DIY Robot Arm 6 Axis (with Stepper Motors): 9 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

پس از بیش از یک سال مطالعه ، نمونه های اولیه و خرابی های مختلف ، موفق به ساخت یک ربات آهن / آلومینیوم با 6 درجه آزادی کنترل شده توسط موتورهای پله ای شدم.

مشکل ترین قسمت طراحی بود زیرا می خواستم به 3 هدف اساسی دست یابم:

• هزینه تحقق کم
• مونتاژ آسان حتی با تجهیزات کمی
• دقت خوبی در هنگام حرکت

من مدل سه بعدی را با کرگدن چندین بار طراحی کردم تا جایی که (به نظر من) سازگاری خوبی با 3 الزامات مطابقت داشت.

من مهندس نیستم و قبل از این پروژه هیچ تجربه ای در زمینه رباتیک نداشتم ، بنابراین فردی با تجربه تر از من می تواند در کارهایی که انجام می دهم اشکالات طراحی پیدا کند اما هنوز می توانم بگویم از نتیجه نهایی به دست آمده راضی هستم.

تدارکات

برای اطلاعات بیشتر به وبلاگ شخصی من مراجعه کنید

مرحله 1: طراحی CAD

قبل از رسیدن به مدل نهایی ، من حداقل 8 نمونه اولیه مختلف با سیستم های انتقال مختلف طراحی کردم ، اما هیچ کدام نتوانست 3 مورد مورد نیاز در بالا را برآورده کند.

با کنار هم گذاشتن راه حل های مکانیکی همه نمونه های اولیه ساخته شده (و همچنین پذیرش برخی مصالحه ها) ، مدل نهایی ظاهر شد. من ساعاتی را که در مقابل CAD گذراندم حساب نمی کنم اما می توانم به شما اطمینان دهم که آنها واقعاً تعداد زیادی بودند.

یکی از جنبه هایی که باید در مرحله طراحی در نظر داشته باشید این است که حتی یک گرم اضافه شده به انتهای مچ ربات به دلیل مقاومت گشتاور موتورهای پایه ضرب می شود و بنابراین وزن بیشتری اضافه می شود و هرچه بیشتر موتورها باید برای تحمل تلاش محاسبه شود.

برای "کمک" به موتورها برای تحمل فشار ، پیستون های گازی 250N و 150N را استفاده کردم.

من فکر کردم با ایجاد ربات با صفحات آهنی برش لیزری (C40) و آلومینیوم با ضخامت های 2 ، 3 ، 5 ، 10 میلی متر هزینه ها را کاهش دهم. برش لیزری بسیار ارزانتر از فرز فلزی سه بعدی است.

پس از طراحی هر جزء جداگانه ، من قطعات را در.dxf ساختم و به مرکز برش ارسال کردم. بقیه اجزا توسط خودم در دستگاه تراش ساخته شده است.

مرحله 2: آماده سازی و مونتاژ

بالاخره وقت آن رسیده که دست هایم را کثیف کنم (این بهترین کاری است که من انجام می دهم)…

مرحله ساخت ساعت های زیادی را برای آماده سازی قطعات ، پر کردن دستی سوراخ ها ، اتصالات ، نخ ها و چرخاندن توپی ها از بین برده است. این واقعیت که هر جزء را به گونه ای طراحی کرده ام که بتوانم فقط با چند ابزار کار کار کنم ، باعث شده است که من هیچ شگفتی بزرگ یا مشکلات مکانیکی نداشته باشم.

مهمترین چیز این است که برای اتمام کارها عجله نکنید بلکه باید دقیق باشید و هر خط پروژه را دنبال کنید ، بداهه نوازی در این مرحله هرگز به نتایج خوبی نمی انجامد.

درک صندلی های یاتاقان بسیار مهم است زیرا هر مفصل بر روی آنها تکیه می کند و حتی یک بازی کوچک چند درصدی می تواند موفقیت پروژه را به خطر بیندازد.

من خودم را مجبور به بازسازی پین ها کردم زیرا با تراش من حدود 5 سنت کوچکتر از سوراخ یاتاقان را برداشته بودم و هنگامی که سعی کردم آن را نصب کنم بازی به طرز عجیبی آشکار بود.

ابزارهایی که برای تهیه همه قطعات استفاده کردم عبارتند از:

• مته فشاری
• آسیاب / dremel
• سنگ آسیاب
• فایل دستی
• ماشین تراش
• کلیدهای انگلیسی

من درک می کنم که همه نمی توانند در خانه تراش داشته باشند و در این صورت لازم است قطعات را به یک مرکز تخصصی سفارش دهید.

