Lengan Robot DIY 6 Sumbu (dengan Motor Stepper): 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Setelah lebih dari satu tahun studi, prototipe dan berbagai kegagalan, saya berhasil membangun robot besi / aluminium dengan 6 derajat kebebasan yang dikendalikan oleh motor stepper.

Bagian yang paling sulit adalah desainnya karena saya ingin mencapai 3 tujuan mendasar:

• Biaya realisasi rendah
• Perakitan mudah bahkan dengan peralatan kecil
• Presisi yang baik saat bergerak

Saya merancang model 3D dengan Rhino beberapa kali sampai (menurut saya) kompromi yang baik yang memenuhi 3 persyaratan.

Saya bukan seorang insinyur dan sebelum proyek ini saya tidak memiliki pengalaman dalam robotika sehingga orang yang lebih berpengalaman dari saya dapat menemukan kekurangan desain dalam apa yang saya lakukan tetapi saya masih dapat mengatakan bahwa saya puas dengan hasil akhir yang saya capai.

Perlengkapan

untuk info lebih lanjut kunjungi blog pribadi saya

Langkah 1: Desain CAD

Sebelum sampai pada model akhir saya merancang setidaknya 8 prototipe berbeda dengan sistem transmisi yang berbeda tetapi tidak ada yang dapat memenuhi 3 persyaratan yang dijelaskan di atas.

Menyatukan solusi mekanis dari semua prototipe yang dibuat (dan juga menerima beberapa kompromi) model akhir keluar. Saya tidak menghitung jam yang saya habiskan di depan CAD tetapi saya dapat meyakinkan Anda bahwa itu benar-benar banyak.

Salah satu aspek yang perlu diingat pada tahap desain adalah bahwa bahkan satu gram ditambahkan ke ujung pergelangan tangan robot dikalikan dengan mengorbankan hambatan torsi motor di pangkalan dan oleh karena itu lebih banyak bobot ditambahkan dan semakin banyak motor harus diperhitungkan untuk menanggung usaha.

Untuk "membantu" mesin menahan tekanan, saya menerapkan piston gas 250N dan 150N.

Saya berpikir untuk mengurangi biaya dengan membuat robot dengan pelat besi potong laser (C40) dan aluminium dengan ketebalan mulai dari 2, 3, 5, 10 mm; pemotongan laser jauh lebih murah daripada penggilingan logam 3D.

Setelah mendesain masing-masing komponen, saya membuat bentuk potongan dalam.dxf dan mengirimkannya ke pusat pemotongan. Semua sisa komponen dibuat sendiri di mesin bubut.

Langkah 2: Persiapan dan Perakitan

Akhirnya tiba saatnya untuk mengotori tangan saya (itulah yang terbaik yang saya lakukan) …

Fase konstruksi telah memakan waktu berjam-jam untuk persiapan potongan, pengarsipan lubang secara manual, sambungan, ulir, dan pembubutan hub. Fakta telah merancang setiap komponen agar dapat bekerja hanya dengan beberapa work tool membuat saya tidak mengalami kejutan besar atau masalah mekanis.

Hal yang paling penting adalah tidak terburu-buru untuk menyelesaikan sesuatu tetapi harus teliti dan mengikuti setiap baris proyek, improvisasi pada tahap ini tidak pernah mengarah pada hasil yang baik.

Menyadari kursi bantalan sangat penting karena setiap sendi bertumpu pada mereka dan bahkan permainan kecil beberapa persen dapat membahayakan keberhasilan proyek.

Saya mendapati diri saya harus mengulang pin karena dengan bubut saya telah menghapus sekitar 5 sen lebih kecil dari lubang bantalan dan ketika saya mencoba memasangnya, permainannya sangat jelas.

Alat yang saya gunakan untuk menyiapkan semua potongan adalah:

• bor tekan
• penggiling / dremel
• gerinda
• berkas manual
• mesin bubut
• kunci bahasa inggris

Saya mengerti bahwa tidak semua orang dapat memiliki mesin bubut di rumah dan dalam hal ini akan perlu untuk menugaskan potongan ke pusat khusus.

