Prototypowanie Boxy Robot: 14 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Na moich zajęciach humanoidów opartych na projektach na Carnegie Mellon University postanowiłem zaprojektować i stworzyć prototyp prostego robota dostawczego. Aby móc go tanio i szybko wyprodukować, projekt był kanciasty i mały. Gdy nauczysz się tworzyć pudełko za pomocą wycinarki laserowej, możliwości stają się nieograniczone w przypadku innych rzeczy, które możesz wykonać na tych samych zasadach. Ten samouczek przeprowadzi Cię krok po kroku przez proces projektowania i prototypowania mojego ciała, z wieloma zdjęciami i zrzutami ekranu.

Ten projekt ma 1 komorę, która jest przeznaczona do przechowywania przedmiotów, takich jak podręczniki i stosy papieru o wymiarach około 8,5 "x11". W projekcie jest trochę miejsca na ruchy, więc nie powinno być ciasno dopasowane. Pod komorą znajduje się miejsce na elektronikę. Ta przestrzeń może pomieścić kontrolery silników, płyty Arduino, płytki stykowe, układy Bluetooth itp. Obszar po prawej stronie komory jest zapisany na mechanizm otwierania, który nie zostanie omówiony w tym samouczku.

Krok 1: Oprogramowanie, sprzęt i materiały

Oprogramowanie:

Aby zaprojektować swój prototyp robota pudełkowego, musisz użyć wybranego przez siebie programu CAD. Użyłem SolidWorks, ponieważ był dla mnie dostępny na mojej uczelni. Inną opcją dla tych, którzy nie mają dostępu, jest Autodesk Inventor, który jest bezpłatny dla studentów z adresem e-mail.edu.

SolidWorks

Autodesk Inventor

Ten samouczek zostanie wykonany w SolidWorks, ale nadal powinien być łatwy do naśladowania dla innych programów CAD.

Do formatowania i wysyłania plików do cięcia laserowego wykorzystałem CorelDraw.

CorelDraw

Istnieje wiele innych programów, które są kompatybilne z wieloma innymi wycinarkami laserowymi.

Sprzęt komputerowy:

Użyłem wycinarki laserowej Epilog Legend 36EXT 50W. Na rynku dostępnych jest wiele innych wycinarek laserowych, ale to najlepiej odpowiadało moim potrzebom w zakresie obszaru grawerowania, szybkości i jakości.

Specyfikacja techniczna Epilog Legend

Materiały:

• 2x arkusz akrylowy (.1 "x24"x30")
• 4x silniki prądu stałego
• 4x mocowania silnika
• 4x Koła
• Pistolet na gorący klej
• Klej
• Marker do tablicy
• Pudełka kartonowe (małe i średnie)
• USB

Użyłem przezroczystych arkuszy akrylowych OPTIX, które znalazłem w sklepie ze sztuką na mojej uczelni. Możesz go kupić online tutaj lub użyć dowolnego innego akrylu, który możesz dostać.

Użyłem kół Mecanum z towarzyszącymi silnikami i mocowaniami silnika z zestawu RobotShop w wersji podstawowej, którego obecnie nie ma w magazynie. Podobny (i znacznie droższy) zestaw jest jeszcze w ofercie. Wszystkie koła będą działać, koła Mecanum po prostu najskuteczniej spełniły moje zadanie.

Krok 2: Części

Aby stworzyć ten sam prostokątny prototyp robota, co ja, będziesz potrzebować następujących części:

• 1x rozstaw osi
• 1x góra
• 1x z powrotem
• 1x lewa strona
• 1x prawa strona
• 1x dno komory
• 1x strona przedziału

Wszystkie te części połączą się ze sobą za pomocą zakładek i otworów. Te zakładki muszą mieć szerokość grubości materiału. W moim przypadku użyłem akrylu 0,1 cala, więc moje zakładki i otwory miały szerokość 0,1 cala. Jeśli twoje zakładki lub dziurki nie mają odpowiedniego rozmiaru, twoje elementy nie będą do siebie pasować!

Krok 3: CAD rozstawu osi

Lokalizacje i wymiary mocowań silnika i otworów na okablowanie będą się zmieniać w zależności od rodzaju posiadanych mocowań silnika i silników. Dlatego nie są one podane na tych rysunkach.

Otwory na okablowanie umożliwiają wciągnięcie przewodów silnika do obszaru pod komorą, w której znajduje się elektronika. W ten sposób możesz zasilać i sterować silnikami bez ciągnięcia elektroniki po ziemi.

Pamiętaj, że jeśli twój materiał nie ma grubości 0,1 cala, twoje wymiary nie będą takie same!

Krok 4: Najlepszy CAD

Pamiętaj, że jeśli twój materiał nie ma grubości 0,1 cala, twoje wymiary nie będą takie same!

Krok 5: Powrót CAD

Pamiętaj, że jeśli twój materiał nie ma grubości 0,1 cala, twoje wymiary nie będą takie same!

Krok 6: Lewa strona CAD

Pamiętaj, że jeśli twój materiał nie ma grubości 0,1 cala, twoje wymiary nie będą takie same!

Krok 7: Prawa strona CAD

Pamiętaj, że jeśli twój materiał nie ma grubości 0,1 cala, twoje wymiary nie będą takie same!

Krok 8: Dolny CAD przegródki

Pamiętaj, że jeśli twój materiał nie ma grubości 0,1 cala, twoje wymiary nie będą takie same!

Krok 9: CAD boczny przedziału

Pamiętaj, że jeśli twój materiał nie ma grubości 0,1 cala, twoje wymiary nie będą takie same!

Krok 10: Tworzenie DXF

Przed przejściem do tego kroku, przydatne może być wykonanie złożenia SolidWorks, aby upewnić się, że wszystkie wymiary są prawidłowe i że wszystkie części są dopasowane.

Teraz, gdy masz już wszystkie swoje pliki CAD, musisz przygotować się do ich cięcia laserowego. Większość wycinarek laserowych używa pliku.dxf, który jest plikiem zawierającym dane wektorowe. Wycinarka laserowa będzie podążać za tymi wektorami, aby wyciąć twoje części. Często wycinarki laserowe są podłączane do samodzielnych komputerów o ograniczonej funkcjonalności. Może być przydatne, a nawet wymagane, aby zapisać pliki DXF na dysku USB, aby uzyskać do nich dostęp z tych komputerów.

Dla każdej części powtórz następujące kroki:

• Kliknij „Plik”
• Kliknij „Zapisz jako”
• Przejdź do miejsca docelowego USB
• Kliknij „Zapisz jako typ”
• Kliknij „Dxf (*.dxf)”
• Kliknij „Zapisz”
• Kliknij „Widok orientacji” (1)
• Kliknij powierzchnię części, którą chcesz wyciąć laserem (2)
• Zaznacz pole „Aktualne” (3)
• Kliknij zielony znacznik wyboru (4)
• Kliknij „Zapisz”

Poniżej załączam moje DXF-y.

Krok 11: Formatowanie w programie CorelDraw

Otwórz CorelDraw. Na ekranie początkowym kliknij „Plik”, a następnie „Nowy”. W wyświetlonym oknie nazwij plik CorelDraw. Nazwałem mój plik boxy robot1, ponieważ będę tworzyć jeden plik dla każdego arkusza akrylu, który mam wyciąć. Ustaw pola „Szerokość” i „Wysokość” na prawidłowe wymiary arkusza akrylowego i upewnij się, że jednostki są w calach. Kliknij OK.

Na ekranie pojawi się pusty dokument. Kliknij „Plik”, a następnie „Otwórz”. Wybierz wszystkie pliki DXF, które utworzyłeś dla tego projektu i kliknij "Otwórz". Dla każdego pliku pojawi się dodatkowe okno. W "Jednostkach" wybierz "Angielski", a następnie "OK" dla wszystkich okien. Wszystkie twoje części będą teraz otwarte w osobnych kartach.

Zauważysz, że na dole każdej części znajduje się branding SolidWorks. Aby to usunąć, kliknij jedno z pól tekstowych, przytrzymaj klawisz „Shift” na klawiaturze i kliknij drugie pole tekstowe. W rogach powinny pojawić się uchwyty. Naciśnij klawisz "Usuń" i powinny zniknąć. Zrób to dla wszystkich swoich części.

Po usunięciu oznakowania SolidWorks, wróć do swojego pierwszego DXF. Zaczynając poza lewym górnym rogiem części, kliknij myszą i przeciągnij ją poza prawy dolny róg. Pole z linią przerywaną będzie podążać za myszą podczas jej przeciągania. To jest narzędzie selekcji. Upewnij się, że pudełko całkowicie obejmuje wszystkie linie twojej części. Jeśli popełnisz błąd, naciśnij klawisz „Escape”, aby usunąć wybór i spróbuj ponownie.

Po wybraniu całej części zauważysz wiele uchwytów wokół każdej linii. Aby uniknąć konieczności oddzielnego przenoszenia i formatowania tych wierszy, kliknij przycisk „Grupuj” na górnej wstążce. To pozwoli ci przeciągnąć wszystkie linie na raz.

Po wybraniu części skopiuj ją. Następnie wróć do pustego pliku boxy robot1 i wklej go. Umieść go w lewym górnym rogu z marginesami co najmniej 1/8 cala wokół krawędzi. Powtórz ten proces z tyloma częściami, ile zmieści się na pierwszym arkuszu akrylu. Upewnij się, że wszystkie części mają marginesy co najmniej 1/8 cala na wszystkich stronach.

Wybierz wszystkie części w dokumencie. Na górnej wstążce wybierz menu rozwijane grubości linii i wybierz „Linia włosów”. To mówi wycinarce laserowej, że chcesz wyciąć linie, a nie je grawerować.

Użyj tego samego procesu, aby dopasować wszystkie pozostałe części do drugiego arkusza akrylu.

Krok 12: Parametry wycinarki laserowej

Kliknij „Plik”, a następnie „Drukuj”. Spowoduje to otwarcie podobnego okna dialogowego do drukowania normalnego dokumentu programu Word. Zauważysz, że w prawym górnym rogu znajduje się komunikat „1 Problem”. Po prawidłowym skonfigurowaniu parametrów wycinarki laserowej powinno to rozwiązać i powiedzieć „Brak problemów”.

Wybierz swoją wycinarkę laserową jako drukarkę. Następnie kliknij obok niego „Preferencje”.

Następne okno to oprogramowanie Epilog. Tutaj jest kilka kroków, ale kolejność nie ma znaczenia. Tylko upewnij się, że masz je wszystkie!

• Sprawdź "Auto-Focus" w sekcji "Opcje"
• Wybierz "Wektor" w sekcji "Typy zadań" ("Raster" służy do grawerowania)
• Ustaw pola „Width” i „Height” w sekcji „Piece Size”
• Ustaw „Prędkość” na 15%
• Ustaw „Moc” na 100%
• Ustaw „Częstotliwość” na 5000 Hz

Ustawienia prędkości, mocy i częstotliwości są zalecane dla akrylu o grubości 1/8 cala w instrukcji wycinania laserowego. Wymieniono również inne grubości i inne materiały.

Podręczniki Epilog

Kliknij OK . Powinieneś wrócić do okna drukowania. W prawym górnym rogu powinna teraz brzmieć „Brak problemów”. Jeśli nadal zawiera listę problemów, ponownie sprawdź swoje preferencje. Gdy nie zostaną znalezione żadne problemy, kliknij „Drukuj”.

Krok 13: Proces cięcia

Do tych przykładowych zdjęć użyłem drewna i wzorów z innego projektu, ponieważ przezroczysty akryl jest praktycznie niewidoczny pod szklaną pokrywą wycinarki laserowej.

Gdy dokument zostanie wysłany do wycinarki laserowej, klikając „Drukuj”, przejdź do wycinarki laserowej. Znajdź zawór sprężonego powietrza i upewnij się, że jest włączony. Upewnij się również, że wycinarka laserowa jest włączona. Otwórz pokrywę i umieść akryl w lewym górnym rogu. Jest to początek lub punkt (0, 0) obszaru wycinarki laserowej. Zamknij pokrywę wycinarki laserowej. Na małym przednim ekranie powinieneś zobaczyć numer i nazwę zadania. Nazwa zadania powinna być zgodna z nazwą wysłanego dokumentu CorelDraw. Jeśli nazwy się nie zgadzają, upewnij się, że wycinarka laserowa jest prawidłowo podłączona do komputera i powtórz proces drukowania. Naciśnij zielony przycisk „Go” po zweryfikowaniu, że masz odpowiednią pracę na ekranie. Laser powinien poruszać się po materiale i automatycznie ustawiać ostrość. Po skupieniu przeniesie się do swojej pierwszej lokalizacji i rozpocznie cięcie. Nie pozostawiaj wycinarki laserowej bez nadzoru.

Ponieważ wartości prędkości, mocy i częstotliwości dla wycinarek laserowych są zalecane tylko, może być konieczne cięcie więcej niż jeden raz, aby całkowicie przeciąć materiał. KLUCZOWE jest, aby nie przesuwać materiału ani nie przesuwać żadnych linii w programie CorelDraw. Jeśli to zrobisz, cięcie może zostać zniszczone! Jedyne, co zmienisz, to ustawienia prędkości i mocy. Po wstępnym cięciu chcesz wykonywać szybsze i słabsze podania.

