Cánh tay robot in 3D Moslty bắt chước bộ điều khiển con rối: 11 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Tôi là một sinh viên Kỹ thuật cơ khí đến từ Ấn Độ và đây là dự án cấp bậc Đại học của tôi.

Dự án này tập trung vào việc phát triển một cánh tay robot chi phí thấp, chủ yếu là in 3d và có 5 DOF với một kẹp 2 ngón. Cánh tay robot được điều khiển bằng bộ điều khiển con rối là một mô hình máy tính để bàn của cánh tay robot có cùng bậc tự do mà các khớp được trang bị cảm biến. Thao tác với bộ điều khiển bằng tay khiến cánh tay robot bắt chước chuyển động theo kiểu chủ-nô.. Hệ thống sử dụng mô-đun WiFi ESP8266 làm phương tiện truyền dữ liệu. Giao diện người điều hành master-slave cung cấp một phương pháp dễ học để thao tác với cánh tay robot. Nodemcu (Esp8266) được sử dụng như một bộ vi điều khiển.

Mục tiêu đằng sau dự án này là sự phát triển của robot chi phí thấp có thể được sử dụng cho mục đích giáo dục. Chúng tôi hướng tới việc phát triển và làm cho dự án này trở thành mã nguồn mở để các cá nhân có thể tự tạo, sửa đổi và khám phá dự án này. Với chi phí thấp và hoàn toàn là mã nguồn mở, điều này có thể truyền cảm hứng cho các sinh viên khác tìm hiểu và khám phá lĩnh vực này.

Bạn cùng dự án của tôi:

• Shubham likhar
• Nikhil Kore
• Truyền thuyết Palash

Trân trọng cảm ơn:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

cho sự giúp đỡ của họ trong dự án này.

Tuyên bố từ chối trách nhiệm: Tôi chưa bao giờ có kế hoạch viết blog hoặc hướng dẫn về dự án này do hiện tại tôi không có đủ dữ liệu để ghi lại nó. Nỗ lực này được thực hiện rất lâu sau khi bắt đầu dự án. để làm cho nó dễ hiểu hơn. bạn có thể thấy nó không lỗi thời ở một số điểm… hy vọng bạn hiểu:) Tôi sẽ sớm bao gồm một video youtube cho thấy nó đang hoạt động và các nội dung thử nghiệm khác

Bước 1: Vậy nó hoạt động như thế nào?

Đây là điều thú vị nhất đối với tôi về dự án này.

(Tôi không khẳng định đây là phương pháp hiệu quả hay Phương pháp phù hợp để sử dụng cho mục đích thương mại. Nó chỉ dành cho mục đích giáo dục)

bạn có thể đã thấy những Robot giá rẻ với động cơ servo chỉ dùng để khử điều khiển, mặt khác có những robot động cơ bước coslty với hộp số hành tinh, v.v.

vì vậy, làm thế nào là nó khác nhau?

Sự thi công:

Thay vì sử dụng động cơ bước công suất thấp hơn và chi phí cao, tôi đã sử dụng động cơ Dc nhưng như chúng ta biết động cơ Dc không có hệ thống điều khiển phản hồi và không thể được sử dụng trực tiếp để điều khiển vị trí, tôi đã lắp chúng vào động cơ servo bằng cách thêm chiết áp làm cảm biến phản hồi / vị trí.

Bây giờ để đơn giản hóa công việc những gì tôi đã làm, tôi đã tháo các servo 9g rẻ tiền ra khỏi mạch của nó và thay thế động cơ Dc của nó bằng động cơ một chiều mô-men xoắn cao và nồi nhỏ của nó với những gì tôi có cho rô-bốt. arduino, bạn không thể tin rằng mã hóa đơn giản hóa rất nhiều!

Để điều khiển động cơ Dc 12V với chip servo 5V, tôi đã sử dụng mô-đun điều khiển động cơ L298N có thể điều khiển 2 động cơ đồng thời. IN4 đến động cơ thứ 2 Do đó các đầu ra đầu ra (2) của chip servo (ban đầu là động cơ một chiều nhỏ) được kết nối với IN1 và IN2 của đầu ra mô-đun L298N, được kết nối với động cơ Dc 12V.

Đang làm việc:

Bằng cách này khi trục động cơ không ở vị trí đích chiết áp sẽ gửi giá trị góc đến chip servo, lệnh này ra lệnh cho mô-đun L298N để điều khiển Cw hoặc CCW lần lượt động cơ 12V Dc quay theo lệnh nhận được từ bộ vi điều khiển.

