Կենսաոգեշնչված ռոբոտային օձ. 16 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:50

Ես ոգեշնչվեցի այս նախագիծը սկսելուց հետո տեսնելով տեսաֆիլմեր, որտեղ պատկերված էին ինչպես ծառեր են բարձրանում ռոբոտ -օձերի, այնպես էլ ռոբոտական օձաձուկների մասին: Սա իմ առաջին փորձն է և օձի շարժման միջոցով ռոբոտներ ստեղծելը, բայց դա իմ վերջինը չի լինի: Բաժանորդագրվեք YouTube- ին, եթե ցանկանում եք տեսնել հետագա զարգացումները:

Ստորև ես ուրվագծում եմ 2 տարբեր օձերի կառուցումը ՝ 3D տպման ֆայլերի հետ միասին և քննարկում կոդի և ալգորիթմների մասին ՝ օձի շարժման հասնելու համար: Եթե ցանկանում եք ավելին սովորել, այս ուսանելի նյութը կարդալուց հետո կառաջարկեի կարդալ հղումները էջի ներքևի հղումների բաժնում:

Սա ուսանելի է տեխնիկապես 2-ը 1-ում, որով ես բացատրում եմ, թե ինչպես պատրաստել ռոբոտացված օձի 2 տարբեր տարբերակներ: Եթե ձեզ հետաքրքրում է միայն օձերից մեկի կառուցումը, անտեսեք մյուս օձի հրահանգները: Այս երկու տարբեր օձերն այսուհետ կօգտագործվեն հետևյալ արտահայտությունները փոխադարձաբար օգտագործելով.

1. Մեկ առանցքի օձ, 1D օձ կամ դեղին և սև օձ
2. Երկակի առանցքի օձ, 2D օձ կամ սպիտակ օձ

Իհարկե, օձերը կարող եք տպել ձեր ուզած ցանկացած գույնի թելերով: Երկու օձերի միակ տարբերությունն այն է, որ 2D օձի մեջ յուրաքանչյուր շարժիչ պտտվում է նախորդի համեմատ 90 աստիճանով, մինչդեռ 1D օձի մեջ բոլոր շարժիչները հավասարեցված են մեկ առանցքի վրա:

Վերջնական նախաբանն այն է, որ մինչ իմ օձերից յուրաքանչյուրն ունի ընդամենը 10 սերվո, հնարավոր է օձերը պատրաստել քիչ թե շատ սերվով: Մի բան պետք է հաշվի առնել, որ ավելի քիչ սերվոներով դուք կհասնեք ավելի քիչ հաջող շարժման, և ավելի շատ սերվոների հետ, հավանաբար, ավելի հաջողակ կլինեք օձի շարժման մեջ, բայց դուք պետք է հաշվի առնեք ծախսերը, ընթացիկ խաղարկությունը (տե՛ս հետագա դիտողությունները) և կապումների քանակը: հասանելի է Arduino- ում: Ազատ զգացեք փոփոխել օձի երկարությունը, սակայն հիշեք, որ այս փոփոխության հաշվին դուք նույնպես պետք է փոխեք ծածկագիրը:

Քայլ 1: Բաղադրիչներ

Սա մեկ օձի մասերի ցուցակ է, եթե ցանկանում եք երկու օձ պատրաստել, ապա ձեզ հարկավոր է կրկնապատկել բաղադրիչների ծավալը:

• 10 MG996R ծառայություն*
• 3D տպման թել 1,75 մմ
• 10 գնդիկավոր առանցքակալներ, մաս 608 (ես իմը փրկեցի Jitterspin fidget spinners- ի արտաքին եզրից)
• 20 փոքր գնդիկավոր առանցքակալներ, մաս r188, անիվների համար ** (ես փրկեցի իմը Jitterspin fidget spinners- ի ներքին մասից)
• 40 Philips գլխի պտուտակներ 6-32 x 1/2 "(կամ նմանատիպ)
• 8 ավելի երկար պտուտակներ (ես մասի համար չունեմ, բայց դրանք նույն տրամագիծն են, ինչ վերևի պտուտակները)
• Առնվազն 20 կտոր 4 դյույմ zipties (կախված ձեզանից, թե քանիսը ցանկանում եք օգտագործել)
• 5 մ կարմիր և սև 20 չափիչ մետաղալարով կամ ավելի հաստ ***
• Ստանդարտ 22 չափիչ մետաղալար
• 30 տղամարդու վերնագրի կապում (բաժանված է 10 լոտի 3 -ի)
• Արդուինո Նանո
• 3D տպագիր մասեր (տես հաջորդ բաժինը)
• Էլեկտրաէներգիայի ինչ -որ ձև (տե՛ս բաժինը ՝ «Օձին հզորացնելը» ՝ լրացուցիչ տեղեկությունների համար), ես անձամբ օգտագործել եմ փոփոխված ATX սնուցման աղբյուր
• 1000uF 25V էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատոր
• Տարբեր չափերի ջերմամեկուսիչ խողովակ, զոդման, սոսինձի և այլ տարբեր գործիքների

*Դուք կարող եք օգտագործել այլ տեսակներ, բայց ձեզ հարկավոր է վերափոխել 3D ֆայլերը `ձեր սերվերին համապատասխանելու համար: Նաև, եթե փորձեք օգտագործել ավելի փոքր սերվերներ, ինչպիսիք են sg90- ը, կարող եք պարզել, որ դրանք բավականաչափ ամուր չեն (ես դա չեմ փորձարկել, և փորձը ձեզնից է կախված):

** անիվների համար հարկավոր չէ փոքր գնդիկավոր առանցքակալներ օգտագործել, ես պարզապես շատ պառկած էի: Այլապես կարող եք օգտագործել LEGO անիվներ կամ այլ խաղալիք անիվներ:

*** Այս մետաղալարն իր միջով կարող է ունենալ մինչև 10 ամպեր, չափազանց բարակ, և հոսանքը կհալչի այն: Լրացուցիչ տեղեկությունների համար տես այս էջը:

Քայլ 2: 3D տպագրության բաղադրիչներ

Եթե դուք պատրաստում եք 1D օձին, տպեք այս կտորները:

Եթե դուք պատրաստում եք 2D օձին, տպեք այս կտորները:

Կարևոր նշում. Սանդղակը կարող է սխալ լինել: Ես նախագծում եմ իմ բաղադրիչները Fusion 360- ում (մմ միավորներով), ձևը արտահանում եմ որպես.stl ֆայլ MakerBot ծրագրաշարի մեջ, այնուհետև տպում այն Qidi Tech տպիչի վրա (MakerBot Replicator 2X- ի կլոնացված տարբերակ): Այս աշխատանքի ընթացքում ինչ -որ տեղ կա սխալ, և իմ բոլոր տպագրությունները չափազանց փոքր են: Ինձ չի հաջողվել բացահայտել սխալի վայրը, բայց ժամանակավորապես շտկել եմ յուրաքանչյուր տպման մասշտաբը MakerBot ծրագրային ապահովման 106% չափի, սա շտկում է խնդիրը:

Հաշվի առնելով դա, զգուշացեք, որ եթե տպեք վերը նշված ֆայլերը, դրանք կարող են սխալ չափվել: Առաջարկում եմ տպել ընդամենը մեկ կտոր և ստուգել, արդյոք այն համապատասխանում է ձեր MG996R սերվոյին, նախքան բոլորը տպելը:

Եթե դուք որևէ ֆայլ եք տպում, խնդրում եմ ինձ տեղեկացրեք, թե որն է արդյունքը. Եթե տպումը չափազանց փոքր է, ճիշտ, չափազանց մեծ և քանի տոկոսով: Աշխատելով որպես համայնք ՝ մենք կարող ենք լուծել վրիպակի գտնվելու վայրը ՝ օգտագործելով տարբեր 3D տպիչներ և.stl կտրիչներ: Երբ խնդիրը լուծվի, ես կթարմացնեմ այս բաժինը և վերը նշված հղումները:

Քայլ 3. Օձերի հավաքում

Հավաքման գործընթացը հիմնականում նույնն է օձի երկու տարբերակների դեպքում: Տարբերությունն այն է, որ 2D օձի մեջ յուրաքանչյուր շարժիչ պտտվում է 90 աստիճանով նախորդի համեմատ, մինչդեռ 1D օձի մեջ բոլոր շարժիչները հավասարեցված են մեկ առանցքի վրա:

Սկսեք պտուտակն պտուտակով պտուտակելուց, պահպանեք պտուտակները և հեռացրեք սև պլաստիկ շրջանակի վերևի և ներքևի մասերը և զգույշ եղեք, որ չկորցնեք շարժիչներից որևէ մեկը: Սահեցրեք servo- ն 3D տպված շրջանակի մեջ `կողմնորոշված ինչպես վերևի նկարներում: Փոխեք սերվոյի պատյանը և ամրացրեք այն տեղում 6-32 1/2 դյույմանոց չորս պտուտակով: Պահեք սերվոյի շրջանակի ներքևը (եթե ցանկանում եք այն նորից օգտագործել հետագա նախագծերում) և փոխարինեք եռաչափով տպված պատյան, միակ տարբերությունը գնդիկավոր առանցքակալը սայթաքելու լրացուցիչ բռնակն է: Պտուտակեք սերվերը միասին, կրկնեք 10 անգամ:

ԿԱՐԵՎՈՐ. Շարունակելուց առաջ դուք պետք է վերբեռնեք կոդը Arduino- ում և յուրաքանչյուր սերվո տեղափոխեք 90 աստիճան: Դա չկատարելը կարող է հանգեցնել մեկ կամ մի քանի servo և/կամ 3D տպված շրջանակների կոտրման: Եթե վստահ չեք, թե ինչպես կարելի է սերվո տեղափոխել 90 աստիճանի, տես այս էջը: Հիմնականում servo- ի կարմիր մետաղալարը միացրեք Arduino- ի 5V- ին, դարչնագույնը `GND- ին, իսկ դեղին մետաղալարը` թվային 9 -ին կապին, այնուհետև վերբեռնեք կոդը հղման մեջ:

Այժմ, երբ յուրաքանչյուր սերվո գտնվում է 90 աստիճանի վրա, շարունակեք.

Միացրեք 10 հատվածները ՝ տեղադրելով եռաչափ տպիչով բռնիչը մեկ սերվոյի պատյանից երկրորդ հատվածի կտորի անցքի մեջ, այնուհետև մի փոքր ուժով սերվոյի առանցքը մղեք դեպի նրա անցքը (պարզության համար տե՛ս վերևի նկարները և տեսանյութը): Եթե դուք պատրաստում եք 1D օձը, ապա բոլոր հատվածները պետք է հավասարեցված լինեն, եթե դուք պատրաստում եք 2D օձը, յուրաքանչյուր հատված պետք է 90 աստիճանով պտտվի նախորդ հատվածի ուղղությամբ: Նկատի ունեցեք, որ պոչի և գլխի շրջանակն ունի մնացած հատվածների միայն կեսը, միացրեք դրանք, բայց մի մեկնաբանեք բուրգի տեսքով կտորները մինչև էլեկտրագծերի ավարտը:

Կցեք x- ձևի servo թևը և ամրացրեք այն դիրքում: Սահեցրեք գնդիկը, որը կրում է 3D տպված բռնիչը, դրա համար կպահանջվի նրբորեն սեղմել երկու կիսաշրջանաձև սյուները միասին: Կախված նրանից, թե որ ապրանքանիշի թելերն եք օգտագործում և լցման խտությունը, սյուները կարող են չափազանց փխրուն լինել և ճեղքել: Ես անձամբ օգտագործել եմ PLA թել ՝ 10% լցվածով: Գնդիկավոր առանցքակալը միացնելուց հետո այն պետք է կողպված մնա կողպեքի վրայի կախումներով:

Քայլ 4: Շղթա

Շղթան նույնն է երկու ռոբոտ -օձերի դեպքում: Էլեկտրամոնտաժման գործընթացում համոզվեք, որ յուրաքանչյուր հատվածի համար լիովին պտտվելու համար բավականաչափ տարածք կա, հատկապես 2D օձի մեջ:

