मोस्ली 3डी-प्रिंटेड रोबोटिक आर्म जो कठपुतली नियंत्रक की नकल करता है: 11 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

मैं भारत से मैकेनिकल इंजीनियरिंग का छात्र हूं और यह मेरा अंडरग्रेजुएट डिग्री प्रोजेक्ट है।

यह परियोजना एक कम लागत वाली रोबोटिक भुजा विकसित करने पर केंद्रित है जो ज्यादातर 3 डी प्रिंटेड है और इसमें 2 फिंगर ग्रिपर के साथ 5 डीओएफ हैं। रोबोटिक आर्म को कठपुतली नियंत्रक से नियंत्रित किया जाता है, जो रोबोटिक आर्म का एक डेस्कटॉप मॉडल है, जिसमें स्वतंत्रता की समान डिग्री होती है, जिसके जोड़ सेंसर से लैस होते हैं। कंट्रोलर को हाथ से चलाने से रोबोटिक आर्म मास्टर-स्लेव फैशन में मूवमेंट की नकल करता है। सिस्टम डेटा ट्रांसमिशन माध्यम के रूप में ESP8266 वाईफाई मॉड्यूल का उपयोग करता है। मास्टर-स्लेव ऑपरेटर इंटरफ़ेस रोबोटिक आर्म मैनिपुलेशन के लिए सीखने में आसान विधि प्रदान करता है। Nodemcu(Esp8266) का उपयोग माइक्रोकंट्रोलर के रूप में किया जाता है।

इस परियोजना के पीछे उद्देश्य कम लागत वाले रोबोट का विकास था जिसका उपयोग शैक्षिक उद्देश्य के लिए किया जा सकता है। दुर्भाग्य से, ऐसी रोबोट तकनीक की पहुंच जो आधुनिक दुनिया में क्रांति ला रही है, केवल कुछ संस्थानों तक ही सीमित है। हमारा लक्ष्य इस परियोजना को खुला स्रोत विकसित करना और बनाना है ताकि व्यक्ति इसे स्वयं बना सकें, संशोधित कर सकें और इसका पता लगा सकें। कम लागत और पूरी तरह से खुला स्रोत होने के कारण, यह साथी छात्रों को इस क्षेत्र को सीखने और तलाशने के लिए प्रेरित कर सकता है।

मेरे प्रोजेक्ट साथी:

• शुभम लेखी
• निखिल कोरे
• पलाश लोनारे

को विशेष धन्यवाद:

• आकाश नरखेड़े
• राम बोकाडे
• अंकित कोर्डे

इस परियोजना में उनकी मदद के लिए।

अस्वीकरण: मैंने कभी भी इस परियोजना के बारे में एक ब्लॉग या शिक्षाप्रद लिखने की योजना नहीं बनाई है, जिसके कारण मेरे पास अभी इसे दस्तावेज करने के लिए पर्याप्त डेटा नहीं है। यह प्रयास परियोजना के शुरू होने के लंबे समय बाद किया गया है। फिर भी मैंने यथासंभव अधिक से अधिक विवरण लाने की बहुत कोशिश की। इसे और अधिक समझने योग्य बनाने के लिए। आप इसे कुछ बिंदुओं पर अपूर्ण पा सकते हैं … आशा है कि आप समझ गए होंगे:)

चरण 1: तो, यह कैसे काम करता है?

इस परियोजना के बारे में मेरे लिए यह सबसे रोमांचक बात है।

(मैं यह दावा नहीं करता कि यह व्यावसायिक उद्देश्य के लिए इसका उपयोग करने के लिए कुशल या सही तरीका है, यह केवल शैक्षिक उद्देश्य के लिए है)

आपने सर्वो मोटर्स वाले सस्ते रोबोट देखे होंगे जो सिर्फ प्रदर्शन के लिए होते हैं। दूसरी ओर प्लेनेटरी गियरबॉक्स आदि के साथ महंगे स्टेपर मोटर रोबोट होते हैं। लेकिन यह रोबोट उनके बीच एक संतुलन है।

तो, यह अलग कैसे है?

