بزن قدش! - یک دست روباتیک: 5 مرحله

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

یک روز ، در کلاس اصول مهندسی ، ما قصد ساخت ماشین آلات ترکیبی از قطعات VEX را داشتیم. با شروع ساخت سازوکارها ، ما برای مدیریت چندین مولفه پیچیده که باید با هم مونتاژ شوند ، دست و پنجه نرم می کنیم. فقط اگر کسی بتواند به ما دست بدهد…

به همین دلیل است که ما سه دانش آموز دبیرستان ایروینگتون در کلاس خانم برباوی تصمیم گرفتیم یک دست روباتیک را از ابتدا طراحی و بسازیم! با برآورد مالی 150 دلار برای این S. I. D. E. پروژه ، ما توانستیم تمام مواد مورد نیاز را در حالی که به خوبی زیر بودجه باقی مانده است ، به دست آوریم. محصول نهایی شامل Arduino Mega ، سروو میکروکنترلر است که 5 سروو را هدایت می کند ، هر کدام از آنها به یک انگشت پرینت سه بعدی متصل شده است که قادر به حرکت جداگانه با اتصالات واقعی است.

این پروژه بسیار جاه طلبانه بود ، با توجه به اینکه همه اعضای تیم دانش آموزان دبیرستانی با برنامه های شلوغ سال اول هستند و هیچ تجربه قبلی در طراحی کامل یک پروژه الکترونیکی از ابتدا ندارند. در حالی که اعضای تیم ما تجربه طراحی و برنامه نویسی با رایانه قبلی را داشتند ، این پروژه چشم ما را به استفاده بالقوه از سخت افزار و نرم افزار آردوینو باز کرد به گونه ای که می تواند به مردم در انجام کارهای روزانه خود کمک کند.

مدل سازی و طراحی سه بعدی توسط پاتریک دینگ

اسناد و برنامه نویسی آردوینو توسط اشوین ناتامپالی

برنامه نویسی ، مدار و آردوینو Arduino توسط Sandesh Shrestha

مرحله 1: CADing

اولین و دشوارترین مرحله برای این پروژه ایجاد مدل های سه بعدی دست با انگشتان است. برای انجام این کار ، از Autodesk Inventor یا Autodesk Fusion 360 (ما از قبلی استفاده کردیم) استفاده کنید.

از فایلهای قطعه برای ایجاد CAD های جداگانه برای کف دست ، قطعات انگشتان ، نوک انگشتان و قسمت انگشت صورتی استفاده کنید. این امر به ازای هر قسمت 2-3 کار بازسازی انجام می دهد تا عملکرد مفاصل و سروها یکدست شود.

طرح می تواند هر اندازه و شکلی باشد تا زمانی که مسیر رشته اجازه می دهد تا انگشتان یکنواخت عمل کنند و انگشتان دست به یکدیگر برخورد نکنند. همچنین اطمینان حاصل کنید که انگشتان می توانند برای یک مشت بسته کاملاً جمع شوند.

برای رفع مشکل تداخل رشته ها و مسیرهای ناکارآمد ، همانطور که در نسخه اول ما پیدا شد ، حلقه ها ، راهنماهای رشته و تونل ها اضافه شدند تا رشته به راحتی کشیده و شل شود.

در اینجا چندنظر نهایی و فایل های CAD.stl برای هر قسمت نهایی شده است.

مرحله 2: چاپ سه بعدی

پس از تکمیل CAD ها ، از یک چاپگر سه بعدی برای زنده شدن آنها استفاده کنید. اگر طرحی که ایجاد می کنید دارای مشکلاتی باشد ، می توانید این مرحله را چندین بار تکرار کنید.

برای چاپ سه بعدی ، ابتدا فایل های CAD را به عنوان فایل STL صادر کنید. برای انجام این کار در Autodesk Inventor ، روی منوی کشویی File کلیک کرده و بر روی Export قرار دهید. از ستون بازشو ، CAD Format را انتخاب کنید. منوی Windows File Explorer به شما امکان می دهد فایل.stl را از منوی کشویی انتخاب کرده و مکانی را برای فایل انتخاب کنید.

