Kendin Yap Robot Kolu 6 Eksen (Step Motorlu): 9 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Bir yıldan fazla süren çalışmalar, prototipler ve çeşitli arızalardan sonra, step motorlarla kontrol edilen 6 serbestlik derecesine sahip bir demir / alüminyum robot yapmayı başardım.

En zor kısım tasarımdı çünkü 3 temel hedefe ulaşmak istedim:

• Düşük gerçekleştirme maliyeti
• Küçük ekipmanla bile kolay montaj
• Hareket halindeyken iyi hassasiyet

3D modeli Rhino ile birkaç kez (bence) 3 gereksinimi karşılayan iyi bir uzlaşmaya kadar tasarladım.

Ben bir mühendis değilim ve bu projeden önce robotik konusunda herhangi bir deneyimim yoktu, bu yüzden benden daha deneyimli bir kişi yaptığım işte tasarım kusurları bulabilir ama yine de elde ettiğim sonuçtan memnun olduğumu söyleyebilirim.

Gereçler

daha fazla bilgi için kişisel blogumu ziyaret edin

Adım 1: CAD Tasarımı

Nihai modele ulaşmadan önce, farklı iletim sistemlerine sahip en az 8 farklı prototip tasarladım, ancak hiçbiri yukarıda açıklanan 3 gereksinimi karşılayamadı.

Yapılan tüm prototiplerin mekanik çözümlerini bir araya getirerek (ve bazı tavizleri de kabul ederek) nihai model ortaya çıktı. CAD'in önünde geçirdiğim saatleri saymadım ama sizi temin ederim ki gerçekten çoktu.

Tasarım aşamasında akılda tutulması gereken bir husus, robotun bileğinin ucuna eklenen tek bir gramın bile, motorların tabandaki tork direnci pahasına çarpılması ve bu nedenle daha fazla ağırlık ve daha fazla motor eklenmesidir. çabaya katlanmak için hesaplanmalıdır.

Motorların strese dayanmasına "yardımcı olmak" için 250N ve 150N'lik gaz pistonları uyguladım.

2, 3, 5, 10 mm arasında değişen kalınlıklarda lazerle kesilmiş demir plakalar (C40) ve alüminyum ile robot oluşturarak maliyetleri düşürmeyi düşündüm; lazer kesim, 3D metal frezelemeye göre çok daha ucuzdur.

Her bir bileşeni ayrı ayrı tasarladıktan sonra parçaların şekillerini.dxf formatında yapıp kesim merkezine gönderdim. Geri kalan tüm bileşenler tornada kendim tarafından yapılmıştır.

Adım 2: Hazırlık ve Montaj

Sonunda ellerimi kirletme zamanı geldi (en iyi yaptığım şey bu)…

İnşaat aşaması, parçaların hazırlanması, deliklerin, derzlerin, dişlerin ve göbeklerin tornalanmasının manuel olarak doldurulması için saatlerce çalışmayı aldı. Her bir bileşeni sadece birkaç çalışma aracıyla çalışabilecek şekilde tasarlamış olmam, büyük sürprizler veya mekanik sorunlar yaşamamamı sağladı.

En önemli şey, işleri bitirmek için acele etmek değil, titiz olmak ve projenin her satırını takip etmektir, bu aşamada doğaçlama yapmak hiçbir zaman iyi sonuçlar doğurmaz.

Rulman yuvalarının gerçekleştirilmesi son derece önemlidir çünkü her bir mafsal onlara dayanır ve yüzde birkaçlık küçük bir oynama bile projenin başarısını tehlikeye atabilir.

Kendimi pimleri yeniden yapmak zorunda buldum çünkü torna tezgahı ile yatak deliğinden yaklaşık 5 sent daha küçük çıkardım ve onu monte etmeye çalıştığımda oyun son derece açıktı.

