3D 프린터로 만드는 로보트 팔

by Jason Lee |
2017-05-18 16:39
이 메뉴얼은 로봇팔의 제작을 통해 3D프린터의 활용방법과 로보트 팔의 동작원리를 이해하는 교육적 목표로 작성되었습니다. 주요부품의 목록은 아래와 같습니다.
  • SG90 Servo Motor
    x 1개
  • USB Servo Controller
    x 1개
  • 996 Servo Motor
    x 3개
  • M4 와셔
    x 20개
  • 606zz 베어링
    x 1개
  • 6mm 볼베어링 구슬
    x 25개
  • M4 x 32mm threaded rod
    x 1개
  • M4 x 60mm threaded rod
    x 1개
  • M4 x 20 screw
    x 5개
  • M4 x 30 screw
    x 1개
  • M4 x 40 screw
    x 1개
  • M4 selflocking nuts
    x 9개
  • M3 x 10 hex recessed head screw
    x 1개
  • M3 x 20 screws
    x 2개
  • M3 selflocking nuts
    x 2개
  • M6x25 screw
    x 1개
  • M6 selflocking nut
    x 1개
10명이 추천합니다. 이 부품 패키지를 구매하고 싶다면 추천해주세요.
  • 드라이버
    x 1개
  • 6각 렌치
    x 1개

위 사진은 3D 프린터로 출력하여 제작한 4축 로봇 팔입니다. 이 로봇 팔은 이전에 만든MK2 라고 하는 유사한 것을 성공한 후에 만들어보았습니다.  이번 것은 예전것보다 조금 더 크고 강해서 좀더 무거운 물체와 좀더 먼 거리에 있는 물체에 접근할 수 있습니다.

또한 퀵 커플러가있는 교체 형 그리퍼, 메인 암의 내부의 케이블 라우팅 구조 및 기어에 의해 움직이는 수직축과 같이 작은 기능 몇가지를 구현했습니다.

그리고 이 로봇팔은 명확한 목적없이 설계되었지만, 주요 목표는 교육이며 모든 잠재적 어플리케이션을 탐구하는 데 집중할 수 있는 적절한 하드웨어를 제공합니다.


많은 사용자의 요청이 있어 전체 프로젝트를 Onshape 계정에서 사용할 수 있게 만들었습니다. 원본 CAD 파일들은 EEZYbotARM mk2 링크에서 찾을 수 있습니다. 그러므로, OnShape를 이용하여 자신의 버전을 디자인하고 파일을 복사하거나 수정할 수 있지만 원본 라이선스에 따라 저작자 표기해 주십시요.


EEZYbotARM Mk2는 처음에 Thingiverse 계정에 공유되었고 링크는 다음을 참조하세요 : thing 1454048

이 링크에서 전작의 작은 mk1의 매뉴얼을 찾을 수 있습니다 : EEZYbotARM instructable


개인 웹 페이지 www.eezyrobots.it에는 더 많은 DIY 프로젝트가 있으니 참조하십시요.

3D 프린터 출력중

3D 프린터 출력중

3D 프린터 출력

  이번 버전의 로봇팔은 전작의 mk1보다 치수와 일부 부품의 형상 때문에 조금 어려울 수도 있습니다


메인 수평 암 (006)과 같은 몇몇 구성 부붐들은 200x200 밀리미터 크기의 출력이 가능한 3D프린터를 필요로 합니다. 여기에 모든 stl파일을 올렸습니다.


본인의 경우 ABS 필라멘트가있는 Prusai3를 사용하여 모든 부품을 인쇄했고 모두 훌륭하게 작동하였습니다.(3D 프린터가 없으시다면 메이크위드의 장비/검색 메뉴를 활용하시면 무료로 이용할 수 있는 메이커스페이스가 있으니 이용해도 좋겠습니다)


YouTube에 인쇄 된 일부 부품에 대한 간단한 비디오를 제작하여 첨부하였으니 참고하십시요.

그리고 다른 많은 종류도 있으니 이링크(Thingiverse user makes)를 참고하시면 이용할 수 있습니다.


하드웨어

  하드웨어는 미터법을 사용했고 모든 조인트는 M4 나사를 사용하였습니다. (M4 대신 # 8-32를 사용할 수 있습니다.) 관절의 구멍들은 아주 타이트하게 설계되었고 정확히 들어맞기위해 드릴 비트를 사용하여 직경을 미세 조정할 수 있습니다.

