Кремень FMZ Реклама
Kremen FMHM Реклама

Способ потратить много свободного времени...

aleksey0451
Идет загрузка
Загрузка
29.11.2018
3085
9
Творчество

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

35
Статья относится к принтерам:
RepRap
Конкурс 'Мой 3D-принтер'. Номинация 'Творческий рассказ про применение FDM-принтера'

Здравствуйте! решил тут написать про свой проект…

Началась эта история примерно пару лет назад. А началась она с того, что как любой обладатель 3д принтера в один прекрасный момент решает для себя путь дальнейшего творчества, я решил для себя в каком направлении буду двигаться. Движение это было связано с моей детской мечтой – я не равнодушен к робототехнике. Проф навыков у меня правда не много( разве что паять чуть - чуть, крутить вертеть гайки – винтики) так что в качестве первого проекта захотел собрать нечто напоминающее человеческую кисть( обычно для начала выбирают что попроще, но честно говоря какая-нибудь платформа едущая по линии не слишком-то будоражит воображение) брать готовый проект по типу «InMoov» я не хотел в виду своей ленивости, т.к разбираться в его хитросплетениях не хотел. Да и в творческом плане полезность нулевая. В общем в короткий срок набросал это нечто:
Способ потратить много свободного времени...
Вот во плоти:
Способ потратить много свободного времени...
Сразу скажу, заработать она не могла ни при каких условиях. Не знаю, о чем я только думал. Пару слов о задумке: хват кисти должен был быть адаптивным, т.е если какая фаланга натыкается на препятствие, остальные продолжают движение. В качестве тросиков – леска, с сервами не мелочился : взял rds3115mg мощи у них достаточно и угол поворота 270 градусов. Компоновка как видно по фото; на палец по серве и для большого пальца аж 2 штуки. Недособрав до конца и поняв свои просчеты ,отправил проект «кисть1.0» в топку. Ей на смену пришла «кисть 2.0»
Способ потратить много свободного времени...
Получилось уже что-то вразумительное, появился мизинец, большой палец обзавелся еще одной степенью подвижности( теперь их аж 3!).Правда сам палец не адаптивен, угол поворота малой фаланги зависит от поворота большой.

Что внутри
Способ потратить много свободного времени...
Указательный и средний пальцы управляются отдельными сервами, а вот безымянному и мизинцу не повезло, им досталась только одна. Можно было бы поставить еще серву, но габариты тогда вышли бы вообще за грань разумного. У большого пальца за ось Z отвечает rds3115mg, за ось X mg996r,за ось Y DC мотор такого плана:
Способ потратить много свободного времени...
В довесок к DC мотору необходим энкодер (в моем случае самый обыкновенный потенциометр на 10Ком) и концевики (min pos, max pos).

Частично собранная кисть:
Способ потратить много свободного времени...
материал : китайский noname PLA .

Собиралось воедино дико неудобно за счет замысловатой конструкции оси Y, крепление не непосредственно к валу мотора, а через ось вращения на котором расположен потенциометр.
Способ потратить много свободного времени...
(Бобинка розового цвета). Потенциометр находится на оси вращения. Т.е поворачиваясь бобинка наматывает бечевку тем самым приводя весь блок в движение,которое в свою очередь ограничивается концевиками.

Вообще по поводу фотографий, у меня их крайне мало т.к не люблю подробно документировать свои действия. Все что смог найти, это видео( с несобранным еще блоком большого пальца, так что просто придется поверить на слово о работоспособности конструкции…)
Что ж кисть собрана и даже дергается кое-как, а чувства удовлетворения нет, поэтому принято решение двигаться дальше. Собрать к примеру руку целиком, это уже куда интересней. Итак, задача предстояла та еще: на коленке, за недорого с приличным кол-вом степеней свободы собрать руку целиком. Первое с чем придется смириться, что недорого не получится, хотя конечно это дело относительное( есть ведь масса людей кто покупает, скажем принтер за 200к а потом вдоволь наигравшись, печатая всякие безделушки из интернета, не знает куда его применить.) Лично я отталкивался от актуаторов которые мне по карману и с приличным моментом. От серв по понятным причинам я отказался - большие сервы стоят непомерно дорого. А значит альтернатив DC моторам как бы и нет( тем более взяв DC мотор и снабдив его обратной связью, мы получаем кастомную серву). Следующий момент- это выбор редуктора, здесь тоже в целом выбор очевиден: цилиндрический редуктор не подходит т.к они громоздки и отсутствует самоторможение, планетарный компактнее, но самоторможения тоже нет, остается червячная передача. Из плюсов это: демократичная цена, большой передаваемый момент, относительная компактность. Из минусов люфт. К слову о люфте, этим грешат все. Все кроме волновых редукторов(в большинстве «взрослых» проектов начиная от ASIMO и заканчивая нашим «Федей»лежит та самая гармоническая передача, да что там мелочиться, в любом промышленном роботе она лежит).Короче говоря ход моих мыслей был таков: находим самый мощный и самый дешевый червячный мотор-редуктор, думаем как бы его «подружить» с пластмассовыми напечатанными деталями попутно прикинув как снабдить это дело энкодером и концевиками (и это для каждого сочленения).

