DIY रोबोट आर्म 6 एक्सिस (स्टेपर मोटर्स के साथ): 9 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

एक साल से अधिक के अध्ययन, प्रोटोटाइप और विभिन्न विफलताओं के बाद मैं स्टेपर मोटर्स द्वारा नियंत्रित 6 डिग्री स्वतंत्रता के साथ एक लोहे / एल्यूमीनियम रोबोट का निर्माण करने में कामयाब रहा।

सबसे कठिन हिस्सा डिजाइन था क्योंकि मैं 3 मौलिक उद्देश्यों को प्राप्त करना चाहता था:

• कम प्राप्ति लागत
• छोटे उपकरणों के साथ भी आसान असेंबली
• चलते समय अच्छी सटीकता

मैंने राइनो के साथ 3डी मॉडल को कई बार डिजाइन किया जब तक कि (मेरी राय में) एक अच्छा समझौता जो 3 आवश्यकताओं को पूरा करता हो।

मैं एक इंजीनियर नहीं हूं और इस परियोजना से पहले मुझे रोबोटिक्स में कोई अनुभव नहीं था, इसलिए मुझसे अधिक अनुभवी व्यक्ति को मेरे द्वारा किए गए डिजाइन में खामियां मिल सकती थीं, लेकिन मैं अभी भी कह सकता हूं कि मैंने जो अंतिम परिणाम हासिल किया है, उससे मैं संतुष्ट हूं।

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चरण 1: सीएडी डिजाइन

अंतिम मॉडल पर पहुंचने से पहले मैंने अलग-अलग ट्रांसमिशन सिस्टम के साथ कम से कम 8 अलग-अलग प्रोटोटाइप तैयार किए लेकिन कोई भी ऊपर वर्णित 3 आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सका।

बनाए गए सभी प्रोटोटाइप (और कुछ समझौतों को स्वीकार करते हुए) के यांत्रिक समाधानों को एक साथ रखकर अंतिम मॉडल सामने आया। मैंने सीएडी के सामने बिताए घंटों की गिनती नहीं की, लेकिन मैं आपको आश्वस्त कर सकता हूं कि वे वास्तव में बहुत अधिक थे।

डिजाइन चरण में ध्यान में रखने के लिए एक पहलू यह है कि रोबोट की कलाई के अंत में जोड़ा गया एक ग्राम भी आधार पर मोटर्स के टोक़ प्रतिरोध की कीमत पर गुणा किया जाता है और इसलिए अधिक वजन जोड़ा जाता है और अधिक मोटर्स प्रयास को सहने के लिए गणना की जानी चाहिए।

तनाव का सामना करने के लिए इंजनों को "मदद" करने के लिए मैंने 250N और 150N के गैस पिस्टन लगाए।

मैंने 2, 3, 5, 10 मिमी की मोटाई के साथ लेजर-कट आयरन प्लेट्स (C40) और एल्यूमीनियम के साथ रोबोट बनाकर लागत कम करने के बारे में सोचा; 3डी मेटल मिलिंग की तुलना में लेजर कटिंग काफी सस्ती है।

प्रत्येक व्यक्तिगत घटक को डिजाइन करने के बाद, मैंने.dxf में टुकड़ों के आकार बनाए और उन्हें काटने के केंद्र में भेज दिया। बाकी सभी कंपोनेंट्स लेथ में खुद से बनाए गए थे।

चरण 2: तैयारी और विधानसभा

अंत में मेरे हाथों को गंदा करने का समय आ गया है (यही मैं सबसे अच्छा करता हूं) …

निर्माण चरण में टुकड़ों की तैयारी, छिद्रों की मैन्युअल फाइलिंग, जोड़ों, धागों और हब के मोड़ के लिए कई घंटे का काम लिया गया है। केवल कुछ काम करने वाले उपकरणों के साथ काम करने में सक्षम होने के लिए हर एक घटक को डिजाइन करने के तथ्य ने मुझे कोई बड़ा आश्चर्य या यांत्रिक समस्या नहीं होने दी है।

सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि चीजों को खत्म करने के लिए जल्दबाजी न करें बल्कि ईमानदार रहें और परियोजना की हर एक पंक्ति का पालन करें, इस स्तर पर सुधार करने से कभी भी अच्छे परिणाम नहीं मिलते हैं।

असर वाली सीटों को महसूस करना अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि प्रत्येक जोड़ उन पर टिका होता है और यहां तक कि कुछ प्रतिशत का एक छोटा सा खेल भी परियोजना की सफलता से समझौता कर सकता है।

मैंने खुद को पिनों को फिर से करने के लिए पाया क्योंकि खराद के साथ मैंने असर वाले छेद से लगभग 5 सेंट छोटा हटा दिया था और जब मैंने इसे माउंट करने की कोशिश की तो खेल राक्षसी रूप से स्पष्ट था।

सभी टुकड़ों को तैयार करने के लिए मैंने जिन उपकरणों का उपयोग किया है वे हैं:

• छेदन यंत्र दबाना
• ग्राइंडर / डरमेल
• सान
• मैनुअल फ़ाइल
• खराद
• अंग्रेजी कुंजी

मैं समझता हूं कि हर किसी के पास घर पर खराद नहीं हो सकता है और इस मामले में टुकड़ों को एक विशेष केंद्र को चालू करना आवश्यक होगा।

मैंने टुकड़ों को थोड़ा अधिक प्रचुर मात्रा में जोड़ों के साथ लेजर कट के रूप में डिजाइन किया था ताकि उन्हें हाथ से परिपूर्ण करने में सक्षम हो क्योंकि लेजर, हालांकि यह सटीक हो सकता है, एक शंक्वाकार कट उत्पन्न करता है और इस पर विचार करना आवश्यक है।

भागों के बीच एक बहुत ही सटीक युग्मन उत्पन्न करने के लिए मेरे द्वारा बनाए गए प्रत्येक जोड़ को हाथ से फ़ाइल के साथ काम करना।

यहां तक कि असर वाली सीटों के छेदों को भी मैंने छोटा कर दिया था और फिर उन्हें ड्रेमेल और बहुत सारे (लेकिन वास्तव में बहुत) धैर्य के साथ हाथ से फिर से तैयार किया।

ड्रिल प्रेस पर मैंने हाथ से बनाए गए सभी धागे क्योंकि उपकरण और टुकड़े के बीच अधिकतम लंबवतता प्राप्त की जाती है। प्रत्येक टुकड़ा तैयार करने के बाद सच्चाई का लंबे समय से प्रतीक्षित क्षण आ गया है, पूरे रोबोट की सभा। मुझे यह जानकर आश्चर्य हुआ कि प्रत्येक टुकड़ा सही सहनशीलता के साथ दूसरे में बिल्कुल फिट बैठता है।

रोबोट अब सब इकट्ठा हो गया है

कुछ और करने से पहले, मैंने यह सुनिश्चित करने के लिए कुछ आंदोलन परीक्षण करना पसंद किया कि इंजनों को ठीक से डिज़ाइन किया गया है, अगर मुझे इंजनों के साथ कोई समस्या मिलती है, विशेष रूप से उनके कसने वाले टोक़, तो मुझे परियोजना के एक अच्छे हिस्से को फिर से करने के लिए मजबूर किया जाएगा।

इसलिए 6 इंजनों को माउंट करने के बाद भी मैं भारी रोबोट को अपनी अटारी प्रयोगशाला में ले गया ताकि इसे पहले परीक्षणों में जमा किया जा सके।

चरण 3: पहला मोशन टेस्ट

रोबोट के यांत्रिक भाग को पूरा करने के बाद मैंने जल्दी से इलेक्ट्रॉनिक्स को इकट्ठा किया और केवल 6 मोटर्स के केबलों को जोड़ा। परीक्षण के परिणाम बहुत सकारात्मक थे, जोड़ अच्छी तरह से चलते हैं और पूर्व-स्थापित कोणों में, मैंने आसानी से हल की गई कुछ समस्याओं की खोज की.

