Kafa modülü: boyun + pan + tilt + yüz ekranı

Tork: tilt MG996R en kötü açıda 4,46 kg·cm (yerçekimi 2,59 + ivme 1,88; kafa grubu 835 g, kütle merkezi tilt ekseninden 54 mm) → pay 2,1×; pan MG996R 2,61 kg·cm (atalet + rulman + kablo, tahmini profil) → pay 4×. İki eksende de mevcut MG996R yeterli; kafa ağırlığı ve devirme momenti pan'da iki 6808-2RS'de, tilt'te 625ZZ pim ile horn arasında paylaşılıyor.

Görünümler

Pan / tilt pozları

Yapı

• Boyun (gövdeye sabit): boyun plakası, servo yuvası, rulman yuvası, pan MG996R gövdesi, iki 6808 dış bileziği · 335 g
• Pan grubu (dikey eksende döner): pan horn'u, boyun mili, 6808 iç bilezikleri, eğme çatalı, tilt MG996R, 625ZZ iç bileziği + M5 pim · 197 g
• Kafa grubu (tilt ekseninde döner): tilt horn'u, kafa iskeleti, 625ZZ dış bileziği, yüz ve arka kabuk, 7" LCD, vizör, kamera · 835 g, kütle merkezi (0,8; 183,8; 29,8)
• Pan ekseni yerel Y ekseni (x = z = 0; kabuk R62 açıklığının merkezi), pan horn'u y = 44,6. Tilt ekseni X'e paralel, (y, z) = (130, 25). Yerel orijin = traversin üst yüzünün ortası (global 0, 975, 0).

Parça listesi

CSV: kafa-bom.csv. Satın alınanlar bütçede: 2× MG996R (6 adetlik kalemin kafa payı), 7" LCD, Camera Module 3, vizör (lazer kesim). Bütçede olmayanlar: 2× 6808-2RS, 1× 625ZZ, 2× 25T disk horn, boyun plakası (3 mm Al).

Hangi parça neye, nasıl bağlanıyor

Bağlantı kontrolleri (kafa_montaj.py)

Ölçütler: bağlantı elemanı tasarım ekseninde (sapma < 10⁻⁶ mm); baş, pul, somun ve ısıl gömme somun yüzeye dayalı (≤ 0,01 mm); cıvata deliğin ortasında; kontra somundan ≥ 0,5 mm taşıyor; ısıl gömme somunda kavrama ≥ d ve ≤ somun boyu; horn'da kavrama ≥ 2,5 mm, uçtan servo kasasına ≥ 1 mm; çekiç somun dudak altında, cıvata ucu somunu ≥ 0,5 mm geçip kanal tabanına ≥ 1 mm kalıyor. Eksenler: servo milleri, horn'lar ve rulmanlar arayüz eksenlerinde (< 0,05 mm). Birbirine göre dönen gruplar arasında en küçük boşluk 1,00 mm (Egme catali ↔ 625ZZ rulman (dis bilezik); eş eksenli rulman / horn çiftleri hariç; ölçüt ≥ 0,3 mm, 0 ihlal).

Baskı parçaları (Bambu Lab X2D)

Kullanılabilir hacim 246 × 246 × 250 mm (X2D ana nozul 256 × 256 × 260, her eksende 10 mm pay; arayuz.YAZICI). Malzeme PETG; kütle = hacim × 1,27 g/cm³ × etkin doluluk (küçük parçalar %80, kabuklar %90; tahmini); süre 10 mm³/s ortalama debiyle (tahmini). Desteksizlik kabuktaki yöntemle: 1 mm katmanlarda önceki katmanın 1 mm ötesine taşan, 2 mm'den geniş ve 15 mm'den uzun bölge yok.

