Moslty 3D-tryckt robotarm som efterliknar marionettkontroller: 11 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Jag är en maskiningenjörsstudent från Indien och det här är mitt examensarbete.

Detta projekt är inriktat på att utveckla en billig robotarm som mestadels är 3D -tryckt och har 5 DOF: er med en 2 -fingrad gripare. Robotarmen styrs med en marionettkontroll som är en stationär modell av robotarmen med samma frihetsgrader vars leder är utrustade med sensorer. Manipulering av styrenheten för hand gör att robotarmen efterliknar rörelsen på master-slav-sätt. Systemet använder ESP8266 WiFi-modul som ett dataöverföringsmedium. Master-slave-operatörsgränssnittet är en lättläst metod för robotarmmanipulation. Nodemcu (Esp8266) används som mikrokontroller.

Syftet med detta projekt var utvecklingen av lågkostnadsrobot som kan användas för utbildningsändamål. Tyvärr är tillgängligheten för sådan robotteknologi som revolutionerar den moderna världen begränsad till vissa institutioner. Vi strävar efter att utveckla och göra detta projekt öppen källkod så att individer kan göra, modifiera och utforska det på egen hand. Eftersom det är en låg kostnad och helt öppen källkod kan detta inspirera medstudenter att lära sig och utforska detta område.

Mina projektkamrater:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Palash lonare

Särskilt tack till:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

för deras hjälp i detta projekt.

Ansvarsfriskrivning: Jag planerade aldrig att skriva en blogg eller instruerbar om det här projektet på grund av att jag inte har tillräckligt med data för att dokumentera det nu. Denna ansträngning görs långt efter projektets start. Ändå försökte jag mycket för att få med så många detaljer som möjligt för att göra det mer begripligt. du kan tycka att det är ofullständigt någon gång … hoppas du förstår:) jag kommer att inkludera en YouTube -video som visar hur det fungerar och andra testgrejer snart

Steg 1: Så, hur fungerar det?

Det här är det mest spännande för mig med det här projektet.

(Jag hävdar inte att detta är effektivt eller rätt metod för att använda det för kommersiella ändamål Det är endast för utbildningsändamål)

du kanske har sett billiga robotar med servomotorer som bara är för demontration. Å andra sidan finns det väldigt många stegmotorrobotar med planetväxel etc. Men den här roboten är en balans mellan dem.

så, hur är det annorlunda?

Konstruktion:

Istället för att använda lägre effekt och högkostnadsstegmotor använde jag likströmsmotorer men som vi vet har likströmsmotorer inte ett återkopplingsstyrsystem och kan inte användas direkt för positionsreglering.

Nu för att förenkla arbetet, det jag gjorde, tog jag bort billiga 9g -servon som tog ut kretsarna och bytte ut likströmsmotorn med likströmsmotor med högt vridmoment och dess lilla kruka med vad jag hade för roboten. arduino du kan inte tro att förenklad kodning mycket!

För att driva 12V likströmsmotor med 5V servochip använde jag L298N motordrivmodul som kan driva 2 motorer samtidigt. Modulen har 4 ingångsstift IN1 till IN4 som bestämmer motorns rotationsriktning. Där IN1 och IN2 motsvarar 1: a motorn och IN3, IN4 till 2: a motoren. Därigenom är utgångsklämmorna (2) på servokretsen (ursprungligen till en liten likströmsmotor) anslutna till IN1 och IN2 på L298N -modulens utgång som är ansluten till 12V likströmsmotor.

Arbetssätt:

På detta sätt när motoraxeln inte är i målpositionspotentiometern skickar du vinkelvärdet till servokretsen som beordrar L298N -modulen att driva antingen Cw eller CCW i tur och ordning 12V DC -motorvarv enligt kommando mottaget från mikrokontroller.

