Prototypování hranatého robota: 14 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

V mé projektové třídě humanoidů na Carnegie Mellon University jsem se rozhodl navrhnout a prototypovat jednoduchého doručovacího robota. Aby bylo možné jej vyrobit levně a rychle, byl design hranatý a malý. Jakmile se naučíte, jak vyrobit krabici pomocí laserové řezačky, možnosti se stanou nekonečnými pro další věci, které můžete pomocí stejných principů vyrobit. Tento tutoriál vás provede krok za krokem procesem mého návrhu těla a prototypování, s mnoha obrázky a snímky obrazovky.

Tento design má 1 přihrádku, která je určena k uložení předmětů, jako jsou učebnice a stohy papíru, přibližně o rozměrech 8,5 "x11". V designu je malý kroutící se prostor, takže by neměl být těsný. Pod přihrádkou je prostor pro elektroniku. Do tohoto prostoru se vejdou ovladače motoru, desky Arduino, prkénka, čipy Bluetooth atd. Prostor vpravo od přihrádky je uložen pro otevírací mechanismus, který nebude v tomto tutoriálu zahrnut.

Krok 1: Software, hardware a materiály

Software:

Abyste mohli navrhnout prototyp hranatého robota, musíte použít CAD program, který si vyberete. Použil jsem SolidWorks, protože mi byl k dispozici na mé univerzitě. Další možností pro ty, kteří nemají přístup, je Autodesk Inventor, který je pro studenty zdarma s e -mailovou adresou.edu.

SolidWorks

Autodesk Inventor

Tento výukový program bude proveden v SolidWorks, ale měl by být i nadále snadno použitelný pro jiné programy CAD.

K formátování a odesílání souborů do laserového řezání jsem použil CorelDraw.

CorelDraw

Existuje mnoho dalších programů, které jsou kompatibilní s mnoha dalšími laserovými řezačkami.

Hardware:

Použil jsem laserový řezač Epilog Legend 36EXT 50W. Na trhu je mnoho dalších laserových řezaček, ale toto nejlépe vyhovovalo mým potřebám, pokud jde o oblast gravírování, rychlost a výslednou kvalitu.

Technické specifikace Epilog Legend

Materiály:

• 2x akrylový list (.1 "x24" x30 ")
• 4x stejnosměrné motory
• 4x držáky motoru
• 4x kola
• Pistole na horké lepidlo
• Lepidlo
• Fix na tabuli
• Kartónové krabice (malé a střední)
• USB

Použil jsem průhledné akrylové listy OPTIX, které jsem našel v obchodě s uměním mé univerzity. Můžete si jej zakoupit online zde nebo použít jakýkoli jiný akrylát, který se vám dostane do rukou.

Použil jsem kola Mecanum s doprovodnými motory a držáky motoru ze soupravy RobotShop s holými kostmi, která nyní není na skladě. Podobná (a mnohem dražší) stavebnice je zde stále skladem. Jakákoli kola budou fungovat, kola Mecanum jednoduše sloužila mému účelu nejefektivněji.

Krok 2: Díly

K vytvoření stejného prototypu hranatého robota jako já budu potřebovat následující díly:

• 1x rozvor
• 1x nahoře
• 1x zpět
• 1x levá strana
• 1x pravá strana
• 1x dno přihrádky
• 1x boční strana

Tyto části se budou navzájem spojovat pomocí jazýčků a otvorů. Tyto záložky musí mít šířku tloušťky materiálu. V mém případě jsem použil 0,1 "akryl, takže moje ouška a otvory byly široké.1". Pokud vaše záložky nebo otvory nemají správnou velikost, vaše kousky do sebe nebudou plynule zapadat!

Krok 3: Rozvor CAD

Umístění a rozměry držáků motoru a otvorů pro zapojení se budou měnit v závislosti na typech držáků motoru a motorů, které máte. Na těchto výkresech proto nejsou uvedeny.

Otvory pro zapojení vám umožní vklouznout vodiče motoru do prostoru pod přihrádkou, kde sedí elektronika. Tímto způsobem můžete napájet a ovládat své motory, aniž byste museli tahat elektroniku po zemi.

