Moslty 3D-print Robotic Arm Na Tinutularan ang Puppet Controller: 11 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:10

Isa akong mekanikal na mag-aaral ng Engineering mula sa india at ito ang Aking proyekto sa degree na Undergrad.

Ang proyektong ito ay nakatuon sa pagbuo ng isang mababang gastos na robotic arm na karamihan ay 3d na naka-print at mayroong 5 DOF na may isang 2 fingered gripper. Ang robotic arm ay kinokontrol ng isang puppet controller na isang modelo ng desktop ng robotic arm na may parehong antas ng kalayaan na ang mga kasukasuan ay nilagyan ng mga sensor. Ang pagmamanipula ng tagakontrol sa pamamagitan ng kamay ay sanhi ng robotic arm na gayahin ang kilusan sa master-slave fashion.. Gumagamit ang system ng ESP8266 WiFi module bilang medium ng paghahatid ng data. Ang interface ng master-slave operator ay nagbibigay ng isang madaling-malaman na pamamaraan para sa pagmamanipula ng robotic arm. Ang Nodemcu (Esp8266) ay ginagamit bilang isang microcontroller.

Layunin sa likod ng proyektong ito ang pagbuo ng robot na may mababang gastos na maaaring magamit para sa hangaring pang-edukasyon. Sa kasamaang palad, ang kakayahang ma-access ang naturang robotic na teknolohiya na nagbabago sa modernong mundo ay limitado lamang sa ilang mga institusyon lamang. Nilalayon namin ang pagbuo at gawing bukas na mapagkukunan ang proyektong ito upang ang mga indibidwal ay maaaring gumawa, mabago at tuklasin ito nang mag-isa. Bilang isang mababang gastos at ganap na bukas na mapagkukunan, maaari itong paganahin ang mga kapwa mag-aaral na malaman at galugarin ang larangang ito.

Mga katrabaho ko:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Espesyal na salamat sa:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

para sa kanilang tulong sa proyektong ito.

Pagwawaksi: Hindi ko pinaplano na magsulat ng isang blog o nagtuturo tungkol sa proyektong ito dahil sa kung saan wala akong sapat na data para sa pagdodokumento nito ngayon. Ang pagsisikap na ito ay tapos na matapos ang pagsisimula ng proyekto. Gayunpaman sinubukan ko rin ng husto upang Dalhin ang maraming mga detalye hangga't maaari upang gawin itong mas maintindihan. maaari mong makita itong incomlete sa ilang mga punto … sana maunawaan mo:) isasama ko ang isang video sa youtube na ipinapakita ang pagtatrabaho nito at iba pang mga pagsubok na bagay sa lalong madaling panahon

Hakbang 1: Kaya, Paano Ito Gumagana?

Ito ang pinaka kapanapanabik na bagay sa akin tungkol sa proyektong ito.

(Hindi ko inaangkin na ito ay mabisa o Tamang pamamaraan upang magamit ito para sa layuning pang-komersyo Ito para sa hangaring pang-edukasyon lamang)

maaaring nakita mo ang murang mga Robot na may mga motor na servo na para lamang sa demontration. Sa kabilang banda ay may mga coslty stepper motor robot na may planetary gearbox atbp. Ngunit ang robot na ito ay isang balanse sa pagitan nila.

kaya, paano ito magkakaiba?

Konstruksyon:

Sa halip na gumamit ng mas mababang lakas at mataas na gastos na motor na stepper ay ginamit ko ang Dc motors ngunit alam namin na ang mga Dc motor ay walang feedback control system at hindi maaaring gamitin nang direkta para sa control ng posisyon na tinakpan ko sila sa mga servo motor sa pamamagitan ng pagdaragdag ng potensyomiter bilang isang sensor ng feedback / posisyon.

Ngayon para sa pagiging simple ng trabaho kung ano ang ginawa ko ay, binaba ko ang murang 9g servos na alisin ang circuitry nito at pinalitan ang Dc motor nito ng mataas na torque dc motor at ang maliit na palayok nito kung ano ang mayroon ako para sa robot. Ang paggawa nito ay pinagana akong magamit ang default na library sa Hindi ka maaaring maniwala na pinasimple ang pag-coding ng marami!