Tork

Tilt yerçekimi momenti - açı

Kafa grubunun kütle merkezi (0,8; 183,8; 29,8), tilt ekseni (y, z) = (130, 25): eksene uzaklık 54,0 mm; kafa tam dönseydi en çok 4,50 kg·cm. Tilt ataleti 0,00704 kg·m², pan ataleti (tilt 0) 0,00683 kg·m²; ivme 26,2 rad/s² (60 derece 0,4 s'de ucgen hiz profili (tahmini): alfa 26.2 rad/s2, tepe hiz 5.2 rad/s). Pan rulmanları: eksenel 10,1 N (üst 6808), devirme momenti 0,262 N·m → rulman başına ≈ 24 N radyal (merkezler arası 11 mm). Tilt mesnetleri: horn (servo mili) 4,1 N, 625ZZ pim 4,1 N. Yetmezse seçenekler (gerekmedi): 6 V besleme (MG996R 11 kg·cm), daha yavaş hareket profili, DS3218MG (omuzdaki 20 kg·cm).

Modül içi çakışma taraması (pan × tilt)

Pan -90…90° (15° adım) × tilt -45…45° (5° adım). Kafa grubu ↔ pan grubu yalnız tilt açısına, pan grubu ↔ boyun yalnız pan açısına bağlı; kafa ↔ boyun pan × tilt ızgarasında (247 poz). Ölçüt: ortak hacim > 0,5 mm³ (eş eksenli horn / rulman çiftleri hariç).

Kabuk R62 boyun açıklığına uyum

Kabuk üst kapağı global y 982…985 (kafa yerelinde 7…10), boyun deliği R62 (kabuk_parcalar). Kapak seviyesinde yalnız sabit boyun var: servo yuvası bloğu (60 × 74 mm) ve kulak flanşı; en büyük yarıçap 50,2 mm → deliğe en az 8,4 mm. Pan grubunun en alt noktası y = 42,9 (kapağın 33 mm üstünde), kafa grubunun tüm pozlardaki en alt noktası y = 63,0 (pan -15, tilt -25: Arka kafa kabugu). Boyun plakası kapağın altında (y 0…3), kulakları x ±48'e uzanır.

Kablo yolu

1. Yüz ekranı (HDMI + USB) ve kamera (FPC) kafa tablasının üstünden sol yanağın dışındaki 13 × 24 mm geçişe.
2. Sol yanak boyunca aşağı, tilt ekseninin ≈ 18 mm altından çatalın sol duvarına geçer: tilt ±30° için hareket ≈ 10 mm, 15-20 mm gevşek halka.
3. Çatal tabanındaki Ø28 delikten boyun milinin içine (Ø32, pan ekseninde: pan dönüşü burada yalnız burulma).
4. Milin arka penceresinden (13,7 × 10 mm) kablo odasına: rulman yuvasının altında r 20…27,5 halka. Pan ±90° için halkada ≈ 70 mm pay (saat yayı gibi sarılır).
5. Servo yuvasının arka kanalından (20 × 8 mm) aşağı; pan servosu kablosu da buraya katılır.
6. Arka alt pencereden (12 × 12 mm) çıkıp traversin arkasından, kabuk üst kapağının R62 halkasından gövdeye iner.

Kablolar modelde yalnız şema (Referans grubu, çakışma ve kütleye girmez). Kamera FPC'si ve HDMI için açık iş aşağıda.

Modüller arası çakışma ve ana montaj (2. aşama)

Kapsam (carpisma.py bölüm 4b): kafa pan −180…165° × tilt [-25, -10, 0, 10, 20, 30, 40] (kaba, 15°; eklem aralığı pan −90…90°, tilt −25…30°; pan ±90° ötesi ve tilt 40° aralık dışı olarak ayrıca sayıldı) = 168 kafa pozu. Her kolda kol zinciri kaba ızgarası (öne −45…135°, yana 0…120° 15° adımla, dirsek 0/30/60/90/105°, bilek −90/0/90°) + 15 jest pozu (ev, selam, kafa kaşıma, el yüze/ağıza, kol tepede) = 1770 kol pozu, hepsi kafa pozlarıyla birlikte; sıkı sınır kutusu ön elemesinde dirseği kafaya 100 mm'den yakın gelen kol pozu sağ + sol 1076. Eklem aralığında çakışan ya da 5 mm altında kalan çiftlerin çevresi 5° adımla yeniden tarandı (kafa pan/tilt ±5/10°, kol ±5/10°, bilek ±15°); ardından yasak bölgenin sınırı: çakışan her çiftin eksen komşuları (5°, bilek 15°) yeni çakışma kalmayana dek ölçüldü (sağ 8, sol 8 tur). Toplam 32526 tam ölçüm, 2.585 s. Hedefler: iskelet, kabuk (üst kapak R62 halkası dahil), iki omuzun gövdesi, göbeği ve üst kolu, iki kolun dirsek çatalı, ön kolu ve eli; kafanın sabit boynu (gövde) da her kol pozunda sınandı. Kablo demeti gösterimi hariç.