Schemat visas i figur (endast för 1 motor)

I VÅR FALLSKOMMANDO (JOINT VINKELVÄRDEN) SKICKAS GENOM VALPKONTROLLEN SOM ÄR 10 GÅNGER FÖRSTÄLLT KOPIERING AV FAKTISK ROBOT OCH HAR POTENTIOMETER ANSLUTEN VARJE FÖREN HELA TILL VÄRDEN HÄR HÄR HÄR HÄR VÄRDEN VÄRDEN I VÄRDEN HÄR HÄR HÄR (VÄRDEN) VÄRD HÄR HÄR VÄRD HÄR HÄR VÄNDEN I HÄR HÄR HÄNDELSEN ROBOTFÖRBINDELSE TILL VARJE VARJE FÖRFARANDE MOTOR FÖRSÖKER ATT UPPTÄCKA

Vid varje led är en potentiometer ansluten till ledaxeln via rempulsmekanism. När leden roterar roterar potentiometern i enlighet med och ger feedback om den aktuella positionen för ledvinkeln (visas i bilderna ovan)

Steg 2: Komponenter som används:

Som sagt, jag arbetar fortfarande och förbättrar det dag för dag, därför kan dessa komponenter skilja sig åt i vissa framtida uppdateringar.

mitt mål var att göra det så ekonomiskt som möjligt, därför använde jag mycket selektiva komponenter. Detta är listan över viktiga komponenter som används i Arm till datum (jag kommer att uppdatera det i framtiden)

1. Esp8266 (2x)
2. Likströmsmotorer (med olika specifikationer Vridmoment och hastigheter, 5x)
3. L298N motor förarmodul (2x)
4. Potentiometer (8x)
5. Aluminiumkanal (30x30, 1 meter)
6. diverse hårdvara

Steg 3: Beräkningar och armdesign

För att designa armen använde jag catia v5 -programvara. Innan designprocessen startade var det första att beräkna länklängderna och vridmomentet som varje led måste upprätthålla.

först började jag med några antaganden som inkluderar:

1. Max nyttolast för roboten är 500 g (1,1 lb)
2. Robotens totala räckvidd är 500 mm
3. Robotvikt överstiger inte 3 kg.

Länklängdsberäkningar

fortsatte med detta beräknade jag länklängden med hänvisning till forskningsrapporten "Design of a Robotic Arm By I. M. H. van Haaren"

JAG ÄR H. van Haaren gav ett utmärkt exempel på hur han bestämde länklängder med hjälp av en biologisk referens där längderna för de större kroppssegmenten uttrycks som en bråkdel av den totala höjden. Det visas i fig.

efter beräkningar länklängder kom ut att vara

L1 = 274 mm

L2 = 215 mm

L3 = 160 mm

Griplängd = 150 mm

Vridmomentberäkningar:

Beräknande vridmoment Jag använde grundläggande begrepp för turque och moment som tillämpas inom teknik.

utan att gå in i dynamiska beräkningar vilade jag bara på statiska momentberäkningar på grund av vissa begränsningar.

det finns 2 stora spelare i vridmoment som T = FxR dvs i vårt fall last (massa) och länklängd. Eftersom länklängderna redan är bestämda är nästa sak att ta reda på komponenternas vikt. I detta skede var jag inte säker på hur jag kan hitta vikterna för varje komponent utan att faktiskt mäta den.

så jag gjorde dessa beräkningar i iterationer.

1. Jag antog aluminiumkanalen som ett enhetligt material i hela dess längd och delade vikten på totalt 1 meter peice med längden på peices jag tänkte använda.
2. När det gäller lederna antog jag vissa värden för varje led (motorvikt + vikt på 3D -tryckt del + annat) baserat på total robotviktantagande.
3. föregående 2 steg gav mig första iteration gemensamma vridmomentvärden. För dessa värden fick jag reda på lämpliga motorer på internet tillsammans med andra specifikationer och vikter.
4. I 2: a iterationen använde jag originalvikter på motorer (vilket jag fick reda på i tredje steget) och beräknade igen de statiska vridmomenten för varje led.
5. Om de slutliga vridmomentvärdena i steg 4 var lämpliga för motorer som valdes i steg 3 slutförde jag att motorn annars upprepade steg 3 & 4 tills de formulerade värdena uppfyller de faktiska motorspecifikationerna.

