Prototipando um robô Boxy: 14 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Em minha aula de humanóides baseada em projetos na Carnegie Mellon University, escolhi projetar e prototipar um robô de entrega simples. Para poder fabricá-lo de forma barata e rápida, o design era quadradão e pequeno. Depois que você aprende a fazer uma caixa com um cortador a laser, as possibilidades se tornam infinitas para as outras coisas que você pode fazer usando os mesmos princípios. Este tutorial irá guiá-lo passo a passo pelo meu design corporal e processo de prototipagem, com muitas fotos e capturas de tela ao longo do caminho.

Este projeto tem 1 compartimento que deve conter objetos como livros e pilhas de papel que medem aproximadamente 8,5 "x 11". Há uma pequena margem de manobra no design, então não deve ser um ajuste apertado. Embaixo do compartimento, há espaço para eletrônicos. Este espaço pode acomodar controladores de motor, placas Arduino, placas de ensaio, chips Bluetooth, etc. A área à direita do compartimento é salva para um mecanismo de abertura que não será abordado neste tutorial.

Etapa 1: Software, Hardware e Materiais

Programas:

Para projetar seu protótipo de robô quadradão, você precisa usar um programa CAD de sua escolha. Usei o SolidWorks porque ele estava disponível para mim na minha universidade. Outra opção para quem não tem acesso é o Autodesk Inventor, que é gratuito para alunos com endereço de e-mail.edu.

SolidWorks

Autodesk Inventor

Este tutorial será feito no SolidWorks, mas ainda deve ser fácil de seguir para outros programas CAD.

Para formatar e enviar arquivos para corte a laser, usei o CorelDraw.

Corel Draw

Existem muitos outros programas que são compatíveis com muitos outros cortadores a laser.

Hardware:

Eu usei um cortador a laser Epilog Legend 36EXT 50W. Muitos outros cortadores a laser estão no mercado, mas este atendeu melhor às minhas necessidades em termos de área de gravação, velocidade e qualidade resultante.

Especificações técnicas do Epilog Legend

Materiais:

• 2 folhas de acrílico (0,1 "x 24" x 30 ")
• 4x motores DC
• 4x suportes de motor
• 4x rodas
• Pistola de cola quente
• Bastões de cola
• Caneta de quadro branco
• Caixas de papelão (pequenas e médias)
• USB

Usei folhas de acrílico transparente OPTIX que encontrei na loja de arte da minha universidade. Você pode comprá-lo online aqui ou usar qualquer outro acrílico que puder.

Usei rodas Mecanum com motores e suportes de motor de um kit RobotShop básico que agora está fora de estoque. Um kit semelhante (e muito mais caro) ainda está em estoque aqui. Todas as rodas funcionarão, as rodas Mecanum simplesmente serviram ao meu propósito de forma mais eficaz.

Etapa 2: peças

Para criar o mesmo protótipo de robô quadradão que eu criei, você precisará das seguintes peças:

• 1x distância entre eixos
• 1x superior
• 1x de volta
• 1x lado esquerdo
• 1x lado direito
• 1x compartimento inferior
• 1x lado do compartimento

Todas essas peças se conectarão umas às outras por meio de guias e orifícios. Essas guias precisam ter a largura da espessura do material. No meu caso, usei 0,1 "de acrílico, então minhas abas e orifícios tinham 0,1" de largura. Se as guias ou orifícios não estiverem do tamanho correto, suas peças não se encaixarão perfeitamente!

Etapa 3: CAD da distância entre eixos

Os locais e dimensões de seus suportes de motor e orifícios de fiação mudarão dependendo dos tipos de suportes de motor e motores que você possui. Portanto, eles não são fornecidos nesses desenhos.

Os orifícios para a fiação permitem que você insira os fios do motor na área embaixo do compartimento onde ficam os componentes eletrônicos. Dessa forma, você pode alimentar e controlar seus motores sem arrastar seus componentes eletrônicos no solo.

