DIY Robot Arm 6 Axis (Stepper Motors- ի հետ). 9 քայլ (նկարներով)

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Ավելի քան մեկ տարվա ուսումնասիրություններից, նախատիպերից և տարբեր խափանումներից հետո ինձ հաջողվեց կառուցել երկաթ / ալյումինե ռոբոտ `6 աստիճան ազատությամբ, որը վերահսկվում է տափաստանային շարժիչներով:

Ամենադժվար մասը դիզայնն էր, քանի որ ես ցանկանում էի հասնել 3 հիմնական նպատակների.

• Իրացման ցածր արժեքը
• Հեշտ հավաքում նույնիսկ փոքր սարքավորումներով
• Տեղափոխման ժամանակ լավ ճշգրտություն

Ես 3D մոդելը նախագծեցի Rhino- ի հետ մի քանի անգամ, մինչև (ըստ իս) լավ փոխզիջում, որը բավարարում էր 3 պահանջներին:

Ես ինժեներ չեմ, և մինչ այս նախագիծը ես ռոբոտաշինության ոչ մի փորձ չունեի, այնպես որ ինձանից ավելի փորձառու մարդը կարող էր դիզայներական թերություններ գտնել իմ արածի մեջ, բայց դեռ կարող եմ ասել, որ գոհ եմ իմ ձեռք բերած վերջնական արդյունքից:

Պարագաներ

լրացուցիչ տեղեկությունների համար այցելեք իմ անձնական բլոգը

Քայլ 1: CAD ձևավորում

Մինչև վերջնական մոդելի հասնելը, ես նախագծեցի առնվազն 8 տարբեր նախատիպեր ՝ տարբեր փոխանցման համակարգերով, բայց ոչ մեկը չէր կարող բավարարել վերը նկարագրված 3 պահանջները:

Միավորված բոլոր նախատիպերի մեխանիկական լուծումները (և նաև ընդունելով որոշ փոխզիջումներ) վերջնական մոդելը դուրս եկավ: Ես չէի հաշվում CAD- ի առջև անցկացրած ժամերը, բայց կարող եմ վստահեցնել ձեզ, որ դրանք իսկապես շատ էին:

Դիզայնի փուլում պետք է հիշել, որ ռոբոտի դաստակի վերջում ավելացված մեկ գրամն անգամ բազմապատկվում է `հիմքում ընկած շարժիչների պտույտային դիմադրության հաշվին, և, հետևաբար, ավելանում է քաշը և ավելի շատ շարժիչները: պետք է հաշվարկվի ջանքերը դիմանալու համար:

Շարժիչներին «սթրեսին դիմակայելու» համար ես կիրառեցի 250 Ն և 150 Ն գազ գազեր:

Ես մտածեցի ծախսերը նվազեցնելու մասին ՝ ստեղծելով ռոբոտ ՝ լազերային կտրված երկաթյա թիթեղներով (C40) և ալյումինով ՝ 2, 3, 5, 10 մմ հաստությամբ; լազերային կտրումը շատ ավելի էժան է, քան 3D մետաղի ֆրեզերումը:

Յուրաքանչյուր առանձին բաղադրիչ նախագծելուց հետո.dxf- ում պատրաստեցի կտորների ձևերը և ուղարկեցի կտրման կենտրոն: Մնացած բոլոր բաղադրամասերը պատրաստվել եմ անձամբ խառատահաստոցում:

Քայլ 2. Նախապատրաստում և հավաքում

Վերջապես ժամանակն է կեղտոտել իմ ձեռքերը (դա այն է, ինչ ես ամենալավն եմ անում)…

Շինարարության փուլը երկար ժամեր է խլել կտորների պատրաստման, անցքերի, հոդերի, թելերի և հանգույցների պտույտի ձեռքով տեղադրման համար: Այն փաստը, որ ես նախագծել եմ յուրաքանչյուր բաղադրիչ, որպեսզի կարողանամ աշխատել ընդամենը մի քանի աշխատանքային գործիքներով, ինձ դրդեց ոչ մի մեծ անակնկալ կամ մեխանիկական խնդիր չունենալու:

