3D басып шығарылған Arduino төрт қабатты робот: 13 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:22

Fusion 360 жобалары »

Алдыңғы нұсқаулықтардан менің роботтық жобаларға деген қызығушылығым жоғары екенін байқауға болады. Алдыңғы нұсқаулықтан кейін мен екі жақты робот жасадым, мен ит пен мысық сияқты жануарларға еліктей алатын төртбұрышты робот жасауды шештім. Бұл нұсқаулықта мен сізге төрт роботты құрастыру мен құрастыруды көрсетемін.

Бұл жобаны құрудағы басты мақсат - жүйені мүмкіндігінше берік ету, сондықтан әр түрлі жаяу жүру мен жүгіруді сынау кезінде мен аппараттық құралдың істен шығуы туралы үнемі алаңдамаймын. Бұл маған аппараттық құралдың шегіне жетуге және күрделі жүрістер мен қозғалыстармен тәжірибе жасауға мүмкіндік берді. Екінші мақсат-жылдам қол жетімді хобби бөлшектері мен жылдам басып шығаруға мүмкіндік беретін 3D басып шығаруды қолдана отырып, төртбұрышты салыстырмалы түрде төмен бағаға айналдыру. Бұл екі мақсат біріктірілген әр түрлі эксперименттерді жүргізуге берік негіз береді, бұл навигация, кедергілерден аулақ болу және динамикалық локомотив сияқты нақты талаптарды орындау үшін төртбұрышты дамытуға мүмкіндік береді.

Жобаның жылдам демонстрациясын көру үшін жоғарыда көрсетілген бейнені қараңыз. Жалғастырыңыз, жеке Arduino Powered Quadruped роботын жасаңыз және егер сізге жоба ұнаған болса, «Жылжымалы конкурсқа» қатысыңыз.

1 -қадам: Шолу және дизайн процесі

Төртбұрыш Autodesk -те Fusion 360 3d модельдеу бағдарламалық жасақтамасы тегін жасалған. Мен серво қозғалтқыштарын дизайнға енгізуден бастадым және олардың аяғы мен корпусын айналдырдым. Мен серво қозғалтқышының білігіне диаметрлі қарама -қарсы екінші бұрылыс нүктесін қамтамасыз ететін серво қозғалтқышы үшін жақшалар жасадым. Қозғалтқыштың екі ұшында қос біліктің болуы конструкцияның тұрақтылығын қамтамасыз етеді және аяқтар жүктемені көтеру кезінде пайда болатын кез келген қисаюды жояды. Сілтемелер мойынтіректі ұстауға арналған, ал жақшалар білікке арналған болтты қолданған. Сілтемелер гайкамен біліктерге бекітілгеннен кейін, мойынтірек серво қозғалтқыш білігінің қарама -қарсы жағында тегіс және берік айналу нүктесін қамтамасыз етеді.

Төртбұрышты жобалау кезіндегі тағы бір мақсат - бұл серво қозғалтқыштармен қамтамасыз етілетін крутящийді максималды пайдалану үшін модельді барынша ықшам ұстау. Байланыстардың өлшемдері қозғалыстың үлкен диапазонына жету үшін жасалған, ал жалпы ұзындықты азайтады. Оларды тым қысқа етіп жасау жақшалардың соқтығысуына әкеледі, қозғалыс ауқымын қысқартады және оны тым ұзартып жіберсе, жетектерге қажетсіз момент түсіреді. Ақырында мен Arduino және басқа электронды компоненттер орнатылатын роботтың корпусын жасадым. Мен сонымен қатар жобаны одан әрі жетілдіру үшін масштабтау үшін жоғарғы панельде қосымша бекіту нүктелерін қалдырдым. Бірде қашықтық датчиктері, камералар немесе роботтық ұстағыштар сияқты басқа да іске қосылған механизмдер сияқты сенсорларды қосуға болады.

Ескерту: Бөлшектер келесі қадамдардың біріне енгізілген.

