Moslty 3D-trykt robotarm som etterligner dukkekontroller: 11 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Jeg er en maskiningeniørstudent fra india, og dette er Mitt undergrad -studieprosjekt.

Dette prosjektet er fokusert på å utvikle en billig robotarm som for det meste er 3D -trykt og har 5 DOFer med en 2 -fingret griper. Robotarmen styres med en marionettkontroller som er en stasjonær modell av robotarmen med samme frihetsgrader hvis ledd er utstyrt med sensorer. Manipulering av kontrolleren for hånd får robotarmen til å etterligne bevegelsen på master-slave-måte. Systemet bruker ESP8266 WiFi-modul som et dataoverføringsmedium. Master-slave-operatørgrensesnittet gir en lettlært metode for robotarmmanipulering. Nodemcu (Esp8266) brukes som mikrokontroller.

Målet bak dette prosjektet var utviklingen av lavkostnadsroboter som kan brukes til utdanningsformål. Dessverre er tilgjengeligheten til slik robotteknologi som revolusjonerer den moderne verden begrenset til visse institusjoner. Vi tar sikte på å utvikle og gjøre dette prosjektet åpen kildekode slik at enkeltpersoner kan lage, modifisere og utforske det på egen hånd. Siden det er en lav kostnad og helt åpen kildekode, kan dette inspirere medstudenter til å lære og utforske dette feltet.

Mine prosjektkamerater:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

En spesiell takk til:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

for deres hjelp i dette prosjektet.

Ansvarsfraskrivelse: Jeg har aldri planlagt å skrive en blogg eller lære om dette prosjektet, og derfor har jeg ikke tilstrekkelige data for å dokumentere det nå. Denne innsatsen gjøres lenge etter at prosjektet startet. Likevel prøvde jeg veldig på å få med så mange detaljer som mulig for å gjøre det mer forståelig. du kan finne det inkomplett på noen punkter … håper du forstår:) jeg vil inkludere en YouTube -video som viser hvordan det fungerer og andre test ting snart

Trinn 1: Så, hvordan fungerer det?

Dette er det mest spennende for meg med dette prosjektet.

(Jeg påstår ikke at dette er effektivt eller riktig metode for å bruke det til kommersielle formål. Det er bare for utdanningsformål)

Du har kanskje sett billige roboter med servomotorer som bare er for demontrering.

så, hvordan er det forskjellig?

Konstruksjon:

I stedet for å bruke lavere effekt og høykostnadsmotor brukte jeg likestrømsmotorer, men som vi vet har ikke likestrømsmotorer et tilbakemeldingsstyringssystem og kan ikke brukes direkte til posisjonskontroll, jeg omdannet dem til servomotorer ved å legge til et potensiometer som en tilbakemelding/posisjonssensor.

For å gjøre arbeidet enklere, demonterte jeg billige 9g -servoer for å fjerne kretsene og byttet ut DC -motoren med likemotor med høyt dreiemoment og den lille gryten med det jeg hadde for roboten. Dette gjorde at jeg kunne bruke standardbiblioteket i arduino du kan ikke tro at forenklet koding mye!

For å kjøre 12V likestrømsmotor med 5V servobrikke brukte jeg L298N motordrivermodul som kan kjøre 2 motorer samtidig. Modulen har 4 inngangspinner IN1 til IN4 som bestemmer motorens rotasjonsretning. Hvor IN1 og IN2 tilsvarer 1. motor og IN3, IN4 til 2. motor. Utgangsterminaler (2) på servobrikken (opprinnelig til liten likestrømsmotor) er derfor koblet til IN1 og IN2 på L298N -modulens utgang som er koblet til 12V likestrømsmotor.

Jobber:

På denne måten, når motorakselen ikke er i målposisjonspotensiometeret, sender du vinkelverdien til servobrikken som kommanderer L298N -modulen til å drive enten Cw eller CCW i sin tur 12V DC -motor svinger i henhold til kommando mottatt fra mikrokontroller.

