SJ LAB

 벌서 다섯번째 포스팅 입니다. 

기구적으로 어느정도 5축 까지는 완성되었는데 마지막 축을 결정하는데는 좀 더 시간이 걸릴것 같으므로, 제어를 시작 했습니다. 

시작한지 1~2주만에 제어부를 완성 했습니다. 예정에 "2-wheel Balance robot" 만든 경험으로 시행착오 없이 금방 만들었어요~

오늘까지 완성된 로봇팔 입니다. 

오른쪽에 있는 빨간 버튼은 긴급정지 버튼 입니다. 좌표를 잘못 설정 했다면 빠른속도로 정지해야겠죠?

PID 제어를 사용해서 속도와 각도를 제어하고, 모터에 대한 피드백을 지속적으로 받을 수 있습니다.

목표 지점까지 이동하는 영상입니다. 

약 10mm 를 1000단계의 분해능으로 20초간 움직이는 영상입니다.

이제 개선 과정을 볼까요? 

5DOF 구성 사진 입니다.  끝 부분이 완성되면 6축이 됩니다.

배선 정리 입니다. 26개의 선을 하나하나 이어 붙입니다. 엔코더 선과 모터 선이 일치하도록 끝마킹을 합니다.(다시 풀지 않으려면 ㅋ)

배선 정리 후 모터 전류제어 보드를 연결합니다. 좌측 보드로 테스트해봤었는데 모터 순간 전류에 빠르게 발열이 올라가서 사용 못 하고, 10A 짜리 보드로 교체했습니다.

그리고 엔코더 펄스도 확인하다가 6개 모터 중 1개 모터가 엔코더 카운팅이 이상해서 체크 해보니 Hall Sensor 와 자성 축 센서 간의 거리가 멀어서 AB 신호 구분이 명확하지 않은 문제를 조정하였습니다.

이제 MCU 를 사용해서 PID 제어 알고리즘을 넣었습니다.  모터를 모델링할 수는 없어서 빠른 속도로 Goal Position에 안정적으로 도달될 수 있도록 상수 값 비례(Proportional),

적분(Integrator), 미분(Differential) 값을 적절히 조절하였습니다.

모터 조정 간격(Sampling)은 14khz 입니다. 예전에 밸런스 로봇에 적용 했을때는  200hz으로 오차 보정시간이 걸렸었는데 지금은 훨씬 빠른 속도로 보정됩니다.

그리고 하나의 Slave MCU는 3개의 모터를 제어하고 MCU 는 2개의 Slave를 제어합니다.

MCU 셋팅하는 모습입니다. 클럭을 맞추려면 데이터시트를 참고 해야하는데(AVR 당시..), 

이 프로그램을 사용하면 자동으로 셋팅 됩니다.ㅋㅋ

그리고 오랜만에 MPU 개발하니까 재미있었네요 ㅋㅋ 

AVR 당시에는 예전에 개발한 코드를 참고하면서 개발 했었는데 

지금은 STM32CubeMX 라는 ST 에서 제공하는 툴을 사용하여 초기셋팅을 했는데 많이 편리합니다.

브래드보드에서 동작 확인 후 만능기판에 작업을 합니다.  (소요시간은 3시간) 

정상 동작하는하는걸 보니 아직 실력이 죽지 않은것 같습니다. 

모터 1회전 분해능은 22660이며, 1~3관절부 1회전은 185738 이 됩니다. 4~6관절부 1회전은 133731 됨니다.  

각 관절 해상력은 충분히 나올 수 있도록 설계되었기때문에  0.1mm 정밀도가 나올것이라 기대하고 있습니다. (감속기어 백레쉬가 커서 반복정밀도는 안나오겟지만요. ㅜ)

이제 역기구설계를 통해서 카테시안좌표로 모든 관절이 움직입니다.

다음 포스팅에서는 소프트웨어를 통해서 로봇 시뮬레이션하는 과정을 보여드리고자 합니다. 

1. 로봇 캘리브레이션 하기 (엔코더 위치값 초기화)

2. 원하는 좌표로 이동하기 

3. 카메라를 사용하여 로봇과 월드좌표계 캘리브레이션후 마커 인식포인트로 이동

3가지 목표 입니다.  ㅋㅋ

1,2 을 얼른 끝내고  3번 영상처리를 시작하고 싶습니다. 전공 살리기 힘드네요 ㅋㅋㅋㅋㅋ

1920x1080 60fps USB3.0 카메라 입니다. 영상처리를 해보니 디코더가 내장되어 있어서 손실압축을 하는것 같네요. 

