Kukla Kontrolörünü Taklit Eden Moslty 3D Baskılı Robotik Kol: 11 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:16

Hindistan'dan bir makine Mühendisliği öğrencisiyim ve bu benim Lisans derecem projem.

Bu proje, çoğunlukla 3d baskılı ve 2 parmaklı tutuculu 5 DOF'ye sahip düşük maliyetli bir robotik kol geliştirmeye odaklanmıştır. Robotik kol, eklemleri sensörlerle donatılmış aynı serbestlik derecesine sahip robot kolun masaüstü modeli olan bir kukla kontrolör ile kontrol edilir. Kontrolörün elle manipüle edilmesi, robotik kolun hareketi master-slave tarzında taklit etmesine neden olur. Sistem, veri aktarım ortamı olarak ESP8266 WiFi modülünü kullanır. Master-slave operatör arayüzü, robotik kol manipülasyonu için öğrenmesi kolay bir yöntem sağlar. Mikrodenetleyici olarak Nodemcu(Esp8266) kullanılmıştır.

Bu projenin amacı, eğitim amaçlı kullanılabilecek düşük maliyetli robot geliştirmekti. Modern dünyada devrim yaratan bu tür robotik teknolojilere erişim maalesef sadece belirli kurumlarla sınırlı. Bireylerin kendi başlarına yapabilmeleri, değiştirebilmeleri ve keşfedebilmeleri için bu projeyi geliştirmeyi ve açık kaynak haline getirmeyi amaçlıyoruz. Düşük maliyetli ve tamamen açık bir kaynak olması, diğer öğrencilere bu alanı öğrenmeleri ve keşfetmeleri için ilham verebilir.

Proje arkadaşlarım:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Özellikle ….. 'ya teşekkür:

• Akaş Narkhed
• Ram bokade
• ankit kordesi

bu projedeki yardımları için.

Yasal Uyarı: Şu anda belgelemek için yeterli veriye sahip olmadığım için bu proje hakkında bir blog veya talimat yazmayı hiç planlamadım. Bu çaba, proje başladıktan çok sonra yapıldı. Yine de mümkün olduğunca çok ayrıntı getirmek için çok uğraştım. daha anlaşılır kılmak için.bazı noktalarda eksik bulabilirsiniz…umarım anlamışsınızdır:) yakında çalışmasını ve diğer testlerini gösteren bir youtube videosu ekleyeceğim

Adım 1: Peki Nasıl Çalışır?

Bu projeyle ilgili beni en çok heyecanlandıran şey bu.

(Bunun ticari amaçla kullanmak için verimli veya doğru bir yöntem olduğunu iddia etmiyorum Sadece eğitim amaçlıdır)

Servo motorlu ucuz Robotlar görmüşsünüzdür, sadece demo amaçlıdır. Öte yandan, planet redüktörlü vs. çok pahalı step motorlu robotlar vardır. Ama bu robot aralarında bir dengedir.

peki nasıl farklı

Yapı:

Daha düşük güç ve yüksek maliyetli step motor kullanmak yerine DC motor kullandım ama bildiğimiz gibi DC motorlarda geri besleme kontrol sistemi yok ve doğrudan pozisyon kontrolü için kullanılamıyor, onları servo motorlara geri besleme/konum sensörü olarak bir potansiyometre ekleyerek kapattım.

Şimdi işin basitliği için yaptığım şey şuydu, ucuz 9g servoları devrelerini çıkardım ve DC motorunu yüksek torklu DC motorla ve küçük potunu robot için sahip olduğumla değiştirdim. Bunu yapmak, varsayılan kitaplığı kullanmamı sağladı. arduino, bu basitleştirilmiş kodlamanın çok olduğuna inanamazsınız!

5V servo çipli 12V DC motoru sürmek için aynı anda 2 motoru çalıştırabilen L298N motor sürücü modülünü kullandım. Modülün motor dönüş yönüne karar veren IN1'den IN4'e 4 giriş pini vardır. IN1 ve IN2 1. motora ve IN3'e karşılık gelir, IN4'ten 2. motora. Bu nedenle servo çipin (başlangıçta küçük DC motora) çıkış terminalleri (2), çıkışı 12V DC motora bağlı olan L298N modülünün IN1 ve IN2'sine bağlanır.

Çalışma:

Bu sayede motor mili hedef konumunda olmadığında potansiyometre, mikrodenetleyiciden gelen komuta göre L298N modülüne Cw veya CCW 12V DC motor dönüşlerini sırasıyla sürmesi için komut veren servo çipe açı değerini gönderir.

