نسخه ۴۰ دلاری QDD چاپی: ابتکار دانشجوی مهندسی برای کاهش هزینه‌های رباتیک پیشرفته

به گزارش hackster

چالش هزینه‌های بالای QDD

Quasi-Direct-Drive یا به‌اختصار QDD، ترکیبی از یک موتور بدون جاروبک جریان مستقیم (BLDC) به‌همراه یک جعبه‌دنده کاهنده است که در داخل استاتور تعبیه شده است. این ساختار در طراحی ربات‌های چهارپا نظیر چیتای MIT کاربرد دارد، اما هزینه‌های بالای آن (۵۰۰ تا ۱۰۰۰ دلار برای هر واحد) مانع بزرگی برای پروژه‌های کوچک و شخصی محسوب می‌شود. کیدن کرافت با تجربه قبلی در ساخت بازوی رباتیک SCARA، تصمیم گرفت نسخه‌ای مقرون‌به‌صرفه از این فناوری را ارائه دهد.

طراحی خلاقانه و استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی

طراحی خلاقانه با چاپ سه‌بعدی و آرایه هالباخ

یکی از نوآوری‌های کلیدی در طراحی کرافت، استفاده از یک آرایه هالباخ قابل چاپ سه‌بعدی است. او با انجام شبیه‌سازی‌های مغناطیسی، چهار پیکربندی مختلف را آزمایش کرد و در نهایت طراحی نهایی خود را با 42 آهنربای N52 به‌عنوان جفت‌های قطبی اصلی و 42 آهنربای N50 برای آرایه هالباخ انتخاب کرد. این طراحی به بهینه‌سازی میدان مغناطیسی و افزایش کارایی موتور کمک می‌کند.

 جعبه‌دنده سیاره‌ای با دندانه‌های گرد

کرافت برای جعبه‌دنده سیاره‌ای از یک طراحی غیرمعمول با دندانه‌های گرد استفاده کرد. این طراحی با استفاده از ابزار متن‌باز pygeartrain توسعه‌یافته توسط ایلکو هوگندورن ایجاد شد. کرافت این ابزار را گسترش داد تا امکان صدور طراحی برای مدل‌سازی و چاپ سه‌بعدی فراهم شود. دندانه‌های گرد به‌عنوان راه‌حلی برای محدودیت‌های چاپگرهای سه‌بعدی معمولی انتخاب شدند و از مواد PA6-GF برای استحکام بیشتر استفاده شد، هرچند او بعداً پیشنهاد کرد که برای چرخ‌دنده‌ها بهتر است از نایلون معمولی استفاده شود تا از سایش ناشی از افزودنی شیشه جلوگیری شود.

🔌 کنترلر یکپارچه با هزینه پایین

برای کاهش هزینه‌ها و یکپارچه‌سازی کنترل‌کننده، کرافت از MKS X Drive Mini استفاده کرد. این کنترل‌کننده ارزان‌قیمت بر پایه ODrive 3.6 طراحی شده و دارای یک رمزگذار اثر هال داخلی است. این انتخاب نه‌تنها هزینه‌ها را پایین نگه داشته، بلکه عملکرد قابل قبولی را نیز ارائه می‌دهد.

نتایج تست و عملکرد خیره‌کننده

این طراحی با حفظ بالاترین عملکرد و کمترین هزینه، به‌گونه‌ای بهینه‌سازی شده که محدودیت‌های چاپ سه‌بعدی را نیز با اصلاحاتی هوشمندانه برطرف می‌کند.

در آزمایش‌های اولیه، توانست به گشتاور نگه‌دارنده حداکثری 14 نیوتن‌متر دست یابد که این مقدار به دلیل محدودیت منبع تغذیه بود. با تعویض منبع تغذیه، کرافت توانست گشتاور را تا 29.4 نیوتن‌متر افزایش دهد، که بسیار فراتر از هدف اولیه 10 نیوتن‌متر بود. کرافت تأکید می‌کند که حتی با رسیدن به گشتاور ۲۹.۴ نیوتن‌متر، هیچ خرابی مکانیکی یا الکتریکی گزارش نشده است؛ اگرچه به‌دلیل نزدیک شدن به محدودیت‌های کویل و چرخ‌دنده‌های پلاستیکی، ادامه تست‌ها را متوقف کرده است.

جزئیات هزینه و دسترسی به طراحی

کرافت تخمین می‌زند که هزینه مواد اولیه برای ساخت هر کدام حدود 40 دلار است و با احتساب کنترل‌کننده، این هزینه به 70 دلار می‌رسد. تمام جزئیات پروژه در وب‌سایت او مستند شده و فایل‌های طراحی تحت مجوز MIT در دسترس عموم قرار گرفته‌اند. این دسترسی آزاد به فایل‌ها، فرصتی عالی برای سازندگان و مهندسان فراهم می‌کند تا این طراحی را آزمایش کرده و در پروژه‌های خود به کار گیرند.

مشخصات فنی QDD کرافت

چشم‌انداز و کاربردهای آینده

طراحی کیدن کرافت نشان‌دهنده قدرت فناوری چاپ سه‌بعدی و رویکرد متن‌باز در کاهش هزینه‌های پروژه‌های رباتیک است. این مورد می‌تواند در پروژه‌های رباتیک خانگی، بازوهای رباتیک و حتی ربات‌های چهارپا مورد استفاده قرار گیرد. با دسترسی آزاد به طراحی‌ها و هزینه پایین ساخت، این پروژه می‌تواند الهام‌بخش نسل جدیدی از سازندگان و مهندسان باشد.

پروژه کرافت نمونه‌ای بارز از ترکیب نوآوری، مهندسی خلاق و رویکرد متن‌باز در خدمت کاهش هزینه‌ها در رباتیک است. با طراحی کاملاً مستند و در دسترس، این QDD چاپی می‌تواند تحولی در ساخت ربات‌های ارزان‌قیمت، کاربردهای آموزشی و توسعه سیستم‌های رباتیکی مستقل ایجاد کند. اگر به دنبال یک پروژه عملی و حرفه‌ای در دنیای رباتیک هستید، این طراحی نقطه شروعی عالی خواهد بود.

• وبسایت cadenkraft
• گیت هاب این پروژه