  나사에는 가급적 고무 실링처리된 자동 고정식 너트를 사용해야 하며 조인트는 끝까지 딱맞게 조여야합니다. 결과적으로 부품들 간의 간격을 작게하면서 부드럽게 움직일 때까지 나사의 조임을 조절해야 합니다. 메인의 수직 팔 두 축에는 M4 threaded rods를 사용했습니다. 


소프트웨어/펌웨어


  본 로봇팔 매뉴얼의 목적은 다양한 제어 방법으로 실험을 할 수있는 교육 도구를 제공하는 것입니다.  Pololu사의 Mini Maestro 12 Controller는 사용하기 쉽고 매우 저렴하지는 않지만 많은 문제를 해결할 수 있는 요긴한 부품입니다. 컨트롤러를 사용하기 위해서는 드라이버와 소프트웨어를 컴퓨터에 설치한 후 USB에 연결하여 속도와 가속도를 설정하여 서보 드라이브를 조종 할 수 있습니다. 그리고, 서보 위치들을 시퀀스에 저장하고 저장된 시퀀스를 한 번 또는 반복하여 재생함으로써 로봇팔을 움직이게 할 수 있습니다. 또한 내부 스크립트 메모리에 저장하여 컴퓨터가 연결되지 않아도 자동으로 재생하여 로봇팔이 움직이게도 할 수 있습니다. (본인은 Pololu사와 아무관계없습니다)

정리하여 요약하면, 본 매뉴얼에서 로봇팔은 Arduino 및 Bluetooth를 통한 Android APP를 사용하여 4 축 서보 구동 로봇에 사용할 지침을 개발했습니다. 여기 링크(link)를 참고 하십시요.


다음은 mk2 로봇 팔을 제작하는 데 필요한 부품 목록입니다.


3D프린터로 출력 된 부품과 기성 부품들을 필요로 합니다. 만일 3D 프린터가 없다면 3D 허브와 같은 3D 프린팅 서비스또는 메이커스페이스를 이용하시면 됩니다.


기성부품은 웹 또는 부품상게에서 쉽게 구할 수 있습니다. 매뉴얼에서는 3 개의 큰 메인 서보를 사용하고 서보는 MG995 또는 MG946를 사용하면됩니다. (치수는 동일하지만 946이 힘이 조금 셉니다). 그런 다음 작은 sg90 servo, 606 베어링 및 6mm 직경의 베어링 구슬등의 나머지 부품들은 부품상가등에서 찾을 수있는 부품입니다.

3D PRINTED PARTS 목록 :

  • EBAmk2_001_base.STL
  • EBAmk2_002_mainarm.STL
  • EBAmk2_003_varm.STL
  • EBAmk2_004_link135.STL
  • EBAmk2_005_link135angled.STL
  • EBAmk2_006_horarm__.STL
  • EBAmk2_006_horarm_plate.STL
  • EBAmk2_007_trialink.STL
  • EBAmk2_008_link147_new.STL
  • EBAmk2_009_trialinkfront.STL
  • EBAmk2_010_gearservo.STL
  • EBAmk2_010_gearservo_22DENTI.STL
  • EBAmk2_010_gearservo_25DENTI.STL
  • EBAmk2_011_gearmast.STL
  • EBAmk2_012_mainbase.STL
  • EBAmk2_013_lower base.STL
  • EBAmk2_014_claw base.STL
  • EBAmk2_015_claw finger dx.STL
  • EBAmk2_016_claw gear drive.STL
  • EBAmk2_017_claw finger sx.STL
  • EBAmk2_018_claw gear driven.STL
  • EBAmk2_019_drive cover.STL


NON PRINTED PARTS 구매 목록 :

  • 3 - 955 or 946 servo
  • 1 - SG90 SERVO
  • 1 - M6 selflocking nut
  • 1 - M6x25 screw
  • 2 - M3 selflocking nuts
  • 2 - M3 x 20 screws
  • 1 - M3 x 10 hex recessed head screw
  • 9 - M4 selflocking nuts
  • 1 - M4 x 40 screw
  • 1 - M4 x 30 screw
  • 5 - M4 x 20 screw
  • 1 - M4 x 60mm threaded rod
  • 1 - M4 x 32mm threaded rod
  • 25 - dia 6 mm ball spheres
  • 1 - 606zz bearing
  • some M4 washers


EBAmk2_stlfiles.zip

3D출력 부품의 STL파일들

전체 조립도

그림 A

그림 B

그림 C

그림 D

그림 E

그림 F

그림 G

다음 단계를 따라 기본 베이스를 조립 합니다.


A - 구동축을 앞으로 맞춰 MG946 서보를 위치 시키십시오. 서보 고정 나사와 함께 제공된 기본 나사를 사용하여 서보를 기본베이스에 고정하십시오.

B - 3 개의 M3 너트를 주 받침 대의 콘센트에 넣는다.

C - 606 베어링을 하우징에 삽입하고 3 개의 M3 나사를 사용하여 플레이트를 기본베이스에 장착하십시오. 베어링의 자유롭게 움직이는지 확인하십시오.

D - 드라이브 플레이트를 스플라인 샤프트에 놓고 구동 기어를 올립니다. 하나 또는 두 개의 작은 셀프 태핑 나사를 추가하여 플레이트와 기어를 연결하십시오. (2 개의 구동 장치가 있으며 22 개의 톱니와 25 개의 톱니가 있습니다.

이것은 두개를 더 만들었는데, 3D프린팅의 특성상 베이스를 인쇄하는 동안 약간의 변형과 두 축의 거리가 더 작아질 수 있기 때문입니다

E - 직경이 6mm 인 약 25 개의 베어링 구슬를 사용하여 경로를 채 웁니다.

F - 스위블베이스의 소켓에 M6 자체 고정 너트를 삽입 한 후 그림과 같이 두 개의 M3 나사와 너트로 고정합니다.

G - 기본베이스를 평평하게 유지하고 스위블 요소를 접촉시키면서 M6 나사를 사용하여 두 요소를 연결합니다.

그림 H

그림 I

그림 J

완성

그림 K

그림 L

그림 M

그림 N

H - 이제 기본 베이스가 완성됩니다.

I - 메인 암과 수직 구동 레버를 놓고 연결하십시오

    33mm 길이의 4mm 직경로드를 사용하는 기본베이스 가로 축이 있습니다.

J - 8 개의 탭핑 나사를 사용하여 2 개의 서보와 위치를 고정시킵니다. 암을 운전하려면 서보와 함께 제공된 서보 혼을 사용하십시오. 서보의 중간 위치가 팔 하우징과 일치하는지 확인하십시오

K - 직선형 레버의 하단을 구동 암에 연결하십시오.

L - 각진 레버의 하단을베이스의 고정 된 끝 부분에 연결하십시오.

M - 처리 된 M4로드를 사용하여 수평 암과 삼각형을 메인 암의 상부에 연결하십시오.

N - 직선로드를 메인 암과 삼각형 각도로 결합합니다.

그림 O

그림 P

그림 Q

그림 R

참고 사진

완성된 모습

O - 그리퍼의 로드와 고속 릴리스를 수평 암의 앞부분에 연결하십시오.

P - 이제 로봇 팔이 조립되었습니다.

      이제 그리퍼 어셈블리를 진행하거나 자신 만의 그리퍼 디자인을 사용할 수 있습니다

Q - 그림 "Q"와 같이 그리퍼를 조립하십시오.

R - 암 끝단의 고속 릴리스에 그리퍼를 부착하고 서보 와이어가 수평 암의 내부 공간을지나도록 하십시오.

수직축의 회전에 대해 충분한 자유도를 가지면서 로봇의 후면에 있는 모든 와이어를 모아줍니다.


이제 eezybotarm mk2는 이제 기계적으로 조립완성 구동 될 준비가되었습니다.


수고하셨습니다.

서보 모터 컨트롤러

로봇 팔의 서보를 조정하는 방법은 여러 가지가 있습니다.


  처음에 기술한 바와 같이, Pololu USB 서보 미니 마에스트로를 사용하면 매우 편리합니다. 서보 모터 컨트롤러는 제어할 수 있는 서보 모터의 수에 따라 네 가지 종류가 있습니다.(6, 12, 18, 24) 본 매뉴얼에서는 12 채널 컨트롤러를 사용했습니다.


  서보 컨트롤러를 사용하기 위해서는 드라이버를 설치 한 다음 소프트웨어 (win & linux에서 사용 가능)를 설치해야합니다.


