3D տպագրված Arduino հզորությամբ քառանիստ ռոբոտ. 13 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Fusion 360 նախագծեր »

Նախորդ Instructables- ից, հավանաբար, կարող եք տեսնել, որ ես խոր հետաքրքրություն ունեմ ռոբոտային նախագծերի նկատմամբ: Նախորդ Instructable- ից հետո, որտեղ ես կառուցեցի ռոբոտացված երկոտանի, որոշեցի փորձել և պատրաստել չորս ոտքով ռոբոտ, որը կարող է ընդօրինակել կենդանիներին, ինչպիսիք են շներն ու կատուները: Այս Ուղեցույցում ես ձեզ ցույց կտամ ռոբոտային չորքոտանի ձևավորումն ու հավաքումը:

Այս նախագիծը կառուցելիս առաջնային նպատակն էր համակարգը հնարավորինս ամուր դարձնել այնպիսին, որ տարբեր քայլարշավների և վազքի արագընթացներ փորձարկելիս ես անընդհատ անհանգստանամ ապարատային սարքավորումների խափանումից: Սա ինձ թույլ տվեց սարքաշարը հասցնել իր սահմանին և փորձարկել բարդ քայլեր և շարժումներ: Երկրորդական նպատակն էր քառապատիկը դարձնել համեմատաբար ցածր գին ՝ օգտագործելով մատչելի հոբբիի մասեր և 3D տպագրություն, ինչը թույլ էր տալիս արագ նախատիպավորել: Այս երկու նպատակները միասին ստեղծում են ամուր հիմք ՝ տարբեր փորձեր կատարելու համար, ինչը թույլ է տալիս չորսին զարգացնել ավելի կոնկրետ պահանջների համար, ինչպիսիք են նավարկությունը, խոչընդոտներից խուսափելը և դինամիկ տեղաշարժը:

Դիտեք վերևում կցված տեսանյութը ՝ նախագծի արագ ցուցադրմանը ծանոթանալու համար: Շարունակեք ՝ ստեղծելու ձեր սեփական Arduino Powered Quadruped Robot- ը և քվեարկեք «Make it Move մրցույթում», եթե ձեզ դուր եկավ նախագիծը:

Քայլ 1: Ակնարկ և նախագծման գործընթաց

Չորս ոտքը նախագծված է Autodesk- ի կողմից ՝ Fusion 360 3d մոդելավորման ծրագրակազմն անվճար օգտագործելու համար: Ես սկսեցի սերվո շարժիչների ներմուծումը դիզայնի մեջ և կառուցեցի ոտքերն ու մարմինը դրանց շուրջը: Ես նախագծեցի փակագծեր servo շարժիչի համար, որն ապահովում է երկրորդ առանցքային կետը տրամագծորեն հակառակ servo շարժիչի լիսեռին: Շարժիչի երկու ծայրերում երկակի լիսեռներ ունենալը դիզայնի կառուցվածքային կայունություն է հաղորդում և վերացնում է ցանկացած շեղում, որը կարող է առաջանալ, երբ ոտքերը որոշակի բեռ են վերցնում: Հղումները նախագծված էին առանցքակալ պահելու համար, իսկ փակագծերում լիսեռի համար օգտագործվում էր պտուտակ: Երբ կապերը ամրացվեցին լիսեռների վրա ընկույզի միջոցով, առանցքակալը կապահովեր հարթ և ամուր առանցքային կետ սերվո շարժիչի լիսեռի հակառակ կողմում:

Չորքոտանի ձևավորման ժամանակ մեկ այլ նպատակ էր մոդելը հնարավորինս կոմպակտ պահել `սերվո շարժիչների կողմից տրամադրվող ոլորող մոմենտը առավելագույնս օգտագործելու համար: Հղումների չափերը կատարվել են շարժման մեծ տիրույթի հասնելու համար ՝ միաժամանակ նվազեցնելով ընդհանուր երկարությունը: Դրանք չափազանց կարճ դարձնելու դեպքում փակագծերը կբախվեին, կնվազեցնեին շարժման միջակայքը և չափազանց երկար դարձնելով ՝ անհարկի ոլորող մոմենտ կգործեր շարժիչների վրա: Ի վերջո, ես նախագծեցի ռոբոտի մարմինը, որի վրա տեղադրվելու էին Arduino- ն և այլ էլեկտրոնային բաղադրիչները: Ես նաև թողել եմ լրացուցիչ ամրացման կետեր վերին վահանակի վրա `նախագիծը մասշտաբելի դարձնելու հետագա բարելավումների համար: Մի անգամ կարելի էր ավելացնել այնպիսի տվիչներ, ինչպիսիք են հեռավորության տվիչները, տեսախցիկները կամ գործարկվող այլ մեխանիզմներ, ինչպիսիք են ռոբոտային բռնակները:

