har brug for det hurtigst muligt, kontakt mig indtil da)

Kode: (også inkluderet her)

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

Trin 10: Elektronik

Jeg vedhæfter billeder af nuværende arbejde. Fuld elektronik og skematisk diagram er ikke færdige endnu. Jeg sender snart opdateringer indtil da forbliver tilsluttet:)

(Bemærk: Dette projekt er ikke afsluttet endnu. Jeg vil følge op på eventuelle opdateringer i fremtiden)

Trin 11: Koder og skematisk på ét sted

Jeg vil fulde robotskemaer og endelig kode, så snart jeg er færdig med det!