Способ потратить много свободного времени...

Подписаться на 3Dtoday
aleksey0451
Идет загрузка
Загрузка
29.11.18
1886
9
печатает на RepRap
Творчество
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:
35cd4a15d9cba6d09ad22de5e568c8e3.jpg
Вот во плоти:
d104db13826764ec190630ab9a354a16.jpg
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»
de9fca97a5e2bad04525b92acc9c7a04.jpg
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
2a4fbc1a59c584333f731ca77b463e00.jpg
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:
88203a57495c542997cdc5fe773a4514.jpg
В довесок к DC мотору необходим энкодер (в моем случае самый обыкновенный потенциометр на 10Ком) и концевики (min pos, max pos).

Частично собранная кисть:
9ff04eea61b99cb4b34c2625c7071218.jpg
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.
ee30ec366d9f218aa008453923416799.jpg
(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:
7ecefa654027ef95dc00989ec5937237.gif
Как видно по схеме всего сочленений 7 (это не считая устройства захвата), вокруг этого и придется плясать.
Червяки выбрал такого типа:
1b4fbd2b2a79b5913b1a36812e2c4107.jpg
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:
55ea89cf7cbaf8bd98a527d53ecd0f29.jpg
24v, момент 12 N.m (заклинивание) при 17 RPM, по моим прикидкам должно было хватать.

Для радиального поворота предплечья выбрал это:
3df1cc3e2b0e424f0b3d94d4e52a852b.jpg
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;
e13ffe99de1e7850fd4f315e12bf7702.jpg
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
42c1f98b1d1d0383ef9b5534659699fa.jpg
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:
b62a4d881df0f609692cb0cede8bf7f4.jpg
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.
215325d8c5665d6c6026cb8911c5621f.jpg
Материал – все та же профтруба (50*25 и 15*15). По стоимости что-то около 1000р.
Раз есть каркас с рукой , нужна и голова)
dcc487844a2979248a4bcec22633c342.jpg
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).
b794c6913cf7e7c7032129b709e234b1.jpg
7a0e5d4321aa73122342eeb6dc88e535.jpg
Печатал полностью ABSом фирмы SEM. Слой 0.3
edee68c860c46d971482ebaf27fd47e2.jpg
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…
a9a805a9036d370719c050e0b6770e6f.jpg
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:
8ba360649edb66821ec4c66edfbcf372.jpg
bcdec6678d223aa0f450db70bfc9ab8a.jpg
f6d2bfe5b01310382874e164eb05bc30.jpg
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...
Подписаться на 3Dtoday
35
Комментарии к статье

Комментарии

29.11.18 в 08:39
2
Вот это подача материала. Это не вам курс продвинутой физики написаный внучатым племянником Энштейна. Неистово плюсую. И физика и 3д печать и электроника. Все в одном флаконе. Одно только то что «навыков нет, умею паять и крутить винтики...» и создать такое. Да Вы Кулибин, батенька:)
29.11.18 в 09:13
1
Крутая работа! Нет слов....
29.11.18 в 10:26
2
Адрес Сары Коннор нужен?
29.11.18 в 11:49
2
Отличная работа, спасибо.
Навеяло ностальгией))

5f8dc02a9dfaa891c12f5cde28bb2596.jpg
29.11.18 в 13:53
0
Каждый раз, читая про подобные разработки в домашних условиях, на которые крупнейшие компании тратят миллионы тугриков и кучу человеко-часов, поражаюсь упорству и целеустремленности их авторов. Почему же при стольких Кулибиных, готовых пахать за идею, у нас так хреново с развитием новых прорывных технологий в масштабе государства?! ((
И всего один вопрос к автору. Откуда Вы взяли столько свободного времени на практическую реализацию своей идеи? Тут на форумах столько интереснейших идей и уникальных вариантов их реализации, но все упирается даже не в деньги, а время.. его нет..
29.11.18 в 14:35
1
Вы знаете, мне кажется важнее правильное распределение времени, а ни его количество. Тут наверное как и с ресурсами которых никогда не хватает, поэтому их нужно правильно распределить. Потом, как я писал по времени это заняло примерно 2 года, так что объем довольно внушительный.
По началу я хотел конечно считать затраченные часы, но потом сбился, да и как их посчитать? если к примеру думать о решении задачи параллельно с выполнением какой либо работы)
30.11.18 в 09:33
0
Колоссальная работа. Но плод человеческого гения - это всего лишь жалкое подобие того, что уже давно существует в природе. Есть повод задуматься: откуда все эти гениальные инженерные решения там взялись?
30.11.18 в 11:29
0
Очень КРУТО!!! И очень талантливо! думаю Вам нужно задуматься об объединении усилий. Раз Вы делитесь этим с миром, наверняка кто то идёт параллельным с Вами путём. Нужна команда готовая свободное время уделять Вашему проекту. Не обязательно (хотя и желательно) собираться под одной крышей. Разработку можно вести дистанционно как и моделирование. Нас башковитых и рукастых готовых (пока) работать за идею много даже на одном этом сайте. Беда в том что мы не объединяемся для достижения цели. Я бы с удовольствием присоединился к такой команде. Но чтобы разговаривать на одном уровне с Вами нужно самому пройти этот путь. А это как раз то время которого не хватает. Кстати 3DToday-ю давно следует создать рубрику с открытым проектом по "роботостроительству".
В Москве есть организация "ЭКЗОАТЛЕТ". Занимаются они экзоскелетами для людей с повреждением позвоночника. Я был там на собеседовании. И меня брали. Обещали через месяц ввести в курс дела. Говорили что ждут госфинансирования. Там на всех стенах фотки и с Путиным и с Медведевым. Куча грамот и медалей. Через два месяца вакансию закрыли из-за отмены гос финансирования. Так что в должность я не успел вступить. Дело то нужное только платить за это страна пока не хочет. За то по новостям каждый день технопарки с китайскими фанерными конструкторами за три копейки....Смешно и обидно за державу..
30.11.18 в 22:08
0
Круто. Единственная, но объяснимая по причине "этапности" разработки неудачная вещь - это размещение силовых механизмов в самой "кисти". По хорошему тяги надо было наверное тянуть дальше в руку и там ставить моторы и сервы. Подсмотренно у природы))

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

В RK Gadget продолжаются летние акции!

Кронштейн датчика парковки заднего бампера Audi Q5

Умный принтер. Часть 2 или у кого биты больше.

Космодесантник кровавых ангелов из Warhammer 40000

Концерн «Калашников» разрабатывает гибрид фрезера и 3D-принтера

German RepRap предлагает 3D-принтер для печати жидким силиконом