Hướng dẫn ráp robot 6 bậc dạng cộng tác

Trong dự án này, Jeff Kerr chỉ cho chúng ta cách chế tạo một cánh tay robot sáu bậc hỗ trợ chuyển động phối hợp nhiều trục. Cánh tay là một phiên bản thu nhỏ của robot UR3 công nghiệp và bao gồm một số bộ phận phức tạp.

Chỉ cần chắc chắn rằng bạn làm theo các hướng dẫn và theo dõi các thay đổi hoặc cải tiến!

Cùng bắt tay vào làm!

Thiết bị truyền động

Khi tất cả được thực hiện, bạn nên bắt đầu từ khớp vai đến đầu ngón tay. Nói cách khác, có ba khớp chính – vai, khuỷu tay và cổ tay – và sự chuyển động của các khớp này sẽ được hỗ trợ bởi các bộ truyền động chạy code để tăng tốc và giảm tốc. Các bộ truyền động, có thành phần cốt lõi là vi điều khiển và động cơ bước, sẽ được đặt bên trong vỏ in 3D.

Đương nhiên, cũng có một dụng cụ kẹp, sẽ hoạt động giống như hai ngón tay của con người. Một động cơ hỗ trợ trong chuyển động của nó.

Lưu ý: Các bộ truyền động và bộ kẹp tồn tại riêng biệt như các dự án độc lập.

Thiết bị truyền động

Các bộ truyền động là một phần quan trọng của dự án này và Jeff đã sử dụng một trang Thingiverse riêng biệt để cung cấp tất cả các chi tiết từ in ấn đến lắp ráp.

Nói chung, một bộ truyền động là một thành phần chuyển đổi năng lượng thành chuyển động. Bạn có thể nghĩ về nó như một cảm biến, lấy tín hiệu điện làm đầu vào và xuất ra chuyển động trong thế giới vật lý. Ví dụ bao gồm van điện, kẹp và động cơ.

Trong bối cảnh của dự án này, thuật ngữ Actuator ‘được sử dụng để mô tả không chỉ động cơ bước có liên quan mà còn cả lắp ráp.

Thiết bị truyền động cụ thể

Các bộ truyền động cho dự án này bao gồm ba hộp số, mỗi hộp sử dụng hộp số 38,4: 1.

Điều đó nghĩa là gì? Chà, trước tiên bạn nên biết rằng một hệ thống bánh răng là một trong các trung tâm của một hoặc nhiều bánh răng xoay quanh trung tâm của một thiết bị khác. Thứ hai, tỷ lệ đề cập đến sự khác biệt về răng của bánh răng kết nối.

Ba bộ truyền động sử dụng động cơ bước Nema 17 và kích thước khác nhau tùy theo các khớp mà chúng điều khiển. Video YouTube của John cho thấy cách lắp ráp các bộ truyền động, điều này đặc biệt hữu ích vì chúng là phần chi tiết nhất của bản dựng.

Kẹp

Cánh tay robot được trang bị một bộ kẹp robot phù hợp. Như với các bộ truyền động, Jeff bao gồm tất cả các thông tin liên quan (yêu cầu, in và lắp ráp) trong một trang Thingiverse riêng biệt .

Các đầu xoay của kẹp phải phù hợp với hầu hết các đối tượng để mang lại sự chắc chắn hơn. Mỗi ngón tay của kẹp là một thiết bị lăn bị kẹt giữa hai giá đỡ, vì Jeff thích điều này hơn các trụ cố định.

Những gì bạn cần

Đối với các yêu cầu, chúng tôi sẽ cho rằng bạn bắt đầu dự án từ đầu, có nghĩa là bạn cần phải có các bộ truyền động và bộ kẹp.

Các bộ phận chính:

• Hộp số cho vòng quay cơ sở
• Động cơ bước Nema 17 (59 N⋅cm) cho khớp vai
• Động cơ bước Nema 17 (40 N⋅cm) cho khuỷu tay
• 4 NEMA 17 động cơ bước (13 N⋅cm)  cho cổ tay và kẹp

Xin lưu ý rằng đây là những động cơ được đề xuất, nhưng bạn có thể tự do mua các sản phẩm tương đương khác.

• 7 Bộ điều khiển động cơ bước / FBA
• Cáp xoắn đôi (24 AWG)
• Chân cái
• 3/32 ống co nhiệt (100 ft)
• Airsoft BB 6 mm
• Du-Bro 362 6-32
• Du-Bro 361 4-40
• Băng dính hai mặt

Jeff đã sử dụng phần sụn tùy chỉnh của riêng mình để hỗ trợ chuyển động phối hợp và anh ấy đã chia sẻ tất cả các chi tiết – mã nguồn, tài liệu và lập trình – trên Google Drive.

