Lengan Robot Cetak 3D Moslty yang Meniru Pengontrol Boneka: 11 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Saya seorang mahasiswa Teknik Mesin dari India dan ini adalah proyek gelar Sarjana Saya.

Proyek ini difokuskan pada pengembangan lengan robot berbiaya rendah yang sebagian besar dicetak 3d dan memiliki 5 DOF dengan gripper 2 jari. Lengan robot dikendalikan dengan pengontrol boneka yang merupakan model desktop dari lengan robot dengan derajat kebebasan yang sama yang persendiannya dilengkapi dengan sensor. Memanipulasi pengontrol dengan tangan menyebabkan lengan robot meniru gerakan master-slave. Sistem menggunakan modul WiFi ESP8266 sebagai media transmisi data. Antarmuka operator master-slave menyediakan metode yang mudah dipelajari untuk manipulasi lengan robot. Nodemcu(Esp8266) digunakan sebagai mikrokontroler.

Tujuan di balik proyek ini adalah pengembangan robot murah yang dapat digunakan untuk tujuan pendidikan. Sayangnya, aksesibilitas teknologi robot yang merevolusi dunia modern ini terbatas pada institusi tertentu saja. Kami bertujuan untuk mengembangkan dan membuat proyek ini open source sehingga individu dapat membuat, memodifikasi & menjelajahinya sendiri. Karena berbiaya rendah dan sepenuhnya open source, hal ini dapat menginspirasi rekan-rekan mahasiswa untuk belajar dan mendalami bidang ini.

Rekan proyek saya:

• Shubham likhar
• Nikhil Korea
• Palash lonare

Terima kasih khusus kepada:

• Akash Narkhede
• Ram bokade
• Ankit korde

atas bantuan mereka dalam proyek ini.

Penafian: Saya tidak pernah berencana untuk menulis blog atau instruksi tentang proyek ini karena saya tidak memiliki data yang cukup untuk mendokumentasikannya sekarang. Upaya ini dilakukan lama setelah dimulainya proyek. Masih saya berusaha sangat keras untuk membawa detail sebanyak mungkin untuk membuatnya lebih dimengerti. Anda mungkin merasa tidak lengkap di beberapa titik … harap Anda mengerti:) saya akan menyertakan video youtube yang menunjukkan cara kerjanya dan hal-hal uji lainnya segera

Langkah 1: Jadi, Bagaimana Cara Kerjanya?

Ini adalah hal yang paling menarik bagi saya tentang proyek ini.

(Saya tidak mengklaim ini sebagai metode yang efisien atau Benar untuk menggunakannya untuk tujuan komersial Ini hanya untuk tujuan pendidikan)

Anda mungkin pernah melihat Robot murah dengan motor servo yang hanya untuk demonstrasi. Di sisi lain ada robot motor stepper yang mahal dengan gearbox planet, dll. Tetapi robot ini adalah keseimbangan di antara mereka.

jadi, bagaimana itu berbeda?

Konstruksi:

Alih-alih menggunakan daya yang lebih rendah dan motor stepper berbiaya tinggi, saya menggunakan motor DC tetapi seperti yang kita ketahui motor DC tidak memiliki sistem kontrol umpan balik dan tidak dapat digunakan secara langsung untuk kontrol posisi, saya menyembunyikannya ke dalam motor servo dengan menambahkan potensiometer sebagai sensor umpan balik/posisi.

Sekarang untuk penyederhanaan pekerjaan yang saya lakukan adalah, saya membongkar servos 9g murah yang melepaskan sirkuitnya dan mengganti motor DC-nya dengan motor dc torsi tinggi dan panci kecilnya dengan apa yang saya miliki untuk robot. Melakukan ini memungkinkan saya untuk menggunakan perpustakaan default di arduino Anda tidak dapat percaya bahwa banyak pengkodean yang disederhanakan!

Untuk menggerakkan motor DC 12V dengan chip servo 5V saya menggunakan modul driver motor L298N yang dapat menggerakkan 2 motor secara bersamaan. Modul ini memiliki 4 pin input IN1 hingga IN4 yang menentukan arah putaran motor. Dimana IN1 dan IN2 sesuai dengan motor pertama dan IN3, IN4 ke motor ke-2. Oleh karena itu, terminal keluaran (2) chip servo (awalnya ke motor dc kecil) terhubung ke IN1 dan IN2 dari keluaran modul L298N yang terhubung ke motor DC 12V.

Bekerja:

Dengan cara ini ketika poros motor tidak pada posisi target potensiometer mengirim nilai sudut ke chip servo yang memerintahkan modul L298N untuk menggerakkan baik Cw atau CCW pada gilirannya motor 12V Dc berputar sesuai perintah yang diterima dari mikrokontroler.

