Vysoká päťka! - Robotická ruka: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Jedného dňa sme sa v triede Princípy inžinierstva pustili do konštrukcie zložených strojov z dielov VEX. Keď sme začali budovať mechanizmy, snažili sme sa zvládnuť viac komplexných komponentov, ktoré bolo potrebné zostaviť dohromady. Kiežby nám niekto mohol pomôcť …

Preto sme sa, tri študentky strednej školy Irvington v triede pani Berbawyovej, rozhodli navrhnúť a postaviť robotickú ruku od začiatku! S finančným odhadom 150 dolárov na tento S. I. D. E. Projekt, podarilo sa nám získať všetok potrebný materiál a zároveň zostať v rámci rozpočtu. Hotový výrobok obsahuje Arduino Mega, servopohon, ktorý poháňa 5 serv, z ktorých každé je spojené s 3D tlačeným prstom, ktorý sa dokáže jednotlivo pohybovať s realistickými kĺbmi.

Bol to veľmi ambiciózny projekt, pretože všetci členovia tímu sú študenti stredných škôl s zaneprázdneným harmonogramom juniorského roka a nemajú žiadne predchádzajúce skúsenosti s úplným navrhovaním projektu založeného na elektronike od základov. Aj keď členovia nášho tímu majú predchádzajúce skúsenosti s navrhovaním a programovaním pomocou počítača, projekt nám otvoril oči pre potenciálne využitie hardvéru a softvéru Arduino spôsobom, ktorý by ľuďom mohol pomôcť splniť ich každodenné úlohy.

3D modelovanie a dizajn od Patricka Dinga

Dokumentácia a kódovanie Arduino od Ashwina Natampalliho

Kódovanie, obvody a pokyny Arduino od Sandesha Shresthu

Krok 1: CADING

Prvým a najťažším krokom tohto projektu je vytvorenie 3D modelov ruky pomocou prstov. Na tento účel použite aplikáciu Autodesk Inventor alebo Autodesk Fusion 360 (použili sme prvú).

Pomocou súborov súčiastok vytvorte jednotlivé CAD pre segment dlaní, prstov, končekov prstov a ružového prsta. Trvalo nám to 2-3 revízie na časť, aby bola prevádzka kĺbov a serva hladká.

Dizajn môže mať akúkoľvek požadovanú veľkosť a tvar, pokiaľ dráha výpletu umožňuje plynulé ovládanie prstom a prsty navzájom nekolidujú. Tiež zaistite, aby sa prsty mohli úplne zrútiť a zatvoriť päsť.

Aby sme vyriešili problém interferencií reťazcov a neefektívnych dráh, ako sme zistili v našej prvej verzii, boli pridané slučky, vodítka reťazcov a tunely, aby bolo možné reťazec ľahko ťahať a uvoľňovať.

Tu sú naše finalizované multiviewy a.stl CAD súbory pre každú časť.

Krok 2: 3D tlač

Po dokončení CADov ich pomocou 3D tlačiarne oživte. Táto fáza sa môže opakovať viackrát, ak má dizajn, ktorý vytvoríte, nejaké problémy.

Ak chcete vykonať 3D tlač, najskôr exportujte súbory CAD ako súbory STL. V programe Autodesk Inventor to urobíte tak, že kliknete na rozbaľovaciu ponuku Súbor a umiestnite kurzor myši na položku Exportovať. V rozbaľovacom stĺpci vyberte položku Formát CAD. Ponuka Windows File Explorer vám umožní vybrať súbor.stl z rozbaľovacej ponuky a vybrať umiestnenie súboru.

Akonáhle je súbor pripravený na importovanie do softvéru 3D tlačiarne, nakonfigurujte možnosti tlače podľa seba alebo postupujte podľa našej konfigurácie. Softvér 3D tlačiarní sa líši od značky k značke, preto si ich softvér vyhľadajte v online sprievodcoch alebo v príručke. Ako ruku sme použili LulzBot Mini kvôli jeho dostupnosti v našom triede.

Krok 3: Zostavenie

Akonáhle sú všetky diely úspešne vytlačené 3D s odstránenými plťami a podperami (ak je to možné), potom musí byť každá časť pripravená na začatie montáže.

Pretože 3D tlačiarne nie sú veľmi presné a môžu sa vyskytnúť malé chyby, na vyhladenie určitých tvárí použite pilník alebo brúsny papier alebo dremel s brúsnym nadstavcom. Aby bola operácia kĺbu čo najhladšia, zamerajte sa na kĺby a body priesečníka, aby ste dosiahli optimálne spojenie. Niekedy sa môžu strunové tunely v prstových segmentoch a iných častiach prepadnúť alebo byť nedokonalé. Na boj proti veľkým nezrovnalostiam použite vŕtačku s vrtákom 3/16 palca na vyvŕtanie tunelov.

Aby ste najľahšie smerovali struny, zostavte každý prst, preveďte strunu cez tunely a uviažte šnúrku na koncoch. Pred spojením každého prsta s dlaňou prevlečte strunu vodiacimi slučkami, jednou cez horný otvor a druhou cez spodok, na dlani a pripevnite ju k opačným koncom cievok, ktoré sú súčasťou serva. Akonáhle sú dĺžky správne, spojte prsty s dlaňou.