Vít và ốc ( số cái gần đúng):

• 30 6-32 x 3/8 kẽm ổ cắm đầu máy vít
• 20 6-32 ốc
• 30 2-56 x 1/8 nút vặn nắp ổ cắm
• 20 4-40 x 3/8 vít nắp đầu bằng hợp kim cứng
• 20 4-40 ốc
• 20 4-40 x 1/4 vít nắp đầu phẳng

In 3D

Theo Jeff, các bộ phận cấu trúc của cánh tay được in dễ dàng mà không cần hỗ trợ. Cá nhân ông đã sử dụng máy in 3D MakerGear M2 và PLA với các cài đặt sau:

• Độ phân giải: 0,2 mm
• Infill: 25%
• Không giới hạn: Không
• Hỗ trợ: Không

John có một bánh răng độc đáo. Ông đã in thành công các bánh răng – sử dụng AmazonBasics PLA  – mà không cần phải chà nhám. Anh ta đã sử dụng Ender 3 và các cài đặt của anh ta như sau:

• Độ phân giải: 0,1 mm
• Phái: Có
• Nhiệt độ đầu đùn: 235 ° C
• Nhiệt độ đế: 65 ° C

Anh ta đề cập rằng anh ta đã không sử dụng mặc định góc nhọn sắc nét của Cura, nhưng thay vào đó, anh ta đã chọn ngẫu nhiên đường nối đường may Z của Z để có được các bộ phận trơn tru nhất có thể.

Thiết bị truyền động và lắp ráp cánh tay

Thiết bị truyền động

Nói chung, các bộ truyền động sẽ cần chà nhám thích hợp và nộp trước khi bạn có thể phá vỡ chúng. Theo John, một chất bôi trơn (như chất bôi trơn mỡ silicon) sẽ đảm bảo các bộ truyền động chạy trơn tru.

Cánh tay

Trước khi bạn bắt đầu lắp ráp và đấu dây cho cánh tay, hãy đặt tất cả các bộ điều khiển và động cơ lên ​​bàn và tiến hành một số thử nghiệm để xác nhận mọi thứ đều hoạt động tốt.

Một lần nữa, Jeff đã trình bày chi tiết quá trình lắp ráp cánh tay trên Thingiverse.

Bạn sẽ có ba khớp chính: khớp cơ sở, khớp vai và khớp khuỷu tay. Một khi tất cả các bộ truyền động tương ứng đã hoàn thành, bạn có thể lắp cổ tay.

Nối dây

Bên trong khuỷu tay.

Jeff thừa nhận rằng hệ thống dây điện có thể hơi phức tạp, chủ yếu là do các bộ truyền động không có lỗ ở trung tâm như các UR3 của chúng. Do đó, bạn sẽ cần xác định cách cáp sẽ chạy qua từng khớp trong khi vẫn có đủ độ chùng để di chuyển khớp dễ dàng.

Jeff đã sử dụng một bus nối tiếp (V +, GND, TX, RX) với các board điều khiển nhỏ được phân phối khắp cánh tay và mỗi động cơ có một board riêng. Điều này có nghĩa là để giảm số lượng dây dẫn xung quanh.

Cách nối dây chi tiết hơn có sẵn trên Thingiverse.

Kiểm tra phần cứng và phần mềm

Như đã đề cập trước đó, Jeff đã cung cấp tài liệu về phần sụn được sửa đổi được sử dụng cho các bảng T500. Cùng một thư mục chứa một chương trình thử nghiệm Windows và mã nguồn C ++ cho chương trình thử nghiệm.

Jeff thừa nhận rằng phần khó nhất là phần sụn đã được sửa đổi của anh ấy được đưa lên bảng. Bạn có thể phải liên hệ với các nhà sản xuấtcủa board điều khiển để yêu cầu nếu họ có thể bán bảng của họ được flash trước.

Mặt khác, Microchip cung cấp một video có thể giúp bạn chỉnh lại bảng T500 , nhưng bạn vẫn cần tham khảo chi tiết sửa đổi phần sụn của Jeff để xác nhận cách mỗi chân được kết nối.

Phần sụn board T500 tiêu chuẩn không thể xử lý các chuyển động đa trục mà cánh tay yêu cầu, và đây là điều khiến Jeff tự viết. Nếu bạn muốn đồng bộ hóa và chuyển động phối hợp phù hợp, bạn sẽ không có lựa chọn nào khác ngoài lập trình phần sụn của Jeff vào các board điều khiển. Nếu bạn thích, bạn vẫn có thể dùng phần sụn tiêu chuẩn, nhưng bạn sẽ không nhận được sự đồng bộ hóa tốt nhất từ ​​tất cả các khớp.

Cánh tay của John có một chút khác biệt:

• Anh ấy đã sử dụng ESP32 chạy NodeMCU để tạo tín hiệu bước và anh ấy đã thêm các nút để khởi động và dừng động cơ.
• Anh ấy cũng thêm các hướng ngược lại để làm cho việc tháo ráp và thử nghiệm dễ dàng hơn. Anh ấy đã sử dụng chip DRV8825 (mặc dù anhđang xem xét trình điều khiển DRV8824 vì trình điều khiển DRV8825 đang giải phóng dòng điện dư thừa vào động cơ nhỏ hơn) để điều khiển động cơ và ChiliPeppr ESP32 cho không gian làm việc của Lua để viết code.