Ամենակարևորը ՝ չշտապել ավարտել գործերը, այլ լինել բծախնդիր և հետևել ծրագրի յուրաքանչյուր տողին, այս փուլում իմպրովիզները երբեք լավ արդյունքների չեն հանգեցնում:

Կրող նստատեղերի գիտակցումը չափազանց կարևոր է, քանի որ յուրաքանչյուր հանգույց հենվում է դրանց վրա, և նույնիսկ մի քանի տոկոսանոց փոքր խաղը կարող է վտանգել նախագծի հաջողությունը:

Ես հայտնվեցի, որ ստիպված էի նորից կապել, քանի որ խառատահաստոցով ես հանել էի կրող անցքից մոտ 5 ցենտ փոքր, և երբ փորձում էի այն ամրացնել, խաղը հրեշավոր կերպով ակնհայտ էր:

Գործիքները, որոնք ես օգտագործել եմ բոլոր կտորները պատրաստելու համար, հետևյալն են.

• հորատիչ մամլիչ
• սրող / դրեմել
• հղկաքար
• ձեռնարկ ֆայլ
• խառատահաստոց
• Անգլերեն բանալիներ

Ես հասկանում եմ, որ ոչ բոլորը կարող են տանը խառատ ունենալ, և այս դեպքում անհրաժեշտ կլինի կտորները հանձնարարել մասնագիտացված կենտրոնի:

Ես նախագծել էի կտորները լազերային կտրվածքով ՝ մի փոքր ավելի առատ հոդերով, որպեսզի կարողանայի դրանք կատարելագործել ձեռքով, քանի որ լազերը, որքան էլ ճշգրիտ լինի, առաջացնում է կոնաձև կտրվածք և կարևոր է դա դիտարկել:

Ֆայլի հետ ձեռքով աշխատելով իմ պատրաստած յուրաքանչյուր հոդի `մասերի միջև շատ ճշգրիտ զուգավորում առաջացնելու համար:

Նույնիսկ կրող նստատեղերի անցքերը, որոնք ես փոքրացրել էի, այնուհետև դրանք ձեռքով վերամշակել եմ դրեմելով և շատ (բայց իսկապես շատ) համբերությամբ:

Բոլոր թելերը, որոնք ես ձեռքով պատրաստել եմ փորված մամլիչի վրա, քանի որ ստացվում է գործիքի և կտորի միջև առավելագույն ուղղահայացությունը: Յուրաքանչյուր կտոր պատրաստելուց հետո հասավ ճշմարտության երկար սպասված պահը `ամբողջ ռոբոտի հավաքը: Ես զարմացա, երբ հայտնաբերեցի, որ յուրաքանչյուր կտոր ճիշտ տեղավորվում է մյուսի մեջ `ճիշտ հանդուրժողականությամբ:

Ռոբոտը այժմ հավաքված է:

Նախքան որևէ այլ բան անելը, ես նախընտրեցի շարժման որոշ թեստեր կատարել `համոզվելու համար, որ շարժիչները ճիշտ նախագծված են: Եթե շարժիչների հետ կապված որևէ խնդիր գտնեմ, հատկապես դրանց ամրացման ոլորող մոմենտը, ես ստիպված կլինեմ կատարել նախագծի մի լավ հատված:

Այսպիսով, 6 շարժիչները միացնելուց հետո ես ծանր ռոբոտին տարա ձեղնահարկի լաբորատորիա `այն առաջին փորձարկումներին հանձնելու համար:

Քայլ 3. Առաջին շարժման թեստեր

Ռոբոտի մեխանիկական մասի ավարտից հետո ես արագ հավաքեցի էլեկտրոնիկան և միացրի միայն 6 շարժիչների մալուխները: Թեստի արդյունքները շատ դրական էին, հոդերը լավ են շարժվում և նախապես հաստատված անկյուններում ես հայտնաբերեցի մի քանի հեշտ լուծվող խնդիրներ.