Sơ đồ được hiển thị trong hình (chỉ cho 1 động cơ)

TRONG LỆNH TRƯỜNG HỢP CỦA CHÚNG TÔI (CÁC GIÁ TRỊ LIÊN DOANH) ĐƯỢC GỬI QUA BỘ ĐIỀU KHIỂN PUPPET TRONG ĐÓ CÓ ĐƯỢC 10 LẦN BẢN SAO XUỐNG CỦA ROBOT THỰC TẾ VÀ ĐÃ CÓ TIỀM NĂNG ĐƯỢC KẾT NỐI Ở MỖI LIÊN DOANH. QUA NODEMCU (ESP8266) TRÊN WIFI CHO TỪNG VÙNG ROBOT. ROBOT LIÊN DOANH ĐỂ MỖI ĐỘNG CƠ LIÊN DOANH THỬ THÀNH CÔNG

Tại mỗi khớp, một chiết áp được kết nối với trục khớp thông qua mô-men xoắn đai. Khi khớp quay, chiết áp sẽ quay theo và đưa ra phản hồi về vị trí hiện tại của góc khớp (Hình trên)

Bước 2: Các thành phần được sử dụng:

Như tôi đã nói, tôi vẫn đang làm việc và cải thiện nó từng ngày, do đó, các thành phần này có thể khác nhau ở một số bản cập nhật trong tương lai.

Mục tiêu của tôi là làm cho nó tiết kiệm nhất có thể do đó tôi đã sử dụng các thành phần rất chọn lọc. Đây là danh sách các thành phần chính được sử dụng trong Arm đến nay (tôi sẽ tiếp tục cập nhật nó trong tương lai)

1. Esp8266 (2 lần)
2. Động cơ Dc (có các thông số kỹ thuật khác nhau Mô-men xoắn và tốc độ, 5x)
3. Mô-đun điều khiển động cơ L298N (2x)
4. Chiết áp (8x)
5. Kênh nhôm (30x30, 1 mét)
6. Phần cứng linh tinh

Bước 3: Tính toán và thiết kế cánh tay

Để thiết kế tay đòn, tôi đã sử dụng phần mềm catia v5. Trước khi bắt đầu quá trình thiết kế, điều đầu tiên là tính toán độ dài liên kết và mô-men xoắn mà mỗi khớp phải chịu đựng.

đầu tiên tôi bắt đầu với một số giả định bao gồm:

1. Tải trọng tối đa cho robot sẽ là 500 gm (1,1 lb)
2. tổng tầm với của robot sẽ là 500 mm
3. Trọng lượng robot sẽ không vượt quá 3 kg.

Tính toán độ dài liên kết

tiếp tục với điều này, tôi đã tính toán độ dài liên kết với tham chiếu đến tài liệu nghiên cứu "Thiết kế cánh tay robot của I. M. H. van Haaren"

I. M. H. van Haaren đã đưa ra một ví dụ tuyệt vời về cách ông xác định độ dài liên kết bằng cách sử dụng tham chiếu sinh học trong đó độ dài của các đoạn cơ thể chính được biểu thị bằng một phần nhỏ của tổng chiều cao. Nó được thể hiện trong hình.

sau khi tính toán độ dài liên kết được đưa ra

L1 = 274 mm

L2 = 215mm

L3 = 160mm

Chiều dài kẹp = 150mm

Tính toán mô-men xoắn:

Để tính toán mô-men xoắn tôi đã sử dụng các khái niệm cơ bản về lực quay và mô-men xoắn được áp dụng trong kỹ thuật.

mà không đi vào các tính toán động, tôi chỉ dựa vào các tính toán mô-men xoắn tĩnh do một số điểm tương phản.

Có 2 người chơi chính mà tôi mô-men xoắn là T = FxR tức là trong trường hợp của chúng tôi tải trọng (khối lượng) và độ dài liên kết. Vì độ dài liên kết đã được xác định, điều tiếp theo là tìm ra trọng lượng của các thành phần. Ở giai đoạn này, tôi không chắc làm thế nào tôi có thể tìm thấy trọng lượng của từng thành phần mà không thực sự đo nó.

vì vậy, tôi đã thực hiện các phép tính này trong nhiều lần lặp lại.

1. Tôi giả định kênh nhôm như một vật liệu đồng nhất trong suốt chiều dài của nó và chia khối lượng của tổng số 1 mét peice với chiều dài của peices tôi sẽ sử dụng.
2. Đối với các khớp, tôi đã giả định các giá trị nhất định cho từng khớp (trọng lượng động cơ + trọng lượng của bộ phận in 3D + khác) dựa trên giả định tổng trọng lượng của rô bốt.
3. 2 bước trước đó đã cho tôi giá trị mô-men xoắn khớp lặp lại lần đầu tiên. Đối với những giá trị này, tôi đã tìm ra động cơ phù hợp trên internet cùng với các thông số kỹ thuật và trọng lượng khác.
4. Trong lần lặp thứ 2, tôi đã sử dụng trọng lượng ban đầu của động cơ (mà tôi đã tìm hiểu ở bước thứ 3) và một lần nữa tính toán mômen tĩnh cho mỗi khớp.
5. Nếu giá trị mô-men xoắn cuối cùng trong bước 4 phù hợp với động cơ được chọn ở bước 3, tôi đã hoàn thiện động cơ đó, nếu không, hãy lặp lại bước 3 & 4 cho đến khi các giá trị công thức đáp ứng thông số kỹ thuật thực tế của động cơ.

Thiết kế cánh tay:

Đây là nhiệm vụ gọn gàng nhất trong toàn bộ dự án này và gần như mất một tháng để thiết kế nó.

