بازوی رباتیک Moslty 3D چاپ شده که شبیه ساز کنترل عروسکی است: 11 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

من دانشجوی مهندسی مکانیک از هند هستم و این پروژه مدرک Undergrad من است.

این پروژه بر توسعه بازوی رباتیک کم هزینه متمرکز شده است که عمدتا به صورت سه بعدی چاپ می شود و دارای 5 DOF با گیره 2 انگشتی است. بازوی رباتیک با کنترل کننده عروسکی کنترل می شود که مدل رومیزی بازوی رباتیک با همان درجه آزادی است که مفاصل آن مجهز به سنسور است. دستکاری کنترل کننده با دست باعث می شود که بازوی روباتیک حرکت را به شیوه master-slave تقلید کند. این سیستم از ماژول WiFi ESP8266 به عنوان یک رسانه انتقال داده استفاده می کند. واسط اپراتور اصلی-برده یک روش آسان برای یادگیری برای دستکاری روباتیک فراهم می کند. Nodemcu (Esp8266) به عنوان میکروکنترلر استفاده می شود.

هدف از این پروژه توسعه یک ربات ارزان قیمت بود که می تواند برای اهداف آموزشی مورد استفاده قرار گیرد. متأسفانه ، دسترسی به چنین فناوری رباتیکی که انقلابی در دنیای مدرن ایجاد می کند ، تنها به موسسات خاصی محدود می شود. هدف ما توسعه و ایجاد منبع باز این پروژه است تا افراد بتوانند آن را به تنهایی بسازند ، اصلاح و کاوش کنند. این یک منبع کم هزینه و کاملاً باز است و ممکن است دانشجویان دیگر را تشویق به یادگیری و کشف این زمینه کند.

همکاران پروژه من:

• شبام لیکر
• نیخیل کور
• Palash lonare

تشکر ویژه از:

• آکاش نارخده
• رام بوکاده
• آنکیت کرد

برای کمک آنها در این پروژه

سلب مسئولیت: من هرگز برنامه ای برای نوشتن یک وبلاگ یا آموزشی در مورد این پروژه نداشتم ، به همین دلیل در حال حاضر اطلاعات کافی برای مستندسازی آن ندارم. این تلاش مدتها پس از شروع پروژه انجام شده است. هنوز هم بسیار تلاش کردم تا آنجا که ممکن است بیشتر جزئیات را بیاورم برای اینکه بیشتر قابل فهم شود. ممکن است در برخی موارد آن را ناقص بدانید … امیدوارم متوجه شده باشید:) من به زودی یک ویدیوی یوتیوب را نشان خواهم داد که کارکرد و سایر موارد آزمایشی آن را نشان می دهد

مرحله 1: بنابراین ، چگونه کار می کند؟

این برای من هیجان انگیزترین چیز در مورد این پروژه است.

(من ادعا نمی کنم که این روش م efficientثر باشد یا روش مناسبی برای استفاده از آن برای اهداف تجاری و فقط برای اهداف آموزشی است)

ممکن است روبات های ارزان قیمت با موتورهای سروو که فقط برای تخریب هستند را دیده باشید. از طرف دیگر روبات های موتور پله ای با گیربکس سیاره ای و غیره وجود دارد. اما این ربات تعادل بین آنها است.

بنابراین ، چگونه متفاوت است؟

ساخت و ساز:

من به جای استفاده از موتور پله ای کم مصرف و پرهزینه از موتورهای DC استفاده کردم اما همانطور که می دانیم موتورهای DC سیستم کنترل بازخورد ندارند و نمی توان آنها را مستقیماً برای کنترل موقعیت استفاده کرد ، آنها را با افزودن پتانسیومتر به عنوان سنسور بازخورد/موقعیت در موتورهای سروو مخفی کردم.