Что касается разных концепций компоновок суставов, то с годами развития робототехники уже сложился определенный канон. Ниже приведу пример из литературы:
Способ потратить много свободного времени...
Как видно по схеме всего сочленений 7 (это не считая устройства захвата), вокруг этого и придется плясать.

Червяки выбрал такого типа:
Способ потратить много свободного времени...
24v, момент 27 N.m (момент заклинивания). Вес 1 кг. Цена 3500 на момент покупки.

Брал их не сразу а как были деньги. 1 мотор мне достался 12v(как на картинке),меня интересовал RPM, т.к логично было брать с максимальным передаточным отношением и как следствием крутящим моментом. Такие движки годятся для плечевых сочленений. Самый существенный минус это обработка вала, для такого толстяка по задумке таскающего большие веса, однозначно нужна обработка под шпонку.

Для локтевого сустава решил сэкономить:
Способ потратить много свободного времени...
24v, момент 12 N.m (заклинивание) при 17 RPM, по моим прикидкам должно было хватать.

Для радиального поворота предплечья выбрал это:
Способ потратить много свободного времени...
Номинальное напряжение 24v момент 4 N.m. 12RPM. Очень сильно сглупил что не взял по типу такого, но с энкодером на валу, сильно бы упростил себе жизнь.

Для запястья решил сделать одну степень подвижности вместо двух. Выбрал такой моторчик;
Способ потратить много свободного времени...
Характеристики как на картинке. Момент 2.8 N.m. Вес 200гр.

Теперь пару слов о драйверах. Для больших моторов планировал паять сам. В качестве схемы выбрал простейшую схему по типу «H bridge» , n-канальные полевики у меня были, в качестве драйверов для них выбрал ir2104. обвеса в виде резисторов, диодов и конденсаторов там нужно было по минимуму. Спаял все навесным монтажем, и о чудо все заработало с первого раза. Затем начал перенос этого дела на текстолит и тут начались трудности…лазерного принтера у меня нет поэтому пришлось пользовать фоторезист. Много народа кто делает платы, советует именно этот метод, дескать, это просто как 2 пальца…ну вы поняли в общем. Я же с ним не дружу напрочь, после нескольких запоротых полевиков, иэрок с текстолитом, я плюнул на это дело и приобрел готовые:

BTS7960B
Способ потратить много свободного времени...
Ток до 43 ампера, то что надо.

Далее начинался процесс компоновки. В запястье, как я уже писал, оставил одну степень свободы, затем в предплечии для радиального поворота, локтевой, следом пара плечевых. Выглядело все примерно так:
Способ потратить много свободного времени...
Совсем уж целиком из пластика я его делать не собирался, т.к сколько ни ломал голову, ничего путного не надумал, чтобы было все напечатано. Пластины плеча (в дырочку которые) это обычные монтажные пластины выпиленные ножовкой по металлу, конструкция плеча профтруба 50*25 и элемент крепления локтевого сустава тоже.

Смыслом этой сборки было посмотреть на что реально способны моторы, до этого я их проверял конечно( крепил рычаг к валу, а на него груз) Момент соответствует описанию. Ток конечно же был в разы выше заявленного номинала, но с током это отдельная история; я ведь не собирался гонять движок на 100%, а планировался плавный пуск а затем разгон. ШИМ максимум процентов на 40-50.

На этом этапе появилась потребность в каркасе, куда крепить руку.
Способ потратить много свободного времени...
Материал – все та же профтруба (50*25 и 15*15). По стоимости что-то около 1000р.

Раз есть каркас с рукой , нужна и голова)
Способ потратить много свободного времени...
А заодно и определиться какую электронику использовать для управления. Завалялась у меня Mega 2560, для начала применил ее, однако логично в голову вмонтировать камеру( иначе кому нужна незрячая голова) Камеру тоже к чему-то нужно подключать, немного поразмыслив приобрел Raspberri Pi 3. Её вычислительной мощности хватит за глаза, тем- более специально к ней продается камера. В глаза по периметру поставил зеленые светодиоды, на месте «рта» так же светодиоды для индикации. Спереди и по бокам фоторезисторы, для определения уровня освещенности. При желании конечно можно напихать чего угодно, главный вопрос в целесообразности и как потом управляться с этим.