Lembre-se de que se o seu material não tiver 0,1 de espessura, suas dimensões não serão as mesmas!

Etapa 4: CAD superior

Lembre-se de que se o seu material não tiver 0,1 de espessura, suas dimensões não serão as mesmas!

Etapa 5: Voltar CAD

Lembre-se de que se o seu material não tiver 0,1 de espessura, suas dimensões não serão as mesmas!

Etapa 6: CAD do lado esquerdo

Lembre-se de que se o seu material não tiver 0,1 de espessura, suas dimensões não serão as mesmas!

Etapa 7: CAD do lado direito

Lembre-se de que se o seu material não tiver 0,1 de espessura, suas dimensões não serão as mesmas!

Etapa 8: CAD inferior do compartimento

Lembre-se de que se o seu material não tiver 0,1 de espessura, suas dimensões não serão as mesmas!

Etapa 9: CAD do lado do compartimento

Lembre-se de que se o seu material não tiver 0,1 de espessura, suas dimensões não serão as mesmas!

Etapa 10: Criação de um DXF

Antes de prosseguir para esta etapa, pode ser útil fazer uma montagem do SolidWorks para garantir que todas as suas dimensões estejam corretas e que todas as peças se encaixem.

Agora que você tem todos os seus arquivos CAD, precisa se preparar para cortá-los a laser. A maioria dos cortadores a laser usa um arquivo.dxf, que é um arquivo que contém dados vetoriais. O cortador a laser seguirá esses vetores para cortar suas peças. Freqüentemente, os cortadores a laser serão conectados a computadores autônomos com funcionalidade restrita. Pode ser útil ou mesmo necessário salvar seus arquivos DXF em uma unidade USB para acessá-los a partir desses computadores.

Para cada parte, repita as seguintes etapas:

• Clique em "Arquivo"
• Clique em "Salvar como"
• Navegue até o destino USB
• Clique em "Salvar como tipo"
• Clique em "Dxf (*.dxf)"
• Clique em "Salvar"
• Clique em "View Orientation" (1)
• Clique na face da peça que deseja que o laser corte (2)
• Marque a caixa "Atual" (3)
• Clique na marca de seleção verde (4)
• Clique em "Salvar"

Anexei meus DXFs abaixo.

Etapa 11: formatação no CorelDraw

Abra o CorelDraw. Na tela de abertura, clique em "Arquivo" e depois em "Novo". Na janela que aparece, nomeie seu arquivo CorelDraw. Chamei meu arquivo de boxy robot1 porque estarei criando um arquivo para cada folha de acrílico que tenho que cortar. Defina os campos "Largura" e "Altura" com as dimensões corretas da folha de acrílico e certifique-se de que as unidades estejam em polegadas. Clique OK".

Um documento em branco aparecerá na tela. Clique em "Arquivo" e depois em "Abrir". Selecione todos os arquivos DXF que você criou para este projeto e clique em "Abrir". Uma janela adicional aparecerá para cada arquivo. Em "Unidades", selecione "Inglês" e depois "OK" para todas as janelas. Todas as suas partes agora serão abertas em guias separadas.

Você notará que há a marca SolidWorks na parte inferior de cada peça. Para excluí-lo, clique em uma das caixas de texto, mantenha pressionada a tecla "Shift" no teclado e clique na outra caixa de texto. As alças devem aparecer nos cantos. Pressione a tecla "Delete" e eles devem desaparecer. Faça isso para todas as suas partes.

Depois que a marca SolidWorks for excluída, retorne ao seu primeiro DXF. Começando fora do canto superior esquerdo da peça, clique com o mouse e arraste-o para fora do canto inferior direito. Uma caixa de linha tracejada seguirá o mouse enquanto você o arrasta. Esta é uma ferramenta de seleção. Certifique-se de que a caixa envolve completamente todas as linhas de sua peça. Se você cometer um erro, pressione a tecla "Escape" para remover sua seleção e tente novamente.