در حال حاضر برای سهولت کار آنچه انجام دادم ، سرویس های ارزان 9 گرمی را جدا کردم و مدار آن را بیرون آوردم و موتور DC آن را با موتور dc با گشتاور بالا و دیگ کوچک آن را با آنچه که برای ربات داشتم جایگزین کردم. با این کار می توانم از کتابخانه پیش فرض در آردوینو نمی توانید باور کنید که برنامه نویسی بسیار ساده شده است!

برای رانندگی موتور 12 ولت DC با تراشه سروو 5 ولت از ماژول درایور موتور L298N استفاده کردم که می تواند همزمان 2 موتور را حرکت دهد. این ماژول دارای 4 پین ورودی IN1 تا IN4 است که جهت چرخش موتور را تعیین می کند. جایی که IN1 و IN2 مربوط به موتور 1 و IN3 است ، موتور IN4 تا موتور دوم. بنابراین پایانه های خروجی (2) تراشه سروو (در اصل به موتور DC کوچک) به IN1 و IN2 خروجی ماژول L298N متصل می شوند که به موتور DC 12V متصل است.

کار کردن:

به این ترتیب هنگامی که محور موتور در موقعیت هدف نیست پتانسیومتر مقدار زاویه را به سرو تراشه ارسال می کند که به ماژول L298N فرمان می دهد تا Cw یا CCW را به نوبت خود بچرخاند و موتور 12 ولت DC را طبق فرمان دریافت شده از میکروکنترلر بچرخاند.

شماتیک در شکل نشان داده شده است (فقط برای 1 موتور)

در دستور موردی ما (ارزش های زاویه مشترک) از طریق کنترل کننده عروسکی ارسال می شود که 10 بار در نسخه کپی شده روبات مقیاس شده و دارای پتانسیومتر است که در هر وصل شده است ROBOT به هر کدام از موتورهای مشترک سعی کنید تصرف کنید

در هر مفصل یک پتانسیومتر از طریق کمربند مکانیکی به محور مفصل متصل می شود. هنگام چرخاندن مفصل ، پتانسیومتر بر اساس آن می چرخد و در مورد موقعیت فعلی زاویه مفصل بازخورد می دهد (در تصاویر بالا نشان داده شده است)

مرحله 2: اجزای مورد استفاده:

همانطور که گفتم هنوز کار می کنم و روز به روز آن را بهبود می بخشم ، ممکن است این اجزا در برخی از به روز رسانی های آینده متفاوت باشند.

هدف من این بود که تا حد ممکن مقرون به صرفه باشم ، بنابراین از اجزای بسیار انتخابی استفاده کردم. این لیست اجزای اصلی مورد استفاده در تاریخ Arm است (در آینده به روز رسانی آن را ادامه خواهم داد)

1. Esp8266 (2 برابر)
2. موتورهای DC (با مشخصات مختلف گشتاور و سرعت ، 5 برابر)
3. ماژول درایور موتور L298N (2 برابر)
4. پتانسیومتر (8 برابر)
5. کانال آلومینیومی (30x30 ، 1 متر)
6. سخت افزار متفرقه

مرحله 3: محاسبات و طراحی بازو

برای طراحی بازو من از نرم افزار catia v5 استفاده کردم. قبل از شروع فرایند طراحی ، ابتدا باید طول و گشتاور پیوند را محاسبه کرد که هر مفصل باید حفظ کند.

ابتدا با چند فرضیه شروع کردم که شامل موارد زیر است:

1. حداکثر بار برای ربات 500 گرم (1.1 پوند) خواهد بود
2. دسترسی کلی روبات 500 میلی متر خواهد بود
3. وزن ربات از 3 کیلوگرم تجاوز نمی کند.

محاسبه طول پیوند

در ادامه با پیوند مقاله با عنوان "طراحی بازوی روباتیک توسط I. M. H. van Haaren" ، طول پیوند را محاسبه کردم.