2 -қадам: Қажетті материалдар

Міне, Arduino Powered Quadruped роботын жасау үшін қажет барлық компоненттер мен бөлшектердің тізімі. Барлық бөлшектер жергілікті жабдық дүкендерінде немесе интернетте оңай қол жетімді болуы керек.

ЭЛЕКТРОНИКА:

Arduino Uno x 1

Towerpro MG995 сервоқозғалтқышы 12

Arduino Sensor Shield (мен V5 нұсқасын ұсынамын, бірақ менде V4 нұсқасы болды)

Өткізгіш сымдар (10 дана)

MPU6050 IMU (міндетті емес)

Ультрадыбыстық сенсор (міндетті емес)

ЖАБДЫҚ:

Шарикті мойынтіректер (8х19х7мм, 12 дана)

М4 гайкалар мен болттар

3D принтердің жіпшесі (егер сізде 3D принтер болмаса, жергілікті жұмыс кеңістігінде 3D принтері болуы керек немесе басып шығаруды Интернетте өте арзанға жасауға болады)

Акрил парақтары (4 мм)

ҚҰРАЛДАР

3D принтері

Лазерлік кескіш

Бұл жобаның ең маңызды бағасы - 12 серво қозғалтқышы. Мен арзан пластикті пайдаланудың орнына орташа диапазонға дейін баруды ұсынамын, себебі олар тез бұзылады. Құралдарды қоспағанда, бұл жобаның жалпы құны шамамен 60 долларды құрайды.

3 -қадам: цифрлық дайындалған бөлшектер

Бұл жобаға қажетті бөлшектер арнайы жобалануы керек еді, сондықтан біз оларды жасау үшін цифрлық дайындалған бөлшектер мен АЖЖ қуатын қолдандық. Бөлшектердің көпшілігі 4 мм акрилден лазермен кесілген кейбір бөліктерден бөлек 3D форматында басылған. Басып шығару 40% толтыру, 2 периметрі, 0,4 мм саптамасы және PLA қабатының биіктігі 0,1 мм. Кейбір бөлшектер тіректерді қажет етеді, өйткені олар күрделі пішінге ие, алайда тіректерге оңай қол жетімді және оларды кейбір кескіштердің көмегімен алып тастауға болады. Сіз жіптен өзіңіз қалаған түсті таңдай аласыз. Төменде сіз өзіңіздің жеке нұсқаңызды басып шығаруға арналған бөлшектер мен STL -дің толық тізімін және лазермен кесілген бөлшектердің 2D дизайнын таба аласыз.

Ескерту: Осыдан кейін бөліктер келесі тізімдегі атауларды қолдана отырып сілтеме жасайды.

3D басып шығарылған бөлшектер:

• жамбас серво кронштейні x 2
• жамбас серво кронштейні айна x 2
• тізе серво кронштейні x 2
• тізе серво кронштейні айна x 2
• мойынтірек ұстағыш x 2
• подшипник ұстаушы айна x 2
• аяғы x 4
• серво мүйізі сілтемесі x 4
• мойынтірек сілтемесі x 4
• arduino ұстағыш x 1
• қашықтық сенсорының ұстағышы x 1
• L-қолдау x 4
• мойынтірек бұта x 4
• серво мүйізі аралығы x 24

Лазермен кесілген бөлшектер:

• Серво ұстағыш тақтасы x 2
• жоғарғы панель x 1

Жалпы алғанда, әр түрлі аралықты қоспағанда, 3D басып шығаруды қажет ететін 30 бөлік және барлығы цифрлық дайындалған 33 бөлік бар. Басып шығарудың жалпы уақыты шамамен 30 сағатты құрайды.