По механике: задумка все та же, внизу DC мотор-редуктор + потенциометр и концевики. Выше притаилась серва mg996r(на рендере черненькая по середине).
Способ потратить много свободного времени...
Способ потратить много свободного времени...
Печатал полностью ABSом фирмы SEM. Слой 0.3
Способ потратить много свободного времени...
Детали руки печатал из PLA китайского и REC насколько помню. Слой 0.15 – 0.3

по времени даже близко не помню,( скорость 50 мм/сек)

Кое-как собрав все воедино( рука как зря болталась на куске профтрубы) мне хотелось побыстрей все это дело опробовать. Найти откровенно слабые стороны так сказать.

Слабая сторона нашлась быстро, ей оказался локтевой мотор-редуктор. Как я его нашел? Да очень просто –накосячил с прошивкой) Все моторы начали крутиться, концевики не сработали и наткнувшись на препятствие поймали клин. Большим хоть бы хны, а вот локтевой( на котором я сэкономил) съел шестерню. И ничего удивительного: разобрав его, я увидел насколько они там хиленькие. В больших такой проблемы нет, там стоят довольно таки приличные шестерни. После произошедшего я осознал следующее: слабая сторона скорее я сам, вследствие криворукости и недальновидности. А если серьезно, то понятное дело следует пересмотреть всю конструкцию. Развесовка не верная.

Кисть непомерно тяжела, она не годится. Все элементы из профтрубы тоже убрать( кроме каркаса естественно).крепление рычага непосредственно к валу редуктора тоже плохая идея( вес целиком приходится на не слишком толстый вал, да и в случае ЧП есть риск порчи редуктора).

Итак настала пора отправить «руку1.0» в топку и вернуться за чертежную доску.

Некоторое время спустя…
Способ потратить много свободного времени...
Кисть стала гармоничнее по пропорциям. Сервы переехали выше в предплечье, что благоприятно сказалось на развесовке. Теперь каждый из четырех пальцев независим, т.к нет нужды стараться запихнуть все сервы в кисть, и теперь можно увеличить их кол-во. Связь серв с пальцами происходит по тефлоновым трубкам( те что в боуден экструдерах применяют). Блок большого пальца стал более продуманным, больше никаких бечевок для оси Y , а ремень gt2. Сам большой палец, накладки сверху и снизу напечатаны из FLEXа. На большом пальце также можно разглядеть кнопку для индикации захвата предмета( еще не тестил это ноу-хау). От одной степени подвижности пришлось все же отказаться (лучевое отведение).

Общий вид выглядит следующим образом:
Способ потратить много свободного времени...
Способ потратить много свободного времени...
Способ потратить много свободного времени...
На рендерах нет правда торчащих жгутов проводов.

Основные изменения коснулись плечевого отдела, теперь приведение в движение суставов ( локтевого и 1 плечевого) происходит через стальные тросики 3мм. Учитывая разность диаметров «бобин» на которые этот трос намотан получается еще большая редукция. Для локтевого она составляет 2.5, для плечевого 4. Т.е 2.5*12 =30N.m момент локтевого, 4*12.5 = 50N.m момент плечевого. Более чем достаточно, правда скорость из-за этого стала более флегматичная, но ничего страшного…

В лобной части если присмотреться появились отверстия, это ни что иное как ультразвуковые датчики расстояния HC-SR04. Также есть красный светодиод , выковырянный мной из лазерной указки.

В рендере со спины можно наглядеть пару динамиков в корпусе( функция на вырост пока что)

В процессе компоновки было решено разбить всего робота на 3 условные части:

1.головной отдел ( управляется от Arduino nano)

2.плечевой отдел ( управляется от Arduino mega 2560)

3.кистевой отдел ( управляется от Arduino nano)

Смысл в том, что каждый отдел управляется своим контроллером, который затем соединяется с главным микрокомпьютером. Сделано это дабы упростить систему и избавиться от ненужных проводов, коих и так оказалось предостаточно.

Почему выбрана именно Arduino в качестве платформы? Да потому что дешево и сердито.

(А если все же научусь травить платы по человечески, можно попробовать сделать крафтовую «ардуину». Может для следующих проектов, не для этого…)

Более подробно описывать смысла не вижу, лучше спрашивайте так. А то объем станет очень большой и будет не читабельно..
На видео слышен характерный писк, это потому что частота ШИМ стояла по дефолту(на ардуинах она помоему 6 кГц )

По стоимости. Я сначала считал там что-то, потом плюнул на это дело. Могу сказать что вышло все не больше 50к (это с учетом переделок), но это с той оговоркой что у меня многое уже было по мелочи и не очень.

пластика ушло ~ 5-6 катушек.Практически весь,за исключением головы, это PLA. Причем фирмы тоже разные,в последнее время подсел на FDplast т.к он дешевый.

Чуть не забыл написать как его назвал! По старинной Русской традиции давать крутые имена любой вещи, нарек его – «АРСЕНИЙ» (антропоморфная робототехническая система)

Дальнейший путь развития видится мне таким -

создание робота телеприсутствия (на колесной базе)

to be continued...

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

35
Комментарии к статье