Վերևում տեղադրված է էլեկտրագծերի միացման սխեմա `ընդամենը 2 սերվով: Ես փորձեցի շրջանային նկարչություն անել 10 սերվոյով, բայց դա չափազանց գերբնակեցվեց: Այս նկարի և իրական կյանքի միակ տարբերությունն այն է, որ անհրաժեշտ է զուգահեռաբար միացնել ևս 8 սերվո և միացնել PWM ազդանշանային լարերը Arduino Nano- ի կապումներին:

Էլեկտրահաղորդման գծերը միացնելիս ես օգտագործեցի մեկ չափիչ 18 չափիչ մետաղալար (այնքան հաստ, որ կարող է դիմակայել 10 ընթացքի ուժեղացուցիչին) որպես հիմնական 5V գիծ, որն անցնում էր օձի երկարությամբ: Օգտագործելով մետաղալարեր ՝ ես կանոնավոր 10 ընդմիջումներով հեռացրել եմ մեկուսիչի մի փոքր հատված և յուրաքանչյուր միջակայքից կարճ մետաղալար կպցրել մի խումբ ՝ 3 արական գլուխների կապում: Կրկնեք սա երկրորդ անգամ սև 18 չափիչ GND մետաղալարով և երկրորդ արական վերնագրի քորոցով: Ի վերջո, ավելի երկար մետաղալար կպցրեք 3 -րդ արական գլխիկի քորոցին, այս քորոցը PWM ազդանշանը կհասցնի օձի գլխում գտնվող Արդուինո Նանոյից սերվոյին (մետաղալարը պետք է այնքան երկար լինի, որ հասնի, նույնիսկ հատվածները թեքվելիս): Անհրաժեշտության դեպքում ամրացրեք ջերմության նվազեցման խողովակը: Միացրեք 3 արական վերնագրի կապումներն servo լարերի 3 կանացի վերնագրի կապումներին: Կրկնել 10 անգամ յուրաքանչյուր 10 սպասարկողի համար: Ի վերջո, ինչին դա հասնում է `սերվերին զուգահեռաբար միացնելը և PWM ազդանշանային լարերը միացնելը դեպի Նանո: Արական/իգական վերնագրի քորոցների պատճառն այն էր, որ դուք հեշտությամբ կարող եք հատվածներ բաժանել և փոխարինել սերվոները, եթե դրանք կոտրվեն ՝ առանց ամեն ինչ չվառելու:

GND- ի և 5V լարերը կպցրեք պոչում 3x7 անցք կատարող տախտակին `կոնդենսատորով և պտուտակով տերմինալներով: Կոնդենսատորի նպատակն է հեռացնել սերվերը գործարկելիս առաջացած ցանկացած ընթացիկ ցնցումներ, որոնք կարող են վերականգնել Arduino Nano- ն (եթե կոնդենսատոր չունեք, հավանաբար առանց դրա կարող եք հեռանալ, բայց ավելի լավ է ապահով լինել). Հիշեք, որ էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորների երկար ճյուղը պետք է միացված լինի 5V գծին, իսկ ավելի կարճ ՝ GND գծին: NDոդեք GND մետաղալարը Nano- ի GND կապին և 5V մետաղալարը `5V քորոցին: Ուշադրություն դարձրեք, եթե այլ լարման եք օգտագործում (տե՛ս հաջորդ բաժինը), ասեք Lipo մարտկոցը 7.4 Վ լարմամբ, այնուհետև կարմիր մետաղալարն ամրացրեք Vin քորոցին, Ո NOTՉ 5 Վ -ի քորոցին, դրանով իսկ քանդվելու է քորոցը:

