كفك! - يد آلية: 5 خطوات

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

في أحد الأيام ، في فصل مبادئ الهندسة ، شرعنا في بناء آلات مركبة من أجزاء VEX. عندما بدأنا في بناء الآليات ، كافحنا لإدارة المكونات المعقدة المتعددة التي يجب تجميعها معًا. إذا كان بإمكان شخص ما مساعدتنا …

لهذا السبب قررنا ، ثلاثة طلاب من مدرسة إيرفينغتون الثانوية في فصل السيدة برباوي ، تصميم وبناء يد آلية من الصفر! بتقدير مالي قدره 150 دولارًا لهذا S. I. D. E. المشروع ، تمكنا من الحصول على جميع المواد اللازمة مع بقائنا تحت الميزانية. يتكون المنتج النهائي من Arduino Mega ، وحدة تحكم دقيقة مؤازرة تعمل على تشغيل 5 أجهزة ، كل منها متصل بإصبع مطبوع ثلاثي الأبعاد قادر على التحرك بشكل فردي بمفاصل واقعية.

كان هذا مشروعًا طموحًا للغاية ، نظرًا لأن جميع أعضاء الفريق هم من طلاب المدارس الثانوية مع جداول سنة صغار مزدحمة ، وليس لديهم خبرة سابقة في تصميم مشروع قائم على الإلكترونيات بالكامل من القاعدة إلى القمة. بينما يتمتع أعضاء فريقنا بخبرة سابقة في التصميم والبرمجة بمساعدة الكمبيوتر ، فتح المشروع أعيننا على الاستخدام المحتمل لأجهزة وبرامج Arduino بطريقة يمكن أن تساعد الأشخاص على إنجاز مهامهم اليومية.

النمذجة والتصميم ثلاثي الأبعاد باتريك دينج

التوثيق وترميز Arduino بواسطة Ashwin Natampalli

برمجة Arduino ودوائرها وإدارتها بواسطة Sandesh Shrestha

الخطوة 1: التصميم

الخطوة الأولى والأصعب في هذا المشروع هي إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد لليد بالأصابع. للقيام بذلك ، استخدم Autodesk Inventor أو Autodesk Fusion 360 (استخدمنا السابق).

استخدم ملفات الأجزاء لإنشاء CADs فردية لراحة اليد ، وشرائح الأصابع ، وأطراف الأصابع ، ومقطع الإصبع الخنصر. استغرق هذا منا 2-3 مراجعات لكل جزء حتى يكون تشغيل المفاصل والمؤازرة سلسًا.

يمكن أن يكون التصميم مهما كان الحجم والشكل المطلوب طالما أن مسار الخيط يسمح بالتشغيل السلس للأصابع ولا تتصادم الأصابع مع بعضها البعض. تأكد أيضًا من أن الأصابع قادرة على الانهيار تمامًا للحصول على قبضة مغلقة.

لإصلاح مشكلة تداخلات السلسلة والمسارات غير الفعالة ، كما وجدنا في الإصدار الأول ، تمت إضافة الحلقات وأدلة السلاسل والأنفاق بحيث يمكن سحب السلسلة وفكها بسهولة.

فيما يلي صورنا النهائية متعددة العروض وملفات.stl CAD لكل جزء.

الخطوة الثانية: الطباعة ثلاثية الأبعاد

بعد الانتهاء من CADs ، استخدم طابعة ثلاثية الأبعاد لجعلها تنبض بالحياة. يمكن تكرار هذه المرحلة عدة مرات إذا كان التصميم الذي تقوم بإنشائه به بعض المشكلات.

للطباعة ثلاثية الأبعاد ، قم أولاً بتصدير ملفات CAD كملفات STL. للقيام بذلك في Autodesk Inventor ، انقر فوق القائمة المنسدلة ملف وقم بالمرور فوق تصدير. من العمود المنبثق ، حدد تنسيق CAD. تسمح لك قائمة مستكشف ملفات Windows باختيار ملف.stl من القائمة المنسدلة واختيار موقع للملف.