I. M. H. ون هارن یک مثال عالی از نحوه تعیین طول پیوندها با استفاده از یک مرجع بیولوژیکی ارائه کرد که در آن طول قسمتهای اصلی بدن به صورت کسری از کل ارتفاع بیان می شود. در شکل نشان داده شده است

پس از محاسبه طول پیوندها مشخص شد

L1 = 274 میلی متر

L2 = 215 میلی متر

L3 = 160 میلی متر

طول گیره = 150 میلی متر

محاسبه گشتاور:

برای محاسبه گشتاور از مفاهیم اولیه گشتاور و گشتاورهای کاربردی در مهندسی استفاده کردم.

بدون وارد شدن به محاسبات پویا ، من فقط بر اساس محاسبات گشتاور ایستا به دلیل برخی موارد منعطف تکیه کردم.

2 بازیگر اصلی من گشتاور T = FxR دارند ، یعنی در مورد ما بار (جرم) و طول پیوند. از آنجا که طول پیوندها از قبل تعیین شده است ، نکته بعدی پیدا کردن وزن اجزا است. در این مرحله مطمئن نبودم که چگونه می توانم وزن هر جزء بدون اندازه گیری واقعی آن.

بنابراین ، من این محاسبات را به صورت تکراری انجام دادم.

1. من کانال آلومینیوم را به عنوان یک ماده یکنواخت در طول آن در نظر گرفتم و وزن کل پیاز 1 متری را با طول میوه هایی که قرار بود استفاده کنم تقسیم کردم.
2. در مورد اتصالات ، من مقادیر خاصی را برای هر مفصل (وزن موتور + وزن قسمت پرینت سه بعدی + دیگر) بر اساس کل وزن روبات فرض کردم.
3. 2 مرحله قبلی مقدار گشتاور مفصل تکرار اول را به من داد. برای این مقادیر ، موتورهای مناسب را در اینترنت به همراه سایر مشخصات و وزن ها پیدا کردم.
4. در تکرار دوم از وزنه های اصلی موتورها استفاده کردم (که در مرحله سوم متوجه شدم) و دوباره گشتاورهای ایستا برای هر مفصل را محاسبه کردم.
5. اگر مقادیر گشتاور نهایی در مرحله 4 برای موتورهای انتخاب شده در مرحله 3 مناسب بود ، آن موتور را نهایی می کردم در غیر این صورت مرحله 3 و 4 را تکرار می کردم تا مقادیر فرموله شده با مشخصات واقعی موتور مطابقت داشته باشد.

طراحی بازو:

این سخت ترین کار کل این پروژه بود و تقریباً یک ماه طول کشید تا آن را طراحی کنم. به هر حال عکس هایی از مدل CAD را ضمیمه کرده ام. پیوندی برای بارگیری این فایل های CAD در جایی در اینجا قرار می دهم:

مرحله 4: چاپ سه بعدی قطعات

تمام قطعات این است که اتصالات به صورت سه بعدی روی چاپگر 99 $ با ناحیه چاپ 100x100x100 mm چاپ می شوند (بله این درست است !!)

چاپگر: سه بعدی آسان X1

من عکسهای قسمتهای اصلی را خارج از برش قرار داده ام و به تمام قسمتهای فایل CAD catfile و همچنین stl پیوند می دهم تا بتوانید آنطور که می خواهید بارگیری و ویرایش کنید.

مرحله 5: مونتاژ مشترک شانه (J1 و J2 مشترک)

قطر پایه بر روی چاپگر متفاوتی با قطر 160 میلی متر چاپ شد. من مفصل شانه را طوری طراحی کردم که بتوان آن را (با چرخش در مورد محور z) با تسمه یا مکانیزم چرخ دنده ای که می توانید در تصاویر موجود مشاهده کنید ، حرکت داد. بالا. قسمت پایینی جایی است که یاتاقان ها در آن قرار می گیرند و سپس بر روی یک محور مرکزی بر روی یک سکوی نصب شده برای حرکت بازو نصب می شود (مخزن ، بیشتر از آن در آینده).