निर्माण:

कम शक्ति और उच्च लागत वाली स्टेपर मोटर का उपयोग करने के बजाय मैंने डीसी मोटर्स का उपयोग किया, लेकिन जैसा कि हम जानते हैं कि डीसी मोटर्स में फीडबैक कंट्रोल सिस्टम नहीं है और सीधे स्थिति नियंत्रण के लिए उपयोग नहीं किया जा सकता है, मैंने फीडबैक/पोजिशन सेंसर के रूप में एक पोटेंशियोमीटर जोड़कर उन्हें सर्वो मोटर्स में कवर किया।

अब काम की सरलता के लिए मैंने जो किया वह था, मैंने सस्ते 9g सर्वो स्ट्रिप को इसकी सर्किटरी से अलग कर दिया और इसकी डीसी मोटर को उच्च टोक़ डीसी मोटर और इसके छोटे बर्तन के साथ रोबोट के लिए बदल दिया। ऐसा करने से मुझे डिफ़ॉल्ट लाइब्रेरी का उपयोग करने में मदद मिली। arduino आप विश्वास नहीं कर सकते कि सरलीकृत कोडिंग बहुत कुछ है!

5V सर्वो चिप के साथ 12V डीसी मोटर चलाने के लिए मैंने L298N मोटर ड्राइवर मॉड्यूल का उपयोग किया जो एक साथ 2 मोटर चला सकता है। मॉड्यूल में 4 इनपुट पिन IN1 से IN4 है जो मोटर रोटेशन की दिशा तय करता है। जहां IN1 और IN2 पहली मोटर और IN3 से मेल खाती है, IN4 से दूसरी मोटर। इसलिए सर्वो चिप (मूल रूप से छोटी डीसी मोटर) के आउटपुट टर्मिनल (2) L298N मॉड्यूल आउटपुट के IN1 और IN2 से जुड़े होते हैं, जिनमें से 12V डीसी मोटर से जुड़ा होता है।

काम में हो:

इस तरह जब मोटर शाफ्ट लक्ष्य स्थिति पर नहीं होता है तो पोटेंशियोमीटर सर्वो चिप को कोण मान भेजता है जो L298N मॉड्यूल को Cw या CCW ड्राइव करने के लिए आदेश देता है, बदले में 12V डीसी मोटर माइक्रोकंट्रोलर से प्राप्त कमांड के अनुसार बदल जाता है।

योजनाबद्ध चित्र में दिखाया गया है (केवल 1 मोटर के लिए)

हमारे मामले में कमांड (संयुक्त कोण मान) कठपुतली नियंत्रक के माध्यम से भेजा जाता है जो वास्तविक रोबोट की कॉपी को 10 गुना कम किया जाता है और प्रत्येक संयुक्त पर पोटेंशियोमीटर जुड़ा होता है। नोडेमकू (ईएसपी ८२६६ से अधिक)। रोबोट जॉइंट जिस पर हर जॉइंट मोटर कब्जा करने की कोशिश करती है।

प्रत्येक जोड़ पर एक पोटेंशियोमीटर बेल्ट पुली मैकेनसिम के माध्यम से संयुक्त शाफ्ट से जुड़ा होता है। जब जोड़ घूमता है तो पोटेंशियोमीटर एक साथ घूमता है और संयुक्त कोण की वर्तमान स्थिति के बारे में प्रतिक्रिया देता है (ऊपर चित्रों में दिखाया गया है)

चरण 2: प्रयुक्त घटक:

जैसा कि मैंने कहा कि मैं अभी भी काम कर रहा हूं और इसे दिन-ब-दिन सुधार रहा हूं, ये घटक भविष्य के कुछ अद्यतनों में भिन्न हो सकते हैं।

मेरा लक्ष्य इसे यथासंभव किफायती बनाना था इसलिए मैंने बहुत चुनिंदा घटकों का उपयोग किया। यह आर्म टिल डेट में उपयोग किए जाने वाले प्रमुख घटकों की सूची है (मैं इसे भविष्य में अपडेट करता रहूंगा)

1. Esp8266 (2x)
2. डीसी मोटर्स (विभिन्न विशिष्टताओं के टोक़ और गति, 5x)
3. L298N मोटर चालक मॉड्यूल (2x)
4. पोटेंशियोमीटर (8x)
5. एल्यूमिनियम चैनल (30x30, 1 मीटर)
6. विविध हार्डवेयर

चरण 3: गणना और आर्म डिज़ाइन

बांह को डिजाइन करने के लिए मैंने कैटिया v5 सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल किया। डिजाइन प्रक्रिया शुरू करने से पहले पहली बात यह थी कि लिंक की लंबाई और टॉर्क की गणना की जाए जिसे प्रत्येक जोड़ को बनाए रखना है।

पहले मैंने कुछ मान्यताओं के साथ शुरुआत की जिसमें शामिल हैं:

1. रोबोट के लिए अधिकतम पेलोड 500 ग्राम (1.1 पौंड) होगा
2. रोबोट की कुल पहुंच 500 मिमी. होगी
3. रोबोट का वजन 3 किलो से अधिक नहीं होगा।

लिंक लंबाई गणना

इसे जारी रखते हुए मैंने शोध पत्र "I. M. H. van Haaren द्वारा एक रोबोटिक आर्म का डिज़ाइन" के संदर्भ में लिंक लंबाई की गणना की।

आई.एम.एच. वैन हारेन ने एक उत्कृष्ट उदाहरण दिया कि कैसे उन्होंने एक जैविक संदर्भ का उपयोग करके लिंक लंबाई निर्धारित की जिसमें प्रमुख शरीर खंडों की लंबाई कुल ऊंचाई के अंश के रूप में व्यक्त की जाती है। यह अंजीर में दिखाया गया है।

गणना के बाद लिंक की लंबाई निकली

एल१=२७४ मिमी

एल२=२१५मिमी

एल ३ = १६० मिमी

ग्रिपर लंबाई = 150 मिमी

टोक़ गणना:

टोक़ की गणना के लिए मैंने इंजीनियरिंग में लागू किए गए टोक़ और क्षणों की बुनियादी अवधारणाओं का उपयोग किया।

गतिशील गणनाओं में जाने के बिना मैंने कुछ बाधाओं के कारण केवल स्थिर टोक़ गणनाओं पर आराम किया।

टी = एफएक्सआर के रूप में 2 प्रमुख खिलाड़ी हैं, यानी हमारे मामले में लोड (द्रव्यमान) और लिंक की लंबाई। चूंकि लिंक की लंबाई पहले से ही निर्धारित है, अगली बात घटकों के वजन का पता लगाना है। इस स्तर पर मुझे यकीन नहीं था कि मैं कैसे पा सकता हूं वास्तव में इसे मापने के बिना प्रत्येक घटक का वजन।

इसलिए, मैंने ये गणना पुनरावृत्तियों में की।

1. मैंने एल्युमिनियम चैनल को इसकी पूरी लंबाई में एक समान सामग्री के रूप में माना और कुल 1 मीटर पेइस की लंबाई के साथ विभाजित किया, जिसका मैं उपयोग करने जा रहा था।
2. जोड़ों के लिए, मैंने कुल रोबोट वजन धारणा के आधार पर प्रत्येक संयुक्त (मोटर वजन + 3 डी मुद्रित भाग का वजन + अन्य) के लिए कुछ मान ग्रहण किए।
3. पिछले 2 चरणों ने मुझे पहला पुनरावृत्ति संयुक्त टोक़ मान दिया। इन मूल्यों के लिए मैंने अन्य चश्मे और वजन के साथ इंटरनेट पर उपयुक्त मोटरों का पता लगाया।
4. दूसरे पुनरावृत्ति में मैंने मोटर्स के मूल भार का उपयोग किया (जो मुझे तीसरे चरण में पता चला) और फिर से प्रत्येक जोड़ के लिए स्थिर टॉर्क की गणना की।
5. यदि चरण 4 में अंतिम टोक़ मान चरण 3 में चयनित मोटर्स के लिए उपयुक्त थे, तो मैंने उस मोटर को अंतिम रूप दिया अन्यथा चरण 3 और 4 को तब तक दोहराएं जब तक कि तैयार किए गए मान वास्तविक मोटर स्पेक्स को पूरा न करें।

हाथ डिजाइन:

यह इस पूरी परियोजना का सबसे कठिन काम था और इसे डिजाइन करने में लगभग एक महीने का समय लगा। वैसे मैंने सीएडी मॉडल की तस्वीरें संलग्न की हैं। मैं इन सीएडी फाइलों को यहां डाउनलोड करने के लिए एक लिंक छोड़ूंगा:

चरण 4: 3D भागों को प्रिंट करना

सभी हिस्से ज्यादातर जोड़ होते हैं जो १००x१००x१०० मिमी प्रिंट क्षेत्र के साथ ९९$ प्रिंटर पर ३डी प्रिंटेड होते हैं (हाँ यह सच है !!)

प्रिंटर: आसान थ्रीडी X1

मैंने स्लाइसर से प्रमुख भागों की तस्वीरें शामिल की हैं और मैं सभी भागों सीएडी फ़ाइल कैटफाइल के साथ-साथ एसटीएल से लिंक करूंगा ताकि आप अपनी इच्छानुसार डाउनलोड और संपादित कर सकें।

चरण 5: कंधे की संयुक्त विधानसभा (संयुक्त J1 और J2)

बेस पुली को एक अलग प्रिंटर पर प्रिंट किया गया था क्योंकि यह 160 मिमी व्यास का था। मैंने बीशोल्डर जॉइंट को इस तरह से डिजाइन किया था कि इसे बेल्ट पुली या गियर पिनियन मैकेनिज्म के साथ चलाया जा सकता है (जिसे आप तस्वीरों में देख सकते हैं। ऊपर। नीचे का हिस्सा वह जगह है जहां बेयरिंग फिट होती है जो फिर एक केंद्रीय शाफ्ट पर एक प्लेटफॉर्म पर लगाई जाती है जो हाथ को स्थानांतरित करने के लिए बनाई जाती है (टैंक, भविष्य में इससे अधिक)।

बड़ा गियर (चित्र में पीला) नट बोल्ट के साथ एल्यूमीनियम चैनल पर लगाया जाता है जिसके माध्यम से 8 मिमी स्टील शाफ्ट गुजरता है जिसके बारे में 2 संयुक्त चलता है। पहले जोड़ पर गियर अनुपात 4: 1 है और दूसरे जोड़ का 3.4: 1 है

चरण 6: कोहनी और जोड़ (संयुक्त J3)

(कुछ चित्र निर्माण के बाद हैं क्योंकि मेरे पास पूर्ण प्रक्रिया चित्र नहीं हैं)

कोहनी का जोड़ कंधे के जोड़ के बाद में से एक है। यह 2 टुकड़ों का जोड़ है, जो एक को जोड़ने से जुड़ा है और दूसरा 2 को जोड़ने के लिए।

पीस 1 में ड्राइविंग पिनियन के साथ एक डीसी मोटर है और पीस 2 में बड़ा गियर जुड़ा हुआ है और शाफ्ट का समर्थन करने के लिए बियरिंग की जोड़ी है। गियर अनुपात J2 यानी 3.4: 1 के समान है लेकिन मोटर 12.5 KG-CM 60 RPM है।