Առաջին խնդիրը վերաբերում է համատեղ հ. 3, որը առավելագույն երկարացման դեպքում չափազանց ծանրաբեռնեց գոտին և երբեմն առաջացրեց քայլերի կորուստ: Այս խնդրի լուծումը ինձ տարավ տարբեր փաստարկների, որոնք մենք կտեսնենք հաջորդ քայլին:

Երկրորդ խնդիրը վերաբերում է համատեղ թիվ. 4, գոտու ոլորման լուծումը չափազանց հուսալի չէր և առաջացրեց խնդիրներ: Մինչդեռ ռոբոտի երկաթե մասերը սկսում էին ժանգի փոքրիկ բծեր պատրաստել, ուստի խնդիրները լուծելու հնարավորության դեպքում ես նույնպես օգտվեցի այն նկարելու հնարավորությունից:

Քայլ 4: Ներկում և հավաքում

Ինձ առանձնապես դուր չի գալիս նկարչության փուլը, բայց այս դեպքում ես պարտավոր եմ դա անել, քանի որ այն ավելի քիչ եմ սիրում:

Երկաթի վրա ես սկզբում դրեցի այբբենարան, որը ծառայում է որպես կարմիր ֆլուո ներկի ֆոն:

Քայլ 5. Սխալների շտկում N.1

Թեստի արդյունքներից հետո ես ստիպված եղա որոշ փոփոխություններ կատարել ռոբոտի ճշգրտությունը բարձրացնելու համար: Առաջին փոփոխությունը վերաբերում է թիվ 3 հոդին, մասնավորապես, երբ այն ամենաանբարենպաստ վիճակում էր, գոտու չափից ավելի քաշում էր, և, հետևաբար, շարժիչը միշտ ցածր էր սթրես: Լուծումը օգնելն էր ՝ կիրառելով պտույտի ուղղությանը հակառակ ուժ:

Ես ամբողջ գիշերներ էի անցկացնում ՝ մտածելով, թե որն է լավագույն լուծումը ՝ առանց ամեն ինչ նորից անելու: Սկզբում ես մտածում էի պտտել մեծ ոլորող զսպանակ, բայց առցանց փնտրելիս ոչ մի գոհացուցիչ բան չգտա, ուստի ընտրեցի գազի մխոց (ինչպես արդեն նախագծել էի թիվ 2 հոդի համար), բայց դեռ պետք է որոշեի, թե որտեղ տեղադրել այն, քանի որ բավարար տարածք չուներ:

Մի փոքր հրաժարվելով գեղագիտությունից, ես որոշեցի, որ մխոցը տեղադրելու լավագույն վայրը կողքի կողմն է:

Ես հաշվարկներ կատարեցի մխոցի անհրաժեշտ հզորության վրա `հաշվի առնելով այն կետը, որտեղ այն պետք է ուժ գործադրեր, այնուհետև ebay- ում պատվիրեցի 150 N երկարությամբ 340 մմ երկարությամբ մխոց, այնուհետև նախագծեցի նոր հենարանները, որոնք կարող են այն ամրացնել:

Քայլ 6. Սխալների շտկում N.2

Երկրորդ փոփոխությունը վերաբերում է համատեղ հ. 4 որտեղ սկզբում ես պլանավորում էի փոխանցումը ոլորված գոտիով, բայց ես հասկացա, որ տարածքները կրճատվել են, և գոտին չի աշխատել այնպես, ինչպես հույս ունեի:

Ես որոշեցի ամբողջովին վերափոխել ամբողջ հոդերը `նախագծելով ուսերը, որպեսզի շարժիչը շարժվի զուգահեռ ուղղությամբ դրանց նկատմամբ: Այս նոր փոփոխությամբ այժմ գոտին ճիշտ է աշխատում, և այն նաև ավելի հեշտ է լարել, քանի որ ես նախագծել եմ առանցքային համակարգ ՝ գոտին հեշտությամբ ձգելու համար:

Քայլ 7: Էլեկտրոնիկա

Շարժիչային կառավարման էլեկտրոնիկան նույնն է, ինչ օգտագործվում է դասական 3 առանցքի CNC- ի համար, այն տարբերությամբ, որ կան ևս 3 վարորդ և ևս 3 շարժիչ: Բոլոր առանցքների կառավարման տրամաբանությունը հաշվարկվում է հավելվածի միջոցով, էլեկտրոնիկան ունի միակ խնդիրը: հրահանգներ ստանալու մասին, թե քանի աստիճանով շարժիչները պետք է պտտվեն, որպեսզի հոդը չհասնի ցանկալի դիրքի:

Էլեկտրոնիկայի մասերը հետևյալն են.