Pamatujte, že pokud váš materiál není tlustý.1 , vaše rozměry nebudou stejné!

Krok 4: Nejlepší CAD

Pamatujte, že pokud váš materiál není tlustý.1 , vaše rozměry nebudou stejné!

Krok 5: Zpět CAD

Pamatujte, že pokud váš materiál není tlustý.1 , vaše rozměry nebudou stejné!

Krok 6: Levá strana CAD

Pamatujte, že pokud váš materiál není tlustý.1 , vaše rozměry nebudou stejné!

Krok 7: Pravá strana CAD

Pamatujte, že pokud váš materiál není tlustý.1 , vaše rozměry nebudou stejné!

Krok 8: Dolní část oddílu CAD

Pamatujte, že pokud váš materiál není tlustý.1 , vaše rozměry nebudou stejné!

Krok 9: Side Side CAD

Pamatujte, že pokud váš materiál není tlustý.1 , vaše rozměry nebudou stejné!

Krok 10: Vytvoření DXF

Než přistoupíte k tomuto kroku, může být užitečné vytvořit sestavu SolidWorks, abyste se ujistili, že jsou všechny vaše rozměry správné a že všechny části sedí.

Nyní, když máte všechny své soubory CAD, musíte se připravit na jejich řezání laserem. Většina laserových řezaček používá soubor.dxf, což je soubor obsahující vektorová data. Laserová řezačka bude tyto vektory sledovat, aby vyřízla vaše části. Laserové řezačky budou často připojeny k samostatným počítačům s omezenou funkcí. Může být užitečné nebo dokonce nutné uložit vaše soubory DXF na USB disk, abyste k nim měli přístup z těchto počítačů.

Pro každou část opakujte následující kroky:

• Klikněte na „Soubor“
• Klikněte na „Uložit jako“
• Přejděte do cíle USB
• Klikněte na „Uložit jako typ“
• Klikněte na „Dxf (*.dxf)“
• Klikněte na „Uložit“
• Klikněte na „Zobrazit orientaci“(1)
• Klikněte na plochu dílu, který má laser vyříznout (2)
• Zaškrtněte políčko „Aktuální“(3)
• Klikněte na zelené zaškrtnutí (4)
• Klikněte na „Uložit“

Níže jsem připojil své DXF.

Krok 11: Formátování v aplikaci CorelDraw

Otevřete CorelDraw. Na úvodní obrazovce klikněte na „Soubor“a poté na „Nový“. V okně, které se objeví, pojmenujte soubor CorelDraw. Pojmenoval jsem svůj soubor boxy robot1, protože budu vytvářet jeden soubor pro každý list akrylu, který musím řezat. Nastavte pole „Šířka“a „Výška“na správné rozměry akrylového listu a ujistěte se, že jednotky jsou v palcích. Klikněte na „OK“.

Na obrazovce se zobrazí prázdný dokument. Klikněte na „Soubor“a poté na „Otevřít“. Vyberte všechny soubory DXF, které jste pro tento projekt vytvořili, a klikněte na „Otevřít“. Pro každý soubor se zobrazí další okno. V části „Jednotky“vyberte pro všechna okna „Angličtina“a poté „OK“. Všechny vaše součásti budou nyní otevřené na samostatných kartách.

Všimněte si, že ve spodní části každé části je značka SolidWorks. Chcete -li to odstranit, klikněte na jedno z textových polí, na klávesnici podržte klávesu „Shift“a klikněte na druhé textové pole. V rozích by se měly objevit rukojeti. Stiskněte klávesu „Odstranit“a měly by zmizet. Udělejte to pro všechny své součásti.

Po odstranění značky SolidWorks se vraťte ke svému prvnímu DXF. Začněte mimo levý horní roh součásti, klikněte myší a přetáhněte ji mimo pravý dolní roh. Při přetažení myši bude následovat pole s přerušovanou čarou. Toto je nástroj pro výběr. Ujistěte se, že rámeček zcela uzavírá všechny řádky vaší součásti. Pokud uděláte chybu, stisknutím klávesy „Escape“výběr odeberete a zkuste to znovu.