Ako je znázornené na obrázku vyššie, vložte skrutky m4x16 do každého spoja, aby držali prst pohromade. Opakujte každý proces vytvárania prstov pre všetky prsty pomocou segmentov malíček pre malíček.

Krok 4: Obvody Arduino

Keď je kostra zostavená, teraz musia byť integrované svaly a mozog. Aby sme mohli spustiť všetky serva naraz, musíme použiť ovládač motora PCA 9685 od spoločnosti Adafruit. Tento regulátor potrebuje na napájanie serva externé napájanie. Použitie tohto ovládača a jeho patentovanej kódovacej knižnice nájdete tu.

Pri pripájaní Arduina k regulátoru zaistite, aby ste zaznamenali pinové výstupy. Ak používate Arduino Mega, nebude to potrebné. V každom prípade však nezabudnite zaznamenať, na ktorých portoch na ovládači motora sú namontované serva.

Ak chcete ovládať servá a ruku pomocou diaľkového ovládača IR, jednoducho pridajte infračervený prijímač a pripojte napájanie a uzemnenie k Arduinu pomocou dátového vodiča k digitálnym portom. Skontrolujte vývod svojho IR prijímača a uistite sa, že je zapojenie správne. Je ukázaný príklad nášho obvodu.

Na vytvorenie tohto obvodu najskôr pripojte každé servo k portom 3, 7, 11, 13 a 15 na doske ovládača servomotora. Celú dosku pripevnite piatimi kolíkmi na spodnej časti k doske na chlieb.

Pomocou prepojovacích káblov prepojte 5V napájanie a uzemnenie Arduina s jednou napájacou lištou nepájivého poľa (Uistite sa, že označíte alebo si zapamätáte, na ktorej strane je 5V od Arduina!). Tým sa napája infračervený snímač a ovládač motora. Pripojte 6V napájací zdroj k druhej napájacej lište. Toto bude napájať servá.

Umiestnite všetky 3 kolíky infračerveného senzora do dosky na chlieb. Pripojte napájanie a uzemnenie k 5V lište a výstup k digitálnemu pinu 7.

Pretože používame Arduino Mega, porty SDA a SCL na ovládači motora budú prepojené s portami SDA a SCL na Arduino. Porty VCC a uzemnenie sa pripoja k 5V koľajnici.

Keď je batéria pripojená k vlastnej napájacej lište, použite prepojovacie káble a malý plochý skrutkovač na zaistenie napájania servomotorov prostredníctvom zeleného vstupného konektora.

Zaistite, aby boli všetky spoje tesné, a znova skontrolujte všetky káblové vedenia s pripojeným obvodom TinkerCAD.

Krok 5: Kódovanie

Posledným krokom pred uvedením tejto ruky do prevádzky je zadanie kódu Arduina. Pretože táto ruka používa ovládač motora PCA 9685, musíme najskôr nainštalovať knižnicu, čo je možné vykonať v prostredí Arduino Coding Environment. Po inštalácii nainštalujte aj knižnicu IRremote pre funkciu IR Remote.

V našom kóde sú definície jednotlivých tlačidiel na IR diaľkovom ovládači zobrazené s 8 -miestnymi kódmi. Tieto boli nájdené pomocou programu IRRecord, ktorý tlačí na sériový monitor 8 -miestny kód každého tlačidla.

V prílohe je program IRRecord a dokončený program ručného ovládania.

Na začiatku kódu zahrňte knižnice IRremote, Wire a Adafruit_PWMServoDriver.

Potom pomocou zistení IRRecord definujte každé tlačidlo infračerveného diaľkového ovládača. Aj keď nie sú všetky potrebné (stačí ich iba 10), všetky umožňujú rýchle rozšírenie (pridávanie funkcií a prednastavených gest) do budúcnosti. Vytvorte PWM pomocou funkcie ovládača serva a priradte serva ku kolíkom na ovládači motora. Použite rovnaké hodnoty SERVOMAX/MIN ako na obrázku. Priraďte pin digitálneho vstupu infračerveného senzora ako 7 a inicializujte.

Deklarujte funkciu nastavenia inicializáciou sériového čísla s prenosovou rýchlosťou 9600. Zapnite infračervený senzor a spustite servo so servo frekvenciou 60 Hz.

Nakoniec vytvorte prepínač if/else na základe prichádzajúceho prenosu infračerveného diaľkového ovládača vo funkcii slučky. Potom vytvorte spínač/puzdro s puzdrom pre každé tlačidlo na IR diaľkovom ovládači, ktoré sa použije. Tieto je možné zmeniť podľa preferovaných ovládacích prvkov. V každom prípade vytlačte tlačidlo stlačené na sériovom monitore na ladenie a pomocou slučky for presuňte servo. Keď sú všetky prípady vytvorené, pred zatvorením slučky znova zapnite infračervený snímač pre ďalšie prichádzajúce signály. Kódovanie serva prostredníctvom dosky ovládača motora nájdete na stránke