पहली समस्या संयुक्त संख्या से संबंधित है। 3 जो अधिकतम विस्तार पर बेल्ट को बहुत अधिक अधिभारित करता है और कभी-कभी चरणों के नुकसान का कारण बनता है। इस समस्या के समाधान ने मुझे विभिन्न तर्कों के लिए प्रेरित किया है जो हम अगले चरण में देखेंगे।

दूसरी समस्या संयुक्त संख्या से संबंधित है। 4, बेल्ट मरोड़ का समाधान बहुत विश्वसनीय और उत्पन्न समस्याएं नहीं थी। इस बीच रोबोट के लोहे के हिस्से जंग के छोटे-छोटे बिंदु बनाने लगे थे इसलिए समस्याओं को हल करने के अवसर के साथ मैंने इसे पेंट करने का अवसर भी लिया।

चरण 4: चित्रकारी और पुन: संयोजन

मुझे पेंटिंग का चरण विशेष रूप से पसंद नहीं है लेकिन इस मामले में मैं इसे करने के लिए बाध्य हूं क्योंकि मैं इसे और भी कम प्यार करता हूं।

लोहे पर मैंने पहले एक प्राइमर लगाया जो लाल फ्लू पेंट के लिए पृष्ठभूमि के रूप में कार्य करता है।

चरण 5: बग फिक्स N.1

परीक्षण के परिणामों के बाद मुझे रोबोट की सटीकता में सुधार करने के लिए कुछ बदलाव करने पड़े। पहला संशोधन संयुक्त # 3 से संबंधित है, विशेष रूप से जब यह सबसे प्रतिकूल स्थिति में था, तो बेल्ट का अत्यधिक कर्षण होता था और परिणामस्वरूप इंजन हमेशा नीचे रहता था। तनाव। समाधान यह था कि घूर्णन की दिशा के विपरीत बल लगाकर मदद की जाए।

मैंने पूरी रात यह सोचकर बिताई कि सब कुछ फिर से किए बिना सबसे अच्छा समाधान क्या हो सकता है। शुरू में मैंने एक बड़ा मरोड़ वसंत लगाने के बारे में सोचा लेकिन ऑनलाइन देखने पर मुझे कुछ भी संतोषजनक नहीं लगा इसलिए मैंने गैस पिस्टन का विकल्प चुना (जैसा कि मैंने पहले ही संयुक्त # 2 के लिए डिज़ाइन किया था), लेकिन मुझे अभी भी यह तय करना था कि इसे कहाँ रखा जाए क्योंकि मैं पर्याप्त जगह नहीं थी।

सौंदर्यशास्त्र पर थोड़ा ध्यान देते हुए, मैंने फैसला किया कि पिस्टन लगाने के लिए सबसे अच्छी जगह किनारे पर है।

मैंने उस बिंदु पर विचार करते हुए पिस्टन की आवश्यक शक्ति पर गणना की, जहां उसे बल लगाना था और फिर मैंने eBay पर 150 N पिस्टन लंबे 340 मिमी का आदेश दिया, फिर मैंने इसे ठीक करने में सक्षम होने के लिए नए समर्थन तैयार किए।

चरण 6: बग फिक्स N.2

दूसरा परिवर्तन संयुक्त संख्या से संबंधित है। 4 जहां शुरू में मैंने मुड़ बेल्ट के साथ ट्रांसमिशन की योजना बनाई थी, लेकिन मुझे एहसास हुआ कि रिक्त स्थान कम हो गए थे और बेल्ट उम्मीद के मुताबिक काम नहीं कर रहा था।

मैंने कंधों को डिजाइन करके पूरे जोड़ को पूरी तरह से फिर से बनाने का फैसला किया ताकि उनके संबंध में मोटर को समानांतर दिशा में प्राप्त किया जा सके। इस नए संशोधन के साथ अब बेल्ट सही ढंग से काम करता है और इसे तनाव देना भी आसान है क्योंकि मैंने बेल्ट को आसानी से तनाव देने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रणाली तैयार की है।

चरण 7: इलेक्ट्रॉनिक्स

मोटर नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स वही है जो क्लासिक 3-अक्ष सीएनसी के लिए उपयोग किया जाता है इस अंतर के साथ कि प्रबंधन के लिए 3 और ड्राइवर और 3 और मोटर हैं। सभी अक्ष नियंत्रण तर्क की गणना एप्लिकेशन द्वारा की जाती है, इलेक्ट्रॉनिक्स का एकमात्र कार्य होता है मोटरों को कितने डिग्री घुमाना होगा, इस बारे में निर्देश प्राप्त करना ताकि जोड़ वांछित स्थिति तक न पहुंच सके।

इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने वाले भाग हैं:

• अरुडिनो मेगा
• एन। 6 चालक DM542T
• एन। 4 रिले
• एन। 1 24V बिजली की आपूर्ति
• एन। 2 सोलेनॉइड वाल्व (वायवीय क्लैंप के लिए)

Arduino पर मैंने उस स्केच को लोड किया जो एक साथ त्वरण, मंदी, गति, कदम और अधिकतम सीमा जैसे मोटर्स के आंदोलनों को प्रबंधित करने से संबंधित है और इसे सीरियल (USB) के माध्यम से निष्पादित करने के लिए कमांड प्राप्त करने के लिए प्रोग्राम किया गया है।

पेशेवर गति नियंत्रकों की तुलना में, जिनकी लागत कई हज़ार यूरो तक हो सकती है, Arduino अपने स्वयं के छोटे तरीके से खुद का बचाव करता है, स्पष्ट रूप से बहुत जटिल संचालन जैसे कि यह प्रबंधित करने में सक्षम नहीं है, उदाहरण के लिए मल्टीथ्रेड उपयोगी है, खासकर जब आपको एक साथ कई इंजनों का प्रबंधन करना होता है।.

चरण 8: सॉफ्टवेयर विचार

प्रत्येक रोबोट का अपना आकार और गति के विभिन्न कोण होते हैं और उनमें से प्रत्येक के लिए कीनेमेटीक्स अलग-अलग होते हैं। इस समय परीक्षण चलाने के लिए मैं क्रिस एनिन (www.anninrobotics.com) के सॉफ्टवेयर का उपयोग कर रहा हूं, लेकिन उनके रोबोट के लिए लिखा गया गणित मेरे लिए पूरी तरह से फिट नहीं है वास्तव में कार्य क्षेत्र के कुछ क्षेत्रों तक मैं नहीं पहुंच सकता उन्हें क्योंकि कोनों की गणना पूर्ण नहीं है।

प्रयोग के लिए एनिन का सॉफ्टवेयर अब ठीक है, लेकिन मुझे अपना खुद का सॉफ्टवेयर लिखने के बारे में सोचना शुरू करना होगा जो मेरे रोबोट के भौतिकी के साथ 100% फिट बैठता है। मैंने पहले से ही ब्लेंडर का उपयोग करके कुछ परीक्षण करना शुरू कर दिया है और गति नियंत्रक के पायथन भाग को लिखना शुरू कर दिया है और यह एक अच्छे समाधान की तरह लगता है, विकसित करने के लिए कुछ पहलू हैं लेकिन यह कॉम्बो (ब्लेंडर + पाइथॉन) लागू करना बहुत आसान है, विशेष रूप से यह आसान है रोबोट को आपके सामने रखे बिना आंदोलनों की योजना बनाना और उनका अनुकरण करना।

चरण 9: वायवीय दबाना

रोबोट में वस्तुओं को ले जाने में सक्षम होने के लिए मैंने इसे एक वायवीय क्लैंप से सुसज्जित किया है।

व्यक्तिगत रूप से मुझे सर्वो के साथ सरौता पसंद नहीं है, वे मुझे सील पर अधिक विश्वास नहीं देते हैं इसलिए मैंने सोचा कि विशेष रूप से दबाव को समायोजित करने वाला एक वायवीय पिनर सभी जरूरतों को पूरा कर सकता है।

चौकोर एल्यूमीनियम प्रोफाइल के साथ मैंने छोटी वस्तुओं और बड़ी वस्तुओं दोनों को लेने के लिए क्लैंप को संशोधित किया।

बाद में, जब मुझे समय मिलेगा, तो मैं परियोजना के बारे में सारी जानकारी इकट्ठा कर लूंगा ताकि मैं इसे डाउनलोड कर सकूं।

मुझे आशा है कि आपको यह निर्देश योग्य लगा होगा।