Jakmile je vybrána celá část, všimnete si mnoha úchytů kolem každého řádku. Abyste nemuseli tyto řádky přesouvat a formátovat samostatně, klikněte na tlačítko „Skupina“na horním pásu karet. To vám umožní přetáhnout všechny řádky najednou.

Když máte vybranou část, zkopírujte ji. Poté přejděte zpět do prázdného souboru boxy robot1 a vložte jej. Umístěte jej do levého horního rohu s okraji alespoň 1/8 "kolem okrajů. Tento postup opakujte s tolika díly, kolik se vejde na váš první list akrylu. Ujistěte se, že všechny díly mají okraje alespoň 1/8" ze všech stran.

Vyberte všechny části v dokumentu. Na horním pásu karet vyberte rozevírací nabídku Tloušťka čáry a zvolte „Vlasová linie“. To říká laserové řezačce, že chcete čáry spíše řezat, než je gravírovat.

Stejným postupem připevněte všechny zbývající části na druhý list akrylu.

Krok 12: Parametry laserové řezačky

Klikněte na „Soubor“a poté na „Tisk“. Otevře se podobné dialogové okno jako tisk normálního dokumentu aplikace Word. Všimněte si, že na pravé horní kartě je zpráva s názvem „1 problém“. Poté, co správně nastavíme parametry laserové řezačky, by se to mělo vyřešit a říci „Žádné problémy“.

Vyberte svou laserovou řezačku jako tiskárnu. Poté klikněte na „Předvolby“vedle něj.

Další okno je software Epilog. Zde je několik kroků, ale na pořadí nezáleží. Jen se ujistěte, že je dostanete všechny!

• Zaškrtněte „Automatické ostření“v části „Možnosti“
• V části „Typy úloh“vyberte „Vektor“(„Rastr“je určen pro gravírování)
• Nastavte pole „Šířka“a „Výška“v části „Velikost kusu“
• Nastavte „Rychlost“na 15%
• Nastavte „Výkon“na 100%
• Nastavte „Frekvence“na 5000 Hz

Nastavení rychlosti, výkonu a frekvence je doporučeno pro akrylát o tloušťce 1/8 v příručce laserové řezačky. Jsou zde uvedeny i jiné tloušťky a další materiály.

Příručky Epilog

Klikněte na „OK“. Měli byste být vráceni do okna tisku. Pravá horní karta by nyní měla uvádět „Žádné problémy“. Pokud problémy stále uvádí, zkontrolujte znovu své předvolby. Jakmile nejsou nalezeny žádné problémy, klikněte na „Tisk“.

Krok 13: Proces řezání

Na tyto ukázkové fotografie jsem použil dřevo a návrhy z jiného projektu, protože čirý akryl je pod skleněným víkem laserové řezačky prakticky neviditelný.

Jakmile je dokument odeslán do laserové řezačky kliknutím na „Tisk“, přejděte k laserové řezačce. Vyhledejte ventil stlačeného vzduchu a ujistěte se, že je zapnutý. Ujistěte se také, že je laserová řezačka zapnutá. Otevřete víko a vložte akrylát do levého horního rohu. Toto je počátek nebo (0, 0) bod oblasti laserové řezačky. Zavřete víko laserové řezačky. Na malé přední obrazovce byste měli vidět číslo úlohy a jméno. Název úlohy by se měl shodovat s názvem dokumentu CorelDraw, který jste odeslali. Pokud se názvy neshodují, zkontrolujte, zda je laserová řezačka správně připojena k počítači, a opakujte proces tisku. Jakmile na obrazovce potvrdíte, že máte správnou práci, stiskněte zelené tlačítko „Přejít“. Laser by se měl pohybovat po vašem materiálu a automaticky zaostřovat. Jakmile je zaostřeno, přesune se na své první místo a začne řezat. Nenechávejte laserovou řezačku bez dozoru.

Protože hodnoty rychlosti, výkonu a frekvence na laserových řezačích jsou pouze doporučené, budete možná muset řezat více než jednou, abyste materiál prořízli úplně. Je SKVĚLÉ, že v CorelDraw nepohybujete svým materiálem ani nepohybujete žádné řádky. Pokud tak učiníte, řez by mohl být zničen! Jediné, co změníte, je nastavení rychlosti a výkonu. Po počátečním střihu chcete provést rychlejší a méně výkonné přihrávky.

