זרוע רובוט 6 ציר DIY (עם מנועי צעד): 9 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

לאחר יותר משנה של לימודים, אב טיפוס וכשלים שונים הצלחתי לבנות רובוט ברזל / אלומיניום בעל 6 דרגות חופש הנשלטות על ידי מנועי צעד.

החלק הקשה ביותר היה העיצוב מכיוון שרציתי להשיג 3 מטרות בסיסיות:

• עלות מימוש נמוכה
• הרכבה קלה אפילו עם מעט ציוד
• דיוק טוב בתנועה

עיצבתי את דגם התלת מימד עם קרנף מספר פעמים עד (לדעתי) פשרה טובה שעונה על 3 הדרישות.

אני לא מהנדס ולפני הפרויקט הזה לא היה לי ניסיון ברובוטיקה כך שאדם מנוסה ממני יכול למצוא פגמים בעיצוב במה שעשיתי אבל אני עדיין יכול להגיד שאני מרוצה מהתוצאה הסופית שהשגתי.

אספקה

למידע נוסף בקר בבלוג האישי שלי

שלב 1: עיצוב CAD

לפני ההגעה לדגם הסופי עיצבתי לפחות 8 אבות טיפוס שונים עם מערכות הילוכים שונות אך אף אחד מהם לא יכול היה לעמוד ב -3 הדרישות שתוארו לעיל.

חיבור הפתרונות המכניים של כל האבטיפוס שנעשה (וגם קבלת כמה פשרות) יצא הדגם הסופי. לא ספרתי את השעות שביליתי מול ה- CAD אבל אני יכול להבטיח לך שהן היו רבות.

היבט אחד שכדאי לזכור בשלב התכנון הוא שאפילו גרם אחד שנוסף לקצה פרק כף היד של הרובוט מוכפל על חשבון עמידות המומנט של המנועים בבסיס ולכן מתווסף משקל רב יותר והמנועים יותר יש לחשב כדי לסבול את המאמץ.

כדי "לעזור" למנועים לעמוד בלחץ הנחתי בוכנות גז של 250N ו- 150N.

חשבתי לצמצם עלויות על ידי יצירת הרובוט עם לוחות ברזל בחיתוך לייזר (C40) ואלומיניום בעוביים הנעים בין 2, 3, 5, 10 מ מ; חיתוך בלייזר זול בהרבה מכריתת מתכת תלת מימדית.

לאחר עיצוב כל רכיב בנפרד, הכנתי את צורות החתיכות ב-.dxf ושלחתי אותן למרכז החיתוך. כל שאר הרכיבים יוצרו בעצמי במחרטה.

שלב 2: הכנה והרכבה

סוף סוף הגיע הזמן ללכלך את הידיים (זה מה שאני עושה הכי טוב) …

שלב הבנייה לקח שעות עבודה רבות להכנת החלקים, תיוק החורים הידני, המפרקים, החוטים והפניית הרכזות. העובדה שעיצבתי כל רכיב על מנת להצליח לעבוד עם כמה כלי עבודה בלבד הובילה אותי לא להפתעות גדולות או לבעיות מכניות.

הדבר החשוב ביותר הוא לא למהר לסיים דברים אלא להקפיד וללכת לפי כל שורה של הפרויקט, אלתור בשלב זה אף פעם לא מוביל לתוצאות טובות.

מימוש מושבי הנושא הוא חשוב ביותר מכיוון שכל מפרק נשען עליהם ואפילו משחק קטן של כמה אחוזים עלול לפגוע בהצלחת הפרויקט.

מצאתי את עצמי צריך לעשות מחדש את הסיכות כי עם המחרטה הסרתי בכ -5 סנט קטן יותר מחור הנושא וכשניסיתי להעלות אותו המשחק היה ברור להפליא.

הכלים בהם השתמשתי להכנת כל החלקים הם:

• מקדחה
• מטחנה / דרמל
• אֶבֶן מַשְׁחֶזֶת
• קובץ ידני
• מַחֲרָטָה
• מפתחות באנגלית

אני מבין שלא לכולם יכולה להיות מחרטה בבית ובמקרה זה יהיה צורך להזמין את החלקים למרכז מיוחד.

