Çak beşlik! - Robotik El: 5 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bir gün, Mühendislik Prensipleri sınıfımızda VEX parçalarından bileşik makineler yapmak için yola çıktık. Mekanizmaları oluşturmaya başladığımızda, bir araya getirilmesi gereken çok sayıda karmaşık bileşeni yönetmekte zorlandık. Keşke biri bize yardım edebilseydi…

Bu nedenle, biz, Bayan Berbawy'nin sınıfındaki üç Irvington Lisesi öğrencisi, sıfırdan robotik bir el tasarlamaya ve yapmaya karar verdik! Bu S. I. D. E. için 150$'lık bir mali tahminle. Proje, bütçenin oldukça altında kalarak ihtiyaç duyulan tüm malzemeleri temin edebildik. Bitmiş ürün, her biri gerçekçi eklemlerle ayrı ayrı hareket edebilen 3D baskılı bir parmağa bağlı 5 servoyu çalıştıran bir servo mikro denetleyici olan Arduino Mega'dan oluşuyor.

Tüm ekip üyelerinin yoğun genç yıl programları olan lise öğrencileri olduğu ve baştan sona elektronik tabanlı bir proje tasarlama konusunda önceden hiçbir deneyime sahip olmadığı göz önüne alındığında, bu çok iddialı bir projeydi. Ekip üyelerimiz daha önce bilgisayar destekli tasarım ve programlama deneyimine sahip olsa da, proje, Arduino donanım ve yazılımının insanların günlük görevlerini yerine getirmelerine yardımcı olabilecek şekilde potansiyel kullanımına gözlerimizi açtı.

Patrick Ding tarafından 3D Modelleme ve Tasarım

Ashwin Natampalli tarafından Dokümantasyon ve Arduino Kodlama

Sandesh Shrestha tarafından Arduino Kodlama, Devre ve Eğitilebilirlik

Adım 1: CAD Oluşturma

Bu projenin ilk ve en zor adımı parmaklarla elin 3D modellerini oluşturmaktır. Bunu yapmak için Autodesk Inventor veya Autodesk Fusion 360'ı kullanın (Eskisini kullandık).

Avuç içi, parmak segmentleri, parmak uçları ve serçe parmak segmenti için ayrı CAD'ler oluşturmak üzere parça dosyalarını kullanın. Bu, mafsalların ve servoların düzgün çalışması için parça başına 2-3 revizyon aldı.

Dizginin yolu parmakların düzgün çalışmasına izin verdiği ve parmaklar birbirine çarpmadığı sürece tasarım istenilen boyut ve şekilde olabilir. Ayrıca parmakların kapalı bir yumruk için tamamen çökebildiğinden emin olun.

İlk versiyonumuzda bulduğumuz gibi, tel karışmaları ve verimsiz yollar sorununu çözmek için, ipin kolayca çekilip gevşetilebilmesi için döngüler, ip kılavuzları ve tüneller eklendi.

İşte her parça için sonlandırılmış çoklu görünümlerimiz ve.stl CAD dosyalarımız.

2. Adım: 3D Baskı

CAD'leri tamamladıktan sonra, onları hayata geçirmek için bir 3D yazıcı kullanın. Oluşturduğunuz tasarımın bazı sorunları varsa bu aşama birden çok kez tekrarlanabilir.

3D baskı için önce CAD dosyalarını STL dosyaları olarak dışa aktarın. Bunu Autodesk Inventor'da yapmak için Dosya açılır menüsünü tıklayın ve imleci Dışa Aktar'ın üzerine getirin. Açılan sütundan CAD Formatı'nı seçin. Windows Dosya Gezgini menüsü, açılır menüden.stl dosyasını seçmenize ve dosya için bir konum seçmenize olanak tanır.

Dosya 3D yazıcının yazılımına aktarılmaya hazır olduğunda, yazdırma seçeneklerini beğeninize göre yapılandırın veya yapılandırmamızı takip edin. 3D yazıcı yazılımı markadan markaya değişir, bu nedenle yazılımlarında gezinmek için çevrimiçi kılavuzlara veya kılavuza bakın. Elimizde, sınıf ortamımızda bulunması nedeniyle LulzBot Mini'yi kullandık.

Adım 3: Montaj

Tüm parçalar, sallar ve destekler çıkarılarak (varsa) başarılı bir şekilde 3D yazdırıldıktan sonra, montaja başlamak için her parça hazırlanmalıdır.

3D yazıcılar çok hassas olmadığından ve küçük kusurlar oluşabileceğinden, belirli yüzleri düzeltmek için bir eğe veya zımpara kağıdı veya zımpara eki olan bir dremel kullanın. En düzgün eklem işlemi için, optimal bağlantılar için düzleştirmek üzere eklemlere ve kesişme noktalarına odaklanın. Bazen parmak bölümlerindeki ve diğer kısımlardaki sicim tünelleri çökebilir veya kusurlu olabilir. Büyük farklılıklarla mücadele etmek için tünelleri delmek için 3/16 inç matkap ucu olan bir matkap kullanın.

En kolay dizi yönlendirme için, her parmağı birleştirin, diziyi tünellerden geçirin ve diziyi uçlarından bağlayın. Her parmağınızı avuç içinde birleştirmeden önce, ipi avuç içinde, biri üst delikten ve diğeri alt delikten geçecek şekilde kılavuz halkalardan geçirin ve servonun içerdiği makaraların zıt uçlarına takın. Uzunluklar doğru olduğunda, parmakları avuç içinde birleştirin.