Para sa pagmamaneho ng 12V Dc motor na may 5V servo chip ginamit ko ang L298N motor driver module na maaaring magdala ng 2 motor nang sabay-sabay. Ang module ay may 4 na input pin IN1 hanggang IN4 na nagpapasya sa direksyon ng pag-ikot ng motor. Kung saan ang IN1 at IN2 ay tumutugma sa ika-1 motor at IN3, IN4 hanggang ika-2 motor. Samakatuwid ang mga output terminal (2) ng servo chip (orihinal sa maliit na dc motor) ay konektado sa IN1 at IN2 ng L298N module output na kung saan ay konektado sa 12V Dc motor.

Nagtatrabaho:

Sa pamamagitan ng ganitong paraan kapag ang motor shaft ay wala sa target na posisyon potensyomiter ipadala ang halaga ng anggulo sa servo chip na nag-uutos sa module ng L298N upang himukin ang alinman sa Cw o CCW naman na pagliko ng 12V Dc motor ayon sa natanggap na utos mula sa microcontroller.

Ang iskolar ay ipinapakita sa pigura (para lamang sa 1 motor)

SA ATING KASAYSAYAN SA KASO (SUMALI NG MGA MALAKING HALAGA) AY PINADALA SA PUPPET CONTROLLER NA 10 PARA SA SCALED Down COPY NG AKTUAL NA ROBOT AT MAY POTENTIOMETER NA KONEKTO SA BAWAT NG SUMALI. SA PAMAMAGITAN NG NODEMCU (ESP8266) SA BAWAT NG BATAS. ROBOT SUMALI SA BAWAT NG SUMALI SA MOTOR AY DAPAT MAGTAGUMPAY

Sa bawat magkasanib na potensyomiter ay nakakabit sa magkasanib na baras sa pamamagitan ng belt pully mechansim. Kapag pinagsama-sama ng paikot ang potensyomiter ay umiikot nang naaayon at nagbibigay ng puna tungkol sa kasalukuyang posisyon ng magkasanib na anggulo (Ipinapakita sa mga larawan sa itaas)

Hakbang 2: Mga Ginamit na Mga Bahagi:

Tulad ng sinabi kong nagtatrabaho pa rin ako at pinapabuti ito araw-araw kung kaya't, ang mga sangkap na ito ay maaaring magkakaiba sa ilang mga futur update.

ang aking hangarin ay gawin itong matipid hangga't maaari kung gayon ginamit ko ang napili ng mga sangkap. Ito ang listahan ng mga pangunahing sangkap na ginamit sa Arm hanggang petsa (patuloy kong i-a-update ito sa hinaharap)

1. Esp8266 (2x)
2. Mga motor sa DC (ng iba't ibang mga pagtutukoy ng metalikang kuwintas at bilis, 5x)
3. L298N module ng driver ng motor (2x)
4. Potensyomiter (8x)
5. Aluminyo channel (30x30, 1 metro)
6. sari-saring Hardware

Hakbang 3: Mga Pagkalkula at Disenyo ng Arm

Para sa pagdidisenyo ng braso, ginamit ko ang catia v5 software. Bago simulan ang proseso ng disenyo unang bagay upang makalkula ang haba ng link at metalikang kuwintas na dapat panatilihin ng bawat magkasanib.

una akong nagsimula sa ilang mga pagpapalagay na kasama ang:

1. Ang maximum na kargamento para sa robot ay magiging 500 gm (1.1 lb)
2. ang kabuuang pag-abot ng robot ay magiging 500 mm
3. Ang timbang ng robot ay hindi hihigit sa 3 kg.

Mga kalkulasyon ng haba ng link

nagpapatuloy sa ito kinakalkula ko ang haba ng link na may pagsangguni sa papel ng pagsasaliksik na "Disenyo ng isang Robotic Arm Ni I. M. H. van Haaren"

I. M. H. van Haaren ay nagbigay ng isang mahusay na halimbawa ng kung paano niya tinukoy ang haba ng link sa pamamagitan ng paggamit ng isang biological na sanggunian kung saan ang haba ng mga pangunahing mga segment ng katawan ay ipinahiwatig bilang isang maliit na bahagi ng kabuuang taas. Ipinapakita ito sa fig.

pagkatapos ng mga kalkulasyon haba ng link ay lumabas na

L1 = 274 mm

L2 = 215mm

L3 = 160mm

Haba ng gripper = 150mm

Mga kalkulasyon ng metalikang kuwintas:

Ang pagkalkula ng metalikang kuwintas ay ginamit ko ang mga pangunahing konsepto ng turque at mga sandaling inilapat sa engineering.

nang hindi napupunta sa mga dinamikong kalkulasyon nagpahinga lamang ako sa mga static na kalkulasyon ng metalikang kuwintas dahil sa ilang mga contraints.

