Projekt AICAT

[AntekBezak]

6 godzin temu, orb777 napisał:

O ile nie jest to "tajemnica projektowa", fajnie by było, gdybyś zamieszczał zrzuty ekranu ze slicera przy drukowaniu nowych elementów, bo rezultat jest niezły.

Nie pomyślałem o tym, ale skoro jest na to popyt (choćby w postaci jednej osoby ), to pewnie dodam to do opisów. Jak będę miał czas to postaram się dodać aktualizację zawierającą dokładniejsze szczegóły wydruków.

6 godzin temu, orb777 napisał:

Ogólnie patrząc na twój projekt, zastanawiam się nad formami odlewanymi ze złomu alu. Druk 3d z racji swojej całkiem niezłej precyzji może stanowić podstawę do budowy formy z glinki. Tworzywo łatwo wypali się pod wpływem temperatury. Mini piecyk do topienia metali coraz bardziej chodzi mi po głowie. Ciekaw jestem jak odlew zachowywałby się w projekcie takim jak twój, czy precyzja, bez większej obróbki byłaby wystarczająca.

Sam interesowałem się tym jakiś czas temu, ale uznałem, że nie chce mi się budować piecyka, a też nie miałbym odpowiedniego miejsca żeby bezpiecznie używać takiego sprzętu. Niemniej pomysł jest ciekawy, choć jeśli będę potrzebował metalowych części, to wolę odłożyć kasę na zamówienie frezowania CNC, lub nawet wykonania wydruku na drukarkach drukujących metalem (w JLCPCB można takie rzeczy zlecić).

[orb777]

@AntekBezak, tak, ciekawi mnie proces druku z racji tego, że tworzysz części typowo mechaniczne, które działają w ruchu, pod większym obciążeniem. Nie są to już "statyczne popierdółki", obudowy, itd.

[Christophorus]

Stosuje się odlewanie metodą wosku traconego. Tylko trzeba wykonać model właśnie z wosku. Potrzebna może być jakaś forma do odlewania modelu z wosku. Tworzywo sztuczne nie wypali się dokładnie i uzyskany odlew może być niskiej jakości.

Samo odlewanie też nie jest proste. Wiem bo wiele lat temu próbowałem. W odlewie trafiają się pęcherze i zanieczyszczenia. Jeśli odlew zbyt szybko stygnie lub aluminium jest za mało rozgrzane mogą w odlewie powstać strefy, gdzie części odlewu nie połączą się ze sobą i mamy coś w rodzaju pęknięcia. Do tego dochodzą szkodliwe opary aluminium. Na koniec może okazać się, że i tak bez obróbki mechanicznej, toczenie i frezowanie się nie obejdzie. Ważny jest też stop aluminium. Mieszanie różnych stopów może przynieść słabe rezultaty. 

[AntekBezak]

Na prośbę kolegi @orb777 opiszę, w jaki sposób tworzę wytrzymałe części do tego projektu. Jest to sztuka bardziej złożona, niż mogłoby się wydawać, i na pewno nie uważam się w niej za mistrza. Mimo to postaram się podzielić tym, czego nauczyłem się przez kilka lat drukowania 3D. Myślę, że cały proces można podzielić na kilka głównych etapów:

1. projektowanie elementu
2. dobór ustawień druku
3. wykonanie wydruku
4. Projektowanie elementu

Projektowanie elementu

Już na etapie pierwszych szkiców należy myśleć o tym, w jaki sposób element będzie drukowany oraz jakie siły będą na niego działać. Są to kwestie kluczowe, choć nie jedyne — warto również uwzględnić np. odporność na warunki atmosferyczne oraz aspekty estetyczne.

Największe znaczenie ma docelowe ułożenie warstw oraz stosowanie zaokrągleń. Większość osób drukujących 3D wie, że wydruki znacznie łatwiej pękają wzdłuż warstw niż w poprzek, dlatego element powinien być zaprojektowany z myślą o konkretnym ustawieniu na stole drukarki.

Zaokrąglenia są natomiast bardzo proste do dodania, a potrafią dać zaskakująco dobre efekty wytrzymałościowe. Nie mam tu konkretnych danych liczbowych, ale mogę posłużyć się przykładem:

Wcześniej wykonywałem testy tych kół bez zaokrągleń przy zębach. Wieszałem na parze zębów 15 kg balastu i sprawdzałem, czy konstrukcja wytrzyma. Bez zaokrągleń zęby zrywały się już przy lekkim potrząśnięciu obciążeniem. Wersja z zaokrągleniami natomiast wytrzymała nawet upuszczanie balastu z niewielkiej wysokości.

Ostatnim, dość oczywistym kryterium projektowym, jest grubość elementu. Osobiście stosuję:

• 1 mm dla elementów słabych, testowych i szybkich do wydrukowania,
• 2 mm dla zadowalającej sztywności (najczęściej),
• 5 mm dla zastosowań ekstremalnych.

Większe wartości to już naprawdę skrajne przypadki. Większość elementów w tym robocie wykonana jest ze ścianek o grubości 5 mm.

 

Ustawienia druku

To bardzo istotny etap produkcji, choć wcale nie tak trudny, jak mogłoby się wydawać. Oczywiście element należy ułożyć na stole zgodnie z założeniami przyjętymi podczas projektowania oraz zminimalizować liczbę podpór.

Korzystam z oprogramowania Bambu Studio i dla każdej części, od której wymagam dużej wytrzymałości, wybieram profil
„0.20 mm Strength @BBL A1”.

Zazwyczaj to w zupełności wystarcza. Jeśli jednak potrzebuję jeszcze większej wytrzymałości, zwiększam liczbę wewnętrznych ścian (to daje najlepszy efekt) lub podnoszę procent wypełnienia.

Na tym etapie projekt jest gotowy do wysłania na drukarkę.

 

Wydruk

Jednym z ostatnich parametrów, które można dobrać, jest materiał. AICAT składa się z Bambu PLA Matte (zielone elementy) oraz Bambu PETG-HF (czarne elementy — prawie wszystkie). Wszystkie części, od których wymagam dużej wytrzymałości, drukuję z PETG.

Prawdopodobnie filament z włóknem węglowym byłby jeszcze lepszym wyborem, jednak jest on dość drogi i trudniejszy w druku, szczególnie na mojej maszynie.

I to właściwie wszystko. Mam nadzieję, że proces opisałem w sposób w miarę jasny i wyczerpujący. Jeśli jednak ktoś chciałby uzyskać więcej informacji, chętnie odpowiem na pytania.

[orb777]

@AntekBezak, dzięki. A czy mógłbyś jeszcze pokazać w jaki sposób ułożyłeś koło zębate w bambu studio i jak wyglądają podpory już po pokrojeniu?

[AntekBezak]

7 minut temu, orb777 napisał:

@AntekBezak, dzięki. A czy mógłbyś jeszcze pokazać w jaki sposób ułożyłeś koło zębate w bambu studio i jak wyglądają podpory już po pokrojeniu?

Proszę bardzo:

Podpory automatyczne. Drukowało się długo jak nie wiem, ale jakoś się udało nocami.

[AntekBezak]

Koła zostały wymienione, dodatkowo w końcu zrobiłem ładniejszą obudowę dla elektroniki (zamiast tego przezroczystego kanapnika). Próbowałem również poprawić kod do strumieniowania obrazu, ale niewiele się zmieniło i sterowność dalej jest do kitu. Zamierzam wypróbować tethering przez usb, ale muszę jeszcze rozpracować jak to się robi na moim telefonie, bo na razie mi nie działa. Miałem kilka przestojów w pracy, jak np. głębokie rozładowanie akumulatora, ale w końcu wróciłem do testów. Oto nagranie z końcówki ostatniego testu:

W końcu mam pomocnika do nagrywania testów, i to jest właściwie pierwszy raz kiedy widzę swoją maszynę działającą na dworze. Sterowanie wymaga ode mnie siedzenia przy komputerze, więc nie mogę jednocześnie oglądać testów osobiście. Muszę przyznać, że jestem bardzo zaskoczony prędkością robota. Haczący się podgląd jaki widzę na komputerze nie oddaje rzeczywistej prędkości. To tylko utwierdza mnie, że potrzebuję lepszego sposobu komunikacji. Test zakończył się awarią prawej przekładni. Nie zbadałem jeszcze problemu, ale prawdopodobnie coś w środku się połamało i odłamki zablokowały mechanizm.  Oprócz tego problemy do rozwiązania to:

• Sterowanie
• Ścieranie zębów kół napędowych.