Yukarıdaki resimde gösterildiği gibi, parmağınızı bir arada tutmak için her bir eklemin içine m4x16 vidalar yerleştirin. Serçe parmağı için pembemsi segmentleri kullanarak tüm parmaklar için her parmak oluşturma işlemini tekrarlayın.

Adım 4: Arduino Devresi

İskeletin tamamı bir araya geldiğinde, şimdi kaslar ve beyin entegre edilmelidir. Tüm servoları aynı anda çalıştırmak için Adafruit PCA 9685 motor kontrol cihazını kullanmalıyız. Bu kontrolör, servolara güç sağlamak için harici bir güç kaynağı gerektirir. Bu denetleyiciyi ve onun tescilli kodlama kitaplığını kullanma burada bulunabilir.

Arduino'yu kontrolöre bağlarken pin çıkışlarını kaydettiğinizden emin olun. Arduino Mega kullanıyorsanız, bu gerekli olmayacaktır. Ancak her durumda, servoların motor kontrol cihazında hangi portlara monte edildiğini kaydettiğinizden emin olun.

Bir IR Uzaktan Kumanda kullanarak servoları ve eli kontrol etmek için, IR alıcısını eklemeniz ve güç ve toprağı Arduino'ya veri kablosuyla dijital bağlantı noktalarına bağlamanız yeterlidir. Kablolamanın doğru olduğundan emin olmak için IR alıcınızın pin çıkışını kontrol edin. Devremizin bir örneği gösterilmiştir.

Bu devreyi oluşturmak için önce her bir servoyu servo motor kontrol kartındaki 3, 7, 11, 13 ve 15 numaralı bağlantı noktalarına bağlayın. Tüm tahtayı alttaki beş pimle bir devre tahtasına takın.

Atlama kabloları kullanarak Arduino'nun 5V gücünü ve topraklamasını breadboard'un bir güç rayına bağlayın (Arduino'dan hangi tarafın 5V olduğunu etiketlediğinizden veya hatırladığınızdan emin olun!). Bu, IR sensörüne ve motor kontrol cihazına güç sağlayacaktır. Diğer güç rayına bir 6V güç paketi bağlayın. Bu servolara güç verecektir.

IR sensörünün 3 pimini de devre tahtasına yerleştirin. Gücü ve toprağı 5V rayına ve çıkışı dijital pin 7'ye bağlayın.

Arduino Mega kullandığımız için motor kontrol ünitesindeki SDA ve SCL portları Arduino üzerindeki SDA ve SCL portları ile kablolanacaktır. VCC ve toprak bağlantı noktaları 5V rayına bağlanacaktır.

Pil takımı kendi güç rayına bağlıyken, yeşil güç girişi başlığı aracılığıyla servo motorlara giden gücü sabitlemek için atlama kabloları ve küçük bir düz başlı tornavida kullanın.

Tüm bağlantıların sıkı olduğundan emin olun ve TinkerCAD devremiz takılıyken tüm kablo hatlarını yeniden kontrol edin.

Adım 5: Kodlama

Bu elin kullanıma açılmasından önceki son adım Arduino'yu kodlamaktır. Bu el PCA 9685 motor kontrol cihazını kullandığı için öncelikle Arduino Kodlama Ortamı içerisinde yapılabilecek kütüphaneyi kurmamız gerekiyor. Kurduktan sonra, IR Remote işlevselliği için IRremote kitaplığını da kurun.

Kodumuzda IR kumanda üzerindeki her bir tuşun tanımları 8 haneli kodlar ile gösterilmiştir. Bunlar, Seri Monitöre her düğmenin 8 basamaklı kodunu yazdıran IRRecord programı kullanılarak bulundu.

Ekli, hem IRRecord programı hem de sonlandırılmış el kontrol programıdır.

Kodun başlangıcında IRremote, Wire ve Adafruit_PWMServoDriver kitaplıklarını ekleyin.

Ardından, IR uzaktan kumandanın her düğmesini tanımlamak için IRRecord'un bulgularını kullanın. Hepsi gerekli olmasa da (sadece 10 tane gereklidir), hepsine sahip olmak, gelecek için hızlı genişlemeye (fonksiyonlar ve önceden ayarlanmış hareketler ekleyerek) izin verir. Servo sürücü işlevini kullanarak pwm'yi oluşturun ve servoları motor kontrol ünitesindeki pinlere atayın. Gösterildiği gibi aynı SERVOMAX/MIN değerlerini kullanın. IR sensörünün dijital giriş pinini 7 olarak atayın ve başlatın.

9600 baud hızıyla Seriyi başlatarak kurulum işlevini bildirin. IR sensörünü etkinleştirin ve servoyu 60hz servo frekansıyla başlatın.

Son olarak, döngü işlevinde IR uzaktan kumandanın gelen iletimini temel alan bir if/else anahtarı oluşturun. Ardından, kullanılacak IR uzaktan kumandadaki her düğmenin durumlarını içeren bir anahtar/kasa oluşturun. Bunlar tercih ettiğiniz kontroller için değiştirilebilir. Her durumda, hata ayıklama için seri monitöre basılan düğmeyi yazdırın ve servoyu hareket ettirmek için bir for döngüsü kullanın. Tüm durumlar oluşturulduktan sonra, döngü işlevini kapatmadan önce daha fazla gelen sinyal için IR sensörünü devam ettirdiğinizden emin olun. Servoların motor kontrol kartı üzerinden kodlanması https://learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-driver?view=all adresinde bulunabilir.