پس از آماده شدن فایل برای وارد شدن به نرم افزار چاپگر سه بعدی ، گزینه های چاپ را به دلخواه پیکربندی کنید یا پیکربندی ما را دنبال کنید. نرم افزار چاپگر سه بعدی از مارکی به مارک دیگر متفاوت است ، بنابراین برای راهنمایی در نرم افزار آنها از راهنمای آنلاین یا دفترچه راهنما استفاده کنید. برای دست خود ، ما از LulzBot Mini به دلیل در دسترس بودن آن در محیط کلاس خود استفاده کردیم.

مرحله 3: مونتاژ

هنگامی که همه قطعات با موفقیت با قایق ها و پشتی ها برداشته می شوند (در صورت وجود) ، با موفقیت چاپ می شوند ، برای شروع مونتاژ ، هر قسمت باید آماده شود.

از آنجایی که چاپگرهای سه بعدی چندان دقیق نیستند و ممکن است عیوب کوچکی ایجاد شوند ، از یک فایل یا کاغذ سنباده یا قرص با یک ضمیمه سمباده برای صاف کردن صورت های خاص استفاده کنید. برای هموارترین عملکرد مفصل ، بر روی اتصالات و نقاط تقاطع تمرکز کنید تا اتصالات مطلوب صاف شوند. گاهی اوقات تونل های رشته ای در قطعات انگشتان و قسمت های دیگر می توانند وارد شوند یا ناقص باشند. برای مقابله با اختلافات عمده ، از یک مته با مته 3/16 اینچی برای حفاری تونل ها استفاده کنید.

برای ساده ترین مسیر یابی رشته ها ، هر انگشت خود را جمع کنید ، رشته را از طریق تونل ها عبور دهید و رشته را در انتهای آن ببندید. قبل از ادغام هر انگشت به کف ، رشته را از طریق حلقه های راهنما ، یکی از سوراخ بالا و دیگری از پایین ، روی کف دست بکشید و آن را به انتهای مخالف قرقره های سروو متصل کنید. پس از درست شدن طول ، انگشتان را به کف دست وصل کنید.

همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است ، پیچ های m4x16 را در هر مفصل وارد کنید تا انگشت را کنار هم نگه دارید. هر فرایند ساخت انگشت را برای همه انگشتان تکرار کنید ، از قسمت های صورتی برای صورتی استفاده کنید.

مرحله 4: مدار آردوینو

با اسکلت جمع شده ، ماهیچه ها و مغز باید یکپارچه شوند. برای اجرای همزمان همه سروها ، باید از کنترلر موتور PCA 9685 توسط Adafruit استفاده کنیم. این کنترل کننده برای تغذیه سروها به منبع تغذیه خارجی نیاز دارد. در اینجا می توانید از این کنترلر و کتابخانه کدگذاری اختصاصی آن استفاده کنید.

هنگام اتصال سیم آردوینو به کنترلر ، مطمئن شوید که خروجی های پین را ضبط کرده اید. اگر از Arduino Mega استفاده می کنید ، این کار ضروری نخواهد بود. با این حال ، در همه موارد ، اطمینان حاصل کنید که سروها روی کدام پورت های کنترلر موتور نصب شده اند.

برای کنترل سرووها و دستی با استفاده از یک ریموت IR ، کافی است گیرنده IR را اضافه کرده و سیم و برق را به آردوینو با سیم داده به پورت های دیجیتال وصل کنید. برای اطمینان از سیم کشی صحیح ، محل اتصال گیرنده IR خود را بررسی کنید. نمونه ای از مدار ما نشان داده شده است.

برای ایجاد این مدار ، ابتدا هر سروو را به پورت های 3 ، 7 ، 11 ، 13 و 15 در برد کنترل موتور سروو متصل کنید. کل تخته را با پنج پین در پایین به یک تخته نان وصل کنید.