Նշում. Մասերը ներառված են հետևյալ քայլերից մեկում:

Քայլ 2: Անհրաժեշտ նյութեր

Ահա այն բոլոր բաղադրիչների և մասերի ցանկը, որոնք անհրաժեշտ են ձեր սեփական Arduino Powered Quadruped Robot- ի պատրաստման համար: Բոլոր մասերը պետք է լինեն մատչելի և հեշտությամբ գտնվեն տեղական սարքավորումների խանութներում կամ առցանց:

ELECTRONICS:

Arduino Uno x 1

Towerpro MG995 servo շարժիչ x 12

Arduino Sensor Shield (խորհուրդ եմ տալիս V5 տարբերակը, բայց ես ունեի V4 տարբերակը)

Jumper Wires (10 հատ)

MPU6050 IMU (ըստ ցանկության)

Ուլտրաձայնային տվիչ (ըստ ցանկության)

HARDWARE:

Գնդիկավոր առանցքակալներ (8x19x7 մմ, 12 հատ)

M4 ընկույզներ և պտուտակներ

3D տպիչի թել (եթե 3D տպիչ չունեք, տեղական աշխատավայրում պետք է լինի 3D տպիչ, կամ տպումները կարող են կատարվել առցանց բավականին էժան գնով)

Ակրիլային թերթեր (4 մմ)

ԳՈՐOOLԻՔՆԵՐ

3D տպիչ

Լազերային կտրիչ

Այս նախագծի ամենակարևոր արժեքը 12 servo շարժիչներն են: Ես խորհուրդ եմ տալիս էժան պլաստիկից օգտվելու փոխարեն գնալ միջին և բարձր տեսականի: Առանց գործիքների, այս ծրագրի ընդհանուր արժեքը մոտավորապես 60 դոլար է:

Քայլ 3. Թվայնորեն պատրաստված մասեր

Այս նախագծի համար պահանջվող մասերը պետք է հատուկ մշակված լինեին, ուստի մենք դրանք օգտագործելու համար օգտագործեցինք թվային պատրաստված մասերի և CAD- ի հզորությունը: Մասերի մեծ մասը եռաչափ տպված է, բացի մի քանիից, որոնք լազերային կտրված են 4 մմ ակրիլից: Տպումները կատարվել են 40% լցմամբ, 2 պարագծով, 0.4 մմ վարդակով և PLA շերտով 0.1 մմ շերտի բարձրությամբ: Որոշ մասեր պահանջում են հենարաններ, քանի որ դրանք ունեն բարդ ձև ՝ գերբարձունքներով, այնուամենայնիվ, հենարանները հեշտությամբ հասանելի են և կարող են հեռացվել ՝ օգտագործելով որոշ դանակներ: Դուք կարող եք ընտրել թելիկի ձեր նախընտրած գույնը: Ստորև կարող եք գտնել մասերի ամբողջական ցանկը և STL- ները ՝ ձեր սեփական տարբերակը տպելու և լազերային կտրված մասերի 2D ձևերը:

Նշում. Այստեղից մասերը կվերաբերվեն հետևյալ ցուցակի անունների օգտագործմանը:

3D տպագիր մասեր

• հիփ servo բրա x 2
• հիփ servo բրա հայելի x 2
• ծնկի servo բրա x 2
• ծնկի servo բրա հայելի x 2
• կրող կրող x 2
• կրող կրող հայելի x 2
• ոտք x 4
• servo horn հղում x 4
• կրող օղակ x 4
• arduino սեփականատեր x 1
• հեռավորության տվիչի սեփականատեր x 1
• L- աջակցություն x 4
• կրող թուփ x 4
• servo horn spacer x 24