[orb777]

12 godzin temu, AntekBezak napisał:

Zamierzam wypróbować tethering przez usb, ale muszę jeszcze rozpracować jak to się robi na moim telefonie, bo na razie mi nie działa.

Próbowałeś np. w ten sposób? Nie mam rp, a na linuxie z tetheringu usb korzystam od dawna (andka 4 bodaj) i nawet nie pamiętam, czy kiedykolwiek interfejs usb nie działał po podłączeniu telefonu w tym trybie. Prawdopodobnie musisz go skonfigurować od strony rp.

[AntekBezak]

Kolejny test, tym razem do komunikacji z kamerą wykorzystałem oprogramowanie vdo.ninja podesłane przez @orb777, ta metoda działa o wiele lepiej niż cokolwiek czego do tej pory próbowałem. Latencja jest naprawdę niska i stabilność transmisji też jest niemal bez zarzutu. Używam też teraz tetheringu przez usb, w moim przypadku problemem był kiepski kabel usb. Problem ścierania się kół napędowych rozwiązałem zaokrąglając na nich zęby tak jak na reszcie kół. Wcześniej tego nie zrobiłem, gdyż demontaż tych kół wymaga rozebrania przekładni, ale jednak warto. Kolejny test był chyba najbardziej udany do tej pory, niestety zakończył się rozładowaniem akumulatora. Nie naładowałem go po poprzednich testach. Nagranie:

Niepewna jazda wynika z faktu, że dopiero uczę się to bydlę prowadzić 

[AntekBezak]

Wykonywałem jeszcze kilka testów, podczas których pobity został rekord pokonanego przez AICATa dystansu: 188 metrów, po czym nastąpiła awaria przekładni. Silnik się przegrzał i niektóre fragmenty się roztopiły. Myślałem, że było to spowodowane nadmiernym rozładowaniem akumulatora, więc dodałem układ mierzący napięcia akumulatora na bazie modułu INA226. Dzięki temu uniknę w przyszłości głębokich wyładowań akumulatora, i będę wiedział kiedy kończyć misję. Fragment nagrania z końcówki testu:

https://www.youtube.com/watch?v=u3fmoQ3erqk&feature=youtu.be

Przegrzewanie się silników nadal występowało i przekładnie nadal się topiły. Dodałem duży otwór wentylacyjny, co tylko opóźniło osiągnięcie przez silniki krytycznej temperatury. Ostatecznie doszedłem do wniosku, że problemem jest zbytnie obciążenie silników. Zaprojektowałem nową przekładnie. Przełożenie poprzedniej wynosiło 4:1, teraz jest to 16:1, a przekładnia jest tym razem dwupoziomowa.

Zembatki drukuję z PETG HF od Bambu Lab. Użyłem 100% wypełnienia, dla zwiększenia przyczepności warstw, a to nie są też duże elementy. Jednak najbardziej kluczowe dla żywotności zembatek są parametry stosowane jeszcze w CADzie. Dla moich użyłem 1mm modułu, 0,1mm backlashu, i kąt natarcia 20 stopni. Wykonałem już pierwszy test terenowy z nowymi przekładniami, robot jest teraz 4 razy wolniejszy, ale w terenie radził sobie naprawdę dobrze. Test skończył się pęknięciem wzdłuż warstw elementu łączącego dwa poziomy przekładni, a poprawiona wersja jest już w druku. Mam również nadzieję, że nowe przekładnie pozwolą na dodanie drugiego akumulatora i wydłużenie czasu pracy.