En küçük boşluklar (eklem aralığında)

Kafanın sabit boynu traverse oturuyor: boyun plakası ve çekiç somunlar traversle temaslı (0 mm, tasarım gereği; ev pozunda çakışma yok). Ölçülmeyen çiftlerin boşluğu ≥ 100 mm (sıkı sınır kutusu: parçanın tessellation noktaları poz matrisiyle taşınıyor).

Kafa-kol yasak poz bölgeleri

Kol alt pozu: öne/yana (üst kol), + dirsek (ön kol), + bilek (el); listedeki alt poz bütün devamlarıyla geçerli. Robot yazılımı bu kol pozlarında kafa açısını sınırlamalı (ya da kafayı önce ev pozuna alıp sonra kolu kaldırmalı).

Jest pozları

Aralık dışı çakışmalar (pan ±90° ötesi, tilt 40° ya da kol komşuluğu): sabit hedeflerle 0 alt poz, kollarla 82 poz çifti; eklem sınırları bunları engelliyor.

Ana montaj

montaj/robot-montaj.FCStd: kafa üç grup (sabit boyun traverse sabit, pan grubu, kafa) ve 3 eklem: Kafa Govde -> iskelet (sabit) (sabit); Kafa pan (MG996R) (döner, −90…90°); Kafa tilt (MG996R) (döner, −25…30°). Kafa 98 parça, 1.366,8 g, AM (0,6; 1.108,5; 21,1) mm (global). Robot toplamı 907 parça, 21,26 kg, AM (−0,4; 374,6; −13,5) mm (tam robot, taban dahil; kablo payı hariç).

Eklem doğrulaması: pan ve tilt Assembly simülasyonuyla 15 pozda sürüldü (4'i iki kolla birlikte); çözücünün kafa gruplarının yerleşimi kafa_parcalar.grup_yer ile en çok 2.3e-10 mm / 4.9e-11° sapıyor. Yön: pan +90° doğru; tilt +30° doğru.

GUI: pan ve tilt eklemleri görünür ve seçilebilir; fareyle sürükleme (montaj_gui_kontrol.py): pan: kafadan (tepeden) tutup yana → pan 0°, tilt 0°; pan: boyun milinden (onden) tutup saga → pan −3°, tilt 0°; pan: boyun milinden cok saga (sinir 90) → pan −14°, tilt 0°; pan: boyun milinden sola → pan 3°, tilt 0°; tilt: yuzden tutup asagi → pan 0°, tilt 30°; tilt: cok (sinir -25...30) → pan 0°, tilt 30°.