Skjematisk er vist i figur (bare for 1 motor)

I VÅR SAKSKOMMANDO (JOINT ANGLE VERDI) SENDES GJENNOM PUPPET CONTROLLER SOM ER 10 GANGER SKALET NED KOPI AV FAKTISK ROBOT OG HAR POTENTIOMETER TILKOBLET HVER SAMMEN HELE KVELDEN ROBOTSAMMEN TIL HVER FELLEMOTOR FORSØKER Å HJEMME

Ved hver ledd er et potensiometer koblet til leddakselen via beltemekanisme. Når leddet roterer, roterer potensiometeret tilsvarende og gir tilbakemelding om gjeldende posisjon for leddvinkelen (vist på bildene ovenfor)

Trinn 2: Komponenter som brukes:

Som jeg sa, jobber jeg fortsatt og forbedrer det dag for dag, derfor kan disse komponentene variere i noen fremtidige oppdateringer.

målet mitt var å gjøre det så økonomisk som mulig, derfor brukte jeg veldig selektive komponenter. Dette er listen over hovedkomponenter som ble brukt i Arm til date (jeg vil fortsette å oppdatere den i fremtiden)

1. Esp8266 (2x)
2. DC -motorer (med varierende spesifikasjoner Dreiemoment og hastigheter, 5x)
3. L298N motor driver modul (2x)
4. Potensiometer (8x)
5. Aluminiumskanal (30x30, 1 meter)
6. diverse maskinvare

Trinn 3: Beregninger og armdesign

For å designe armen brukte jeg catia v5 -programvare. Før du startet designprosessen var det første å beregne koblingens lengder og dreiemoment som hver ledd må opprettholde.

først begynte jeg med noen antagelser som inkluderer:

1. Maks nyttelast for roboten vil være 500 g (1,1 lb)
2. total rekkevidde for roboten vil være 500 mm
3. Robotvekten overstiger ikke 3 kg.

Linjelengdeberegninger

fortsatte med dette beregnet jeg lenklengden med referanse til forskningsoppgaven "Design of a Robotic Arm By I. M. H. van Haaren"

I. M. H. van Haaren ga et utmerket eksempel på hvordan han bestemte lenklengder ved å bruke en biologisk referanse der lengder av de store kroppssegmentene uttrykkes som en brøkdel av den totale høyden. Det er vist på fig.

etter beregninger lenke lengder kom til å være

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Griperlengde = 150 mm

Dreiemomentberegninger:

Forkalkulerende dreiemoment Jeg brukte grunnleggende konsepter for turque og moment brukt i engineering.

uten å gå inn i dynamiske beregninger, hvilte jeg bare på statiske dreiemomentberegninger på grunn av noen begrensninger.

det er 2 hovedspillere i dreiemoment som T = FxR dvs. i vårt tilfelle last (masse) og lenkelengde. Siden lenkelengder allerede er bestemt, er neste ting å finne ut vekten av komponenter. På dette stadiet var jeg ikke sikker på hvordan jeg kan finne vektene til hver komponent uten å måle den.

så jeg gjorde disse beregningene i iterasjoner.

1. Jeg antok aluminiumskanalen som et ensartet materiale gjennom hele lengden og delte vekten på totalt 1 meter peice med lengden på peices jeg skulle bruke.
2. Når det gjelder leddene, antok jeg visse verdier for hver ledd (motorvekt + vekt av 3D -trykt del + annet) basert på total robotvektantagelse.
3. forrige 2 trinn ga meg første iterasjon felles dreiemomentverdier. For disse verdiene fant jeg ut passende motorer på internett sammen med andre spesifikasjoner og vekter.
4. I 2. iterasjon brukte jeg originale vekter på motorer (som jeg fant ut i tredje trinn) og beregnet igjen de statiske dreiemomentene for hver ledd.
5. Hvis de endelige dreiemomentverdiene i trinn 4 var egnet for motorer valgt i trinn 3, avsluttet jeg at motoren ellers gjentok trinn 3 og 4 til de formulerte verdiene oppfylte de faktiske motorspesifikasjonene.

Arm design:

Dette var den mest ryddig oppgaven i hele dette prosjektet og tok nesten en måned å designe det. Forresten har jeg lagt ved bilder av CAD -modell. Jeg vil legge igjen en lenke for å laste ned disse CAD -filene et sted her:

Trinn 4: 3D -utskrift av delene

Alle delene er at leddene er 3D -trykte på en 99 $ skriver med 100x100x100 mm utskriftsområde (ja det er sant!)

skriver: Easy threed X1

Jeg har inkludert bilder av hoveddelene ut av skiver, og jeg vil koble til alle CAD -filene til cat -filen samt stl, slik at du kan laste ned og redigere som du vil.