Edytowano 28 marca przez AntekBezak

[AntekBezak]

Od czasu poprzedniej aktualizacji miało miejsce bardzo dużo testów. Przekładnie psuły się jeszcze wiele razy, za każdym razem wprowadzałem poprawki do projektu. Po licznych poprawkach przekładnie zaczęły się łamać na różne nieoczywiste sposoby, więc uznałem, że siły działające na elementy przekładni są zbyt duże. Miałem dwa wyjścia: użycie lepszego materiału lub powiększenie przekładni (co zmniejsza siły działające wewnątrz). Wybrałem drugą opcję i tak powstał projekt przekładni V3:

Jest ona zauważalnie większa od wersji 2, a zębatki są masywniejsze. Moduł zębów wynosi 1,5mm, zrezygnowałem również z zębów łukowych, by weliminować siły boczne generowane przez tego typu zęby. Przez to przekładnia jest niestety o wiele głośniejsza. Podobnie jak w poprzedniej wersji przełożenie wynosi 16:1, a przekładnia składa się z dwóch poziomów.

Wykonałem serię trzech testów z tymi przekładniami. Za pierwszym razem AICAT pokonał 204 metry, po czym test został wstrzymany z powodu problemów ze zsuwaniem się kół napędowych z osi. Koła zostały zabezpieczone przed zsuwaniem się w przyszłości. Podczas kolejnego testu AICAT pokonał 233 metry. Pod koniec testu wjechałem w bardzo trudny teren z dużymi koleinami po traktorze. Próba przejazdu przez taką koleinę skończyła się przewróceniem robota. Uszkodzenia nie okazały się poważne, szybko uporałem się z naprawą. Nie był to problem w projekcie robota, a raczej błąd kierowcy.

Zachęcony tymi testami wykonałem trzeci test. Celem testu była jazda do wyczerpania akumulatora, w celu zmierzenia możliwego czasu pracy na jednym ładowaniu. AICAT bez problemu przejechał rekordowe 366 metrów po drodze gruntowej, ciągle oddalając się od miejsca startu. Transmisja była stabilna, wszystko działało bez problemu. Pod koniec prawy silnik przestał reagować na komendy. Po oględzinach podejrzewam starcie się słonecznej zębatki na pierwszym poziomie przekładni, jednak jeszcze jej nie otwierałem więc nie wiem na pewno.

Wyjazd z podwórka i początek testu:

 

Awaria przekładni i koniec testu:

AICAT jechał nieprzerwanie przez 23 minuty. Jako dalsze działania rozważam zamówienie wykonania metalowych zębatek, ale wciąż rozważam wszystkie dostępne opcje.

[Teodor26]

Wow! Ile Ci czasu zajęło robienie tego! Korzystasz z jakiegoś mikrokontrolera, czy może sam robiłeś układ?

[AntekBezak]

2 godziny temu, Teodor26 napisał:

Wow! Ile Ci czasu zajęło robienie tego! Korzystasz z jakiegoś mikrokontrolera, czy może sam robiłeś układ?

Już ponad pół roku będzie od początku projektu. Na pokładzie są dwa rpi 4B (jedno steruje silnikami, drugie obsługuje kamerę) i esp32 c3 super mini (do monitorowania stanu akumulatora).

[Teodor26]

Dnia 1.05.2026 o 18:57, AntekBezak napisał:

dwa rpi 4B

Po co dwa? Jakie funkcje posiada ten robot?

[AntekBezak]

4 godziny temu, Teodor26 napisał:

Po co dwa? Jakie funkcje posiada ten robot?

Przyznaję, że nie jest to zbyt eleganckie rozwiązanie. Głównie chodziło o to, że sterowanie silnikami generowało spadki napięcia, na które kamera okazała się wrażliwa. Objawiało się to zakłóceniami w transmisji obrazu i jej zrywaniem. Dlatego teraz jedno rpi jest od silników, a drugie od kamery. Poprawnym rozwiązaniem byłoby pewnie zapewnienie lepszej filtracji zasilania do sterownika, ale taki sprzęt akurat miałem i wydało mi się to najprostsze, a co najważniejsze, działa.

Funkcje aktualnie ograniczają się do jazdy sterowanej przez człowieka przy komputerze w domu. Mam jednak wiele planów dodatkowych funkcjonalności, np. stereowizja, GPS, autopilot AI, może panel solarny dla zwiększenia zasięgu. Będę się bawił podobnymi modyfikacjami jak sama jazda będzie niezawodnie działała, no i oczywiście jeśli budżet pozwoli.