  USB 케이블 (A ~ miniB)로 PC에 연결하면 즉시 속도와 가속도를 선택하여 서보 드라이브를 구동 할 수 있습니다. 서보 위치를 시퀀스에 저장할 수 있으며 준비가되면 한 번 또는 반복하여 재생할 수 있습니다. 또한 내부 스크립트 메모리에 저장할 수 있으며 컴퓨터가 연결되지 않아도 자동으로 재생됩니다.


드라이버 및 소프트웨어 설치


Maestro Servo Controller Windows 드라이버 및 소프트웨어 다운로드링크(link) (5MB)


Maestro를 컴퓨터에 연결하기 전에 위의 링크에서 드라이버를 설치해야합니다.


ZIP 파일을 열고 setup.exe를 실행하면. 아래 프로그램을 설치합니다.

  • Maestro drivers

  • Maestro Control Center

  • command-line utility (UscCmd)


완료되면 바탕 화면에서 제어 소프트웨어의 바로 가기를 찾을 수 있습니다.


이제 장치를 PC USB 포트 중 하나에 연결하면 컴퓨터가 "새 하드웨어 마법사"를 보여주는 새 하드웨어를 검색하고,

다음 창에서 "소프트웨어 자동 설치"를 선택하고 "다음"을 클릭하십시오.

사용할 수있는 제어 방법이 다르기 때문에 하드웨어 마법사 팝업이 세 번 표시됩니다. 마지막에 컴퓨터의 장치 관리자 2 COM 포트 (명령 포트 및 TTL 포트)와 USB 항목을 찾을 수 있습니다

THE MAESTRO CONTROL CENTER

  Maestro Control Center는 서보 제어 및 마에스트로 설정을 위해 USB 인터페이스를 사용하는 그래픽 도구입니다.


탭 메뉴들

STATUS Tab

  연결된 마에스트로 (6, 12, 18, 24)를 따라 표시되는 채널은 마에스트로의 출력을 제어하고 실시간으로 상태를 모니터링하는 데 사용됩니다.

  서보로 구성된 채널의 경우 체크 상자는 출력을 활성화하고 슬라이더를 드래그하면 채널의 대상 설정을 조정하고 녹색 점은 채널의 현재 위치를 나타냅니다.

  "속도"및 "가속"입력을 통해 개별 서보모터 채널의 속도 및 가속도를 실시간으로 조정할 수 있습니다

기본값은 설정 탭에 지정되어 있지만 미세 조정을 위해 기본값을 조정할 수도 있습니다.

ERRORS Tab

  오류 탭은 Maestro가 실행 중 감지 한 문제를 표시합니다.

CHANNEL SETTINGS

  채널 설정 탭에는 마에스트로에 저장된 채널 매개 변수에 대한 컨트롤이 포함되어 있습니다

  • 이름의 지정
  • 서보 모드 (기본값) 또는 입력 / 출력 모드
  • 펄스주기
  • 최대 최소위치
  • 시작 위치 또는 오류시 동작 (꺼짐, 무시, 위치 이동)
  • 속도
  • 가속도
  • 8비트 중립


SEQUENCER Tab

  이 탭은 중요합니다. 간단한 동작 시퀀스를 한 번 또는 반복하여 만들고 재생할 수 있게 합니다.


  시퀀스 란 간단히 설명하면, 각 서보 모터의 위치와 각 프레임의 지속 시간 (밀리 초)을 지정하는 "프레임"의 목록입니다. 시퀀스는 컴퓨터의 레지스트리에 저장되며  저장된 스크립트는 재생되거나 복사 될 수 있습니다.


SCRIPT Tab


  스크립트 탭은 마에스트로에 로드 할 스크립트를 입력 할 수 있는 곳입니다.


자세한 설명은 Pololu Maestro manual을 참조하십시요.


  조금은 복잡해 보일 수 있지만 로봇 팔을 제어하고 움직임을 실시간으로 실험 할 수있는 방법중 가장 쉬운 방법입니다.


  또한 시퀀서 탭을 사용하면 코드를 작성하는 방법을 알지 못해도 루프를 얻을 수 있습니다. 이 방법을 사용하여 YouTube에서 mk1의 데모 루프를 만들었습니다.

모두 마쳤습니다.

Arduino와 같은 다른 컨트롤러를 사용하여 로봇 팔을 운전하는 다른 방법을 찾고 있다면 RepRap forum을 참고하십시요. "Opensource Firmware for ABB IRB460-like Robot Arms"


감사합니다.

www.eezyrobots.it

MAKER'S PROJECT

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