Pro další průjezdy zvyšte rychlost o 10% a snižte výkon o 10%. Pokračujte v předávání, dokud neuvidíte, že všechny vaše vystřižené kousky „spadly“nebo „spadly“. To bude znamenat, že všechny části byly zcela proříznuty a že nebudete mít potíže s jejich odstraněním. Zcela řezaný kus klesne mírně pod úroveň nesestříhaných kusů.

Uvědomte si, že když laser zasáhne oblast gravírování, když prořízne celou látku, může vyslat jiskry nebo jasné záblesky. Nebuďte v šoku, ale buďte připraveni pozastavit laserovou řezačku, pokud je materiál vysoce hořlavý, protože se může vznítit. Laserový řezač lze zastavit dvěma způsoby. Červené tlačítko pozastaví řez a vypne laser, ale zůstane na svém místě. Úlohu lze obnovit stisknutím zeleného tlačítka. Tlačítko reset pozastaví řez, vypne laser a zcela přeruší práci. To znamená, že se laser vrátí zpět na počátek a vy musíte svůj řez restartovat úplně.

Poté, co jste si jisti, že vaše části byly zcela proříznuty, vyjměte je z laserové řezačky a opakujte podle potřeby, dokud nejsou všechny části oříznuty.

Krok 14: Sestavení

Sestavení těchto částí je trochu jako skládání puzzle! Něco, co jsem považoval za užitečné, než jsem zahřál horkou lepicí pistoli, pomocí značky na tabuli označilo, který kus je který a jaká strana je nahoře nebo dole. Poté jsem volně sestavil všechny kusy bez lepidla, jen abych dvakrát zkontroloval, zda vše správně sedí.

Při použití horkého lepidla se ujistěte, že pracujete s obětním materiálem, jako je lepenka nebo šrot. Horké lepidlo může zničit mnoho povrchů, jako jsou koberce, ubrusy nebo povrchy stolů.

Začněte s pravou stranou a zpět. Horké lepidlo zatlačte střídmě do zadních otvorů na pravém dílu. Zatlačte jazýčky na pravé straně na zadním dílu do otvorů na pravém dílu. Pomocí kartonové krabice se ujistěte, že jsou v pravém úhlu, a nechte lepidlo zaschnout.

Dále použijte levý boční díl a opakujte stejný postup s otvory na levé straně a zadními levými záložkami. Znovu použijte kartonovou krabici, abyste se ujistili, že kusy jsou v pravém úhlu.

Dále vezměte dno přihrádky. Horké lepidlo rozetřete střídmě do středových otvorů na levé straně a do středových otvorů vzadu. Zatlačte spodní jazýčky přihrádky do těchto otvorů. Podepřete dno přihrádky na kartonové krabici, abyste se ujistili, že je v rovině. Horké lepidlo nechte zaschnout.

Skoro hotovo! Vezměte stranu přihrádky a zatlačte horké lepidlo střídmě do spodních bočních otvorů přihrádky a zadních svislých otvorů. Umístěte stranu přihrádky do příslušných otvorů a jazýčků a nechte horké lepidlo zaschnout.

Nakonec vezměte vrchní díl. Rozetřete horké lepidlo střídmě do všech otvorů na horním dílu. Zatlačte horní díl na kování a nechte horké lepidlo zaschnout.

Samostatně postupujte podle pokynů k montáži kol, držáků motoru a motorů. Připevněte sestavené kusy k rozvoru.

Dávejte pozor, aby se vám do kol nebo motorů nedostalo horké lepidlo, zatlačte horké lepidlo do všech otvorů na rozvoru. Vezměte sestavenou levou, pravou, zadní, horní a přihrádku a zatlačte ji do otvorů rozvoru.

Nyní máte svého vlastního hranatého robota!

Zde je několik užitečných návodů, jak pokračovat v tomto projektu napájením a pohonem motorů pomocí Arduina:

Ovládejte stejnosměrný motor pomocí Arduina

Motorové ovladače s Arduino

Děkuji za přečtení! Pošlete prosím jakékoli dotazy nebo tipy, které máte, a užijte si zábavu!