• Արդուինո Մեգա
• n 6 վարորդ DM542T
• n 4 Relè
• n 1 24 Վ էլեկտրամատակարարում
• n 2 էլեկտրական փական (օդաճնշական սեղմիչի համար)

Arduino- ում ես տեղադրեցի էսքիզը, որը վերաբերում է շարժիչների շարժումների միաժամանակ կառավարմանը, ինչպիսիք են արագացումը, դանդաղեցումը, արագությունը, քայլերը և առավելագույն սահմանները և ծրագրված է ստանալ սերիական (USB) միջոցով կատարվող հրամաններ:

Մինչև մի քանի հազար եվրո կարժենան շարժման պրոֆեսիոնալ կարգավորիչների, Arduino- ն իր փոքր ձևով պաշտպանում է իրեն չափազանց ակնհայտորեն չափազանց բարդ գործողություններից, այն ի վիճակի չէ կառավարել, օրինակ, օրինակ, բազմաթել, որն օգտակար է հատկապես այն դեպքում, երբ ստիպված ես միաժամանակ մի քանի շարժիչ կառավարել:.

Քայլ 8: Softwareրագրային ապահովման նկատառումներ

Յուրաքանչյուր ռոբոտ ունի իր ուրույն ձևը և շարժման տարբեր անկյուններ, իսկ կինեմատիկան ՝ յուրաքանչյուրի համար: Այս պահին թեստերը վարելու համար ես օգտագործում եմ Chris Annin- ի ծրագրակազմը (www.anninrobotics.com), բայց նրա ռոբոտի համար գրված մաթեմատիկան հիանալի չի համապատասխանում իմին, իրականում աշխատանքային տարածքի որոշ հատվածներ, որոնց ես չեմ կարող հասնել: դրանք, քանի որ անկյունների հաշվարկներն ամբողջական չեն:

Անինի ծրագրակազմը հիմա լավ է փորձեր անելու համար, բայց ես պետք է սկսեմ մտածել իմ սեփական ծրագրաշարը գրելու մասին, որը 100% -ով կհամապատասխանի իմ ռոբոտի ֆիզիկային: Ես արդեն սկսել եմ մի քանի թեստեր կատարել Blender- ի միջոցով և գրել Python- ի շարժման վերահսկիչի մասը, և թվում է, թե դա լավ լուծում է, որոշ ասպեկտներ կան մշակելու, բայց այս համադրությունը (Blender + Ptyhon) շատ հեշտ է իրագործել, հատկապես դա հեշտ է պլանավորել և մոդելավորել շարժումները ՝ առանց ձեր առջև ռոբոտ ունենալու:

Քայլ 9. Օդաճնշական սեղմիչ

Որպեսզի կարողանամ օբյեկտներ տանել ռոբոտին, ես այն սարքավորել եմ օդաճնշական սեղմակով:

Անձամբ ես չեմ սիրում սերվերով տափակաբերան աքցան, դրանք ինձ վստահություն չեն տալիս կնիքի վրա, այնպես որ ես մտածեցի, որ ճնշումը կարգավորող օդաճնշական մատնահարդարիչը կարող է բավարարել բոլոր կարիքները:

Ալյումինե քառակուսի պրոֆիլներով ես փոխեցի սեղմիչը, որպեսզի վերցնեմ ինչպես փոքր, այնպես էլ մեծ առարկաներ:

Հետագայում, երբ ժամանակ գտնեմ, կհավաքեմ նախագծի վերաբերյալ ամբողջ տեղեկատվությունը, որպեսզի կարողանամ ներբեռնել այն:

Հուսով եմ, որ ձեզ դուր եկավ այս ուսանելի ծրագիրը: