Pesë të Lartë! - një dorë robotike: 5 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:18

Një ditë, në klasën tonë të Parimeve të Inxhinierisë, ne u nisëm për të ndërtuar makina komplekse nga pjesët VEX. Ndërsa filluam të ndërtonim mekanizmat, ne u përpoqëm të menaxhonim komponentë të shumtë kompleksë që duheshin mbledhur së bashku. Sikur dikush të na jepte dorën…

Kjo është arsyeja pse ne, tre nxënës të Shkollës së Mesme Irvington në klasën e Znj. Berbawy, vendosëm të hartonim dhe ndërtonim një dorë robotike nga e para! Me një vlerësim financiar prej $ 150 për këtë S. I. D. E. Projekti, ne ishim në gjendje të merrnim të gjitha materialet e nevojshme duke mbetur mirë nën buxhet. Produkti i përfunduar përbëhet nga një Arduino Mega, një mikrokontrollues servo që drejton 5 servos, secila prej të cilave është e lidhur me një gisht të printuar 3D që është në gjendje të lëvizë individualisht me nyje realiste.

Ky ishte një projekt shumë ambicioz, duke pasur parasysh që të gjithë anëtarët e ekipit janë nxënës të shkollave të mesme me orare të ngjeshura të vitit të Ri dhe nuk kanë përvojë paraprake në hartimin e plotë të një projekti të bazuar në elektronikë nga fillimi e lart. Ndërsa anëtarët e ekipit tonë kanë përvojë të mëparshme të projektimit dhe programimit të ndihmuar nga kompjuteri, projekti na hapi sytë për përdorimin e mundshëm të harduerit dhe softuerit Arduino në një mënyrë që mund t'i ndihmojë njerëzit të përmbushin detyrat e tyre të përditshme.

Modelimi dhe Dizajni 3D nga Patrick Ding

Dokumentacioni dhe Kodimi Arduino nga Ashwin Natampalli

Kodimi, qarku dhe udhëzues Arduino nga Sandesh Shrestha

Hapi 1: CADing

Hapi i parë dhe më i vështirë për këtë projekt është krijimi i modeleve 3D të dorës me gishta. Për ta bërë këtë, përdorni Autodesk Inventor, ose Autodesk Fusion 360 (Ne përdorëm të parën).

Përdorni skedarët e pjesëve për të krijuar CAD -të individuale për pëllëmbën, segmentet e gishtërinjve, majat e gishtërinjve dhe segmentin e gishtave rozë. Kjo na mori 2-3 rishikime për pjesë në mënyrë që funksionimi i nyjeve dhe servove të ishte i qetë.

Dizajni mund të jetë çfarëdo madhësie dhe forme, për sa kohë që rruga e vargut lejon funksionimin e qetë të gishtërinjve dhe gishtat nuk përplasen me njëri -tjetrin. Gjithashtu sigurohuni që gishtat të jenë në gjendje të shemben plotësisht për një grusht të mbyllur.

Për të rregulluar çështjen e ndërhyrjeve në vargje dhe rrugëve joefikase, siç kemi gjetur në versionin tonë të parë, sythe, udhëzues të vargut dhe tunele u shtuan në mënyrë që vargu të mund të tërhiqet dhe lirohet lehtësisht.

Këtu janë multiviews tona të finalizuara dhe.stl fotografi CAD për secilën pjesë.

Hapi 2: Shtypja 3D

Pas përfundimit të CAD -ve, përdorni një printer 3D për t'i bërë ato të vijnë në jetë. Kjo fazë mund të përsëritet shumë herë nëse dizajni që krijoni ka disa probleme.

Për të printuar 3D, së pari eksportoni skedarët CAD si skedarë STL. Për ta bërë këtë në Autodesk Inventor, klikoni në menunë zbritëse File dhe rri pezull mbi Eksport. Nga kolona dalëse, zgjidhni Formati CAD. Menyja e Windows File Explorer do t'ju lejojë të zgjidhni skedarin.stl nga menyja zbritëse dhe të zgjidhni një vendndodhje për skedarin.

Pasi skedari të jetë gati për t'u importuar në softuerin e printerit 3D, konfiguroni opsionet e printimit sipas dëshirës tuaj ose ndiqni konfigurimin tonë. Softueri i printerit 3D ndryshon nga marka në markë, kështu që konsultohuni me udhëzuesit në internet ose manualin për të lundruar në softuerin e tyre. Për dorën tonë, ne përdorëm LulzBot Mini për shkak të disponueshmërisë së tij në mjedisin e klasës sonë.

Hapi 3: Montimi

Pasi të gjitha pjesët të jenë të printuara me sukses me trapë dhe mbështetës të hequr (nëse ka), atëherë secila pjesë duhet të përgatitet për të filluar montimin.

Meqenëse printerat 3D nuk janë shumë të saktë dhe mund të shfaqen papërsosmëri të vogla, përdorni një skedar ose letër zmerile ose një xhevahir me një shtojcë lëmuese për të zbutur fytyra të caktuara. Për funksionimin më të qetë të nyjeve, përqendrohuni në nyjet dhe pikat e kryqëzimit për të zbutur për lidhjet optimale. Ndonjëherë tunelet me tela në segmentet e gishtërinjve dhe pjesët e tjera mund të hyjnë ose të jenë të papërsosura. Për të luftuar mospërputhjet e mëdha, përdorni një stërvitje me një stërvitje 3/16 inç për të shpuar tunelet.

Për drejtimin më të lehtë të vargut, mblidhni secilin gisht, drejtojeni vargun nëpër tunele dhe lidhni vargun në skajet. Para se të bashkoni secilin gisht në pëllëmbë, kaloni vargun nëpër sythe udhëzuese, një nëpër vrimën e sipërme dhe një në pjesën e poshtme, në pëllëmbë dhe ngjiteni atë në skajet e kundërta të bobinave të përfshira të servo -së. Pasi gjatësitë të jenë të sakta, bashkoni gishtat në pëllëmbë.

Siç tregohet në figurën e mësipërme, futni vida m4x16 në secilën nyje për të mbajtur gishtin së bashku. Përsëriteni çdo proces ndërtimi të gishtërinjve për të gjithë gishtat, duke përdorur segmentet rozë për rozë.

Hapi 4: Qarku Arduino

Me skeletin të mbledhur, tani muskujt dhe truri duhet të integrohen. Për të drejtuar të gjitha servos menjëherë, duhet të përdorim një kontrollues motorik PCA 9685 nga Adafruit. Ky kontrollues kërkon një furnizim me energji të jashtme për të fuqizuar servos. Përdorimi i këtij kontrolluesi dhe biblioteka e tij koduese e kodimit mund të gjenden këtu.

Kur lidhni Arduino në kontrollues, sigurohuni që të regjistroni daljet e kunjave. Nëse përdorni një Arduino Mega, atëherë kjo nuk do të jetë e nevojshme. Në të gjitha rastet, megjithatë, sigurohuni që të regjistroni se në cilat porta të kontrolluesit të motorit janë montuar servot.

Për të kontrolluar servot dhe dorën duke përdorur një telekomandë IR, thjesht shtoni marrësin IR dhe lidhni fuqinë dhe tokëzimin në Arduino me tela të të dhënave në portat dixhitale. Kontrolloni daljen e marrësit tuaj IR për të siguruar instalime elektrike të sakta. Një shembull i qarkut tonë është treguar.

Për të krijuar këtë qark, së pari lidhni çdo servo me portat 3, 7, 11, 13 dhe 15 në bordin e kontrolluesit të servo motorit. Bashkojeni të gjithë tabelën me pesë kunjat në pjesën e poshtme në një dërrasë buke.

Duke përdorur kabllo kërcyes, lidhni fuqinë dhe tokëzimin e Arduino 5V me një shirit të fuqisë së dërrasës së bukës (Sigurohuni që të shënoni ose mbani mend se cila anë ka 5V nga Arduino!). Kjo do të fuqizojë sensorin IR dhe kontrolluesin e motorit. Lidhni një paketë energjie 6V me shinën tjetër të energjisë. Kjo do të fuqizojë servos.

Vendosini të 3 kunjat e sensorit IR në tabelën e bukës. Lidhni fuqinë dhe tokëzimin me hekurudhën 5V dhe daljen në pinin dixhital 7.

Meqenëse ne po përdorim një Arduino Mega, portet SDA dhe SCL në kontrolluesin e motorit do të lidhen me portat SDA dhe SCL në Arduino. VCC dhe portet tokësore do të lidhen me hekurudhën 5V.

Me paketën e baterisë të lidhur me hekurudhën e vet të energjisë, përdorni kabllo kërcyes dhe një kaçavidë të vogël me kokë të sheshtë për të siguruar fuqinë tek servo motorët përmes kokës së gjelbër të hyrjes së energjisë.

Sigurohuni që të gjitha lidhjet janë të ngushta dhe kontrolloni të gjitha linjat kabllore me qarkun tonë TinkerCAD të bashkangjitur.

Hapi 5: Kodimi

Hapi i fundit para se kjo dorë të mund të porositet për përdorim është kodimi i Arduino. Meqenëse kjo dorë përdor kontrolluesin motorik PCA 9685, së pari duhet të instalojmë bibliotekën, e cila mund të bëhet brenda Mjedisit të Kodimit Arduino. Pas instalimit, instaloni edhe bibliotekën IRremote për funksionalitetin IR Remote.

Në kodin tonë, përkufizimet e secilit buton në telekomandën IR tregohen me kode 8 shifrore. Këto u gjetën duke përdorur programin IRRecord, i cili printon në Serial Monitor kodin 8 shifror të secilës buton.

Bashkangjitur është programi IRRecord dhe programi i përfunduar i kontrollit të dorës.

Në fillim të kodit, përfshini bibliotekat IRremote, Wire dhe Adafruit_PWMServoDriver.

Pas kësaj, përdorni gjetjet e IRRecord për të përcaktuar çdo buton të telekomandës IR. Ndërsa të gjitha nuk janë të nevojshme (nevojiten vetëm 10), të kesh të gjitha lejon zgjerim të shpejtë (shtimi i funksioneve dhe gjesteve të paracaktuara) për të ardhmen. Krijoni pwm duke përdorur funksionin e shoferit servo dhe caktoni servot në kunjat në kontrolluesin e motorit. Përdorni të njëjtat vlera të SERVOMAX/MIN siç tregohet. Caktoni pinin dixhital të hyrjes së sensorit IR si 7 dhe filloni.

Shpallni funksionin e konfigurimit me inicimin e Serialit me shpejtësi baud prej 9600. Aktivizoni sensorin IR dhe filloni servo me frekuencë servo prej 60Hz.

Së fundi krijoni një ndërprerës nëse/tjetër bazuar në transmetimin në hyrje të telekomandës IR në funksionin e lakut. Pastaj krijoni një ndërprerës/kuti me rastet e secilit buton në telekomandën IR që do të përdoret. Këto mund të ndryshohen për kontrollet tuaja të preferuara. Për secilin rast, shtypni butonin e shtypur te monitori serik për korrigjim dhe përdorni një lak for për të lëvizur servo. Pasi të krijohen të gjitha rastet, sigurohuni që të rifilloni sensorin IR për më shumë sinjale hyrëse para se të mbyllni funksionin e lakut. Kodimi i servos përmes bordit të kontrolluesit të motorit mund të gjendet në