DIY Robot Arm 6 Axis (مع Stepper Motors): 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

بعد أكثر من عام من الدراسات والنماذج الأولية والإخفاقات المختلفة ، تمكنت من بناء روبوت من الحديد / الألومنيوم مع 6 درجات من الحرية يتم التحكم فيها بواسطة محركات السائر.

كان الجزء الأصعب هو التصميم لأنني أردت تحقيق 3 أهداف أساسية:

• تكلفة تحقيق منخفضة
• سهل التجميع حتى مع القليل من المعدات
• دقة جيدة عند الحركة

لقد صممت النموذج ثلاثي الأبعاد مع Rhino عدة مرات حتى (في رأيي) حل وسط جيد يفي بالمتطلبات الثلاثة.

أنا لست مهندسًا وقبل هذا المشروع لم يكن لدي أي خبرة في مجال الروبوتات ، لذلك يمكن لأي شخص أكثر خبرة مني أن يجد عيوبًا في التصميم فيما قمت به ، لكن لا يزال بإمكاني القول إنني راضٍ عن النتيجة النهائية التي حققتها.

اللوازم

لمزيد من المعلومات قم بزيارة مدونتي الشخصية

الخطوة 1: تصميم CAD

قبل الوصول إلى النموذج النهائي ، قمت بتصميم ما لا يقل عن 8 نماذج أولية مختلفة مع أنظمة نقل مختلفة ولكن لا يمكن لأي منها تلبية المتطلبات الثلاثة الموضحة أعلاه.

تم وضع الحلول الميكانيكية لجميع النماذج الأولية (وكذلك قبول بعض التنازلات) في النموذج النهائي. لم أحسب الساعات التي أمضيتها أمام CAD ولكن يمكنني أن أؤكد لك أنها كانت كثيرة حقًا.

أحد الجوانب التي يجب مراعاتها في مرحلة التصميم هو أنه حتى غرام واحد يضاف إلى نهاية معصم الروبوت يتضاعف على حساب مقاومة عزم الدوران للمحركات في القاعدة ، وبالتالي يتم إضافة المزيد من الوزن وكلما زاد عدد المحركات يجب أن تحسب لتحمل الجهد.

من أجل "مساعدة" المحركات على تحمل الضغط ، قمت بتطبيق مكابس غاز بقوة 250 نيوتن و 150 نيوتن.

فكرت في تقليل التكاليف من خلال إنشاء روبوت بألواح حديد مقطوعة بالليزر (C40) وألمنيوم بسماكة تتراوح من 2 ، 3 ، 5 ، 10 مم ؛ القطع بالليزر أرخص بكثير من طحن المعادن ثلاثية الأبعاد.

بعد تصميم كل مكون فردي ، صنعت أشكال القطع في dxf. وأرسلتها إلى مركز القطع. تم تصنيع جميع المكونات المتبقية بنفسي في المخرطة.

الخطوة الثانية: التحضير والتجميع

أخيرًا ، حان الوقت لأن أتسخ يدي (وهذا أفضل ما أفعله) …

استغرقت مرحلة البناء ساعات طويلة من العمل لتحضير القطع ، والتعبئة اليدوية للفتحات ، والمفاصل ، والخيوط ، وتدوير المحاور. حقيقة أنني صممت كل مكون على حدة لكي أكون قادرًا على العمل باستخدام عدد قليل من أدوات العمل قادتني إلى عدم وجود أي مفاجآت كبيرة أو مشاكل ميكانيكية.

الشيء الأكثر أهمية هو عدم التسرع في إنهاء الأشياء ولكن أن تكون دقيقًا ومتابعة كل سطر من المشروع ، فالارتجال في هذه المرحلة لا يؤدي أبدًا إلى نتائج جيدة.

يعد إدراك مقاعد المحمل أمرًا مهمًا للغاية لأن كل مفصل يقع عليها وحتى اللعب الصغير بنسبة قليلة في المائة يمكن أن يعرض نجاح المشروع للخطر.

وجدت نفسي مضطرًا إلى إعادة الدبابيس لأن المخرطة أزلت حوالي 5 سنتات أصغر من فتحة المحمل وعندما حاولت تركيبها كانت اللعبة واضحة بشكل رهيب.

الأدوات التي استخدمتها لتحضير كل القطع هي:

• الحفر الصحافة
• مطحنة / دريميل
• مجلخة
• ملف يدوي
• مخرطة
• مفاتيح اللغة الإنجليزية

أفهم أنه لا يمكن لأي شخص امتلاك مخرطة في المنزل وفي هذه الحالة سيكون من الضروري تشغيل القطع في مركز متخصص.

