بازوی رباتیک EEZYbotARM Mk2 با پرینتر سه‌بعدی

چاپ سه‌بعدی این نسخه نسبت به مدل‌های قبلی یه مقدار چالش‌برانگیزتره، چون ابعاد قطعات بزرگ‌تر شده و هندسه خاصی دارن. برای پرینت قطعه اصلی بازوی افقی، حتما باید از ساپورت استفاده کنی و صفحه پرینترت هم حداقل باید 200 در 200 میلی‌متر فضا داشته باشه.

می‌تونی از فیلامنت ABS یا PLA استفاده کنی؛ هر دو عالی جواب می‌دن و تمام مدل‌های سه‌بعدی طوری جهت‌دهی شدن که کمترین نیاز رو به ساپورت داشته باشن.

برای اتصالات مکانیکی از پیچ‌های متریک سایز M4 استفاده می‌کنیم. سوراخ مفصل‌ها عمدا کمی کیپ طراحی شدن تا بتونی با یه مته دقیق، قطرشون رو کاملا اندازه کنی و لقی نداشته باشن.

حتما از مهره‌های قفلی استفاده کن؛ اول پیچ رو تا آخر ببند تا مفصل سفت بشه، بعد یه کوچولو شلش کن تا حرکت بازو کاملا نرم بشه و بین قطعات فاصله اضافی نیفته. روی دو تا از محورهای بازوی عمودی اصلی هم از میله رزوه شده M4 استفاده می‌کنیم.

برای راه‌اندازی و کنترل ربات راه‌های زیادی داری. هدف این پروژه اینه که یه ابزار آموزشی بسازی تا روش‌های مختلف کنترل رو تست کنی. یکی از راحت‌ترین روش‌ها استفاده از بردهای کنترلر آماده مثل Mini Maestro 12 از برند Pololu هست که دردسرهای برنامه‌نویسی رو به حداقل می‌رسونه.

وقتی این کنترلر رو با کابل USB به سیستم وصل کنی، می‌تونی نرم‌افزارش رو نصب کنی و فورا سرعت و شتاب موتورها رو دست بگیری. حتی می‌تونی زاویه‌های حرکت رو به عنوان یه توالی (Sequence) ذخیره کنی تا ربات اون‌ها رو به صورت حلقه‌ای تکرار کنه، بدون اینکه اصلا به کامپیوتر متصل باشه.

البته اگه دلت می‌خواد پروژه رو برنامه‌نویسی کنی، می‌تونی از یه برد آردوینو استفاده کنی و با نوشتن کدهای دلخواهت، موتورها رو به حرکت دربیاری و یه اپلیکیشن اندرویدی با ارتباط بلوتوثی براش بسازی.

+23

توی این مرحله باید تمام قطعاتی که برای ساخت بازوی رباتیک لازم داری رو جمع‌وجور کنی. این پروژه شامل یه سری قطعات پلاستیکیه که باید پرینت سه‌بعدی بشن و یه سری قطعات مکانیکی و الکترونیکی که می‌تونی از بازار تهیه کنی. اگر خودت پرینتر سه‌بعدی نداری، خیلی راحت می‌تونی فایل‌ها رو بفرستی برای سرویس‌های خدمات پرینت تا برات چاپشون کنن.

قطعات بازاری به راحتی پیدا می‌شن. برای موتورها به سه تا سروو موتور بزرگ مثل MG995 یا MG946 نیاز داریم (این دو مدل ابعاد یکسانی دارن ولی مدل 946 کمی قوی‌تره). برای بخش چنگک هم یه سروو موتور کوچیک SG90 کارت رو راه می‌ندازه.

بقیه قطعات مکانیکی هم بلبرینگ 606، تعدادی ساچمه فولادی 6 میلی‌متری و یه سری پیچ و مهره متریک هستن. لیست قطعاتی که باید پرینت سه‌بعدی بشن:

• فایل EBAmk2_001_base.STL (پایه زیرین اصلی)
• فایل EBAmk2_002_mainarm.STL (بازوی اصلی)
• فایل EBAmk2_003_varm.STL (بازوی عمودی)
• فایل EBAmk2_004_link135.STL (رابط 135 میلی‌متری)
• فایل EBAmk2_005_link135angled.STL (رابط زاویه‌دار 135 میلی‌متری)
• فایل EBAmk2_006_horarm__.STL (بازوی افقی)
• فایل EBAmk2_006_horarm_plate.STL (صفحه بازوی افقی)
• فایل EBAmk2_007_trialink.STL (رابط مثلثی)
• فایل EBAmk2_008_link147_new.STL (رابط 147 میلی‌متری)
• فایل EBAmk2_009_trialinkfront.STL (رابط مثلثی جلو)
• فایل EBAmk2_010_gearservo.STL (چرخ‌دنده متصل به سروو)
• فایل EBAmk2_010_gearservo_22DENTI.STL (چرخ‌دنده 22 دندانه)
• فایل EBAmk2_010_gearservo_25DENTI.STL (چرخ‌دنده 25 دندانه)
• فایل EBAmk2_011_gearmast.STL (محور چرخ‌دنده‌دار)
• فایل EBAmk2_012_mainbase.STL (بدنه اصلی)
• فایل EBAmk2_013_lower base.STL (بخش زیرین پایه)
• فایل EBAmk2_014_claw base.STL (پایه اصلی گیره)
• فایل EBAmk2_015_claw finger dx.STL (انگشت راست گیره)
• فایل EBAmk2_016_claw gear drive.STL (چرخ‌دنده محرک گیره)
• فایل EBAmk2_017_claw finger sx.STL (انگشت چپ گیره)
• فایل EBAmk2_018_claw gear driven.STL (چرخ‌دنده متحرک گیره)
• فایل EBAmk2_019_drive cover.STL (قاب محافظ محرک گیره)

لیست قطعات مکانیکی و الکترونیکی (غیر پرینتی):

• 3 عدد سروو موتور MG995 یا MG946
• 1 عدد سروو موتور SG90
• 1 عدد مهره قفلی M6
• 1 عدد پیچ M6x25
• 2 عدد مهره قفلی M3
• 2 عدد پیچ M3x20
• 1 عدد پیچ سرآلن M3x10
• 9 عدد مهره قفلی M4
• 1 عدد پیچ M4x40
• 1 عدد پیچ M4x30
• 5 عدد پیچ M4x20
• 1 عدد میله رزوه شده M4 به طول 60 میلی‌متر
• 1 عدد میله رزوه شده M4 به طول 32 میلی‌متر
• 25 عدد ساچمه فلزی به قطر 6 میلی‌متر
• 1 عدد بلبرینگ 606zz
• تعدادی واشر فلزی M4

+4

خب، بریم سراغ سر هم کردن پایه اصلی بازو. اول از همه یه سروو موتور MG946 رو طوری روی قطعه پایه قرار بده که شفت خروجی اون به سمت جلو باشه. با همون پیچ‌های خودکاری که داخل جعبه موتور هست، اون رو محکم سر جاش ببند. بعدش سه تا مهره M3 رو داخل شیارهایی که روی پایه طراحی شده قرار بده تا برای مراحل بعدی آماده باشه.

حالا بلبرینگ 606 رو توی محفظه خودش جا بزن و صفحه گردان رو با سه تا پیچ M3 به پایه وصل کن. حتما با دست بچرخونش تا مطمئن بشی که بلبرینگ کارش رو درست انجام می‌ده و صفحه کاملا روون حرکت می‌کنه.

توی قدم بعدی، صفحه محرک رو روی شفت هزارخار سروو موتور قرار بده و چرخ‌دنده پرینت‌شده رو روش بذار. با یکی دو تا پیچ خودکار کوچیک این دو تا رو به هم متصل کن. (توی فایل‌های دانلودی دو مدل چرخ‌دنده 22 و 25 دندانه هست تا اگه پرینتت خطای انقباض داشت و فاصله محورها کم شد، بتونی سایز مناسب رو انتخاب کنی).

مسیر دایره‌ای روی پایه رو با حدود 25 تا ساچمه 6 میلی‌متری پر کن. این ساچمه‌ها مثل یه بلبرینگ بزرگ عمل می‌کنن و وزن بازو رو تحمل می‌کنن.

در نهایت، یه مهره قفلی M6 رو داخل محفظه پایه گردان قرار بده، بخش چرخ‌دنده‌دار رو روش بذار و با دو تا پیچ و مهره M3 محکم کن. در حالی که پایه کاملا صاف روی زمین قرار داره، این دو بخش رو با یه پیچ M6 به هم وصل کن تا ساختار پایین ربات تکمیل بشه.

+4

پایه اصلی که آماده شد، حالا نوبت بازوهای رباته. بازوی اصلی و اهرم محرک عمودی رو سر جاشون قرار بده و با یه میله فلزی 4 میلی‌متری به طول 33 میلی‌متر، اونا رو به محور افقی پایه اصلی متصل کن.

دو تا سروو موتور دیگه رو توی جایگاه مخصوصشون روی بازو بذار و با هشت تا پیچ خودکار محکم ببند. برای انتقال حرکت موتورها به بازو، از بازویی‌های تکی (هورن‌های پلاستیکی) که داخل بسته‌بندی خود سرووها هست استفاده کن. خیلی مهمه که قبل از بستن، موتورها رو در زاویه میانی قرار بدی و بعد هورن‌ها رو کاملا هم‌راستا با محفظه بازوها نصب کنی.

حالا انتهای پایینی اهرم صاف رو به بازوی محرک متصل کن. در ادامه، انتهای پایینی اهرم زاویه‌دار رو به بخش ثابتی که روی پایه قرار داره متصل کن تا مکانیزم الاکلنگی بازو شکل بگیره. با استفاده از یه میله رزوه شده M4، بازوی افقی و قطعه مثلثی‌شکل رو به قسمت بالایی بازوی اصلی متصل کن.

در نهایت، میله صاف رو به بازوی اصلی و میله زاویه‌دار رو به قطعه مثلثی ببند تا ساختار مفصل‌ها سفت و یکپارچه بشه.

+2

حالا باید اهرم و بخش اتصال سریع گیره (چنگک) رو به قسمت جلویی بازوی افقی متصل کنی. ساختار اصلی بازوی رباتیک الان تکمیله! اینجا می‌تونی گیره پیش‌فرض پروژه رو بسازی یا اگه طراحی خاصی مد نظرت هست، از گیره سفارشی خودت استفاده کنی. قطعات گیره رو دقیقا طبق تصاویر روی هم مونتاژ کن.

بعد از اینکه گیره کامل شد و موتور SG90 رو روش بستی، اون رو به بخش اتصال سریع در انتهای بازو وصل کن. حالا باید سیم سروو موتور گیره رو از داخل فضای خالی بازوی افقی رد کنی تا ظاهر کار تمیز دربیاد و موقع کار به جایی گیر نکنه.

سیم تمام موتورها رو به سمت پشت ربات هدایت کن و با بست کمربندی مرتبشون کن. حتما یه مقدار خلاصی برای سیم‌ها در نظر بگیر تا موقع چرخش محورهای عمودی و افقی، سیم‌ها کشیده نشن و به کانکتورها فشار نیاد. ساختار مکانیکی بازوی رباتیک تو کاملا آماده شده و الان منتظر فرمان‌های الکترونیکیه!

برای حرکت دادن سروو موتورها روش‌های مختلفی هست، ولی استفاده از بردهای کنترلر آماده مثل Pololu Mini Maestro یکی از بی‌دردسرترین راه‌هاست. این کنترلر مدل‌های مختلفی (6، 12، 18 و 24 کاناله) داره که بسته به تعداد موتورهایی که می‌خوای کنترل کنی می‌تونی یکیش رو تهیه کنی. برای این پروژه، مدل 12 کاناله انتخاب خیلی خوبیه.

برای شروع کار با این برد، باید درایورها و نرم‌افزار رایگانش رو که هم برای ویندوز و هم لینوکس موجوده، روی سیستمت نصب کنی.

وقتی برد رو با یه کابل USB به کامپیوتر وصل می‌کنی، خیلی راحت می‌تونی سرعت، شتاب و زاویه تک‌تک موتورها رو در لحظه کنترل کنی. حتی می‌تونی یه سری موقعیت حرکتی رو ذخیره کنی و ازشون یه چرخه (Loop) بسازی. نرم‌افزار این اجازه رو بهت می‌ده که این حرکات رو داخل حافظه خود کنترلر ذخیره کنی تا ربات بدون نیاز به کامپیوتر بتونه به‌صورت خودکار کارش رو انجام بده.

فایل نصبی نرم‌افزار Maestro Servo Controller رو دانلود و اکسترکت کن. فایل Setup رو اجرا کن تا نصب شروع بشه. این پکیج شامل موارد زیر می‌شه:

• درایورهای ارتباطی سخت‌افزار Maestro
• نرم‌افزار مدیریت Maestro Control Center
• ابزار خط فرمان برای اجرای دستورات پیشرفته (UscCmd)

بعد از اتمام نصب، شورت‌کات برنامه رو روی دسکتاپ می‌بینی. حالا برد رو به یکی از پورت‌های USB کامپیوترت وصل کن. ویندوز بلافاصله سخت‌افزار جدید رو می‌شناسه و پنجره نصب درایور باز می‌شه.

گزینه نصب خودکار رو انتخاب کن و بزن بریم مرحله بعد. ممکنه این پیام نصب تا سه بار ظاهر بشه، چون کنترلر از روش‌های مختلفی برای ارتباط استفاده می‌کنه.

در نهایت اگه وارد Device Manager ویندوز بشی، می‌بینی که دو تا پورت COM جدید و یه درگاه USB برای برد اضافه شده و سیستم کاملا آماده ارتباط با رباته.

نرم‌افزار Maestro Control Center یه محیط گرافیکی عالی و ساده داره که کنترل موتورها رو برات مثل آب خوردن می‌کنه. این برنامه تب‌های مختلفی داره که هر کدوم برای یه تنظیم خاص در نظر گرفته شدن.

تب Status تعداد کانال‌هایی که برد پشتیبانی می‌کنه رو نشون می‌ده و از این بخش می‌تونی خروجی‌ها رو فعال کنی و وضعیت موتورها رو در لحظه رصد کنی.

با زدن تیک هر کانال، اون موتور فعال می‌شه و با کشیدن نوار لغزان می‌تونی زاویه حرکتش رو به دلخواه تغییر بدی؛ یه نقطه سبز رنگ هم روی نوار هست که موقعیت دقیق و فعلی شفت موتور رو نشون می‌ده.

قسمت سرعت و شتاب (Speed و Acceleration) بهت اجازه می‌ده حرکت موتورها رو خیلی نرم و دقیق تنظیم کنی تا ربات حرکات تند و پرش‌دار نداشته باشه. می‌تونی مقادیر پیش‌فرض رو تو تب تنظیمات مشخص کنی، اما اینجا برای کالیبره کردن نهایی فوق‌العاده کاربردیه. تب Errors هم خطاهایی که ممکنه موقع اجرای حرکات پیش بیاد رو لیست می‌کنه.

بخش Channel Settings برای تنظیمات تخصصی هر موتوره. توی این قسمت تنظیمات زیر رو برای هر کانال می‌تونی تغییر بدی:

• انتخاب یک نام اختصاصی برای هر کانال
• تعیین حالت عملکرد به عنوان سروو (پیش‌فرض) یا ورودی/خروجی
• تنظیم نرخ پالس موتورها
• تعریف حد مجاز و حداکثری برای چرخش بازوها
• مشخص کردن رفتار موتور در زمان روشن شدن یا بروز خطا
• تنظیم سرعت پایه حرکت
• تنظیم شتاب برای استارت و توقف نرم
• تنظیمات نقطه خنثی

یکی از جذاب‌ترین بخش‌ها، تب Sequencer هست. اینجا بدون نیاز به حتی یک خط کدنویسی، می‌تونی فریم‌های حرکتی مختلف رو تعریف کنی (مثلا موتور یک بره بالا، موتور دو بره چپ) و به نرم‌افزار بگی این حرکات رو با چه تاخیری و چند بار پشت سر هم تکرار کنه. این اطلاعات روی رجیستری کامپیوتر ذخیره می‌شن و قابلیت انتقال به حافظه خود برد رو هم دارن. SCRIPT

تب Script هم برای زمانیه که بخوای کدهای اختصاصی خودت رو روی کنترلر بارگذاری کنی تا عملکرد پیچیده‌تری ازش بگیری. استفاده از این نرم‌افزار شاید اولش کمی پر از منو به نظر برسه، اما راحت‌ترین روشیه که می‌تونی بدون درگیری با کدنویسی‌های پیچیده، کنترل کامل بازوی رباتیک رو به دست بگیری و آزمایش‌های واقعی روش انجام بدی.

به همین راحتی تو تونستی یه بازوی رباتیک کامل و حرفه‌ای بسازی! همون‌طور که دیدی، مکانیک این ربات بسیار دقیق و قدرتمنده و می‌تونی اون رو با بردهای مختلفی راه‌اندازی کنی. اگه دوست داری پروژه رو یکم چالشی‌تر کنی، پیشنهاد می‌کنم سراغ بردهای آردوینو بری و با برنامه‌نویسی مستقیم، یه کنترلر بلوتوثی یا وای‌فای براش طراحی کنی.

امیدواریم از این پروژه اختصاصی آیسی‌مدار لذت برده باشی. حتما این ربات رو بساز، ایده‌های خلاقانه خودت رو بهش اضافه کن و حسابی باهاش سرگرم شو. موفق باشی!