DIY機械手臂(Part 2):設計實心底座

七月 17, 2015
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此專題是製作機器手臂教學的第二部分。在第一部分中,我們學的是如何設計機器手臂 ,而第三部分是設計支架。在第四部分中我們會討論如何以Arduino進行操控。
第一個做的延伸是底座。在這個教學中,我們會討論如何製作機器手臂的底座,以及如何讓底座的結構容納我們的步進馬達。這次的討論同時涵蓋了幾項新的數位工具,包含設計我們需要的完美圓形結構和把馬達與底座整合,支撐機器手臂。

我們也將再次藉助Dremel Idea Builder的可靠度和速度。

在繼續設計和製作機器手臂的同時,我們有機會增加和修改機器人的功能和結構。在我們建立設計關鍵元件的基礎並著手進行後,我們將能夠根據特定的使用條件和功能需求來變更設計。這包含了擴充手臂,讓它使用更大的馬達來移動更大的物體。然而,我們還是需要在開始嘗試前先確定所有元件都能順利運作。

還有一件事,在設計的過程中,務必儲存和製作檔案備份。如果回頭編輯和變更設計的話,備份檔案可以讓我們有很多不同的本來反覆思考我們的想法。


材料

工具

  • 游標卡尺
  • 3D 印表機,我們在這裡使用的是Dremel Idea Builder
  • CAD軟體的電腦

第一步:回到機器手臂

完成機器手臂時,我們已經配合我們使用的步進馬達進行了手臂部分的模型化。在這個步驟,用卡尺盡可能進行精確的模型化是非常重要的。

第二步:正投影檢視

這個檢視是我使用的Rhinoceros軟體特有的,但不用擔心,任何模型軟體都能進行正面、側面和平面圖的檢視。如果不確定應該怎麼做,可以查詢說明選單,或者尋找網路資訊。現在給你看這個是因為等一下會用到。

第三步:畫圓圈

設計底座的第一步是畫一個圓圈。

第四步:畫出底座輪廓

畫出定義底座輪廓的線,可以藉由從圓心向上畫直線來完成。我的高度有3″,和印表機中的機器手臂底座吻合。
接下來,從線的頂端用曲線畫出輪廓,一路延伸到底部的圓圈。我們可以用平面圖檢視來進行這一步,確保有完美的正投影曲線。這在下一步很重要。

第五步:旋轉曲線

沿著中線旋轉我們畫好的正投影曲線。如此可以產生底座的大致形狀。務必旋轉360°並確保底座寬度足夠圍繞馬達。我在後面的步驟會更詳細說明。

第六步:闔上底座,使之成為實心

图片

把一個闔上的圓形平面加到底座底部上,並和我們的新形狀相連。如此可以讓它成為實心的物體。如果用的是Solidworks或Sketchup,這個動作應該沒什麼問題。

第七步:準備馬達模型

最後,只要複製馬達,馬達就準備好了。這麼做可以永遠維持馬達模型正確。
複製完成後,把模型放大大約.1″。這麼做是因為3D列印無法完全精確的緣故。雖然3D列印看似很精確,如果製作的是相連接的元件,多數的印表機是印不精準的。

第八步:布林移除頂部的一半

  • 現在畫一個圓柱,讓中心點在機器手臂底座的頂部,同時讓底部往下延伸稍微超出一半。確保它的厚度夠完全蓋過機器手臂底座頂部的一半。
  • 再來使用布林指令從底座把圓柱減去。這樣我們可以取得讓手臂部位活動的空間。

第九步:放置馬達和最後的減去步驟

  • 把放大的馬達放入底座剩下的一半。確保馬達的旋轉部位對準我們用來旋轉原本的形狀的中心軸。如此一來,手臂部位放置在底座上之後就不會看起來怪怪的。
  • 最後在馬達下方設計一個方體,從底座後方突出,供接線使用。再次使用布林指令從機器手臂底座減去馬達和方體。這樣我們就得到可以列印的物件了。

第十步:列印和組裝

現在我們可以用Dremel Idea Builder列印底座,並以步進馬達組裝。

結論

目前我們設計和列印了機器手臂的兩部分。我們已經有很多進展,但還無法實際使用機器手臂。下一篇文章中,我們將探討如何在不需組裝下加上最後的手臂部位。之後,我們會討論控制手臂的方法,接著就能發揮想像力了。雖然我會繼續用我所規劃的機器手臂用途來教你,我鼓勵你創造自己的設計,或至少建議我還可以再呈現或深入討論什麼。如果有疑問,可以透過我的電子郵件聯繫:adam@makermedia.com。

(譯:屠建明)
[原文]

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