Saya telah merancang potongan-potongan itu untuk dipotong dengan laser dengan sambungan yang sedikit lebih banyak agar dapat menyempurnakannya dengan tangan karena laser, betapapun presisinya, menghasilkan potongan kerucut dan penting untuk mempertimbangkannya.

Bekerja dengan file dengan tangan setiap sambungan yang saya buat untuk menghasilkan sambungan yang sangat tepat di antara bagian-bagiannya.

Bahkan lubang di kursi bantalan yang saya buat lebih kecil dan kemudian reaming mereka dengan tangan dengan dremel dan banyak (tapi sangat banyak) kesabaran.

Semua benang saya buat dengan tangan pada mesin bor karena tegak lurus maksimum antara instrumen dan potongan diperoleh. Setelah mempersiapkan setiap bagian, saat kebenaran yang telah lama ditunggu-tunggu telah tiba, perakitan seluruh robot. Saya terkejut menemukan bahwa masing-masing bagian sangat cocok satu sama lain dengan toleransi yang tepat.

Robot sekarang sudah dirakit

Sebelum melakukan hal lain, saya lebih suka melakukan beberapa tes gerakan untuk memastikan bahwa mesin telah dirancang dengan benar, jika saya menemukan masalah dengan mesin, terutama torsi pengencangan mereka, saya akan dipaksa untuk mengulang bagian yang baik dari proyek.

Jadi setelah juga memasang 6 mesin, saya membawa robot berat ke lab loteng saya untuk menyerahkannya ke tes pertama.

Langkah 3: Tes Gerak Pertama

Setelah menyelesaikan bagian mekanik robot, saya segera merakit elektronik dan menghubungkan hanya kabel dari 6 motor. Hasil tes sangat positif, sambungan bergerak dengan baik dan pada sudut yang telah ditentukan, saya menemukan beberapa masalah yang mudah dipecahkan.

Masalah pertama menyangkut sendi no. 3 yang pada perpanjangan maksimum membebani sabuk terlalu banyak dan terkadang menyebabkan hilangnya langkah. Solusi untuk masalah ini telah membawa saya ke berbagai argumen yang akan kita lihat di langkah berikutnya.

Masalah kedua menyangkut sendi no. 4, solusi torsi sabuk tidak terlalu andal dan menghasilkan masalah. Sementara bagian-bagian besi robot mulai membuat titik-titik kecil karat sehingga dengan kesempatan untuk memecahkan masalah saya juga mengambil kesempatan untuk mengecatnya.

Langkah 4: Melukis dan Merakit Kembali

Saya tidak terlalu suka fase melukis tetapi dalam hal ini saya wajib melakukannya karena saya kurang menyukainya.

Pada setrika, saya meletakkan primer yang berfungsi sebagai latar belakang untuk cat fluo merah.

Langkah 5: Perbaikan Bug N.1

Setelah hasil pengujian saya harus melakukan beberapa perubahan untuk meningkatkan akurasi robot. Modifikasi pertama menyangkut sambungan # 3 khususnya ketika dalam kondisi yang paling tidak menguntungkan memberikan traksi sabuk yang berlebihan dan akibatnya mesin selalu di bawah menekankan. Solusinya adalah membantu dengan menerapkan gaya yang berlawanan dengan arah putaran.

Saya menghabiskan sepanjang malam memikirkan apa yang bisa menjadi solusi terbaik tanpa harus melakukan semuanya lagi. Awalnya saya berpikir untuk menerapkan pegas torsi besar tetapi mencari secara online saya tidak menemukan sesuatu yang memuaskan jadi saya memilih piston gas (seperti yang telah saya rancang untuk sambungan # 2), tetapi saya masih harus memutuskan di mana harus meletakkannya karena saya tidak memiliki cukup ruang.

Menyerah sedikit pada estetika, saya memutuskan bahwa tempat terbaik untuk menempatkan piston adalah di samping.