من قطعات را برای برش لیزری با اتصالات کمی بیشتر طراحی کرده بودم تا بتوانم آنها را با دست کامل کنم زیرا لیزر ، هرچقدر هم که دقیق باشد ، یک برش مخروطی ایجاد می کند و در نظر گرفتن آن ضروری است.

کار با فایل به صورت دستی هر مفصلی را که ایجاد می کنم به منظور ایجاد یک اتصال بسیار دقیق بین قطعات.

حتی سوراخ های صندلی های یاتاقان را که کوچکتر کرده بودم و سپس با دست و با صبر زیاد (اما واقعاً زیاد) آنها را با دست باز کردم.

تمام نخ هایی که با دست روی پرس مته ایجاد کردم زیرا حداکثر عمود بین ساز و قطعه به دست می آید. پس از آماده سازی هر قطعه ، لحظه مورد انتظار حقیقت فرا می رسد ، مجموعه ای از کل روبات. من شگفت زده شدم که متوجه شدم هر قطعه دقیقاً در قسمت دیگر با تحمل مناسب قرار می گیرد.

ربات اکنون همه مونتاژ شده است

قبل از انجام هر کار دیگری ، ترجیح دادم برخی آزمایشات حرکتی را انجام دهم تا مطمئن شوم که موتورها به درستی طراحی شده اند ، در صورت بروز هرگونه مشکل در موتورها ، به ویژه گشتاور سفت شدن آنها ، مجبور می شوم بخش خوبی از پروژه را دوباره انجام دهم.

بنابراین ، پس از نصب 6 موتور ، روبات سنگین را به آزمایشگاه اتاق زیر شیروانی خود بردم تا در اولین آزمایشات ارائه شود.

مرحله 3: آزمایش های حرکت اول

پس از تکمیل قسمت مکانیکی ربات ، من به سرعت وسایل الکترونیکی را مونتاژ کردم و فقط کابل های 6 موتور را متصل کردم. نتایج آزمایش بسیار مثبت بود ، مفاصل به خوبی حرکت می کنند و در زوایای از پیش تعیین شده ، چند مشکل را که به راحتی حل می شوند ، کشف کردم به

اولین مشکل مربوط به شماره مشترک است. 3 که در حداکثر امتداد کمربند را بیش از حد بار می کند و گاهی باعث از دست دادن مراحل می شود. راه حل این مشکل مرا به استدلال های مختلفی کشانده است که در مرحله بعد خواهیم دید.

مشکل دوم مربوط به شماره مشترک است. 4 ، راه حل پیچ خوردگی کمربند چندان قابل اعتماد نبود و مشکلات ایجاد کرد. در همین حال قطعات آهنی ربات شروع به ایجاد نقاط کوچک زنگ زدگی کردند ، بنابراین با حل مشکلات ، من نیز از فرصت استفاده کردم و آن را نقاشی کردم.

مرحله 4: نقاشی و مونتاژ مجدد

من به خصوص مرحله نقاشی را دوست ندارم اما در این مورد من موظف به انجام آن هستم زیرا آن را حتی کمتر دوست دارم.

روی اتو ابتدا یک آغازگر قرار می دهم که به عنوان زمینه ای برای رنگ قرمز فلو استفاده می شود.

مرحله 5: رفع اشکال N.1

پس از نتایج آزمایش ، مجبور شدم برخی تغییرات را برای بهبود دقت روبات انجام دهم. اولین اصلاح مربوط به مفصل شماره 3 است ، به ویژه هنگامی که در وضعیت نامطلوب ترین حالت کشش بیش از حد کمربند را اعمال می کرد و در نتیجه موتور همیشه زیر فشار. راه حل این بود که با اعمال نیرویی برخلاف جهت چرخش کمک شود.

تمام شبها را در فکر این بودم که بهترین راه حل می تواند بدون نیاز به انجام دوباره کارها باشد. در ابتدا به فکر استفاده از فنر پیچشی بزرگ افتادم اما با جستجوی آنلاین چیزی راضی کننده پیدا نکردم بنابراین پیستون گازی را انتخاب کردم (همانطور که قبلاً برای مفصل شماره 2 طراحی کرده بودم) ، اما هنوز باید تصمیم می گرفتم که آن را در کجا قرار دهم زیرا فضای کافی نداشت

با توجه به کمی زیبایی شناسی ، تصمیم گرفتم که بهترین مکان برای قرار دادن پیستون در کنار آن است.