Լազերային կտրված մասեր

• servo holder panel x 2
• վերին վահանակ x 1

Ընդհանուր առմամբ, կա 30 մաս, որոնք պետք է 3D տպվեն ՝ առանց տարբեր բացատների, և ընդհանուր թվային 33 մասեր: Տպման ընդհանուր ժամանակը մոտ 30 ժամ է:

Քայլ 4: Հղումների պատրաստում

Դուք կարող եք սկսել հավաքը ՝ սկզբում տեղադրելով որոշ մասեր, որոնք հավաքման վերջնական գործընթացը կդարձնեն ավելի կառավարելի: Կարող եք սկսել հղումով: Կրող օղակը պատրաստելու համար թեթև հղկեք առանցքակալի անցքերի ներքին մակերեսը, այնուհետև կրողը երկու ծայրերում մղեք անցքի մեջ: Համոզվեք, որ առանցքակալը ներս եք մղում մինչև մի կողմը ողողվի: Servo եղջյուրի կապը կառուցելու համար բռնեք երկու շրջանաձև servo եղջյուրներ և դրանց հետ եկած պտուտակներ: Տեղադրեք եղջյուրները 3D տպման վրա և շարեք երկու անցքերը, այնուհետև պտուտակը պտուտակեք 3D տպման վրա ՝ պտուտակը կցելով 3D տպման կողմից: Ես ստիպված էի օգտագործել եռաչափ տպիչով սերվերի եղջյուրների անջատիչներ, քանի որ մատակարարվող պտուտակները մի փոքր երկար էին և պտտվելիս հատվում էին servo շարժիչի մարմնի հետ: Հղումները կառուցվելուց հետո կարող եք սկսել ստեղծել տարբեր կրողներ և փակագծեր:

Կրկնեք սա երկու տեսակի բոլոր 4 հղումների համար:

Քայլ 5. Սերվո փակագծերի պատրաստում

Kneeնկի սերվո փակագիծը տեղադրելու համար պարզապես անցեք 4 մմ պտուտակ անցքի միջով և ամրացրեք այն ընկույզով: Սա կգործի որպես շարժիչի երկրորդային առանցք: Հիպ servo փակագծից անցեք երկու պտուտակ երկու անցքերի միջով և ամրացրեք դրանք ևս երկու ընկույզով: Հաջորդը, բռնեք մեկ այլ շրջանաձև servo եղջյուր և ամրացրեք այն փակագծի փոքր -ինչ բարձրացած հատվածին ՝ օգտագործելով երկու պտուտակները, որոնք գալիս էին եղջյուրների հետ: Մեկ անգամ ևս խորհուրդ կտամ օգտագործել servo horn spacer- ը, որպեսզի պտուտակները չերևան սերվոյի բացվածքի մեջ: Վերջապես, բռնեք առանցքակալի բռնիչի հատվածը և մի կրողը մղեք անցքի մեջ: Հնարավոր է, որ անհրաժեշտ լինի թեթև հղկել ներքին մակերեսը լավ տեղավորվելու համար: Հաջորդը, առանցքակալը մղեք դեպի առանցքակալը դեպի այն կողմը, որտեղ թեքվում է կրող ամրակի կտորը:

Փակագծերը կառուցելիս անդրադարձեք վերևում ամրացված նկարներին: Կրկնեք այս գործընթացը մնացած փակագծերում: Հայելապատերը նման են, միայն ամեն ինչ է հայելային:

Քայլ 6: Ոտքերի հավաքում

Երբ բոլոր կապերն ու փակագծերը հավաքվեն, կարող եք սկսել կառուցել ռոբոտի չորս ոտքերը: Սկսեք ՝ սերվերը ամրացնելով փակագծերի վրա ՝ օգտագործելով 4 x M4 պտուտակներ և ընկույզներ: Համոզվեք, որ սերվոյի առանցքը հավասարեցրեք մյուս կողմից դուրս ցցված պտուտակին:

Հաջորդը, կապեք ազդրի սերվոն ծնկի սերվոյի հետ `օգտագործելով սերվո եղջյուրի կապի կտորը: Դեռևս մի օգտագործեք պտուտակ `եղջյուրը սերվո շարժիչի առանցքի վրա ամրացնելու համար, քանի որ հետագայում կարող է անհրաժեշտ լինել հարմարեցնել դիրքը: Հակառակ կողմում, երկու առանցքակալները պարունակող կրող օղակը ամրացրեք ընկույզների միջոցով դուրս ցցված պտուտակների վրա:

Կրկնեք այս գործընթացը մնացած երեք ոտքերի համար, և չորս ոտքերը չորքոտանի համար պատրաստ են:

Քայլ 7: Մարմնի հավաքում

Հաջորդը, մենք կարող ենք կենտրոնանալ ռոբոտի մարմնի կառուցման վրա: Մարմինը տեղակայված է չորս servo շարժիչներով, որոնք ոտքերին տալիս են ազատության 3 -րդ աստիճան: Սկսեք ՝ օգտագործելով 4 x M4 պտուտակներ և կոճակներ, որպեսզի սերվոն ամրացնեք լազերային կտրված սերվոյի ամրացման վահանակի վրա:

Նշում. Համոզվեք, որ servo- ն ամրացված է այնպես, որ առանցքը գտնվում է կտորի արտաքին կողմում, ինչպես երևում է վերևում ամրացված նկարներում: Կրկնեք այս գործընթացը մնացած երեք servo շարժիչների համար ՝ նկատի ունենալով կողմնորոշումը:

Հաջորդը, ամրացրեք L- հենարանները վահանակի երկու կողմերում `օգտագործելով երկու M4 ընկույզ և պտուտակներ: Այս կտորը թույլ է տալիս մեզ ամուր ամրացնել servo holder վահանակը վերին վահանակին: Կրկնեք այս գործընթացը ևս երկու L- հենակետով և երկրորդ servo holder վահանակով, որը պահում է servo շարժիչների երկրորդ փաթեթը:

Երբ L- ի հենարանները տեղակայված են, օգտագործեք ավելի շատ M4 ընկույզ և պտուտակներ `վերևի վահանակին ամրացնող սերվերի վահանակը ամրացնելու համար: Սկսեք ընկույզների և պտուտակների արտաքին փաթեթից (դեպի առջևի և հետևի կողմը): Կենտրոնական ընկույզներն ու պտուտակները նույնպես պահում են arduino ամրակի կտորը: Օգտագործեք չորս ընկույզ և պտուտակներ ՝ արդուինոյի ամրակը վերևից վերևի վահանակին ամրացնելու համար և պտուտակները հավասարեցրեք այնպես, որ նրանք նույնպես անցնեն L հենակետի անցքերով: Պարզաբանումների համար դիմեք վերը կցված պատկերներին: Ի վերջո, չորս ընկույզ սահեցրեք սպասարկողի վահանակների անցքերի մեջ և պտուտակներ օգտագործեք, որպեսզի ամրացնեք սերվո պահիչի վահանակները վերին վահանակին:

Քայլ 8: Ամեն ինչ միասին դնել

Երբ ոտքերը և մարմինը հավաքվում են, կարող եք սկսել ավարտել հավաքման գործընթացը: Տեղադրեք չորս ոտքերը չորս սերվոյի վրա `օգտագործելով սերվո եղջյուրները, որոնք ամրացված էին ազդրի սերվո բրա վրա: Ի վերջո, օգտագործեք առանցքակալի ամրակի կտորները ՝ հիպի ամրակի հակառակ առանցքը հենելու համար: Անցեք առանցքը առանցքակալի միջով և պտուտակով ամրացրեք այն տեղում: Տեղադրեք առանցքակալների ամրակները վերևի վահանակին ՝ օգտագործելով երկու M4 ընկույզ և պտուտակներ:

Դրանով քառյակի սարքավորումների հավաքումը պատրաստ է:

Քայլ 9: Էլեկտրամոնտաժ և միացում

Ես որոշեցի օգտագործել սենսորային վահան, որը կապեր էր ապահովում servo շարժիչների համար: Ես խորհուրդ կտայի օգտագործել սենսորային վահանը v5, քանի որ այն ունի ներքին սնուցման արտաքին պորտ: Այնուամենայնիվ, այն, ինչ ես օգտագործում էի, այս տարբերակը չուներ: Ավելի սերտորեն նայելով սենսորային վահանին, ես նկատեցի, որ սենսորային վահանը ուժ է վերցնում Arduino- ի 5v պինից (ինչը սարսափելի գաղափար է, երբ խոսքը վերաբերում է բարձր հզորության սերվո շարժիչներին, քանի որ դուք վտանգում եք Arduino- ն): Այս խնդրի լուծումն այն էր, որ սենսորային վահանի վրա 5v քորոցը թեքեք այնպես, որ այն չմիանա Arduino- ի 5v քորոցին: Այս կերպ, մենք այժմ կարող ենք ապահովել արտաքին էներգիա 5 վ փինով ՝ առանց վնասելու Arduino- ին:

12 servo շարժիչների ազդանշանային կապերի միացումները նշված են ստորև բերված աղյուսակում:

Նշում. Hip1Servo- ն վերաբերում է մարմնին ամրացված սերվոյին: Hip2Servo- ն վերաբերում է ոտքին ամրացված սերվոյին:

Ոտք 1 (առաջ ձախ)

• Hip1Servo >> 2
• Hip2Servo >> 3
• KneeServo >> 4

Ոտք 2 (առաջ աջ)

• Hip1Servo >> 5
• Hip2Servo >> 6
• KneeServo >> 7

Ոտք 3 (հետևի ձախ կողմ)

• Hip1Servo >> 8
• Hip2Servo >> 9
• KneeServo >> 10

Ոտք 4 (հետևի աջ)

• Hip1Servo >> 11
• Hip2Servo >> 12
• KneeServo >> 13

Քայլ 10: Նախնական կարգավորում

Նախքան բարդ քայլվածքների և այլ շարժումների ծրագրավորումը սկսելը, մենք պետք է սահմանենք յուրաքանչյուր սերվոյի զրոյական կետերը: Սա ռոբոտին տալիս է հղման կետ, որն այն օգտագործում է տարբեր շարժումներ կատարելու համար:

Ռոբոտին վնասներից խուսափելու համար կարող եք հեռացնել սերվոյի եղջյուրի հղումները: Հաջորդը, վերբեռնեք ներքևում կցված ծածկագիրը: Այս ծածկագիրը մատուցում է սերվոներից յուրաքանչյուրը 90 աստիճանի վրա: Երբ սերվոները հասնում են 90 աստիճանի դիրքի, կարող եք նորից ամրացնել հղումները այնպես, որ ոտքերը կատարյալ ուղիղ լինեն, իսկ մարմնին ամրացված սերվոն ուղղահայաց է չորքոտանի վերևի վահանակին:

Այս պահին, սերվո եղջյուրների նախագծման պատճառով, որոշ հոդեր դեռ կարող են կատարյալ ուղիղ չլինել: Սրա լուծումը կոդի 4 -րդ տողում գտնված zeroPositions զանգվածի ճշգրտումն է: Յուրաքանչյուր թիվ ներկայացնում է համապատասխան սերվոյի զրոյական դիրքը (կարգը նույնն է, ինչ կարգը, որով սերվոն կցել եք Arduino- ին): Մի փոքր շտկեք այս արժեքները, մինչև ոտքերը կատարյալ ուղիղ լինեն:

Նշում. Ահա այն արժեքները, որոնք ես օգտագործում եմ, չնայած այս արժեքները կարող են չաշխատել ձեզ համար.

int zeroPositions [12] = {93, 102, 85, 83, 90, 85, 92, 82, 85, 90, 85, 90};

Քայլ 11: Մի փոքր կինեմատիկայի մասին

Չորս ոտքը կատարելու համար օգտակար գործողություններ, ինչպիսիք են վազքը, քայլելը և այլ շարժումներ, սերվերը պետք է ծրագրավորվեն շարժման ուղիների տեսքով: Շարժման ուղիները ուղիներ են, որոնց երկայնքով անցնում է վերջնական էֆեկտորը (այս դեպքում ոտքերը): Դրան հասնելու երկու եղանակ կա.