Saya membuat perhitungan pada kekuatan piston yang diperlukan mengingat titik di mana ia harus mengerahkan kekuatan dan kemudian saya memesan di ebay piston 150 N panjang 340 mm kemudian saya merancang dukungan baru untuk dapat memperbaikinya.

Langkah 6: Perbaikan Bug N.2

Perubahan kedua menyangkut joint no. 4 dimana awalnya saya telah merencanakan transmisi dengan sabuk bengkok tetapi saya menyadari bahwa ruang berkurang dan sabuk tidak berfungsi sebaik yang diharapkan.

Saya memutuskan untuk benar-benar mengulang seluruh sambungan dengan merancang bahu sehingga menerima motor dalam arah paralel sehubungan dengan mereka. Dengan modifikasi baru ini sekarang sabuk bekerja dengan benar dan juga lebih mudah untuk mengencangkannya karena saya telah merancang sistem kunci untuk mengencangkan sabuk dengan mudah.

Langkah 7: Elektronik

Elektronik kontrol motor sama dengan yang digunakan untuk CNC 3-sumbu klasik dengan perbedaan bahwa ada 3 driver lagi dan 3 motor lagi untuk dikelola. Semua logika kontrol sumbu dihitung oleh aplikasi, elektronik memiliki tugas tunggal menerima instruksi tentang berapa derajat motor harus berputar sehingga sambungan tidak mencapai posisi yang diinginkan.

Bagian-bagian yang menyusun elektronika adalah:

• Arduino Mega
• n. 6 pengemudi DM542T
• n. 4 Relè
• n. 1 catu daya 24V
• n. 2 Katup solenoid (untuk klem pneumatik)

Di Arduino saya memuat sketsa yang berhubungan dengan mengelola gerakan motor secara bersamaan seperti akselerasi, deselerasi, kecepatan, langkah dan batas maksimum dan diprogram untuk menerima perintah yang akan dieksekusi melalui serial (USB).

Dibandingkan dengan pengontrol gerak profesional yang dapat menghabiskan biaya hingga beberapa ribu euro, Arduino dengan cara kecilnya sendiri membela diri terlalu jelas operasi yang terlalu rumit yang tidak dapat dikelola seperti misalnya multithread yang berguna terutama ketika Anda harus mengelola beberapa mesin secara bersamaan.

Langkah 8: Pertimbangan Perangkat Lunak

Setiap robot memiliki bentuk dan sudut gerakan yang berbeda dan kinematika yang berbeda untuk masing-masing robot. Saat ini untuk menjalankan tes saya menggunakan perangkat lunak Chris Annin (www.anninrobotics.com) tetapi matematika yang ditulis untuk robotnya tidak cocok untuk menambang bahkan beberapa area area kerja yang tidak dapat saya jangkau mereka karena perhitungan sudut tidak lengkap.

Perangkat lunak Annin baik-baik saja sekarang untuk bereksperimen, tetapi saya harus mulai berpikir untuk menulis perangkat lunak saya sendiri yang cocok 100% dengan fisika robot saya. Saya sudah mulai melakukan beberapa tes menggunakan Blender dan menulis bagian Python dari pengontrol gerak dan sepertinya solusi yang baik, ada beberapa aspek untuk dikembangkan tetapi kombo ini (Blender + Ptyhon) sangat mudah diterapkan, terutama mudah untuk merencanakan dan mensimulasikan gerakan tanpa robot di depan Anda.

Langkah 9: Penjepit Pneumatik

Untuk bisa membawa benda ke robot saya sudah melengkapinya dengan penjepit pneumatik.

Secara pribadi saya tidak suka tang dengan servos, mereka tidak memberi saya banyak kepercayaan pada segel jadi saya berpikir bahwa penjepit pneumatik yang secara khusus menyesuaikan tekanan dapat memenuhi semua kebutuhan.

Dengan profil aluminium persegi saya memodifikasi penjepit untuk mengambil benda kecil dan benda besar.

Nanti kalau ada waktu, saya akan mengumpulkan semua informasi tentang proyek tersebut sehingga saya bisa mengunduhnya.

Saya harap Anda menikmati instruksi ini.