Mayroong 2 pangunahing mga manlalaro ang metalikang kuwintas bilang T = FxR ibig sabihin sa aming pag-load ng kaso (masa) at haba ng link. Tulad ng natukoy na haba ay ang susunod na bagay ay upang malaman ang bigat ng mga bahagi. Sa yugtong ito iwas hindi sigurado kung paano ko mahahanap ang mga bigat ng bawat bahagi nang hindi talaga ito sinusukat.

kaya, ginawa ko ang mga kalkulasyong ito sa mga pag-ulit.

1. Ipinagpalagay ko ang channel ng aluminyo bilang isang pare-parehong materyal sa buong haba nito at hinati ang bigat ng kabuuang 1 metro na peice na may haba ng mga peice na gagamitin ko.
2. Tulad ng para sa mga kasukasuan, ipinalagay ko ang ilang mga halaga para sa bawat magkasanib (bigat ng motor + bigat ng naka-print na bahagi ng 3D + iba pa) batay sa kabuuang palagay ng bigat ng robot.
3. ang nakaraang 2 mga hakbang ay nagbigay sa akin ng 1st halaga ng magkasanib na halaga ng metalikang kuwintas. Para sa mga halagang ito nalaman ko ang mga naaangkop na motor sa internet kasama ang iba pang mga pagtutukoy at timbang.
4. Sa ika-2 pag-ulit ay ginamit ko ang orihinal na timbang ng mga motor (na nalaman ko sa ika-3 hakbang) at muling kinakalkula ang mga static torque para sa bawat magkasanib.
5. Kung ang pangwakas na mga halaga ng metalikang kuwintas sa hakbang 4 ay angkop para sa mga motor na napili sa hakbang 3 tinapos ko ang motor na iyon kung hindi man ulitin ang hakbang na 3 & 4 hanggang sa mabuo ang mga halagang nakakatugon sa aktwal na mga detalye ng motor.

Disenyo ng braso:

Ito ang pinakahusay na gawain ng buong proyekto na ito at halos tumagal ng isang buwan upang idisenyo ito. Sa pamamagitan ng paraan na na-attach ko ang mga larawan ng modelo ng CAD. Mag-iiwan ako ng isang link upang i-download ang mga file ng CAD sa isang lugar dito:

Hakbang 4: Pag-print ng 3D ng Mga Bahagi

Ang lahat ng mga bahagi ng moslty ay ang mga kasukasuan ay naka-print sa 3D sa isang $ $ printer na may 100x100x100 mm na lugar ng pag-print (oo totoo iyan !!)

printer: Madaling threed X1

Isinama ko ang mga pangunahing larawan ng mga bahagi sa labas ng slicer at magli-link ako sa lahat ng mga bahagi ng CAD file catfile pati na rin ang stl upang maaari mong i-download at i-edit ayon sa gusto mo.

Hakbang 5: Balitang Pinagsamang Asembleya (magkasamang J1 at J2)

Ang base pully ay naka-print sa isang iba't ibang mga printer dahil ito ay 160 mm ang lapad. Dinisenyo ko ang bshoulder joint na maaari itong maitulak (Paikutin tungkol sa z -axis) na may alinman sa belt pully o gear pinion na mekanismo na makikita mo sa mga larawan na kasama sa itaas. sa ilalim na bahagi ay kung saan ang mga bearings ay magkasya kung saan pagkatapos ay naka-mount sa isang gitnang poste sa isang platform na ginawa upang ilipat ang braso (tangke, higit pa sa hinaharap).

ang Bigger gear (dilaw sa larawan) ay naka-mount sa aluminyo channel na may nut bolts kung saan ang 8mm steel shaft na pases tungkol sa kung aling magkasanib na 2 ang gumagalaw. Ang ratio ng gear sa 1st joint ay 4: 1 at ang 2nd joint ay 3.4: 1

Hakbang 6: Siko at Pinagsamang (magkasamang J3)

(IBA SA MGA LARAWAN AY MATAPOS Itinayo HINDI AKO KUMPLETO NG IMPRESO NG PROSESO)

Ang magkasanib na siko ay isang sumusunod pagkatapos ng magkasanib na balikat. Ito ay isang 2 piraso ng magkasanib, isang konektado upang i-link ang isa at isa pa upang mai-link ang 2.