Şematik şekilde gösterilmiştir (sadece 1 motor için)

BİZİM DURUMDA KOMUT(ORTAK AÇI DEĞERLERİ) GERÇEK ROBOTUN 10 KAT KÜÇÜK KOPYASINDA OLAN VE HER BİR ORTAK NOKTASINDA POTANSİYOMETRE BAĞLI OLAN KUKLA KONTROLÖR ÜZERİNDEN GÖNDERİLMEKTEDİR. HER BİR ORTAK MOTORUN YER ALMAYA ÇALIŞTIĞI ROBOT mafsalı

Her mafsalda mafsal miline kayış kasnak mekanizması ile bir potansiyometre bağlanır. Mafsal döndüğünde potansiyometre buna göre döner ve mafsal açısının mevcut konumu hakkında geri bildirim verir (Yukarıdaki resimlerde gösterilmiştir)

Adım 2: Kullanılan Bileşenler:

Dediğim gibi hala çalışıyorum ve her geçen gün geliştiriyorum, bu bileşenler gelecekteki bazı güncellemelerde farklılık gösterebilir.

amacım mümkün olduğunca ekonomik hale getirmekti, bu yüzden çok seçici bileşenler kullandım. Bu, Arm'da kullanılan ana bileşenlerin listesidir (gelecekte güncellemeye devam edeceğim)

1. Esp8266 (2x)
2. DC motorlar(değişken özelliklerde Tork ve hızlar, 5x)
3. L298N motor Sürücü modülü (2x)
4. Potansiyometre (8x)
5. Alüminyum kanal (30x30, 1 metre)
6. çeşitli Donanım

Adım 3: Hesaplamalar ve Kol Tasarımı

Kol tasarımı için catia v5 yazılımını kullandım. Tasarım sürecine başlamadan önce yapılacak ilk şey bağlantı uzunluklarını ve her bir eklemin taşıması gereken torku hesaplamaktı.

ilk önce aşağıdakileri içeren bazı varsayımlarla başladım:

1. Robot için maksimum taşıma kapasitesi 500 gm (1,1 lb) olacaktır.
2. robotun toplam erişim mesafesi 500 mm olacak
3. Robot ağırlığı 3 kg'ı geçmeyecektir.

Bağlantı uzunluğu hesaplamaları

bununla devam ederek, "Design of a Robotic Arm By I. M. H. van Haaren" araştırma makalesine referansla bağlantı uzunluğunu hesapladım.

I. M. H. van Haaren, ana vücut bölümlerinin uzunluklarının toplam yüksekliğin bir kesri olarak ifade edildiği biyolojik bir referans kullanarak bağlantı uzunluklarını nasıl belirlediğine dair mükemmel bir örnek verdi. Şek.

hesaplamalardan sonra bağlantı uzunlukları ortaya çıktı

L1=274 mm

L2=215mm

L3=160mm

Tutucu uzunluğu=150mm

Tork hesaplamaları:

Tork hesaplamak için mühendislikte uygulanan tork ve momentlerin temel kavramlarını kullandım.

dinamik hesaplamalara girmeden bazı kısıtlamalar nedeniyle sadece statik tork hesaplamalarına dayandım.

T=FxR olarak tork yaptığım 2 büyük oyuncu var, yani bizim durumumuzda yük(kütle) ve bağlantı uzunluğu. Bağlantı uzunlukları zaten belirlenmiş olduğundan sonraki şey bileşenlerin ağırlığını bulmaktır. Bu aşamada nasıl bulacağımdan emin değildim. aslında ölçmeden her bileşenin ağırlıkları.

yani, bu hesaplamaları yinelemeler halinde yaptım.

1. Alüminyum kanalı, uzunluğu boyunca üniform bir malzeme olarak kabul ettim ve toplam 1 metrelik parçanın ağırlığını kullanacağım parça uzunluğuna böldüm.
2. Eklemlere gelince, toplam robot ağırlığı varsayımına dayanarak her bir eklem için (motor ağırlığı + 3D yazdırılan parçanın ağırlığı + diğer) belirli değerler aldım.
3. önceki 2 adım bana 1. iterasyon ortak tork değerlerini verdi. Bu değerler için diğer özellikleri ve ağırlıkları ile birlikte internetten uygun motorları buldum.
4. 2. iterasyonda orijinal motor ağırlıklarını kullandım (3. adımda öğrendim) ve her bir eklem için statik torkları tekrar hesapladım.
5. 4. adımda son tork değerleri 3. adımda seçilen motorlar için uygunsa, o motoru sonlandırdım, aksi takdirde formüle edilen değerler gerçek motor özelliklerini karşılayana kadar adım 3 ve 4'ü tekrarlayın.

kol tasarımı:

Bu, tüm projenin en derli toplu işiydi ve tasarlamak neredeyse bir ay sürdü. Bu arada CAD modelinin fotoğraflarını ekledim. Bu CAD dosyalarını bir yere indirmek için bir link bırakacağım:

Adım 4: Parçaları 3B Yazdırma

Tüm parçalar ek yerleridir, 100x100x100 mm baskı alanına sahip 99$'lık bir yazıcıda 3D olarak basılmıştır (evet bu doğru!!)

yazıcı: Kolay üç boyutlu X1

Ana parçaların fotoğraflarını dilimleyiciden ekledim ve istediğiniz gibi indirip düzenleyebilmeniz için tüm parça CAD dosyası catfile ve stl'ye bağlantı vereceğim.