Bước 4: In 3D các bộ phận

Tất cả các bộ phận là khớp nối được in 3D trên máy in 99 đô la với vùng in 100x100x100 mm (vâng, đó là sự thật !!)

máy in: Easy threed X1

Tôi đã bao gồm ảnh các bộ phận chính ra khỏi máy cắt và tôi sẽ liên kết đến tất cả các bộ phận tệp CAD catfile cũng như stl để bạn có thể tải xuống và chỉnh sửa theo ý muốn.

Bước 5: Lắp ráp khớp vai (khớp J1 & J2)

Cơ sở pully được in trên một máy in khác vì nó có đường kính 160 mm. Tôi đã thiết kế khớp chân vạc để nó có thể được truyền động (Xoay quanh trục z) với cơ cấu pully đai hoặc bánh răng mà bạn có thể thấy trong hình ảnh đi kèm phần trên. phần dưới cùng là nơi lắp các vòng bi, sau đó được gắn trên trục trung tâm trên một bệ được làm để di chuyển cánh tay (xe tăng, nhiều thứ khác trong tương lai).

bánh răng lớn hơn (màu vàng trong hình) được gắn trên kênh nhôm bằng bu lông đai ốc qua đó trục thép 8mm đặt trên khớp 2 di chuyển. Tỷ lệ vòng ở khớp 1 là 4: 1 và của khớp 2 là 3,4: 1

Bước 6: Khuỷu tay và khớp (khớp J3)

(MỘT SỐ HÌNH ẢNH SAU KHI XÂY DỰNG NHƯ TÔI CHƯA CÓ HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH HOÀN THIỆN)

Khớp khuỷu là khớp nối sau khớp vai, là khớp gồm 2 mảnh, một mảnh nối với nhau để liên kết với nhau và một mảnh khác để liên kết 2 mảnh.

mảnh 1 có động cơ Dc với bánh răng dẫn động và mảnh 2 có bánh răng lớn hơn được gắn vào nó và cặp bạc đạn để hỗ trợ trục. Tỷ số vòng giống như của J2, tức là 3,4: 1 nhưng động cơ là 12,5 KG-CM 60 RPM.

Joint J3 có phạm vi di chuyển 160 độ.

Bước 7: Khớp cổ tay (khớp J4 & J5)

(MỘT SỐ HÌNH ẢNH SAU KHI XÂY DỰNG NHƯ TÔI CHƯA CÓ HÌNH ẢNH QUÁ TRÌNH HOÀN THIỆN)

Sau khớp khuỷu tay là khớp Cổ tay, một lần nữa bao gồm 2 miếng một ở liên kết trước (tức là liên kết 2) và một bao gồm motot J5 xoay cụm cổ tay. Tỷ lệ vòng đeo là 1,5: 1 và động cơ Dc được sử dụng là 10 RPM 8 KG -CM.

Khớp J4 này có phạm vi xoay 90 độ và J5 có 360 độ.

Bước 8: Gripper

Đây là một trong những nhiệm vụ khó khăn nhất khi thiết kế, nó được thiết kế để có thể chọn hầu hết các đồ vật cũng như có thể bám vào hầu hết những thứ xung quanh chúng ta như chốt cửa, tay nắm, thanh, v.v.

Như minh họa trong hình, một bánh răng xoắn được gắn với bộ truyền động động cơ đến các bánh răng theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ được kết nối với các ngón tay để mở và đóng chúng.

Tất cả các bộ phận của máy gắp được hiển thị trong hình ảnh đính kèm.

Bước 9: Làm bộ điều khiển con rối cho cánh tay robot

Bộ điều khiển con rối là phiên bản thu nhỏ chính xác 10 lần của cánh tay robot thực tế. Nó có 4 chiết áp được gắn ở 4 khớp là J1, J2, J3, J4 và Joint J5 sẽ được vận hành bằng một nút nhấn để quay liên tục (Xoay kẹp cho bất kỳ hoạt động)

chiết áp cảm nhận được Góc quay của các khớp và gửi giá trị này từ 1-1023 đến Nodemcu, giá trị này được chuyển đổi trở lại 1-360 và được gửi đến Nodemcu khác qua wifi. Vì ESP8266 chỉ có một đầu vào tương tự nên tôi đã sử dụng bộ ghép kênh 4051.

hướng dẫn sử dụng bộ ghép kênh 4051 với esp8266 -

sơ đồ:

Tôi sẽ thêm một sơ đồ ngay sau khi tôi hoàn thành nó (nếu ai cần nó gấp hãy liên hệ với tôi cho đến lúc đó)

Mã: (cũng có ở đây)

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

Bước 10: Điện tử

Tôi đang đính kèm hình ảnh của Công việc hiện tại. Đầy đủ Điện tử và sơ đồ chưa hoàn thành. Tôi sẽ đăng các bản cập nhật sớm cho đến khi kết nối:)

(Lưu ý: Dự án này vẫn chưa hoàn thành. Tôi sẽ theo dõi bất kỳ bản cập nhật nào trong tương lai)

Bước 11: Mã và sơ đồ tại một nơi

Tôi sẽ đầy đủ sơ đồ robot và mã cuối cùng ngay sau khi tôi hoàn thành nó!