Przy kolejnych podaniach zwiększ prędkość o 10% i zmniejsz moc o 10%. Kontynuuj wykonywanie podań, aż zobaczysz, że wszystkie wycięte elementy „spadły” lub „upadły”. Wskazuje to, że wszystkie części zostały całkowicie przecięte i nie będziesz miał trudności z ich usunięciem. Całkowicie pocięty kawałek spadnie nieco poniżej poziomu niepociętych kawałków.

Należy pamiętać, że gdy laser uderza w obszar grawerowania podczas przecinania całego materiału, może emitować iskry lub jasne błyski. Nie bądź zszokowany, ale bądź gotowy do wstrzymania wycinarki laserowej, jeśli materiał jest wysoce łatwopalny, ponieważ może się zapalić. Istnieją dwa sposoby zatrzymania wycinarki laserowej. Czerwony przycisk wstrzymuje cięcie i wyłącza laser, ale pozostaje na swoim miejscu. Zadanie można wznowić, naciskając zielony przycisk. Przycisk resetowania wstrzymuje cięcie, wyłącza laser i całkowicie przerywa zadanie. Oznacza to, że laser wraca do punktu początkowego i musisz całkowicie wznowić cięcie.

Po upewnieniu się, że części zostały całkowicie przecięte, wyjmij je z wycinarki laserowej i powtarzaj w razie potrzeby, aż wszystkie części zostaną wycięte.

Krok 14: Montaż

Składanie tych części przypomina trochę układanie puzzli! Coś, co uznałem za pomocne przed rozgrzaniem pistoletu do klejenia na gorąco, polegało na użyciu markera do tablic suchościeralnych, aby zaznaczyć, który kawałek jest który i która strona jest w górę lub w dół. Następnie luźno zmontowałem wszystkie elementy bez kleju, aby dokładnie sprawdzić, czy wszystko pasuje.

Używając gorącego kleju, upewnij się, że pracujesz nad materiałem ofiarnym, takim jak karton lub drewno. Gorący klej może zniszczyć wiele powierzchni, takich jak dywan, obrusy lub powierzchnie stołów.

Zacznij od prawej strony iz tyłu. Gorący klej oszczędnie wsuwaj do tylnych otworów po prawej stronie. Wsuń zakładki po prawej stronie z tyłu w otwory po prawej stronie. Użyj kartonu, aby upewnić się, że są pod odpowiednim kątem i pozwól klejowi wyschnąć.

Następnie użyj lewego elementu bocznego i powtórz ten sam proces z otworami z lewej strony i tylnymi lewymi zakładkami. Ponownie użyj kartonu, aby upewnić się, że kawałki są pod odpowiednim kątem.

Następnie weź spód przedziału. Rozprowadź oszczędnie gorący klej wewnątrz środkowych otworów po lewej stronie i tylnych środkowych otworów. Wciśnij zaczepy dolnej części komory w te otwory. Podeprzeć dno komory na kartonowym pudełku, aby upewnić się, że jest wypoziomowane. Niech gorący klej wyschnie.

Prawie skończone! Wziąć bok przegródki i oszczędnie wcisnąć gorący klej w dolne otwory po stronie przegródki i tylne pionowe otwory. Umieść bok komory w odpowiednich otworach i wypustkach i pozostaw gorący klej do wyschnięcia.

Na koniec weź górny kawałek. Rozprowadź oszczędnie gorący klej we wszystkich otworach w górnej części. Wciśnij górną część na zakładki mocujące i pozostaw gorący klej do wyschnięcia.

Osobno postępuj zgodnie z instrukcjami montażu kół, mocowań silnika i silników. Dołącz zmontowane elementy do rozstawu osi.

Uważając, aby gorący klej nie dostał się do kół lub silników, wciśnij gorący klej do wszystkich otworów w podstawie. Weź zmontowany lewy, prawy, tylny, górny i przedział i wepchnij go w otwory rozstawu osi.

Masz teraz swojego własnego pudełkowatego robota!

Oto kilka pomocnych samouczków, jak kontynuować ten projekt, zasilając i napędzając silniki za pomocą Arduino:

Kontroluj silnik prądu stałego za pomocą Arduino

Kontrolery silników z Arduino

Dziękuje za przeczytanie! Opublikuj wszelkie pytania lub wskazówki i baw się dobrze!