بمجرد أن يصبح الملف جاهزًا للاستيراد إلى برنامج الطابعة ثلاثية الأبعاد ، قم بتكوين خيارات الطباعة حسب رغبتك أو اتبع التكوين الخاص بنا. يختلف برنامج الطابعة ثلاثية الأبعاد من علامة تجارية إلى أخرى ، لذا استشر الأدلة عبر الإنترنت أو الدليل للتنقل في برامجها. من ناحية أيدينا ، استخدمنا LulzBot Mini نظرًا لتوفره في فصولنا الدراسية.

الخطوة 3: التجميع

بمجرد طباعة جميع الأجزاء ثلاثية الأبعاد بنجاح وإزالة الأطواف والدعامات (إن أمكن) ، يجب تجهيز كل جزء لبدء التجميع.

نظرًا لأن الطابعات ثلاثية الأبعاد ليست دقيقة جدًا ويمكن أن تحدث عيوب صغيرة ، استخدم ملفًا أو ورق صنفرة أو دريميل مع ملحق صنفرة لتنعيم وجوه معينة. للحصول على عملية مشتركة أكثر سلاسة ، ركز على المفاصل ونقاط التقاطع لتنعيم التوصيلات المثلى. في بعض الأحيان ، يمكن أن تنكسر الأنفاق الوترية في أجزاء الأصابع والأجزاء الأخرى أو تكون غير كاملة. لمكافحة التناقضات الكبيرة ، استخدم مثقابًا بمثقاب 3/16 بوصة لحفر الأنفاق.

لتسهيل توجيه السلسلة ، قم بتجميع كل إصبع ، وقم بتوجيه الخيط عبر الأنفاق ، واربط الخيط في النهايات. قبل دمج كل إصبع في راحة اليد ، مرر الخيط عبر حلقات التوجيه ، واحدة من خلال الفتحة العلوية والأخرى من خلال الجزء السفلي ، على راحة اليد وقم بإرفاقها بالأطراف المتقابلة من البكرات المضمنة في المؤازرة. بمجرد أن تكون الأطوال صحيحة ، اربط الأصابع في راحة اليد.

كما هو موضح في الصورة أعلاه ، أدخل مسامير m4x16 في كل مفصل لتثبيت الإصبع معًا. كرر كل عملية بناء إصبع لجميع الأصابع ، باستخدام شرائح الخنصر للخنصر.

الخطوة 4: دائرة اردوينو

مع تجميع الهيكل العظمي بالكامل ، يجب الآن دمج العضلات والدماغ. لتشغيل جميع الماكينات في وقت واحد ، يجب أن نستخدم وحدة تحكم المحرك PCA 9685 بواسطة Adafruit. تتطلب وحدة التحكم هذه مصدر طاقة خارجيًا لتشغيل الماكينات. يمكن العثور على استخدام وحدة التحكم ومكتبة الترميز الخاصة بها هنا.

عند توصيل Arduino بوحدة التحكم ، تأكد من تسجيل مخرجات الدبوس. إذا كنت تستخدم Arduino Mega ، فلن يكون هذا ضروريًا. ومع ذلك ، في جميع الحالات ، تأكد من تسجيل المنافذ الموجودة على وحدة التحكم في المحرك التي تم تركيب الماكينات عليها.

للتحكم في الماكينات واليد باستخدام جهاز التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء ، ما عليك سوى إضافة مستقبل الأشعة تحت الحمراء وتوصيل الطاقة والأرض إلى Arduino باستخدام سلك البيانات إلى المنافذ الرقمية. تحقق من طرف توصيل جهاز استقبال الأشعة تحت الحمراء للتأكد من توصيل الأسلاك بشكل صحيح. يتم عرض مثال على دائرتنا.

لإنشاء هذه الدائرة ، قم أولاً بتوصيل كل مؤازر بالمنافذ 3 و 7 و 11 و 13 و 15 على لوحة تحكم محرك سيرفو. اربط اللوح بأكمله مع الدبابيس الخمسة الموجودة في الأسفل بلوح التجارب.