Skema ditunjukkan pada gambar (hanya untuk 1 motor)

DALAM KASUS KAMI COMMAND(JOINT ANGLE VALUES) DIKIRIM MELALUI PUPPET CONTROLLER YANG 10 KALI TURUN SALINAN ROBOT SEBENARNYA DAN MEMILIKI POTENSIOMETER YANG TERHUBUNG PADA SETIAP BERSAMA. MELALUI NODEMCU (ESP8266) MELALUI WIFI TOCHE ROBOTENT ATAS WIFI TOCHE ROBOTENT. ROBOT JOINT YANG MASING-MASING MOTOR BERGABUNG MENCOBA UNTUK DILAKUKAN

Pada setiap sambungan potensiometer dihubungkan ke poros sambungan melalui mekanisme belt pully. Ketika sambungan berputar, potensiometer berputar secara teratur dan memberikan umpan balik tentang posisi sudut sambungan saat ini (Tunjukkan pada gambar di atas)

Langkah 2: Komponen yang Digunakan:

Seperti yang saya katakan saya masih bekerja dan meningkatkannya dari hari ke hari, komponen ini mungkin berbeda dalam beberapa pembaruan di masa mendatang.

tujuan saya adalah membuatnya seekonomis mungkin maka saya menggunakan komponen yang sangat selektif. Ini adalah daftar komponen utama yang digunakan di Arm sampai saat ini (saya akan terus memperbaruinya di masa mendatang)

1. Esp8266 (2x)
2. Motor DC (dengan berbagai spesifikasi Torsi dan kecepatan, 5x)
3. Modul Driver motor L298N (2x)
4. Potensiometer (8x)
5. Saluran aluminium (30x30, 1 meter)
6. perangkat keras lain-lain

Langkah 3: Perhitungan dan Desain Lengan

Untuk merancang lengan saya menggunakan perangkat lunak catia v5. Sebelum memulai proses desain, hal pertama yang harus dilakukan adalah menghitung panjang tautan dan torsi yang harus ditopang oleh setiap sambungan.

pertama saya mulai dengan beberapa asumsi yang meliputi:

1. Muatan maksimum untuk robot adalah 500 gm(1.1 lb)
2. jangkauan total robot adalah 500 mm
3. Berat robot tidak akan melebihi 3 kg.

Perhitungan panjang tautan

melanjutkan dengan ini saya menghitung panjang tautan dengan mengacu pada makalah penelitian "Desain Lengan Robot Oleh I. M. H. van Haaren"

I. M. H. van Haaren memberikan contoh yang sangat baik tentang bagaimana dia menentukan panjang tautan dengan menggunakan referensi biologis di mana panjang segmen tubuh utama dinyatakan sebagai sebagian kecil dari tinggi total. Ini ditunjukkan pada gambar.

setelah perhitungan panjang tautan keluar menjadi

L1 = 274 mm

L2 = 215mm

L3 = 160mm

Panjang pegangan = 150mm

Perhitungan torsi:

Untuk menghitung torsi saya menggunakan konsep dasar turque dan momen yang diterapkan di bidang teknik.

tanpa masuk ke perhitungan dinamis saya hanya mengandalkan perhitungan torsi statis karena beberapa kendala.

ada 2 pemain utama i torsi sebagai T=FxR yaitu dalam kasus kami beban (massa) dan panjang tautan. Karena panjang tautan sudah ditentukan, hal berikutnya adalah mengetahui berat komponen. Pada tahap ini saya tidak yakin bagaimana saya dapat menemukan bobot masing-masing komponen tanpa benar-benar mengukurnya.

jadi, saya melakukan perhitungan ini dalam iterasi.

1. Saya menganggap saluran aluminium sebagai bahan yang seragam di seluruh panjangnya dan membagi berat total bagian 1 meter dengan panjang bagian yang akan saya gunakan.
2. Untuk sambungan, saya mengasumsikan nilai tertentu untuk setiap sambungan (berat motor + berat bagian yang dicetak 3D + lainnya) berdasarkan asumsi berat total robot.
3. 2 langkah sebelumnya memberi saya nilai torsi sambungan iterasi pertama. Untuk nilai ini saya menemukan motor yang cocok di internet bersama dengan spesifikasi dan bobot lainnya.
4. Dalam iterasi ke-2 saya menggunakan bobot asli motor (yang saya temukan di langkah ke-3) dan sekali lagi menghitung torsi statis untuk setiap sambungan.
5. Jika nilai torsi akhir pada langkah 4 cocok untuk motor yang dipilih pada langkah 3, saya menyelesaikan motor tersebut jika tidak, ulangi langkah 3 & 4 hingga nilai yang dirumuskan memenuhi spesifikasi motor yang sebenarnya.

Desain lengan:

Ini adalah tugas yang paling rumit dari keseluruhan proyek ini dan hampir membutuhkan waktu satu bulan untuk mendesainnya. Omong-omong, saya telah melampirkan foto model CAD. Saya akan meninggalkan tautan untuk mengunduh file CAD ini di suatu tempat di sini:

Langkah 4: Mencetak Bagian 3D

Semua bagian yang paling banyak adalah sambungannya dicetak 3D pada printer $ 99 dengan area cetak 100x100x100 mm (ya itu benar!!)

printer: Easy threed X1

Saya telah menyertakan foto bagian utama dari alat pengiris dan saya akan menautkan ke semua bagian file CAD catfile serta stl sehingga Anda dapat mengunduh dan mengedit sesuai keinginan.