4 -қадам: Сілтемелерді дайындау

Сіз монтаждауды соңғы бөлікті орнату арқылы бастай аласыз, бұл соңғы жинау процесін басқаруға мүмкіндік береді. Сіз сілтемеден бастай аласыз. Мойынтірек байланысын жасау үшін мойынтіректерге арналған тесіктердің ішкі бетін аздап тегістеңіз, содан кейін мойынтіректі екі ұшындағы тесікке итеріңіз. Мойынтіректі бір жағы қызарғанша итеріңіз. Серво мүйізінің сілтемесін жасау үшін екі дөңгелек серво мүйізін және олармен бірге келген бұрандаларды алыңыз. Мүйізді 3D басып шығаруға қойыңыз және екі тесікті бір қатарға қойыңыз, содан кейін 3D басып шығару жағынан бұранданы бекіту арқылы мүйізді 3D басып шығаруға бекітіңіз. Маған үш өлшемді басып шығарылған серво мүйізінің аралықтарын қолдануға тура келді, себебі берілген бұрандалар сәл ұзын болды және ол айналған кезде серво қозғалтқыш корпусымен қиылысады. Сілтемелер салынғаннан кейін әр түрлі ұстағыштар мен жақшаларды орнатуға кірісуге болады.

Мұны екі түрдегі барлық 4 сілтеме үшін қайталаңыз.

5 -қадам: Серво жақшаларын дайындау

Тізе серво кронштейнін орнату үшін 4 мм болтты тесіктен өткізіп, гайкамен бекітіңіз. Бұл қозғалтқыштың екінші осі ретінде қызмет етеді. Жамбас серво кронштейнінен екі болтты екі тесіктен өткізіп, оларды тағы екі жаңғақпен бекітіңіз. Әрі қарай, басқа дөңгелек серво мүйізін алыңыз да, мүйізбен бірге келген екі бұранданы қолданып, кронштейннің сәл көтерілген бөлігіне бекітіңіз. Бұрандалар сервоға арналған саңылауға шықпауы үшін тағы бір рет серво мүйізін бөлгішті қолдануды ұсынамын. Соңында, мойынтірек ұстағышының бөлігін ұстап, мойынтіректі тесікке итеріңіз. Жақсы орналасу үшін ішкі бетін аздап тегістеу қажет болуы мүмкін. Одан кейін мойынтіректі тіреуіш бөлігі бүгілген жаққа қарай мойынтірекке итеріңіз.

Кронштейндерді құрастыру кезінде жоғарыда көрсетілген суреттерді қараңыз. Қалған жақшалар үшін бұл процедураны қайталаңыз. Айналғандар ұқсас, тек барлығы айнадан тұрады.

6 -қадам: аяқтарды жинау

Барлық сілтемелер мен жақшалар жиналғаннан кейін сіз роботтың төрт аяғын құруға кірісе аласыз. Серваларды кронштейндерге 4 x M4 болттар мен жаңғақтармен бекітуден бастаңыз. Серво осінің екінші жағындағы шығыңқы болтпен тураланғанына көз жеткізіңіз.

Әрі қарай, серво мүйізінің сілтеме бөлігін пайдаланып, тізе сервосымен жамбас сервосын байланыстырыңыз. Мүйізді серво қозғалтқышының білігіне бекіту үшін әлі бұранданы пайдаланбаңыз, себебі бізге кейіннен позицияны өзгерту қажет болуы мүмкін. Қарама -қарсы жақта екі мойынтірегі бар мойынтірек байланысын жаңғақтардың көмегімен шығыңқы болттарға орнатыңыз.

Қалған үш аяқ үшін бұл процедураны қайталаңыз және төрт аяқты 4 аяқ дайын!

7 -қадам: денені жинау

Әрі қарай, біз роботтың корпусын жасауға баса назар аудара аламыз. Денеде төрт серво қозғалтқышы бар, олар аяқтарға 3 -ші дәрежелі еркіндік береді. Сервоны лазермен кесілген серво ұстағыш тақтасына бекіту үшін 4 x M4 болттары мен түймелерін қолдана бастаңыз.

Ескерту: Серво жоғарыда бекітілген суреттерде көрсетілгендей ось бөліктің сыртқы жағында болатындай бекітілгеніне көз жеткізіңіз. Бағытты ескере отырып, қалған үш серво қозғалтқышы үшін бұл процесті қайталаңыз.