ज्वाइंट J3 में 160 डिग्री की गति होती है।

चरण 7: कलाई का जोड़ (संयुक्त J4 और J5)

(कुछ छवियों को बनाने के बाद बनाया गया है क्योंकि मेरे पास पूरी प्रक्रिया छवियां नहीं हैं)

कोहनी के जोड़ के बाद कलाई का जोड़ होता है। इसमें फिर से पिछले लिंक (यानी लिंक 2) पर 2 टुकड़े होते हैं और एक में J5 मोटोट होता है जो कलाई के संयोजन को घुमाता है। गियर अनुपात 1.5: 1 है और डीसी मोटर का उपयोग 10 आरपीएम 8 केजी है। -से। मी।

इस संयुक्त J4 में 90 डिग्री रोटेशन की रेंज है और J5 में 360 डिग्री है।

चरण 8: ग्रिपर

यह डिजाइन करने के लिए सबसे कठिन काम में से एक था। इसे इस तरह से डिजाइन किया गया था कि यह अधिकांश वस्तुओं को उठा सकता है और साथ ही हमारे आस-पास के अधिकांश सामान जैसे दरवाजे की कुंडी, हैंडल, बार आदि को पकड़ सकता है।

जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, मोटर ड्राइव से जुड़ा एक पेचदार गियर दक्षिणावर्त या काउंटर क्लॉकवाइज गियर से जुड़ा होता है जो उन्हें खोलने और बंद करने के लिए उंगलियों से जुड़ा होता है।

ग्रिपर के सभी हिस्सों को संलग्न छवि में दिखाया गया है।

चरण 9: रोबोटिक आर्म के लिए कठपुतली नियंत्रक बनाना

कठपुतली नियंत्रक वास्तविक रोबोटिक आर्म का सटीक 10 गुना छोटा संस्करण है। इसमें 4 पोटेंशियोमीटर हैं जो 4 जोड़ों पर लगे हैं, जैसे कि J1, J2, J3, J4 और संयुक्त J5 निरंतर रोटेशन के लिए एक पुश बटन के साथ संचालित किया जाएगा (किसी के लिए ग्रिपर का रोटेशन) कार्यवाही)

पोटेंशियोमीटर जोड़ों के रोटेशन के कोण को समझते हैं और इस मान को 1-1023 के बीच Nodemcu को भेजते हैं जो कि 1-360 में वापस परिवर्तित हो जाता है और वाईफाई पर दूसरे Nodemcu को भेज दिया जाता है। चूंकि ESP8266 में केवल एक एनालॉग इनपुट है, मैंने 4051 मल्टीप्लेक्सर का उपयोग किया है।

esp8266 के साथ 4051 मल्टीप्लेक्सर का उपयोग करने के लिए ट्यूटोरियल -

योजनाबद्ध आरेख:

जैसे ही मैं इसे पूरा करूँगा मैं एक योजनाबद्ध आरेख जोड़ूंगा (यदि किसी को इसकी आवश्यकता है तो तत्काल मुझसे संपर्क करें)

कोड: (यहां भी शामिल है)

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

चरण 10: इलेक्ट्रॉनिक्स

मैं वर्तमान कार्य की तस्वीरें संलग्न कर रहा हूं। पूर्ण इलेक्ट्रॉनिक्स और योजनाबद्ध आरेख अभी तक पूरा नहीं हुआ है। मैं जल्द ही अपडेट पोस्ट करूंगा जब तक कि जुड़े रहें:)

(नोट: यह परियोजना अभी पूरी नहीं हुई है। मैं भविष्य में किसी भी अपडेट का पालन करूंगा)

चरण 11: एक ही स्थान पर कोड और योजनाबद्ध

जैसे ही मैं इसे पूरा करूँगा, मैं पूर्ण रोबोट योजनाबद्ध और अंतिम कोड करूँगा!