10 PWM ազդանշանային լարերը միացրեք Arduino Nano- ի կապումներին: Ես իմը միացրել եմ հետևյալ հաջորդականությամբ, կարող եք ընտրել ձերն այլ կերպ լարել, բայց պարզապես հիշեք, որ այնուհետև անհրաժեշտ կլինի փոխել servo.attach () տողերը ծածկագրում: Եթե համոզված չեք, թե ինչի մասին եմ խոսում, պարզապես միացրեք այն այնպես, ինչպես ես, և դուք խնդիրներ չեք ունենա: Օձի պոչի սերվոյից մինչև օձի գլուխը պատվիրելու համար ես երկու օձերիս միացրել եմ հետևյալ հաջորդականությամբ: Ազդանշանի կապերը միացնելով ՝ A0, A1, A2, A3, A4, A5, D4, D3, D8, D7:

Էլեկտրագծերը մաքրելու համար օգտագործեք zipties: Շարունակելուց առաջ ստուգեք, որ բոլոր հատվածները կարող են տեղաշարժվել լարերի տեղաշարժի համար, առանց իրարից պոկվելու: Այժմ, երբ էլեկտրագծերն ավարտված են, մենք կարող ենք պտուտակել գլխի և պոչի բուրգաձև կափարիչները: Նկատի ունեցեք, որ պոչը ունի անցք, որտեղից կապը դուրս է գալիս, իսկ գլուխը `Arduino ծրագրավորման մալուխի համար:

Քայլ 5: Օձին հզորացնելը

Քանի որ սերվոները միացված են զուգահեռաբար, նրանք բոլորը ստանում են նույն լարումը, բայց հոսանքը պետք է գումարվի: MG996r սերվերի տվյալների թերթիկին նայելով ՝ նրանք կարող են յուրաքանչյուրը 900 մԱ քաշել աշխատելու ընթացքում (ենթադրելով, որ այն չի կանգնում): Այսպիսով, ընդհանուր ընթացիկ խաղարկությունը, եթե բոլոր 10 սպասարկուները միաժամանակ շարժվեն, կազմում է 0.9A*10 = 9A: Որպես սովորական 5 վ, 2 Ա պատի վարդակից ադապտեր չի աշխատի: Ես որոշեցի փոփոխել ATX սնուցման աղբյուրը, որը կարող է 5 վ լարման 20 Ա -ում: Ես չեմ պատրաստվում բացատրել, թե ինչպես դա անել, քանի որ դա արդեն շատ է քննարկվել Instructables- ում և YouTube- ում: Առցանց արագ որոնումը ցույց կտա, թե ինչպես փոխել այս էներգիայի աղբյուրներից մեկը:

Ենթադրելով, որ դուք փոխել եք էլեկտրասնուցման աղբյուրը, դա պարզապես էլեկտրամատակարարման և օձի պտուտակավոր տերմինալների միջև երկար կապ հաստատելու դեպք է:

Մեկ այլ տարբերակ է օգտագործել ինքնաթիռի lipo մարտկոցի փաթեթը: Ես դա չեմ փորձել, այնպես որ ձեզանից կախված կլինի մարտկոցների համար լեռ նախագծել և միացնել դրանք: Հիշեք աշխատանքային լարումները, սերվերի և Arduino- ի ընթացիկ լարումը (մի զոդեք այլ բան, քան 5 վ Arduino- ի 5v քորոցը, գնացեք Vin կապին, եթե ունեք ավելի բարձր լարում):

Քայլ 6: Փորձեք, որ ամեն ինչ աշխատում է

Շարունակելուց առաջ եկեք պարզապես փորձարկենք, որ ամեն ինչ աշխատում է: Վերբեռնեք այս կոդը: Ձեր օձը պետք է յուրաքանչյուր սերվո առանձին-առանձին տեղափոխի 0-180-ի սահմաններում, այնուհետև ավարտի ՝ ուղիղ գծով պառկելով: Եթե դա այդպես չէ, ապա ինչ -որ բան այն չէ, ամենայն հավանականությամբ, էլեկտրագծերը սխալ են, կամ սերվոները սկզբում կենտրոնացված չէին 90 աստիճանի վրա, ինչպես նշված է «Օձերի հավաքում» բաժնում:

Քայլ 7: Կոդ

Ներկայումս օձի համար հեռակառավարիչ չկա, ամբողջ շարժումը նախապես ծրագրված է, և դուք կարող եք ընտրել այն, ինչ ցանկանում եք: 2 -րդ տարբերակում ես կմշակեմ հեռակառավարման վահանակ, բայց եթե ցանկանում եք այն վերահսկել հեռակա կարգով, ես կառաջարկեի ուսումնասիրել Instructables- ի այլ ձեռնարկներ և օձին հարմարեցնել Bluetooth- ի հետ համատեղելի լինելու համար:

Եթե պատրաստում եք 1D օձը, վերբեռնեք այս կոդը:

Եթե պատրաստում եք 2D օձը, վերբեռնեք այս կոդը:

Ես խրախուսում եմ ձեզ խաղալ կոդի հետ, կատարել ձեր սեփական փոփոխությունները և ստեղծել նոր ալգորիթմներ: Կարդացեք հաջորդ մի քանի բաժիններ ՝ յուրաքանչյուր տեսակի շարժման և դրա ծածկագրի աշխատանքի մանրամասն բացատրության համար:

Քայլ 8: Կշեռքներ ընդդեմ անիվների

Օձերի առաջ շարժվելու հիմնական միջոցներից մեկը նրանց կշեռքի ձևն է: Կշեռքները թույլ են տալիս ավելի հեշտ առաջ շարժվել: Լրացուցիչ բացատրությունների համար դիտեք այս տեսանյութը 3: 04 -ից և տեսեք, թե ինչպես են կշեռքները օգնում օձին առաջ շարժվել: Նույն տեսանյութի 3:14 -ին նայելը ցույց է տալիս ազդեցությունը, երբ օձերը թևի մեջ են ՝ հեռացնելով կշեռքի շփումը: Ինչպես ցույց է տրված իմ YouTube- ի տեսանյութում, երբ ռոբոտացված 1D օձը փորձում է սահել խոտի վրա ՝ առանց կշեռքների, այն ոչ առաջ է շարժվում, ոչ էլ ետ, քանի որ ուժերը հասնում են զրոյի: Որպես այդպիսին, մենք պետք է որոշ արհեստական կշեռքներ ավելացնենք ռոբոտի ստորին հատվածում:

Հարվարդի համալսարանում կատարվել է հետազոտություն մասշտաբների միջոցով շարժումների վերստեղծման վերաբերյալ, որոնք ցուցադրվել են այս տեսանյութում: Ես չկարողացա նման մեթոդ մշակել ՝ կշեռքը իմ ռոբոտի վրա վեր ու վար շարժելու համար, և փոխարենը որոշեցի պաստիվ եռաչափ տպագիր կշեռքներ կցել ստորին որովայնին:

Unfortunatelyավոք, սա անարդյունավետ դարձավ (տե՛ս իմ YouTube- ի տեսանյութում ՝ 3: 38 -ին), քանի որ կշեռքները դեռ գորգի մակերևույթով անցնում էին մանրաթելերին բռնելու և շփումը մեծացնելու փոխարեն:

Եթե ցանկանում եք փորձարկել իմ պատրաստած կշեռքները, կարող եք 3D տպել ֆայլերը իմ GitHub- ից: Եթե դուք հաջողությամբ ինքներդ եք պատրաստում, ինձ տեղյակ պահեք ստորև բերված մեկնաբանություններում:

Օգտագործելով այլ մոտեցում, ես փորձեցի օգտագործել r188 գնդիկավոր առանցքակալներից պատրաստված անիվներ, որոնց արտաքին մասում ջերմային կծկման խողովակները եղել են որպես «անվադողեր»: Դուք կարող եք 3D տպել պլաստիկ անիվի առանցքները.stl ֆայլերից իմ GitHub- ում: Թեև անիվները կենսաբանորեն ճշգրիտ չեն, դրանք նման են կշեռքներին, որովհետև առաջ շարժումը հեշտ է, բայց կողք կողքի շարժումը զգալիորեն ավելի դժվար է: Անիվների հաջող արդյունքը կարող եք տեսնել իմ YouTube տեսանյութում:

Քայլ 9. Շարժում (միայնակ առանցքի օձ)

Առաջին մրցանակը Make it Move մրցույթում