Висока петица! - роботизирана ръка: 5 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Един ден в нашия клас „Принципи на инженерството“ние се заехме да конструираме сложни машини от части VEX. Когато започнахме да изграждаме механизмите, се борехме да управляваме множество сложни компоненти, които трябваше да бъдат събрани заедно. Ако можеше някой да ни помогне …

Ето защо ние, трима ученици от гимназията в Ървингтън в класа на г -жа Бербави, решихме да проектираме и изградим роботизирана ръка от нулата! С финансова оценка от $ 150 за този S. I. D. E. Проект, успяхме да закупим всички необходими материали, като останахме добре под бюджета. Крайният продукт се състои от Arduino Mega, серво микроконтролер, който задвижва 5 сервомотора, всеки от които е свързан с 3D отпечатан пръст, който е в състояние да се движи индивидуално с реалистични фуги.

Това беше много амбициозен проект, като се има предвид, че всички членове на екипа са ученици от гимназията с натоварени програми за младша година и нямат предишен опит в изцяло проектирането на проект, базиран на електроника, от основата нагоре. Докато членовете на нашия екип имат предишен опит в компютърното проектиране и програмиране, проектът ни отвори очите за потенциалното използване на хардуера и софтуера на Arduino по начин, който може да помогне на хората да изпълняват ежедневните си задачи.

3D моделиране и дизайн от Патрик Динг

Документация и кодиране на Arduino от Ашвин Натампали

Кодиране, схеми и инструкции на Arduino от Сандеш Шреста

Стъпка 1: CADing

Първата и най -трудна стъпка към този проект е създаването на 3D модели на ръката с пръсти. За да направите това, използвайте Autodesk Inventor или Autodesk Fusion 360 (Използвахме първия).

Използвайте файлове с части, за да създадете отделни CAD файлове за дланта, сегментите на пръстите, върховете на пръстите и сегмента на малките пръсти. Това ни отне 2-3 ревизии на част, за да работи гладко ставите и сервоуправленията.

Дизайнът може да бъде с какъвто и да е размер и форма, които желаете, стига пътят на низа да позволява плавна работа с пръсти и пръстите да не се сблъскват помежду си. Също така се уверете, че пръстите могат да се срутят напълно за затворен юмрук.

За да се реши проблемът със смущенията на струните и неефективните пътища, както открихме в първата ни версия, бяха добавени контури, водачи на низове и тунели, така че низът да може лесно да се издърпа и разхлаби.

Ето нашите финализирани мултивюта и.stl CAD файлове за всяка част.

Стъпка 2: 3D печат

След като завършите CAD файловете, използвайте 3D принтер, за да ги оживите. Този етап може да се повтори няколко пъти, ако създаденият от вас дизайн има някои проблеми.

За 3D печат първо експортирайте CAD файловете като STL файлове. За да направите това в Autodesk Inventor, щракнете върху падащото меню Файл и задръжте курсора на мишката върху Експорт. От изскачащата колона изберете CAD формат. Менюто на Windows File Explorer ще ви позволи да изберете.stl файл от падащото меню и да изберете място за файла.

След като файлът е готов за импортиране в софтуера на 3D принтера, конфигурирайте опциите за печат по ваш вкус или следвайте нашата конфигурация. Софтуерът за 3D принтер варира от марка до марка, затова се консултирайте с онлайн ръководства или ръководството за навигация в техния софтуер. За наша ръка използвахме LulzBot Mini поради наличието му в обстановката на нашия клас.

Стъпка 3: Монтаж

След като всички части са 3D отпечатани успешно с отстранени салове и опори (ако има такива), тогава всяка част трябва да бъде подготвена, за да започне сглобяването.

Тъй като 3D принтерите не са много прецизни и могат да възникнат малки несъвършенства, използвайте файл или шкурка или дремел с приставка за шлайфане, за да изгладите определени лица. За най -гладкото свързване, фокусирайте се върху фугите и точките на пресичане, за да изгладите за оптимални връзки. Понякога нишковите тунели в сегменти на пръсти и други части могат да се вложат или да бъдат несъвършени. За да се преборите с големите несъответствия, използвайте бормашина с бормашина 3/16in, за да пробиете тунелите.

За най -лесното струниране на струни, съберете всеки пръст, насочете низа през тунелите и завържете низа в краищата. Преди да слеете всеки пръст към дланта, прокарайте връвта през направляващите бримки, една през горния отвор и една през долната, върху дланта и я прикрепете към противоположните краища на включените серво серво. След като дължините са правилни, свържете пръстите към дланта.