תכננתי את החלקים לחיתוך בלייזר עם המפרקים השופעים מעט יותר על מנת להיות מסוגלים לשכלל אותם ביד כיוון שהלייזר, מדויק ככל שיהיה, יוצר חיתוך חרוטי וחיוני לשקול זאת.

עבודה עם הקובץ ביד כל מפרק שעשיתי על מנת ליצור צימוד מדויק מאוד בין החלקים.

אפילו החורים במושבי הנושאים עשיתי קטנים יותר ואז פרסמתי אותם ביד עם הדרמל והרבה (אבל ממש הרבה) סבלנות.

כל החוטים שיצרתי בעבודת יד על מכונת המקדחה מכיוון שהתקבל הניצב המרבי בין המכשיר ליצירה. לאחר הכנת כל יצירה הגיע רגע האמת המיוחל, הרכבה של הרובוט כולו. הופתעתי לגלות שכל פיסה מתאימה בדיוק לשנייה עם הסובלנות הנכונה.

הרובוט עכשיו מורכב

לפני שעשיתי משהו אחר, העדפתי לבצע כמה בדיקות תנועה כדי לוודא שהמנועים תוכננו כראוי, אם אמצא בעיות במנועים, במיוחד מומנט ההידוק שלהם, אאלץ לבצע חלק נכבד מהפרויקט.

אז אחרי שגם הרכבתי את 6 המנועים לקחתי את הרובוט הכבד למעבדה שלי בעליית הגג כדי להגיש אותו למבחנים הראשונים.

שלב 3: מבחני תנועה ראשונים

לאחר השלמת החלק המכני של הרובוט הרכזתי במהירות את האלקטרוניקה וחיברתי רק את הכבלים של 6 המנועים. תוצאות הבדיקה היו חיוביות מאוד, המפרקים נעים היטב ובזוויות שנקבעו מראש גיליתי כמה בעיות שנפתרות בקלות..

הבעיה הראשונה נוגעת למס 'משותף. 3 שבעומס מרבי העמיס יותר מדי על החגורה ולפעמים גרם לאובדן צעדים. הפתרון לבעיה זו הוביל אותי לטיעונים שונים אותם נראה בשלב הבא.

הבעיה השנייה נוגעת למס 'המשותף. 4, הפתרון של פיתול החגורה לא היה אמין מדי ויצר בעיות. בינתיים חלקי הברזל של הרובוט התחילו ליצור נקודות חלודה קטנות ולכן עם ההזדמנות לפתור את הבעיות ניצלתי גם את ההזדמנות לצייר אותו.

שלב 4: צביעה והרכבה מחדש

אני לא אוהב במיוחד את שלב הציור אבל במקרה הזה אני מחויב לעשות את זה כי אני אוהב את זה אפילו פחות.

על הברזל הנחתי תחילה פריימר המשמש רקע לצבע הפלואו האדום.

שלב 5: תיקון באגים N.1

לאחר תוצאות הבדיקה נאלצתי לבצע כמה שינויים כדי לשפר את הדיוק של הרובוט. השינוי הראשון נוגע למפרק מס '3 בפרט כשהוא במצב הלא נוח ביותר הפעיל מתיחה מוגזמת של החגורה וכתוצאה מכך המנוע היה תמיד תחת לחץ. הפתרון היה לעזור על ידי הפעלת כוח המנוגד לכיוון הסיבוב.

ביליתי לילות שלמים במחשבה מה יכול להיות הפתרון הטוב ביותר מבלי לעשות הכל שוב. בהתחלה חשבתי להחיל קפיץ פיתול גדול אבל בחיפוש באינטרנט לא מצאתי שום דבר מספק ולכן בחרתי בוכנת גז (כפי שכבר תכננתי למפרק מס '2), אך עדיין הייתי צריך להחליט היכן למקם אותו כיוון שאני לא היה לו מספיק מקום.

ויתרתי קצת על אסתטיקה, החלטתי שהמקום הטוב ביותר להניח את הבוכנה הוא בצד.