Kararlar ve varsayımlar

• Yapı (V3 sırası korunarak): boyun plakası → pan MG996R → pan karşı yatağı → eğme çatalı + tilt MG996R → kafa iskeleti → yüz ve arka kabuk + 7" yüz ekranı + vizör + kamera (rc:782-800). Ölçüler arayuz.KAFA'dan; kafa 210 × 180 × 150, tepe = HEAD_UP 275 (rc:92, rc:472).
• Boyun plakası: V3'teki 70 × 70 × 3 Al korunup iki yan kulak eklendi; 2× M6 traversin üst kanalına (x = ±40). V3'teki 4× M5 delik (z −15 / 35, rc:650) traversin tek üst kanalına (z = 0) denk gelmiyordu. Plaka kabuk üst kapağının altında (yerel y 0…3, kapak 7…10).
• Pan karşı yatağı: iki 6808-2RS (omuzdaki ile aynı rulman), merkezleri arası 11 mm. Kafa ağırlığı mil omzundan üst rulmanın iç bileziğine, oradan yuva tablasına iner; devirme momenti iki rulmanda kuvvet çifti olur (her birinde ≈ 24 N). Pan servosu yalnız döndürür; mil içi boş (Ø32), kablolar eksenden iner.
• Tilt karşı yatağı: dirsekteki çözümün aynısı: sağda horn, solda 625ZZ + M5 pim. Kafa ağırlığı iki mesnet arasında bölünür: servo miline ≈ %50 (4,1 N) radyal yük kalır, pime 4,1 N; eksenel yük ve devirme momenti yok (dirsekte de aynı durum). Mili tamamen boşaltmak istenirse seçenek: sağ yanağa ikinci rulman + horn'a esnek kaplin (karar Duffy'nin).
• Tilt ekseni kafanın içinde (y = 130, z = 25; kafa altından 35 mm yukarıda): kafa kütle merkezi eksenin 54 mm üstünde, bu yüzden yerçekimi momenti küçük (rc'deki eksen kafa altının 22 mm altındaydı). Bedeli: kafa alt duvarında 84 × 120 mm boyun açıklığı (rc: Ø56).
• Boyun gövdesi iki parça: pan servosu kulaklarıyla (53,6 mm) Ø52 rulman yuvasından geçemediği için servo yuvası ve rulman yuvası ayrı basılır, 4× M3 ile birleşir. Servo kulakları tablanın üstüne oturur (destek gerektiren tavan yok).
• Kafa kabuğu: V3 ölçüsü ve 2,5 mm duvar; z = 30'da ikiye bölündü (rc'de de 2 parça): yüz kabuğu yüz üstü, arka kabuk sırt üstü basılır, ikisi de X2D'ye tek parça sığar. Kenarlar R28 (önden) ve R12.
• Yüz ekranı yuvası: LCD paneli ön duvarın 3 mm gerisinde bir kenara dayanır; böylece kulak boss'ları ısıl gömme somun alacak boyda (6,5 mm). Pencere = aktif alan + 1 mm (vizör penceresiyle aynı, rc:639).
• Kamera: lens ekseni y = 258 (rc 247); bu düzende rc konumundaki kamera PCB'si LCD'nin üst kulağıyla çakışıyordu. Lens Ø9 delikten 1,5 mm taşar (rc ile aynı); yüz algılama için LCD'nin üstünde, kafa ortasında.
• Kütleler: MG996R 55 g (datasheet), LCD 230 g (rc:39, tahmini; üretici kütlesi doğrulanmadı), kamera 4 g (rc:37), PETG küçük parçalarda %80, kabuklarda %90 etkin doluluk (tahmini).
• Tork varsayımları (tahmini): 60 derece 0,4 s'de ucgen hiz profili (tahmini): alfa 26.2 rad/s2, tepe hiz 5.2 rad/s; MG996R 9,4 kg·cm @4,8 V; rulman sürtünme katsayısı 0,0015; kablo halkası direnci ≈ 0,3 kg·cm.
• Tahmini ölçüler: Camera Module 3 delik dizisinin dikey yeri (alt kenardan 2,0 mm, CM2 çizimi gibi), LCD kalınlığı ~15 mm (04), M2 PT vida ve PETG'ye vida kavraması, 25T horn yüksekliği (dirsekle aynı).

Montaj sırası (öneri)