고품질 영상을 얻을 수는 없겠지만, 정지영상에서 물체를 식별할 수는 있습니다. 

카메라 케이스 제작하여 알루미눔 프로파일에 장착을 합니다.

짜잔~

lidar는 Slam에 사용하려고 잠깐 테스트 했었는데, 성능 테스트겸 집을 대상으로 위치를 추정해보려 합니다. 

각 위치로 이동하는 테스트 입니다. 

3D Printer 로봇팔 제작 - 6 편을 기대해 주세요~ 

 안녕하세요. 평생개발자입니다. 

정확히 3개월만에 로봇팔 제작 포스팅 한만큼 진도가 많이 나갔습니다. ㅎㅎ

3D Printer 로봇팔 제작 - 3 에서 큰 변화는 관절(Joint) 부분 입니다.  3D printer로 출력하여 경도가 낮아 뒤틀림 현상이 가장 큰 골치거리 였습니다.  

 이번 포스팅에서는 좀 더 로봇 팔 처럼 뼈대를 단단히 잡고 각 관절을 움직일 수 있도록 하여 

다음 3D Printer 로봇팔 제작 - 5 에서는 기구파트 부분을 마무리 예정입니다. 

초기 관절 버전에서는 3D Printer 출력물이 기준으로 축을 잡고 있었습니다. 하지만 문제가 발생 되었던 부분은  로봇팔이 6축으로 움직이고 회전이 발생될때 축 자체가 뒤틀리는 현상으로 관절이 버텨내지 못했습니다. 

왼쪽 사진의 개선 된 방식으로 모든 관절이 동일한 형태로 모듈화를 하였고, 

베어링과 고정 축을 밀접하게 볼트로 잡아 줄 수 있는 구조로 문제를 해결 했습니다.

3D Printer Nozzle size 가 0.4mm 로 층 쌓는데 수치를 실 크기로 잡으면 볼트가 안들어가고, 베어링도 안들어 가더군요. 치수 설계시 +0.2mm 추가 했습니다. 내경에 들어갈때는 -0.2mm 

하나찍 출력해서 맞춰가는 작업이 시간이 많이 걸렸네요 ㅜㅜ

관절 모듈 제작과정 1

관절 모듈 제작과정 2

관절 모듈 제작과정 3

장력을 일정하게 유지하게 만드는 케이블 작업입니다. 

아이디어는 MTB 고급? 변속케이블에서 착안 했습니다.  

장력을 일정하게 유지한다는 말이 무슨말이냐면, 테프론 호수에 케이블을 넣어서 각 관절을 움직이게 됩니다. 문제는 장력이 높아지면, 테프론 호수가 견디지 못하고 길이가 줄어들게 되는 현상이 발생됩니다. 

그래서

테프론 호수가 줄어들지 못하도록 형태를 잡아주는 케이블 가이드를 만들었습니다.

모터 뭉치 그리고, 관절에 케이블을 연결하게 되는것 입니다. 

지금 까지~~~

 각 파트를 점검 했습니다. 

이제 로봇 뼈대를 고정할 바닥 부분과 6축 로봇 팔을 연결 하도록 하겠습니다. 

바닥 부분과 뼈대 조립 과정 1

바닥 부분과 뼈대 조립 과정 2

6축 로봇팔 뼈대가 완성된 형태 입니다. 

이제 로봇팔 형태가 이제 보이시나요???   

회사 야근하면서도 집에서 틈틈히... 틈틈히.. 만들었습니다.   ㅇ_ㅇ;;;

이제 각 모터를 관절에 연결하는 작업이 남아 있습니다. !!!

최대 이동 속도 입니다.  토크는 240kg/cm 이 되겠습니다. 

느린 속로도 2, 3번째 관절 이동 영상 입니다. 

아직 전자 제어가 들어가지 않아서 모터 속도가 일정하지 않은점을 감안하셔야 합니다. ㅋ

후~~~

여기까지 

3D Printer 로봇팔 제작 - 4 제작 포스팅을 마치겠습니다.

3D Printer 로봇팔 제작 - 5 을 기대해 주세요^^

3D Printer 출력 해보셨던 분은 이러한 현상 격으시면 정말 화가 나실꺼에요(8시간 짜리)..ㅋ

모터 탈조가 발생되어서 다 밀려버렸네요 ㅜㅜ 

나중에 close loop모터로 개조 해봐야겠습니다. ㅋ