Tüm parçaları hazırlamak için kullandığım araçlar:

• Matkap basın
• öğütücü / dremel
• öğütme taşı
• manuel dosya
• torna
• İngilizce anahtarlar

Herkesin evde torna tezgahı olamayacağını anlıyorum ve bu durumda parçaları özel bir merkeze devretmek gerekecek.

Parçaları elle mükemmelleştirmek için biraz daha bol eklemlerle lazerle kesilecek şekilde tasarladım çünkü lazer ne kadar hassas olursa olsun konik bir kesim yapar ve bunu dikkate almak önemlidir.

Parçalar arasında çok hassas bir bağlantı oluşturmak için yaptığım her eklemi elle eğe ile çalışmak.

Yatak yuvalarındaki delikler bile küçülttüm ve daha sonra dremel ve çok (ama gerçekten çok fazla) sabırla elle oydum.

Matkap presinde elle yaptığım tüm dişleri çünkü alet ile parça arasında maksimum diklik elde ediliyor. Her parçayı hazırladıktan sonra, uzun zamandır beklenen gerçek an geldi, tüm robotun montajı. Her parçanın doğru toleranslarla tam olarak diğerine uyduğunu görünce şaşırdım.

Robot artık toplandı

Başka bir şey yapmadan önce, motorların doğru tasarlandığından emin olmak için bazı hareket testleri yapmayı tercih ettim, motorlarda, özellikle sıkma torklarında herhangi bir sorun bulursam, projenin büyük bir bölümünü yeniden yapmak zorunda kalacağım.

Bu yüzden 6 motoru da monte ettikten sonra, ağır robotu ilk testlere göndermek için çatı katı laboratuvarıma götürdüm.

Adım 3: İlk Hareket Testleri

Robotun mekanik kısmını tamamladıktan sonra hızlı bir şekilde elektronik aksamını monte ettim ve 6 motorun sadece kablolarını bağladım. Test sonuçları çok olumlu, eklemler iyi hareket ediyor ve önceden belirlenmiş açılarda, kolay çözülebilen birkaç problem keşfettim..

İlk sorun ortak no ile ilgilidir. 3 maksimum uzamada kayışı çok fazla aşırı yükledi ve bazen adım kaybına neden oldu. Bu sorunun çözümü beni bir sonraki adımda göreceğimiz çeşitli argümanlara yöneltti.

İkinci sorun, ortak no ile ilgilidir. 4, kayış torsiyonunun çözümü çok güvenilir değildi ve problemler yarattı. Bu arada robotun demir kısımlarında ufak pas noktaları oluşmaya başladı, bu yüzden sorunları çözme fırsatı ile ben de boyama fırsatı buldum.

Adım 4: Boyama ve Yeniden Birleştirme

Özellikle boyama aşamasını sevmiyorum ama bu durumda yapmak zorundayım çünkü daha da az seviyorum.

Ütünün üzerine önce kırmızı fluo boya için fon görevi gören bir astar koydum.

Adım 5: Hata Düzeltme N.1

Test sonuçlarından sonra robotun doğruluğunu artırmak için bazı değişiklikler yapmak zorunda kaldım. İlk değişiklik, özellikle en elverişsiz durumdayken 3 numaralı eklemle ilgilidir ve bunun sonucunda motor her zaman altındaydı. stres. Çözüm, dönme yönünün tersine bir kuvvet uygulayarak yardımcı olmaktı.

Bütün geceleri, her şeyi tekrar yapmak zorunda kalmadan en iyi çözümün ne olabileceğini düşünerek geçirdim. Başlangıçta büyük bir burulma yayı uygulamayı düşündüm ama internette araştırdım tatmin edici bir şey bulamadım bu yüzden bir gaz pistonu seçtim (zaten 2 numaralı eklem için tasarladığım gibi), ama yine de nereye yerleştireceğime karar vermem gerekiyordu çünkü ben yeterli alanı yoktu.

Estetikten biraz vazgeçerek pistonu yerleştirmek için en iyi yerin yan taraf olduğuna karar verdim.