Depois que toda a parte for selecionada, você notará muitas alças ao redor de cada linha. Para evitar ter que mover e formatar essas linhas separadamente, clique no botão "Grupo" na faixa superior. Isso permitirá que você arraste todas as linhas de uma vez.

Enquanto você tem a parte selecionada, copie-a. Em seguida, navegue de volta ao arquivo boxy robot1 vazio e cole-o. Coloque-o no canto superior esquerdo com margens de pelo menos 1/8 "ao redor das bordas. Repita esse processo com quantas peças couberem em sua primeira folha de acrílico. Certifique-se de que todas as partes tenham margens de pelo menos 1/8" por todos os lados.

Selecione todas as partes do documento. Na faixa superior, selecione o menu suspenso de espessura da linha e escolha "Linha fina". Isso informa ao cortador a laser que você deseja cortar as linhas em vez de gravá-las.

Use o mesmo processo para encaixar todas as peças restantes na segunda folha de acrílico.

Etapa 12: Parâmetros do cortador a laser

Clique em "Arquivo" e em "Imprimir". Isso abrirá uma caixa de diálogo semelhante à impressão de um documento normal do Word. Você notará que na guia superior direita há uma mensagem que diz "1 problema". Depois de configurarmos os parâmetros do cortador a laser corretamente, isso deve resolver e dizer "Sem problemas".

Selecione seu cortador a laser como impressora. Em seguida, clique em "Preferências" ao lado dele.

A próxima janela é o software Epilog. Existem várias etapas aqui, mas a ordem não importa. Apenas certifique-se de pegar todos eles!

• Marque "Foco automático" na seção "Opções"
• Selecione "Vetor" na seção "Tipos de trabalho" ("Raster" é para gravura)
• Defina os campos "Largura" e "Altura" na seção "Tamanho da peça"
• Defina a "Velocidade" para 15%
• Defina o "Power" para 100%
• Defina a "Frequência" para 5000 Hz

As configurações de velocidade, potência e frequência são todas recomendadas para acrílico de 1/8 de espessura no manual do cortador a laser. Existem outras espessuras e outros materiais listados também.

Epilog Manuais

Clique OK". Você deve retornar à janela de impressão. A guia superior direita agora deve mostrar "Sem problemas". Se ainda listar problemas, verifique suas preferências novamente. Assim que nenhum problema for encontrado, clique em "Imprimir".

Etapa 13: Processo de Corte

Usei madeira e desenhos de outro projeto para essas fotos de exemplo porque o acrílico transparente é praticamente invisível sob a tampa de vidro do cortador a laser.

Assim que o documento for enviado para o cortador a laser, clicando em "Imprimir", vá para o cortador a laser. Localize a válvula de ar comprimido e certifique-se de que esteja ligada. Além disso, certifique-se de que o cortador a laser esteja ligado. Abra a tampa e coloque o acrílico no canto superior esquerdo. Esta é a origem ou (0, 0) ponto da área do cortador a laser. Feche a tampa do cortador a laser. Na pequena tela frontal, você verá o número e o nome do trabalho. O nome do trabalho deve corresponder ao nome do documento CorelDraw que você enviou. Se os nomes não corresponderem, certifique-se de que o cortador a laser esteja conectado corretamente ao computador e repita o processo de impressão. Pressione o botão verde "Ir" depois de verificar que tem o trabalho certo na tela. O laser deve se mover sobre o material e fazer o foco automático. Depois de focalizado, ele se moverá para o primeiro local e começará a cortar. Não deixe o cortador a laser sem supervisão.

Como os valores de velocidade, potência e frequência em cortadores a laser são apenas recomendados, pode ser necessário cortar mais de uma vez para cortar completamente o material. É CRUCIAL que você não mova seu material ou mova qualquer linha no CorelDraw. Se você fizer isso, o corte pode ser arruinado! As únicas coisas que você mudará são as configurações de velocidade e energia. Após o corte inicial, você deseja fazer passes mais rápidos e menos poderosos.