چرخ دنده بزرگتر (در تصویر زرد رنگ) بر روی کانال آلومینیومی با پیچ و مهره نصب شده است که از طریق آن شفت فولادی 8 میلی متری روی مفصل 2 حرکت می کند. نسبت چرخ دنده در مفصل اول 4: 1 و نسبت دوم 2/3 3.4: 1 است

مرحله 6: آرنج و مفصل (J3 مشترک)

(بعضي از تصاوير بعداً ساخته شده اند ، زيرا تصويرهاي كامل فرايند را ندارم)

مفصل آرنج یکی پس از مفصل شانه است. این یک مفصل 2 تکه است که یکی به پیوند یکی و دیگری به پیوند 2 متصل شده است.

قطعه 1 دارای موتور Dc با پایه چرخان و قطعه 2 دارای چرخ دنده بزرگتر و جفت بلبرینگ است که از محور پشتیبانی می کند. نسبت چرخ دنده با J2 یعنی 3.4: 1 است اما موتور 12.5 KG-CM 60 RPM است.

Joint J3 دارای محدوده حرکتی 160 درجه است.

مرحله 7: مفصل مچ (مشترک J4 و J5)

(بعضي از تصاوير بعداً ساخته شده اند ، زيرا تصويرهاي كامل فرايند را ندارم)

بعد از مفصل آرنج مفصل مچ است. این باز هم شامل 2 قطعه یکی در پیوند قبلی (یعنی پیوند 2) و یکی متشکل از موتور J5 است که مجموعه مچ را می چرخاند. نسبت دنده 1.5: 1 و موتور DC مورد استفاده 10 دور در دقیقه 8 کیلوگرم است -سانتی متر.

این J4 دارای دامنه 90 درجه چرخش و J5 دارای 360 درجه است.

مرحله 8: گریپر

این یکی از سخت ترین کارها برای طراحی بود. به گونه ای طراحی شده است که می تواند بیشتر اشیاء را انتخاب کرده و همچنین می تواند به اکثر وسایل اطراف ما مانند قفل درها ، دسته ها ، میله ها و غیره بچسبد.

همانطور که در تصویر نشان داده شده است ، یک چرخ دنده مارپیچ متصل به موتور به چرخ دنده های عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت می چسبد که برای باز و بسته شدن آنها به انگشتان متصل می شوند.

تمام قسمتهای گریپر در تصویر پیوست نشان داده شده است.

مرحله 9: ساخت کنترلر عروسکی برای بازوی روباتیک

کنترل کننده عروسکی دقیقاً 10 برابر کوچک شده از بازوی روباتیک واقعی است. دارای 4 پتانسیومتر نصب شده در 4 مفصل یعنی J1 ، J2 ، J3 ، J4 و Joint J5 با یک دکمه فشار جهت چرخش مداوم (چرخش گیر برای هر عمل)

پتانسیومترها زاویه چرخش مفاصل را حس می کنند و این مقدار را بین 1-1023 به Nodemcu ارسال می کنند که به 1-360 تبدیل می شود و از طریق وای فای به Nodemcu دیگر ارسال می شود. از آنجا که ESP8266 فقط یک ورودی آنالوگ دارد ، من از یک مالتی پلکسر 4051 استفاده کردم.

آموزش استفاده از مالتی پلکسر 4051 با esp8266-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

نمودار شماتیک:

به محض اتمام آن یک نمودار شماتیک اضافه می کنم (اگر کسی تا آن زمان به آن نیاز فوری داشت با من تماس بگیرید)

کد: (در اینجا نیز موجود است)

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

مرحله 10: الکترونیک

من تصاویری از کارهای فعلی را ضمیمه می کنم. الکترونیک کامل و نمودار شماتیک هنوز کامل نشده است. به زودی به روز رسانی ها را ارسال می کنم تا آن زمان در ارتباط باشید:)

(توجه: این پروژه هنوز کامل نشده است. در آینده هر گونه به روز رسانی را پیگیری خواهم کرد)

مرحله 11: کدها و شماتیک در یک مکان

به محض اتمام آن ، شمایل کلی روبات و کد نهایی را انجام می دهم!