باستخدام كبلات التوصيل ، قم بتوصيل طاقة Arduino 5 فولت والأرض بسكة طاقة واحدة للوحة التجارب (تأكد من تسمية أو تذكر الجانب الذي يحتوي على 5 فولت من Arduino!). سيؤدي ذلك إلى تشغيل مستشعر الأشعة تحت الحمراء ووحدة التحكم في المحرك. قم بتوصيل حزمة طاقة 6 فولت بقضيب كهربائي آخر. سيؤدي هذا إلى تشغيل الماكينات.

ضع كل دبابيس مستشعر الأشعة تحت الحمراء الثلاثة في اللوح. قم بتوصيل الطاقة والأرض بسكة 5 فولت والإخراج بالدبوس الرقمي 7.

نظرًا لأننا نستخدم Arduino Mega ، فسيتم توصيل منفذي SDA و SCL على وحدة التحكم في المحرك بمنافذ SDA و SCL على Arduino. سيتم توصيل منافذ VCC والأرضية بقضيب 5V.

مع توصيل حزمة البطارية بسكة الطاقة الخاصة بها ، استخدم كبلات توصيل ومفك براغي صغير مسطح لتأمين الطاقة لمحركات المؤازرة من خلال رأس إدخال الطاقة الخضراء.

تأكد من إحكام جميع التوصيلات وأعد فحص جميع خطوط الكابلات مع توصيل دائرة TinkerCAD.

الخطوة 5: التشفير

الخطوة الأخيرة قبل أن يتم تكليف استخدام هذه اليد هي كتابة كود Arduino. نظرًا لأن هذه اليد تستخدم وحدة التحكم في المحرك PCA 9685 ، يتعين علينا أولاً تثبيت المكتبة ، والتي يمكن إجراؤها داخل بيئة ترميز Arduino. بعد التثبيت ، قم أيضًا بتثبيت مكتبة IRremote لوظيفة IR Remote.

في الكود الخاص بنا ، يتم عرض تعريفات كل زر على جهاز التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء برموز مكونة من 8 أرقام. تم العثور على هذه باستخدام برنامج IRRecord ، الذي يطبع إلى Serial Monitor الرمز المكون من 8 أرقام لكل زر.

مرفق معه كل من برنامج IRRecord وبرنامج التحكم اليدوي النهائي.

في بداية الكود ، قم بتضمين مكتبات IRremote و Wire و Adafruit_PWMServoDriver.

بعد ذلك ، استخدم نتائج IRRecord لتحديد كل زر لجهاز التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء. في حين أن جميعها ليست ضرورية (هناك حاجة إلى 10 فقط) ، فإن وجودها يسمح بالتوسع السريع (إضافة وظائف وإيماءات محددة مسبقًا) للمستقبل. قم بإنشاء pwm باستخدام وظيفة برنامج التشغيل المؤازر وقم بتعيين الماكينات إلى المسامير الموجودة على وحدة التحكم في المحرك. استخدم نفس قيم SERVOMAX / MIN كما هو موضح. قم بتعيين دبوس الإدخال الرقمي لمستشعر الأشعة تحت الحمراء على أنه 7 وقم بالتهيئة.

قم بتعريف وظيفة الإعداد من خلال تهيئة المسلسل بمعدل باود 9600. قم بتمكين مستشعر الأشعة تحت الحمراء وابدأ تشغيل المؤازرة بتردد مؤازر يبلغ 60 هرتز.

أخيرًا ، قم بإنشاء مفتاح if / else استنادًا إلى الإرسال الوارد لجهاز التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء في وظيفة الحلقة ، ثم قم بإنشاء مفتاح / علبة مع حالات كل زر على جهاز التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء الذي سيتم استخدامه. يمكن تغيير هذه الضوابط المفضلة لديك. لكل حالة ، قم بطباعة الزر المضغوط على الشاشة التسلسلية لتصحيح الأخطاء ، واستخدم حلقة for لتحريك المؤازرة. بعد إنشاء جميع الحالات ، تأكد من استئناف مستشعر الأشعة تحت الحمراء لمزيد من الإشارات الواردة قبل إغلاق وظيفة الحلقة. يمكن العثور على ترميز الماكينات من خلال لوحة التحكم في المحرك على