Arm design:

Detta var den mest snygga uppgiften för hela det här projektet och tog nästan en månad att designa det. Förresten har jag bifogat foton av CAD -modell. Jag lämnar en länk för att ladda ner dessa CAD -filer någonstans här:

Steg 4: 3D -utskrift av delarna

Alla delar är att skarvarna är 3D -tryckta på en 99 $ -skrivare med 100x100x100 mm utskriftsområde (ja det är sant !!)

skrivare: Easy threed X1

Jag har inkluderat större delar foton från skivan och jag kommer att länka till alla delar CAD -fil catfile samt stl så att du kan ladda ner och redigera som du vill.

Steg 5: Axel Joint Assembly (gemensam J1 & J2)

Baspulsen trycktes på en annan skrivare eftersom den var 160 mm i diameter. ovan. bottendelen är där lagren passar som sedan monteras på en central axel på en plattform som är gjord för att flytta armen (tank, mer av det i framtiden).

den större växeln (gul på bilden) är monterad på aluminiumkanal med mutterbultar genom vilka 8 mm stålaxel passerar kring vilken fog 2 rör sig. Växelförhållande vid 1: e leden är 4: 1 och den på 2: a leden är 3,4: 1

Steg 6: Armbåge och led (led J3)

(Några av bilderna är efter att de har byggts eftersom jag inte har färdiga processbilder)

Armbågsleden är en efter axelleden. Det är en led i två delar, en ansluten för att länka en och en annan till länk 2.

del 1 har en likströmsmotor med drivdrev och del 2 har större växel fäst vid den och ett par lager för att stödja axeln. växelförhållandet är samma som för J2 dvs 3.4: 1 men motorn är 12,5 KG-CM 60 varv per minut.

Joint J3 har 160 graders rörelseomfång.

Steg 7: Handledsfog (led J4 & J5)

(Några av bilderna är efter att de har byggts eftersom jag inte har färdiga processbilder)

Efter armbågsleden är handleden. Denna består igen av 2 stycken en vid föregående länk (dvs länk 2) och en som består av J5 -motot som roterar handleden. Växelförhållande är 1,5: 1 och Dc -motor som används är 10 varv 8 KG -CENTIMETER.

Denna gemensamma J4 har 90 graders rotationsintervall och J5 har 360 grader.

Steg 8: Gripper

Detta var en av de tuffaste uppdragen att designa. Den var utformad så att den kan plocka de flesta föremålen och greppa de flesta sakerna runt omkring oss som dörrspärrar, handtag, stänger etc.

Som visas på bilden driver en spiralväxel som är ansluten till motorn till växlarna med eller moturs som är anslutna till fingrarna för att öppna och stänga dem.

Alla delar av griparen visas i den bifogade bilden.

Steg 9: Att göra marionettkontroller för robotarm

Marionettkontrollern är den exakta 10 gånger nedskalade versionen av den faktiska robotarmen. Den har 4 potentiometrar monterade på 4 fogar, nämligen J1, J2, J3, J4 och Joint J5 kommer att drivas med en tryckknapp för kontinuerlig rotation (Rotation av griparen för alla drift)

potentiometrar känner av rotationsvinkeln på lederna och skickar detta värde mellan 1-1023 till Nodemcu som konverteras tillbaka till 1-360 och skickas till en annan Nodemcu över wifi. Eftersom ESP8266 bara har en analog ingång använde jag en 4051 multiplexer.

handledning för att använda 4051 multiplexer med esp8266-https://www.instructables.com/id/How-to-Use-Multip…

schematiskt diagram:

Jag kommer att lägga till ett schematiskt diagram så snart jag är klar (om någon behöver det snarast kontakta mig tills dess)

Kod: (ingår även här)

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

Steg 10: Elektronik

Jag bifogar bilder av det pågående arbetet. Full elektronik och schematiskt diagram är inte färdiga ännu. Jag kommer att lägga upp uppdateringar snart tills dess att hålla kontakten:)

(Obs! Detta projekt är inte klart ännu. Jag kommer att följa upp uppdateringar i framtiden)

Steg 11: Koder och schema på ett ställe

Jag kommer att fylla i robotscheman och slutkod så snart jag är klar!