1. Մոտեցումներից մեկը կլինի տարբեր շարժիչների համատեղ անկյունները սնուցել կոպիտ ուժով: Այս մոտեցումը կարող է լինել ժամանակատար, հոգնեցուցիչ և նաև լի սխալներով, քանի որ դատողությունը զուտ տեսողական է: Փոխարենը կա ցանկալի արդյունքների հասնելու ավելի խելացի միջոց:
2. Երկրորդ մոտեցումը պտտվում է վերջնական էֆեկտորի կոորդինատները կերակրելու շուրջ `բոլոր հոդերի անկյունների փոխարեն: Սա այն է, ինչը հայտնի է որպես հակադարձ կինեմատիկա: Օգտվողի մուտքագրման կոորդինատները և հոդերի անկյունները հարմարվում են, որպեսզի վերջնական էֆեկտորը տեղադրվի նշված կոորդինատների մոտ: Այս մեթոդը կարելի է համարել որպես սև արկղ, որը որպես մուտքի կոորդինատ է վերցնում և դուրս է բերում հոդերի անկյունները: Նրանց համար, ովքեր հետաքրքրված են, թե ինչպես են ձևավորվել այս սև արկղի եռանկյունաչափական հավասարումները, կարող են դիտել վերևի դիագրամը: Նրանց համար, ովքեր հետաքրքրված չեն, հավասարումները արդեն ծրագրված են և կարող են օգտագործվել pos գործառույթի միջոցով, որն ընդունում է որպես մուտքագրում x, y, z, որը վերջնական էֆեկտորի քարտեզային տեղն է և դուրս է բերում շարժիչներին համապատասխանող երեք անկյուն:

Այս գործառույթները պարունակող ծրագիրը կարելի է գտնել հաջորդ քայլին:

Քայլ 12: Չորքոտանի ծրագրավորում

Էլեկտրահաղորդման և նախնական մեկնարկի ավարտից հետո դուք կարող եք ծրագրավորել ռոբոտին և ստեղծել շարժման հիանալի ուղիներ, որպեսզի ռոբոտը կատարի հետաքրքիր առաջադրանքներ: Շարունակելուց առաջ փոխեք կից ծածկագրի 4 -րդ տողը այն արժեքներին, որոնք սահմանել եք սկզբնավորման փուլում: Uploadրագիրը բեռնելուց հետո ռոբոտը պետք է սկսի քայլել: Եթե նկատում եք, որ որոշ հոդեր հակադարձված են, կարող եք պարզապես փոխել ուղղության համապատասխան արժեքը 5 տողի ուղղությունների զանգվածում (եթե այն 1 է, դարձեք -1, և եթե -1 է, դարձրեք 1):

Քայլ 13. Վերջնական արդյունքներ. Փորձի ժամանակը

Չորքոտանի ռոբոտը կարող է քայլեր կատարել, որոնք տատանվում են 5 -ից 2 սմ երկարության վրա: Արագությունը նույնպես կարող է փոփոխվել ՝ քայլվածքը հավասարակշռված պահելով: Այս չորքոտանին ապահովում է ամուր հարթակ ՝ փորձելու տարբեր այլ շարժումներ և այլ նպատակներ, ինչպիսիք են ցատկելը կամ առաջադրանքների կատարումը: Ես ձեզ խորհուրդ կտայի փորձել փոխել ոտքերի շարժման ուղիները `ձեր սեփական քայլվածքները ստեղծելու համար և պարզել, թե ինչպես են տարբեր քայլարշավներն ազդում ռոբոտի աշխատանքի վրա: Ռոբոտի վերևում ես թողել եմ մի քանի ամրացման կետեր լրացուցիչ սենսորների համար, ինչպիսիք են ՝ խոչընդոտներից խուսափելու առաջադրանքների հեռավորության չափման սենսորները կամ անհարթ տեղանքով դինամիկ քայլումների IMU- ն: Կարելի է նաև փորձարկել ռոբոտի գագաթին ամրացված լրացուցիչ բռնակով թևը, քանի որ ռոբոտը չափազանց կայուն և ամուր է և հեշտությամբ չի շրջվի:

Հուսով եմ, որ ձեզ դուր եկավ այս Instructable- ը, և դա ձեզ ոգեշնչեց կառուցել ձեր սեփականը:

Եթե ձեզ դուր եկավ նախագիծը, ապա աջակցեք դրան ՝ «Ձեռք բերեք այն տեղափոխել մրցույթում» քվեարկությունը հանելով:

Happy Making!

Երկրորդ մրցանակը Make it Move մրցույթում 2020 թ