Adım 5: Omuz Eklemi Montajı (J1 ve J2 eklemi)

Taban kasnağı 160 mm çapında olduğu için farklı bir yazıcıda basılmıştır. B-omuz mafsalını resimlerde de görebileceğiniz gibi kayış kasnağı veya dişli pinyon mekanizması ile sürülebilecek (z ekseni etrafında dönme) olacak şekilde tasarladım. üst kısım, alt kısım, daha sonra kolu hareket ettirmek için yapılmış bir platforma (tank, gelecekte daha fazlası) merkezi bir şaft üzerine monte edilen yatakların oturduğu yerdir.

Büyük dişli (resimde sarı) 2 mafsalın çevresinden 8 mm çelik milin geçtiği somun civatalar ile alüminyum kanal üzerine monte edilir. 1. mafsaldaki dişli oranı 4:1 ve 2. mafsaldaki dişli oranı 3.4:1'dir.

Adım 6: Dirsek ve Eklem (J3 eklemi)

(BAZI GÖRÜNTÜLER TAM SÜREÇ GÖRÜNTÜLERİ OLMADIĞINDAN OLUŞTURULMADAN SONRA YAPILMIŞTIR)

Dirsek eklemi, omuz ekleminden sonra gelen bir eklemdir. Biri birbirine, diğeri ise 2. bağlantıya bağlı 2 parçalı bir eklemdir.

1. parça tahrik pinyonlu bir DC motora ve 2. parçaya bağlı daha büyük dişliye ve mili desteklemek için bir çift rulmana sahiptir. Dişli oranı J2 ile aynıdır yani 3.4:1 ancak motor 12.5 KG-CM 60 RPM'dir.

J3 eklemi 160 derece hareket aralığına sahiptir.

Adım 7: Bilek Eklemi (J4 ve J5 eklemi)

(BAZI GÖRÜNTÜLER TAM SÜREÇ GÖRÜNTÜLERİM OLMADIĞINDAN OLUŞTURMA SONRASI YAPILMIŞTIR)

Dirsek ekleminden sonra Bilek eklemi gelir. Bu da bir önceki bağlantıda (yani bağlantı 2) ve bilek aksamını döndüren J5 motot'tan oluşan 2 parçadan oluşur. Dişli Oranı 1.5:1 ve kullanılan Dc motor 10 RPM 8 KG'dir. -SANTİMETRE.

Bu eklem J4, 90 derecelik dönüş aralığına ve J5'in 360 derecelik dönüş aralığına sahiptir.

Adım 8: Tutucu

Bu, tasarlanması en zor görevlerden biriydi. Nesnelerin çoğunu alabilecek ve etrafımızdaki kapı mandalları, kulplar, çubuklar vb. gibi çoğu şeyi kavrayabilecek şekilde tasarlandı.

Resimde görüldüğü gibi, motora bağlı bir helisel dişli, dişlileri açmak ve kapatmak için parmaklara bağlı olan dişlileri saat yönünde veya saat yönünün tersine tahrik eder.

Tutucunun tüm parçaları ekteki resimde gösterilmektedir.

Adım 9: Robotik Kol için Kukla Kontrol Cihazı Yapımı

Kukla kontrolörü, Gerçek robotik kolun tam 10 kat küçültülmüş versiyonudur. 4 eklemde monte edilmiş 4 potansiyometreye sahiptir, yani J1, J2, J3, J4 ve Joint J5, sürekli dönüş için bir basma düğmesi ile çalıştırılacaktır. operasyon)

potansiyometreler eklemlerin dönüş açısını algılar ve 1-1023 arasındaki bu değeri Nodemcu'ya gönderir, 1-360'a dönüştürülür ve wifi üzerinden başka bir Nodemcu'ya gönderilir. ESP8266'nın sadece bir analog girişi olduğu için 4051 çoklayıcı kullandım.

4051 çoklayıcıyı esp8266 ile kullanma eğitimi -

şematik diyagram:

Bitirir bitirmez şematik bir diyagram ekleyeceğim (acil ihtiyacı olan varsa o zamana kadar benimle iletişime geçin)

Kod:(buraya da dahildir)

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

Adım 10: Elektronik

Mevcut çalışmanın resimlerini ekliyorum. Tam Elektronik ve şematik diyagram henüz tamamlanmadı. O zamana kadar güncellemeleri yayınlayacağım o zamana kadar bağlantıda kalın:)

(Not: Bu proje henüz tamamlanmadı. Gelecekteki güncellemeleri takip edeceğim)

Adım 11: Kodlar ve Şematik Tek Bir Yerde

Bitirir bitirmez tam robot şemalarını ve son kodu yapacağım!