Pistonun kuvveti uygulamak zorunda olduğu noktayı göz önünde bulundurarak gerekli gücü üzerinde hesaplamalar yaptım ve daha sonra ebay'de 340 mm uzunluğunda 150 N'lik bir piston sipariş ettim ve onu sabitleyebilmek için yeni destekler tasarladım.

Adım 6: Hata Düzeltme N.2

İkinci değişiklik, ortak no. 4 İlk başta şanzımanı burgulu kayışla planlamıştım ancak boşlukların azaldığını ve kayışın umduğum gibi çalışmadığını fark ettim.

Omuzları, motoru onlara göre paralel yönde alacak şekilde tasarlayarak tüm eklemi tamamen yeniden yapmaya karar verdim. Bu yeni modifikasyonla artık kayış düzgün çalışıyor ve gerdirmek de daha kolay çünkü kayışı kolayca germek için bir anahtar sistemi tasarladım.

Adım 7: Elektronik

Motor kontrol elektroniği, yönetilmesi gereken 3 sürücü ve 3 motor daha olması farkıyla klasik 3 eksenli CNC için kullanılanla aynıdır. Tüm eksenlerin kontrol mantığı uygulama tarafından hesaplanır, tek görev elektroniktir eklemin istenen konuma gelmemesi için motorların kaç derece dönmesi gerektiğine dair talimatların alınması.

Elektroniği oluşturan parçalar şunlardır:

• arduino mega
• n. 6 sürücü DM542T
• n. 4 Rele
• n. 1 24V güç kaynağı
• n. 2 Solenoid valf (pnömatik kelepçe için)

Arduino'ya motorların hızlanma, yavaşlama, hız, adım ve maksimum limitler gibi hareketlerini aynı anda yönetme ile ilgilenen ve seri (USB) üzerinden yürütülecek komutları alacak şekilde programlanan kroki yükledim.

Birkaç bin avroya kadar mal olabilen profesyonel hareket kontrolörleri ile karşılaştırıldığında, Arduino kendi küçük yolunda kendini çok açık bir şekilde savunur, örneğin çoklu iş parçacığı gibi yönetemediği çok karmaşık işlemleri, özellikle aynı anda birden fazla motoru yönetmeniz gerektiğinde kullanışlıdır..

8. Adım: Yazılım Konuları

Her robotun kendi şekli ve farklı hareket açıları vardır ve her birinin kinematikleri farklıdır. Şu anda testleri yapmak için Chris Annin'in (www.anninrobotics.com) yazılımını kullanıyorum, ancak robotu için yazılan matematik benimkine tam olarak uymuyor, aslında çalışma alanının bazı bölgelerine ulaşamıyorum. çünkü köşelerin hesaplamaları tamamlanmadı.

Annin'in yazılımı şu anda deney yapmak için iyi, ancak robotumun fiziğine %100 uyan kendi yazılımımı yazmayı düşünmeye başlamam gerekecek. Blender kullanarak bazı testler yapmaya ve hareket kontrolörünün Python kısmını yazmaya başladım ve iyi bir çözüm gibi görünüyor, geliştirilmesi gereken bazı yönler var ama bu combo (Blender + Ptyhon) uygulamak çok kolay, özellikle kolay robotu önünüzde bulundurmadan hareketleri planlamak ve simüle etmek için.

Adım 9: Pnömatik Kelepçe

Robota nesneleri alabilmek için onu bir pnömatik kelepçe ile donattım.

Şahsen ben servolu pense sevmiyorum, conta konusunda bana pek güven vermiyorlar, bu yüzden özellikle basıncı ayarlayan bir pnömatik kerpeten tüm ihtiyaçları karşılayabileceğini düşündüm.

Kare alüminyum profillerle kelepçeyi hem küçük nesneleri hem de büyük nesneleri alacak şekilde değiştirdim.

Daha sonra vakit bulduğumda indirebilmek için projeyle ilgili tüm bilgileri toplayacağım.

Umarım bu öğreticiyi beğenmişsinizdir.