Както е показано на снимката по -горе, поставете винтове m4x16 във всяко съединение, за да държите пръста заедно. Повторете всеки процес на изграждане на пръстите за всички пръсти, като използвате мизинестите сегменти за мизинцето.

Стъпка 4: Схема на Arduino

След като скелетът е сглобен, сега мускулите и мозъкът трябва да бъдат интегрирани. За да стартираме всички сервомотори едновременно, трябва да използваме контролер за мотор PCA 9685 от Adafruit. Този контролер изисква външно захранване, за да захранва сервомоторите. Използването на този контролер и неговата собствена библиотека за кодиране можете да намерите тук.

Когато свързвате Arduino към контролера, уверете се, че записвате изходите на щифтове. Ако използвате Arduino Mega, това няма да е необходимо. Във всички случаи обаче се уверете, че записвате на кои портове на контролера на двигателя са монтирани сервомоторите.

За да управлявате сервомоторите и ръчно с помощта на IR дистанционно, просто добавете IR приемника и свържете захранването и земята към Arduino с кабела за данни към цифровите портове. Проверете контакта на вашия IR приемник, за да се уверите, че кабелите са правилни. Показан е пример за нашата верига.

За да създадете тази верига, първо свържете всяко серво към портове 3, 7, 11, 13 и 15 на платката за управление на серво мотора. Прикрепете цялата дъска с петте щифта отдолу към дъска.

С помощта на джъмперни кабели свържете 5V захранването и заземяването на Arduino към една захранваща шина на макета (Уверете се, че сте маркирали или запомнете коя страна има 5V от Arduino!). Това ще захранва IR сензора и контролера на двигателя. Свържете 6V захранващ блок към другата захранваща шина. Това ще захранва сервомоторите.

Поставете всички 3 щифта на IR сензора в чертежа. Свържете захранването и земята към 5V шината, а изходът към цифров извод 7.

Тъй като използваме Arduino Mega, портовете SDA и SCL на контролера на двигателя ще бъдат свързани със SDA и SCL портовете на Arduino. VCC и наземните портове ще се свържат към 5V шината.

Когато акумулаторната батерия е свързана към собствената си захранваща шина, използвайте джъмперни кабели и малка отвертка с плоска глава, за да осигурите захранването на серво моторите през зелената входяща глава.

Уверете се, че всички връзки са здрави и проверете отново всички кабелни линии с прикрепената верига TinkerCAD.

Стъпка 5: Кодиране

Последната стъпка, преди тази ръка да бъде пусната в експлоатация, е да кодирате Arduino. Тъй като тази ръка използва контролера на двигателя PCA 9685, първо трябва да инсталираме библиотеката, което може да се направи в кодиращата среда на Arduino. След инсталирането инсталирайте и библиотеката IRremote за функционалност IR Remote.

В нашия код дефинициите на всеки бутон на IR дистанционното са показани с 8 -цифрени кодове. Те бяха открити с помощта на програмата IRRecord, която отпечатва на серийния монитор 8 -цифрения код на всеки бутон.

Приложена е както програмата IRRecord, така и финализираната програма за ръчно управление.

В началото на кода включете библиотеки IRremote, Wire и Adafruit_PWMServoDriver.

След това използвайте резултатите от IRRecord, за да определите всеки бутон на IR дистанционното управление. Въпреки че всички не са необходими (необходими са само 10), всички имат възможност за бързо разширяване (добавяне на функции и предварително зададени жестове) за в бъдеще. Създайте PWM с помощта на функцията на серво драйвера и задайте сервомоторите на щифтове на контролера на двигателя. Използвайте същите стойности на SERVOMAX/MIN, както е показано. Присвойте цифровия входен извод на IR сензора като 7 и инициализирайте.

Декларирайте функцията за настройка с инициализиране на Serial с скорост на предаване 9600. Активирайте IR сензора и стартирайте серво със серво честота 60Hz.

Накрая създайте превключвател if/else въз основа на входящото предаване на IR дистанционното във функцията за цикъл. След това създайте превключвател/калъф със случаи на всеки бутон на дистанционното управление, който ще се използва. Те могат да бъдат променени за предпочитаните от вас контроли. За всеки случай отпечатайте бутона, натиснат към серийния монитор за отстраняване на грешки, и използвайте цикъл for, за да преместите серво. След като всички случаи са създадени, не забравяйте да възобновите IR сензора за повече входящи сигнали, преди да затворите цикъла. Кодирането на сервомоторите чрез платката за управление на двигателя може да бъде намерено на