Ang piraso 1 ay may isang Dc motor na may pagmamaneho pinion at ang piraso 2 ay may mas malaking gear na nakakabit dito at pares ng tindig upang suportahan ang baras. Ang ratio ng gear ay kapareho ng J2 ie 3.4: 1 ngunit ang motor ay 12.5 KG-CM 60 RPM.

Ang Joint J3 ay may 160 degree na saklaw ng paggalaw.

Hakbang 7: Pinagsamang pulso (magkasamang J4 at J5)

(IBA SA MGA LARAWAN AY MATAPOS Itinayo HINDI AKO KUMPLETO NG IMPRESO NG PROSESO)

Matapos ang magkasanib na siko ay ang magkasanib na pulso. Ito ay binubuo muli ng 2 piraso ng isa sa nakaraang link (ibig sabihin, link 2) at isa na binubuo ng J5 motot na umiikot sa pagpupulong ng pulso. Ang Gear Ratio ay 1.5: 1 at ang Dc motor na ginamit ay 10 RPM 8 KG -CM.

Ang magkasanib na J4 na ito ay may 90 degree range ng pag-ikot at ang J5 ay may 360 degree.

Hakbang 8: Gripper

Ito ay isa sa pinakamahirap na gawain na idisenyo. Ito ay dinisenyo na maaari itong pumili ng karamihan sa mga bagay pati na rin ang mahigpit na pagkakahawak sa karamihan sa mga bagay sa paligid natin tulad ng mga latches ng pinto, hawakan, bar atbp.

Tulad ng ipinakita sa larawan ng isang helical gear na nakakabit sa mga motor drive sa mga gears pakaliwa o kontra sa pakaliwa na konektado sa mga daliri upang buksan at isara ang mga ito.

Ang lahat ng mga bahagi ng gripper ay ipinapakita sa naka-attach na imahe.

Hakbang 9: Paggawa ng Puppet Controller para sa Robotic Arm

Ang puppet controller ay eksaktong 10 beses na naka-scale na bersyon ng Aktwal na robotic arm. Mayroon itong 4 na potentiometers na naka-mount sa 4 na mga kasukasuan katulad ng J1, J2, J3, J4 at Joint J5 ay pinapatakbo ng isang pindutan ng push para sa tuluy-tuloy na pag-ikot (Pag-ikot ng gripper para sa anumang operasyon)

nadarama ng mga potensyal ang Angle ng pag-ikot ng mga kasukasuan at ipinadala ang halagang ito sa pagitan ng 1-1023 sa Nodemcu na na-convert pabalik sa 1-360 at ipinadala sa isa pang Nodemcu sa paglipas ng wifi. Tulad ng ang ESP8266 ay may isang analog input lamang na ginamit ko ang isang 4051 multiplexer.

tutorial para sa paggamit ng 4051 multiplexer na may esp8266 -

eskematiko diagram:

Magdaragdag ako ng isang diagram ng eskematiko kaagad kapag natapos ko ito (kung kailangan ito ng sinumang mapilit makipag-ugnay sa akin hanggang sa pagkatapos)

Code: (kasama rin dito)

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

Hakbang 10: Elektronika

Nakalakip ako ng mga larawan ng Kasalukuyang trabaho. Ang buong Electronics at eskematiko na diagram ay hindi pa kumpleto. Magpo-post ako ng mga update sa lalong madaling panahon hanggang sa manatiling konektado:)

(Tandaan: Ang proyektong ito ay hindi pa kumpleto. Susundan ko ang anumang mga update sa hinaharap)

Hakbang 11: Mga Code at Schematic sa Isang Lugar

Gagawin ko ang Buong mga eskematiko ng robot at pangwakas na code sa sandaling matapos ko ito!