لقد صممت القطع ليتم قطعها بالليزر باستخدام مفاصل أكثر وفرة قليلاً حتى أتمكن من إتقانها يدويًا لأن الليزر ، مهما كانت دقته ، يولد قطعًا مخروطيًا ومن الضروري مراعاته.

العمل مع الملف يدويًا كل مفصل صنعته من أجل إنشاء اقتران دقيق للغاية بين الأجزاء.

حتى الثقوب الموجودة في المقاعد المحملّة التي قمت بتصغيرها ثم قمت بتثبيتها يدويًا باستخدام dremel والكثير (ولكن كثيرًا حقًا) من الصبر.

جميع الخيوط التي صنعتها يدويًا على مكبس الحفر لأنه يتم الحصول على أقصى درجة من العمودية بين الأداة والقطعة. بعد تحضير كل قطعة ، وصلت لحظة الحقيقة التي طال انتظارها ، تجميع الروبوت بأكمله. لقد فوجئت عندما وجدت أن كل قطعة تتناسب تمامًا مع الأخرى مع التفاوتات الصحيحة.

تم الآن تجميع الروبوت بالكامل

قبل القيام بأي شيء آخر ، فضلت إجراء بعض اختبارات الحركة للتأكد من أن المحركات قد تم تصميمها بشكل صحيح ، وإذا وجدت أي مشاكل في المحركات ، وخاصة عزم الدوران المتضييق ، فسأضطر إلى إعادة جزء كبير من المشروع.

لذلك بعد تركيب المحركات الستة أيضًا ، أخذت الروبوت الثقيل إلى معمل العلية الخاص بي لتقديمه إلى الاختبارات الأولى.

الخطوة 3: اختبارات الحركة الأولى

بعد الانتهاء من الجزء الميكانيكي من الروبوت ، قمت بتجميع الإلكترونيات بسرعة وربطت فقط كبلات المحركات الستة ، وكانت نتائج الاختبار إيجابية للغاية ، وتتحرك المفاصل جيدًا وفي الزوايا المحددة مسبقًا ، اكتشفت مشكلتين يسهل حلهما.

المشكلة الأولى تتعلق بالرقم المشترك. 3 والتي عند الحد الأقصى لتمديد الحمل الزائد على الحزام كثيرًا وتسبب في بعض الأحيان في فقد الخطوات. قادني حل هذه المشكلة إلى العديد من الحجج التي سنراها في الخطوة التالية.

المشكلة الثانية تتعلق بالرقم المشترك. 4 ، لم يكن حل التواء الحزام موثوقًا به للغاية وولد مشاكل. في هذه الأثناء ، بدأت الأجزاء الحديدية للروبوت في إحداث نقاط صغيرة من الصدأ ، لذا مع فرصة حل المشكلات ، انتهزت الفرصة أيضًا لرسمها.

الخطوة 4: الرسم وإعادة التجميع

لا أحب مرحلة الرسم بشكل خاص ولكن في هذه الحالة أجد نفسي مضطرًا للقيام بذلك لأنني أحبها بدرجة أقل.

على الحديد ، أضع أولاً أساسًا يعمل كخلفية للطلاء الأحمر فلو.

الخطوة 5: إصلاح الخطأ رقم 1

بعد نتائج الاختبار ، اضطررت إلى إجراء بعض التغييرات لتحسين دقة الروبوت. يتعلق التعديل الأول بالمفصل رقم 3 على وجه الخصوص عندما كان في أكثر الظروف غير مواتية ، مما أدى إلى جر مفرط للحزام وبالتالي كان المحرك دائمًا تحت ضغط عصبى. كان الحل هو المساعدة من خلال تطبيق قوة معاكسة لاتجاه الدوران.

لقد أمضيت ليالي كاملة أفكر في ما يمكن أن يكون الحل الأفضل دون الحاجة إلى القيام بكل شيء مرة أخرى. في البداية ، فكرت في تطبيق زنبرك التواء كبير ولكني لم أجد شيئًا مرضيًا عند البحث عبر الإنترنت ، لذلك اخترت مكبس الغاز (كما كنت قد صممت بالفعل للمفصل رقم 2) ، لكن لا يزال يتعين علي تحديد مكان وضعه لأنني ليس لديها مساحة كافية.

بعد التخلي قليلاً عن الجماليات ، قررت أن أفضل مكان لوضع المكبس هو الجانب.