Para passes subsequentes, aumente a velocidade em 10% e diminua a potência em 10%. Continue a fazer passes até ver que todas as suas peças cortadas "caíram" ou "caíram". Isso indicará que todas as peças foram totalmente cortadas e que você não terá dificuldade em removê-las. Uma peça completamente cortada cairá ligeiramente abaixo do nível das peças não cortadas.

Esteja ciente de que quando o laser atinge a área de gravação ao cortar todo o material, ele pode enviar faíscas ou flashes brilhantes. Não se assuste, mas esteja pronto para pausar o cortador a laser se o material for altamente inflamável, pois pode pegar fogo. Existem duas maneiras de parar o cortador a laser. O botão vermelho pausa o corte e desliga o laser, mas permanece no lugar. O trabalho pode ser retomado pressionando o botão verde. O botão de reinicialização pausa o corte, desliga o laser e aborta completamente o trabalho. Isso significa que o laser volta à origem e você deve reiniciar o corte completamente.

Depois de ter certeza de que suas peças foram completamente cortadas, remova-as do cortador a laser e repita conforme necessário até que todas as peças sejam cortadas.

Etapa 14: Montagem

Montar essas peças é um pouco como fazer um quebra-cabeça! Algo que achei útil antes de aquecer a pistola de cola quente foi usar um marcador de quadro branco para marcar qual peça era qual e qual lado ficava para cima ou para baixo. Em seguida, montei frouxamente todas as peças sem cola, apenas para verificar se tudo se encaixava corretamente.

Ao usar cola quente, certifique-se de trabalhar sobre um material de sacrifício, como papelão ou restos de madeira. A cola quente pode arruinar muitas superfícies, como carpetes, toalhas de mesa ou superfícies de mesa.

Comece com o lado direito e as costas. Empurre a cola quente com moderação dentro dos orifícios traseiros da peça certa. Empurre as guias do lado direito da peça traseira nos orifícios da peça certa. Use uma caixa de papelão para certificar-se de que eles estão em um ângulo reto e deixe a cola secar.

Em seguida, use a peça do lado esquerdo e repita o mesmo processo com os orifícios do lado esquerdo e as abas traseiras esquerdas. Novamente use a caixa de papelão para se certificar de que as peças estão em um ângulo reto.

Em seguida, pegue o fundo do compartimento. Espalhe cola quente moderadamente dentro dos orifícios centrais do lado esquerdo e dos orifícios centrais traseiros. Empurre as guias inferiores do compartimento para esses orifícios. Apoie a parte inferior do compartimento em uma caixa de papelão para se certificar de que está nivelada. Deixe a cola quente secar.

Quase pronto! Pegue o lado do compartimento e empurre a cola quente com moderação nos orifícios inferiores laterais do compartimento e nos orifícios verticais traseiros. Coloque a lateral do compartimento nos orifícios e guias apropriados e deixe a cola quente secar.

Finalmente, pegue a peça de cima. Espalhe cola quente moderadamente em todos os orifícios da parte superior. Empurre a peça superior nas abas de encaixe e deixe a cola quente secar.

Separadamente, siga as instruções de montagem de suas rodas, montagens de motor e motores. Anexe as peças montadas à sua distância entre eixos.

Tendo muito cuidado para não colocar cola quente em suas rodas ou motores, coloque cola quente em todos os orifícios da distância entre eixos. Pegue o compartimento esquerdo, direito, traseiro, superior e compartimento montado e empurre-o nos orifícios da distância entre eixos.

Agora você tem seu próprio robô quadradão!

Aqui estão alguns tutoriais úteis sobre como continuar com este projeto alimentando e acionando os motores usando o Arduino:

Controle um motor DC com um Arduino

Controladores de motor com Arduino

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