با استفاده از کابل های جهنده ، قدرت ولتاژ 5 ولت آردوینو را به یک ریل قدرت تخته نان متصل کنید (مطمئن شوید که برچسب گذاری کرده اید یا به خاطر دارید که کدام طرف 5 ولت از آردوینو دارد!). این به سنسور IR و کنترل موتور کمک می کند. یک پاور 6 ولت را به ریل برق دیگر وصل کنید. این امر به سروها نیرو می بخشد.

هر 3 پین سنسور IR را در تخته نان قرار دهید. برق و زمین را به ریل 5 ولت و خروجی را به پین دیجیتال 7 وصل کنید.

از آنجا که ما از آردوینو مگا استفاده می کنیم ، پورت های SDA و SCL روی کنترلر موتور با پورت های SDA و SCL در آردوینو سیم کشی می شوند. VCC و پورت های زمینی به ریل 5 ولت متصل می شوند.

در حالی که بسته باتری به ریل قدرت خود متصل است ، از کابل های بلوز و یک پیچ گوشتی کوچک سر تخت استفاده کنید تا برق را از طریق هدر ورودی قدرت سبز به سروو موتورها متصل کنید.

اطمینان حاصل کنید که همه اتصالات محکم هستند و تمام مدارهای کابل را با مدار TinkerCAD متصل شده دوباره بررسی کنید.

مرحله 5: کد نویسی

آخرین مرحله قبل از استفاده از این دست ، کدگذاری آردوینو است. از آنجا که این دست از کنترلر موتور PCA 9685 استفاده می کند ، ابتدا باید کتابخانه را نصب کنیم ، که می تواند در محیط برنامه نویسی Arduino انجام شود. پس از نصب ، کتابخانه IRremote را برای عملکرد IR Remote نیز نصب کنید.

در کد ما ، تعاریف هر دکمه در ریموت IR با کدهای 8 رقمی نشان داده شده است. اینها با استفاده از برنامه IRRecord یافت می شوند ، که کد 8 رقمی هر دکمه را در Serial Monitor چاپ می کند.

پیوست هر دو برنامه IRRecord و برنامه نهایی کنترل دست است.

در ابتدای کد ، کتابخانه های IRremote ، Wire و Adafruit_PWMServoDriver را وارد کنید.

بعد ، از یافته های IRRecord برای تعریف هر دکمه از راه دور IR استفاده کنید. در حالی که همه آنها ضروری نیستند (فقط 10 مورد نیاز است) ، داشتن همه آنها امکان توسعه سریع (افزودن توابع و حرکات از پیش تعیین شده) را برای آینده فراهم می کند. pwm را با استفاده از عملکرد درایور سروو ایجاد کرده و سرویس ها را به پین های کنترل کننده موتور اختصاص دهید. از مقادیر مشابه SERVOMAX/MIN مطابق شکل استفاده کنید. پین ورودی دیجیتالی سنسور IR را 7 قرار دهید و مقداردهی کنید.

عملکرد راه اندازی را با مقداردهی اولیه سریال با نرخ باود 9600 اعلام کنید. سنسور IR را فعال کرده و سروو را با فرکانس سرو 60 هرتز شروع کنید.

در نهایت یک سوئیچ if/else بر اساس انتقال ورودی ریموت IR در عملکرد حلقه ایجاد کنید. سپس یک سوئیچ/مورد با موارد هر دکمه در ریموت IR که مورد استفاده قرار می گیرد ایجاد کنید. اینها را می توان برای کنترل های دلخواه تغییر داد. برای هر مورد ، دکمه فشرده شده به مانیتور سریال را برای اشکال زدایی چاپ کنید و از یک حلقه for برای انتقال سروو استفاده کنید. پس از ایجاد همه موارد ، قبل از بستن عملکرد حلقه ، مطمئن شوید که سنسور IR را برای سیگنال های ورودی بیشتر از سر بگیرید. کدگذاری سروها از طریق برد کنترل موتور را می توانید در https://learn.adafruit.com/16-channel-pwm-servo-driver؟view=all پیدا کنید.