لقد أجريت حسابات على القوة اللازمة للمكبس مع الأخذ في الاعتبار النقطة التي كان يجب أن يمارس فيها القوة ، ثم طلبت من موقع ebay مكبسًا بطول 150 N بطول 340 مم ، ثم صممت الدعامات الجديدة حتى أتمكن من إصلاحها.

الخطوة 6: إصلاح الأخطاء N.2

التغيير الثاني يتعلق بالرقم المشترك. 4 حيث كنت أخطط مبدئيًا للإرسال باستخدام الحزام الملتوي ، لكنني أدركت أن المساحات قد تقلصت وأن الحزام لم يعمل بالشكل المطلوب.

قررت إعادة المفصل بالكامل من خلال تصميم الكتفين لاستقبال المحرك في اتجاه موازٍ بالنسبة لهم. مع هذا التعديل الجديد ، يعمل الحزام الآن بشكل صحيح ومن السهل أيضًا شده لأنني صممت نظامًا رئيسيًا لشد الحزام بسهولة.

الخطوة السابعة: الإلكترونيات

إلكترونيات التحكم في المحرك هي نفسها المستخدمة في CNC الكلاسيكي ثلاثي المحاور مع اختلاف أن هناك 3 محركات أخرى و 3 محركات أخرى لإدارتها. يتم حساب منطق التحكم في جميع المحاور بواسطة التطبيق ، والإلكترونيات لها المهمة الوحيدة لتلقي تعليمات حول عدد الدرجات التي يجب أن تدور فيها المحركات بحيث لا يصل المفصل إلى الموضع المطلوب.

الأجزاء التي تتكون منها الإلكترونيات هي:

• اردوينو ميجا
• ن. 6 سائق DM542T
• ن. 4 ريليه
• ن. 1 24V امدادات الطاقة
• ن. 2 صمامات الملف اللولبي (للمشابك الهوائية)

في Arduino ، قمت بتحميل الرسم التخطيطي الذي يتعامل مع إدارة حركات المحركات في وقت واحد مثل التسارع والتباطؤ والسرعة والخطوات والحدود القصوى ومبرمجًا لتلقي الأوامر ليتم تنفيذها عبر تسلسلي (USB).

مقارنةً بوحدات التحكم في الحركة الاحترافية التي يمكن أن تكلف ما يصل إلى عدة آلاف من اليورو ، تدافع Arduino بطريقتها الصغيرة عن نفسها بشكل واضح للغاية من خلال العمليات المعقدة للغاية التي لا يمكنها إدارتها ، على سبيل المثال ، مفيدة متعددة الخيوط خاصة عندما تضطر إلى إدارة محركات متعددة في وقت واحد.

الخطوة 8: اعتبارات البرمجيات

كل روبوت له شكله الخاص وزوايا حركته المختلفة وتختلف الكينماتيكا في كل منها. في الوقت الحالي لإجراء الاختبارات ، أستخدم برنامج Chris Annin (www.anninrobotics.com) ولكن الرياضيات المكتوبة لروبوته لا تتناسب تمامًا مع بعض مناطق العمل التي لا يمكنني الوصول إليها منهم لأن حسابات الزوايا ليست كاملة.

برنامج أنين جيد الآن للتجربة ، لكن علي أن أبدأ في التفكير في كتابة برنامجي الخاص الذي يتناسب بنسبة 100٪ مع فيزياء الروبوت الخاص بي. لقد بدأت بالفعل في إجراء بعض الاختبارات باستخدام Blender وكتابة جزء Python من وحدة التحكم في الحركة ويبدو أنه حل جيد ، هناك بعض الجوانب التي يجب تطويرها ولكن هذا التحرير والسرد (Blender + Ptyhon) سهل التنفيذ للغاية ، خاصة أنه سهل لتخطيط ومحاكاة الحركات دون وجود الروبوت أمامك.

الخطوة 9: المشبك الهوائي

لكي أتمكن من نقل الأشياء إلى الروبوت ، قمت بتجهيزه بمشبك هوائي.

أنا شخصياً لا أحب الزردية مع الماكينات ، فهي لا تمنحني الكثير من الثقة في الختم لذلك اعتقدت أن كماشة تعمل بالهواء المضغوط على وجه التحديد لضبط الضغط يمكن أن تلبي جميع الاحتياجات.

باستخدام مقاطع الألمنيوم المربعة ، قمت بتعديل المشبك لأخذ الأشياء الصغيرة والأشياء الكبيرة.

لاحقًا ، عندما أجد الوقت ، سأجمع كل المعلومات حول المشروع حتى أتمكن من تنزيله.

آمل أن تكون قد استمتعت بهذه التعليمات.