Langkah 5: Rakitan Sendi Bahu (joint J1 & J2)

Katrol dasar dicetak pada printer yang berbeda karena berdiameter 160 mm. Saya merancang sambungan bahu sedemikian rupa sehingga dapat digerakkan (Rotasi tentang sumbu z) dengan mekanisme katrol sabuk atau pinion gigi yang dapat Anda lihat dalam gambar disertakan atas.bagian bawah adalah tempat bantalan cocok yang kemudian dipasang pada poros tengah ke platform yang dibuat untuk menggerakkan lengan (tangki, lebih dari itu di masa depan).

roda gigi yang lebih besar (kuning pada gambar) dipasang pada saluran aluminium dengan baut mur yang melaluinya poros baja 8mm melewati sambungan 2 yang bergerak. Rasio roda gigi pada sambungan pertama adalah 4:1 dan sambungan ke-2 adalah 3,4:1

Langkah 6: Siku dan Sendi (joint J3)

(BEBERAPA GAMBAR ADALAH SETELAH BUILD KARENA SAYA TIDAK MEMILIKI GAMBAR PROSES LENGKAP)

Sendi siku adalah salah satu berikut setelah sendi bahu. Ini adalah sendi 2 bagian, satu terhubung untuk menghubungkan satu dan lainnya untuk menghubungkan 2.

bagian 1 memiliki motor DC dengan pinion penggerak dan bagian 2 memiliki roda gigi yang lebih besar yang terpasang padanya dan sepasang bantalan untuk menopang poros. Rasio roda gigi sama dengan J2 yaitu 3,4:1 tetapi motornya 12,5 KG-CM 60 RPM.

Sendi J3 memiliki jangkauan gerakan 160 derajat.

Langkah 7: Sendi Pergelangan Tangan (sendi J4 & J5)

(BEBERAPA GAMBAR ADALAH SETELAH BUILD KARENA SAYA TIDAK MEMILIKI GAMBAR PROSES LENGKAP)

Setelah sambungan Siku adalah sambungan Pergelangan Tangan. Ini lagi terdiri dari 2 buah satu di tautan sebelumnya (yaitu tautan 2) dan satu lagi terdiri dari motot J5 yang memutar rakitan pergelangan tangan. Rasio Roda Gigi adalah 1,5:1 dan motor Dc yang digunakan adalah 10 RPM 8 KG -CM.

Sambungan J4 ini memiliki rentang rotasi 90 derajat dan J5 memiliki 360 derajat.

Langkah 8: Gripper

Ini adalah salah satu tugas terberat untuk mendesain. Ini dirancang sedemikian rupa sehingga dapat mengambil sebagian besar objek serta dapat mencengkeram sebagian besar barang di sekitar kita seperti kait pintu, pegangan, palang, dll.

Seperti terlihat pada gambar sebuah roda gigi heliks yang terpasang pada motor menggerakkan roda gigi searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam yang dihubungkan dengan jari-jari untuk membuka dan menutupnya.

Semua bagian gripper ditunjukkan pada gambar terlampir.

Langkah 9: Membuat Pengontrol Boneka untuk Lengan Robot

Pengontrol boneka adalah versi 10 kali yang diperkecil dari lengan robot Aktual. Ini memiliki 4 potensiometer yang dipasang pada 4 sambungan yaitu J1, J2, J3, J4 dan Joint J5 akan dioperasikan dengan tombol tekan untuk rotasi terus menerus (Rotasi gripper untuk setiap operasi)

potensiometer merasakan Sudut rotasi sambungan dan mengirim nilai ini antara 1-1023 ke Nodemcu yang diubah kembali ke 1-360 dan dikirim ke Nodemcu lain melalui wifi. Karena ESP8266 hanya memiliki satu input analog, saya menggunakan multiplexer 4051.

tutorial penggunaan multiplexer 4051 dengan esp8266 -

diagram skematik:

Saya akan menambahkan diagram skema segera setelah saya menyelesaikannya (jika ada yang membutuhkannya segera hubungi saya sampai saat itu)

Kode: (juga disertakan di sini)

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

Langkah 10: Elektronik

Saya melampirkan gambar pekerjaan saat ini. Elektronik Lengkap dan diagram skema belum selesai. Saya akan segera memposting pembaruan sampai saat itu tetap terhubung:)

(Catatan: Proyek ini belum selesai. Saya akan menindaklanjuti pembaruan apa pun di masa mendatang)

Langkah 11: Kode dan Skema di Satu Tempat

Saya akan menyelesaikan skema robot dan kode akhir segera setelah saya menyelesaikannya!