Trinn 5: Skulderfeste (felles J1 og J2)

Basepulsen ble skrevet ut på en annen skriver da den var 160 mm i diameter. Jeg designet b -skulderleddet slik at det kan kjøres (Rotasjon om z -aksen) med enten beltepulje eller tannhjulsmekanisme som du kan se på bildene inkludert over. den nederste delen er der lagrene passer som deretter monteres på en sentral aksel på en plattform som er laget for å flytte armen (tank, mer av det i fremtiden).

det større giret (gult på bildet) er montert på aluminiumskanal med mutterbolter gjennom hvilke 8 mm stålaksel passerer rundt hvilken ledd 2 beveger seg. Girforhold ved 1. ledd er 4: 1 og det til andre ledd er 3.4: 1

Trinn 6: Albue og ledd (ledd J3)

(NOEN AV BILDENE ER ETTER BYGGET SOM JEG IKKE HAR KOMPLETTE PROSESSBILDER)

Albueleddet er ett etter skulderleddet. Det er et ledd i 2 deler, en koblet til å koble en og en til kobling 2.

stykke 1 har en likestrømsmotor med drivhjul og stykke 2 har større gir festet til det og et par lagre for å støtte akselen. girforholdet er det samme som for J2, dvs 3.4: 1, men motoren er 12,5 KG-CM 60 o / min.

Joint J3 har 160 graders bevegelsesområde.

Trinn 7: Håndleddsleddet (ledd J4 og J5)

(NOEN AV BILDENE ER ETTER BYGGET SOM JEG IKKE HAR KOMPLETTE PROSESSBILDER)

Etter at albueleddet er håndleddet. Dette består igjen av 2 stykker ett ved forrige lenke (dvs. kobling 2) og ett som består av J5 motot som roterer håndleddet. Girutveksling er 1,5: 1 og likestrømsmotor som brukes er 10 o / min 8 KG -CM.

Denne leddet J4 har 90 graders rotasjonsområde og J5 har 360 grader.

Trinn 8: Gripper

Dette var en av de tøffeste oppgavene å designe. Den ble designet slik at den kan plukke de fleste gjenstandene og greie de fleste tingene rundt oss som dørlåser, håndtak, stenger etc.

Som vist på bildet driver et spiralformet tannhjul som er festet til motoren til girene med eller mot klokken som er koblet til fingrene for å åpne og lukke dem.

Alle delene av griperen er vist på bildet vedlagt.

Trinn 9: Lag dukkekontroller for robotarm

Marionettkontrolleren er den nøyaktige 10 ganger nedskalerte versjonen av den faktiske robotarmen. Den har 4 potensiometre montert på 4 ledd, nemlig J1, J2, J3, J4 og Joint J5 vil bli betjent med en trykknapp for kontinuerlig rotasjon (Rotasjon av griper for alle operasjon)

potensiometre registrerer rotasjonsvinkelen på leddene og sender denne verdien mellom 1-1023 til Nodemcu som konverteres tilbake til 1-360 og sendes til en annen Nodemcu over wifi. Siden ESP8266 bare har en analog inngang brukte jeg en 4051 multiplexer.

opplæring for bruk av 4051 multiplexer med esp8266-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

skjematisk diagram:

Jeg vil legge til et skjematisk diagram så snart jeg er ferdig med det (hvis noen trenger det snarest, kontakt meg til da)

Kode: (også inkludert her)

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

Trinn 10: Elektronikk

Jeg legger ved bilder av gjeldende arbeid. Full elektronikk og skjematisk diagram er ikke fullført ennå. Jeg legger ut oppdateringer snart til da holder kontakten:)

(Merk: Dette prosjektet er ikke fullført ennå. Jeg vil følge opp oppdateringer i fremtiden)

Trinn 11: Koder og skjematisk på ett sted

Jeg vil fullstendig robotskjema og endelig kode så snart jeg er ferdig med det!