עשיתי את החישובים על הכוח הדרוש של הבוכנה בהתחשב בנקודה שבה היה עליה להפעיל את הכוח ואז הזמנתי ב- ebay בוכנה של 150 N באורך 340 מ מ ואז תכננתי את התומכים החדשים כדי לתקן אותה.

שלב 6: תיקון באגים N.2

השינוי השני נוגע למס 'משותף. 4 בהתחלה תכננתי את השידור עם החגורה המעוותת אבל הבנתי שהמרווחים צומצמים והחגורה לא עובדת כמו שקיוויתי.

החלטתי לבצע מחדש את כל המפרק על ידי עיצוב הכתפיים כך שיקבל את המנוע בכיוון מקביל ביחס אליהם. עם השינוי החדש הזה כעת החגורה פועלת כראוי וגם קל יותר למתוח אותה מכיוון שעיצבתי מערכת מפתח להדק את החגורה בקלות.

שלב 7: אלקטרוניקה

האלקטרוניקה של בקרת המנועים היא זהה המשמשת ל- CNC 3-ציר קלאסי עם ההבדל שיש עוד 3 נהגים ועוד 3 מנועים לניהול. כל ההיגיון של בקרת הצירים מחושב על ידי היישום, האלקטרוניקה המשימה היחידה קבלת הוראות לגבי כמה מעלות המנועים יצטרכו לסובב כך שהמפרק לא יגיע למיקום הרצוי.

החלקים המרכיבים את האלקטרוניקה הם:

• ארדואינו מגה
• נ. 6 נהג DM542T
• נ. 4 רלה
• נ. ספק כוח 1 24V
• נ. 2 שסתומי סולנואיד (עבור המהדק הפנאומטי)

ב- Arduino העמסתי את המערכון שעוסק בניהול בו זמנית של תנועות המנועים כגון האצה, האטה, מהירות, צעדים ומגבלות מרביות ומתוכנת לקבל פקודות לביצוע באמצעות סדרתי (USB).

בהשוואה לבקרי התנועה המקצועיים שיכולים לעלות עד כמה אלפי יורו, ארדואינו בקטן משלה מתגונן על פעולות מורכבות מדי מדי שהיא לא מסוגלת לנהל כמו למשל ה- multithread שימושי במיוחד כשאתה צריך לנהל מספר מנועים במקביל.

שלב 8: שיקולי תוכנה

לכל רובוט צורה משלו וזוויות תנועה שונות והקינמטיקה שונה עבור כל אחד מהם. כרגע כדי להריץ את המבחנים אני משתמש בתוכנה של כריס אנן (www.anninrobotics.com) אבל המתמטיקה שנכתבה עבור הרובוט שלו לא מתאימה לשלי למעשה כמה אזורים של אזור העבודה שאני לא יכול להגיע אליהם אותם מכיוון שחישובי הפינות אינם מלאים.

התוכנה של אנני מתאימה כעת לניסויים, אבל אצטרך להתחיל לחשוב על כתיבת תוכנה משלי שמתאימה 100% לפיזיקה של הרובוט שלי. כבר התחלתי לבצע כמה בדיקות באמצעות בלנדר ולכתוב את חלק ה- Python של בקר התנועה וזה נראה כמו פתרון טוב, יש כמה היבטים שצריך לפתח אבל השילוב הזה (Blender + Ptyhon) קל מאוד ליישום, במיוחד שהוא קל לתכנן ולדמות תנועות מבלי שהרובוט יהיה מולך.

שלב 9: מהדק פנאומטי

כדי להיות מסוגל לקחת חפצים אל הרובוט ציידתי אותו בעזרת מהדק פנאומטי.

באופן אישי אני לא אוהב צבת עם סרוו, הם לא נותנים לי הרבה ביטחון על החותם ולכן חשבתי שמלקחיים פנאומטיים המתאימים במיוחד את הלחץ יכולים לספק את כל הצרכים.

בעזרת פרופילי אלומיניום מרובעים שיניתי את המהדק כך שייקח חפצים קטנים וחפצים גדולים.

מאוחר יותר, כשאמצא זמן, אאסוף את כל המידע על הפרויקט כדי שאוכל להוריד אותו.

אני מקווה שנהניתם מהמדריך הזה.