من محاسبه قدرت لازم پیستون را با توجه به نقطه ای که مجبور به اعمال نیرو بود انجام دادم و سپس در ebay یک پیستون 150 نیوتنی به طول 340 میلی متر سفارش دادم و سپس تکیه گاههای جدیدی را طراحی کردم تا بتوان آن را تعمیر کرد.

مرحله 6: رفع اشکال N.2

تغییر دوم مربوط به شماره مشترک است. 4 جایی که در ابتدا انتقال را با کمربند پیچ خورده برنامه ریزی کرده بودم اما متوجه شدم که فضاها کاهش یافته و کمربند آنطور که انتظار می رفت کار نمی کند.

تصمیم گرفتم کل مفصل را با طراحی شانه ها به طور کامل دوباره انجام دهم تا موتور در جهت موازی نسبت به آنها دریافت شود. با این تغییر جدید ، کمربند به درستی کار می کند و همچنین کشش آن آسان تر است ، زیرا من یک سیستم کلیدی طراحی کرده ام که به راحتی تسمه را فشار می دهد.

مرحله 7: الکترونیک

الکترونیک کنترل موتور همان است که برای یک CNC کلاسیک 3 محوره استفاده می شود با این تفاوت که 3 راننده دیگر و 3 موتور دیگر برای مدیریت وجود دارد. تمام منطق کنترل محورها توسط برنامه محاسبه می شود ، دستگاه الکترونیکی تنها وظیفه را دارد دریافت دستورالعمل در مورد اینکه موتورها چند درجه باید بچرخند تا مفصل به موقعیت مورد نظر نرسد.

قطعات تشکیل دهنده لوازم الکترونیکی عبارتند از:

• آردوینو مگا
• n 6 راننده DM542T
• n 4 Relè
• n 1 منبع تغذیه 24 ولت
• n 2 شیر برقی (برای گیره پنوماتیک)

بر روی آردوینو ، من نقشه ای را که با مدیریت همزمان حرکات موتورها مانند شتاب ، شتاب ، سرعت ، مراحل و حداکثر محدودیت ها سروکار دارد بارگذاری کردم و برنامه ریزی شده است تا دستوراتی را که از طریق سریال (USB) اجرا می شوند ، دریافت کند.

در مقایسه با کنترل کننده های حرکتی حرفه ای که می توانند تا چندین هزار یورو هزینه داشته باشند ، آردوینو به روش کوچک خود از عملکردهای بسیار پیچیده خود دفاع می کند و قادر به مدیریت آن نیست ، به عنوان مثال چند رشته ای مفید است ، به ویژه هنگامی که مجبورید چندین موتور را به طور همزمان مدیریت کنید به

مرحله 8: ملاحظات نرم افزاری

هر ربات شکل خاص خود را دارد و زوایای مختلف حرکت و سینماتیک برای هر کدام متفاوت است. در حال حاضر برای اجرای آزمایشات ، من از نرم افزار کریس آنین (www.anninrobotics.com) استفاده می کنم ، اما ریاضیات نوشته شده برای ربات او کاملاً با من منطبق نیست ، در واقع برخی از مناطق کار که به آنها دسترسی ندارم آنها به این دلیل هستند که محاسبات گوشه ها کامل نیست.

نرم افزار آنین در حال حاضر برای آزمایش خوب است ، اما من باید در مورد نوشتن نرم افزار خود که 100٪ با فیزیک ربات من سازگار است ، فکر کنم. من قبلاً آزمایش هایی را با استفاده از بلندر و نوشتن قسمت پایتون در کنترلر حرکت شروع کرده ام و به نظر می رسد راه حل خوبی است ، برخی از جنبه ها برای توسعه وجود دارد اما پیاده سازی این ترکیب (Blender + Ptyhon) بسیار آسان است ، به ویژه این که آسان است برنامه ریزی و شبیه سازی حرکات بدون داشتن ربات در مقابل شما.

مرحله 9: گیره پنوماتیک

برای اینکه بتوانم اشیاء را به ربات ببرم ، آن را به گیره پنوماتیک مجهز کرده ام.

من شخصا انبردست با سرو را دوست ندارم ، آنها به من اعتماد زیادی نمی دهند ، بنابراین من فکر کردم که یک پنس پنوماتیک که به طور خاص فشار را تنظیم می کند می تواند همه نیازها را برآورده کند.

با پروفیل های آلومینیومی مربعی ، گیره را برای گرفتن اجسام کوچک و اجسام بزرگ تغییر دادم.

بعداً ، وقتی زمان پیدا کردم ، تمام اطلاعات پروژه را جمع آوری می کنم تا بتوانم آن را بارگیری کنم.

امیدوارم از این مطلب آموزنده لذت برده باشید