1. Isıl gömme somunları bas: servo yuvası (4 tabla + 4 üst), boyun mili flanşı (4), eğme çatalı (M5), kafa tablası (4), ön kabuk LCD boss'ları (4).
2. Pan servosunun horn'unu servo orta konumunda (90) tak; servoyu servo yuvasına üstten indir, 4× M3×8 + pul.
3. Alt 6808'i rulman yuvasına alttan, üst 6808'i üstten tablaya kadar pres et; rulman yuvasını 4× M3×10 ile servo yuvasına bağla.
4. Boyun milini üstten iki rulmandan geçir; diski horn'a oturunca 4× M3×8'i milin içinden sık (gerekirse servo kulaklarının altına ince pul: mil omzu rulmanda otururken servo milini eksenel itmemeli).
5. Eğme çatalını flanşa 4× M3×8 ile bağla; tilt servosunu +X'ten U plakaya 4× M4×16 + kontra somun (horn servo ortasında).
6. 625ZZ'yi kafa iskeletinin sol yanağına pres et; iskeleti indir, sağ yanağı horn'a 4× M3×8, sol pimi M5×12 + pul ile sık.
7. Boyun grubunu traverse oturt: 2× M6×20 + pul + çekiç somun (somunlar traversin üst kanalında, uzun kenarı kanala dik).
8. LCD'yi ön kabuğa (4× M3×6), kamerayı (4× M2×8) tak; kabloları tabla üstünden sol yanak dışına, eksenin altından çatala, mil içinden kablo odasına ve servo yuvası arka kanalından aşağı geçir (pan ±90 ve tilt için gevşek halka bırak).
9. Arka kabuğu, sonra ön kabuğu yerleştir; yanlardan 4× M3×8 ISO 7380. Vizörü VHB ile yapıştır.

Açık işler

• Kamera kablosu: bütçedeki 200 mm FPC (maliyet.json) kafadan elektronik katındaki Pi 5'e yetmez (kablo yolu ≈ 1,1 m). Seçenekler: 1 m Pi 5 kamera FPC'si, CSI → HDMI uzatma kiti ya da USB kamera. Karar Duffy'nin.
• HDMI kablosu: Pi 5 mikro-HDMI → LCD; mil deliği (Ø32) ve kablo odası için ince, esnek kablo (≈ Ø4-5) önerilir; standart kalın HDMI pan dönüşünde sert kalır. Gerçek kabloyla ±90° deneme.
• 6808-2RS ve 625ZZ yük değerleri üretici kataloğundan doğrulanmalı (burada yalnız kuvvetler hesaplandı; değerler çok küçük).
• LCD kütlesi ve kalınlığı, kamera delik yerleri parça gelince kumpas / tartı ile doğrulanmalı.
• Pan servosunun eksenel konumu: montajda ince pulla ayar; servo milinin eksenel yük almadığı elle kontrol edilmeli.
• Tilt'te servo miline kalan radyal pay (≈ 4,1 N) kabul edilecek mi, yoksa sağ yanağa ikinci rulman + esnek kaplin mi (seçenek).
• Yazılım sınırları: pan −90…90°, tilt −25…30° (arayuz.KAFA); servo horn'ları orta konumda = ev pozu.
• Kafa-kol yasak pozu yazılımda: kol öne 125…135°, yana 0…0°, dirsek 70…105° (el yüzün önünde) iken kafa o kola doğru pan 30…55° (sol kolda işaret ters) ve tilt 25…30° birlikte verilmemeli (El / Yuz kabugu (on)). Sınır, çakışan her çiftin eksen komşuları 5° (bilek 15°) adımla taranarak kesinleşti (yakınsadı: sağ 8, sol 8 tur); satır satır sınırlar aşağıdaki yasak bölge tablosunda. Yazılımda bir adım (5°) pay bırak.
• Pan fareyle zor sürükleniyor (boyun mili kafanın altında, eksene ≈ 20 mm): FreeCAD'de pan için simülasyon ya da betik kullan.

Dosyalar

• kafa_lib.py: 6808-2RS, 7" LCD (C), Camera Module 3, M2 vida, yuvarlatılmış kafa kutusu; MG996R / horn / baskı analizi dirsek_lib'den
• kafa_parcalar.py: parçalar, bağlantı tanımları, kütle, kinematik (import edilebilir)
• kafa_montaj.py: kontroller, tarama, R62, tork, baskı → kafa-montaj.FCStd, .step, kafa-bom.csv, kafa-analiz.json
• kafa_gorsel.py (FreeCAD GUI) → gorsel/; kafa_rapor.py → bu sayfa
• ../arayuz.py: KAFA (eksenler, sınırlar, plaka) ve MODULLER['kafa']; yeni bölge: boyun plakası kulakları

Üretildi: kafa_rapor.py · analiz süresi 107,8 s · STEP 98 katı · eklemler kuruldu