Содан кейін, екі M4 гайкалары мен болттарын қолдана отырып, панельдің екі жағына L тіректерін бекітіңіз. Бұл бөлік серво ұстағыш тақтаны жоғарғы панельге мықтап бекітуге мүмкіндік береді. Бұл процесті тағы екі L тірегі мен екінші серво қозғалтқыштар жиынтығын ұстайтын екінші серво ұстағыш панелімен қайталаңыз.

L тіректері орнатылғаннан кейін, серво ұстағыш тақтаны жоғарғы панельге бекіту үшін M4 гайкалары мен болттарын қолданыңыз. Гайкалар мен болттардың сыртқы жиынтығынан бастаңыз (алдыңғы және артқы жағына қарай). Орталық гайкалар мен болттар сонымен қатар ардуино ұстағыш бөлігін ұстап тұрады. Ардуино ұстағышын үстіңгі панельге бекіту үшін төрт жаңғақ пен болтты қолданыңыз және болттарды L тірек тесіктерінен өтетін етіп туралаңыз. Түсініктеме алу үшін жоғарыда берілген суреттерді қараңыз. Соңында төрт жаңғақтарды серво ұстағыш тақталарындағы саңылауларға сырғытыңыз және болттарды қолданып, серво ұстағыш тақталарын жоғарғы панельге бекітіңіз.

8 -қадам: Барлығын біріктіру

Аяқтар мен корпус құрастырылғаннан кейін сіз құрастыру процесін аяқтауға кірісе аласыз. Жамбас серво кронштейніне бекітілген серво мүйіздері арқылы төрт аяқты төрт сервоға бекітіңіз. Соңында, жамбас кронштейнінің қарама -қарсы осіне тірек болу үшін мойынтіректерді ұстағыштарды қолданыңыз. Осьті мойынтіректен өткізіп, оны бекіту үшін болтты қолданыңыз. Жоғарғы панельге мойынтіректердің ұстағыштарын екі M4 гайкалары мен болттары арқылы бекітіңіз.

Осының арқасында квадупедтің аппараттық жиынтығы дайын.

9 -қадам: Сымдар мен тізбек

Мен серво қозғалтқыштарына қосылуды қамтамасыз ететін сенсорлық қалқаны қолдануды шештім. Мен сенсорлық қалқан v5 -ті қолдануды ұсынар едім, себебі оның бортында сыртқы қуат көзі бар. Алайда, мен қолданған нұсқада мұндай мүмкіндік жоқ. Сенсордың қалқанына мұқият қарап, мен сенсорлық қалқан Arduino -ның 5 винтті түйреуіштен қуат алатынын байқадым (бұл жоғары қуатты серво қозғалтқыштарына қатысты қорқынышты идея, өйткені сіз Arduino -ға зақым келтіру қаупі бар). Бұл мәселені шешу сенсорлық қалқандағы 5в түйреуішті Arduino 5В істікшесіне қосылмайтындай етіп бүгу болды. Осылайша, біз Arduino -ға зақым келтірместен 5в түйреуіш арқылы сыртқы қуатты бере аламыз.

12 сервоқозғалтқыштың сигнал түйреуіштерінің қосылыстары төмендегі кестеде көрсетілген.

Ескерту: Hip1Servo денеге бекітілген сервоға қатысты. Hip2Servo - бұл аяққа бекітілген сервоға қатысты.

1 аяғы (алға солға):

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

2 аяғы (оңға қарай)

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

3 аяғы (артқы сол жақта):

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

4 аяғы (артқы оң жақта):

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

10 -қадам: бастапқы орнату

Күрделі жүрістерді және басқа қозғалыстарды бағдарламалауды бастамас бұрын, біз әр серводың нөлдік нүктелерін орнатуымыз керек. Бұл роботқа әр түрлі қозғалыстарды орындау үшін сілтеме нүктесін береді.

Роботқа зақым келтірмеу үшін серво мүйізінің сілтемелерін алып тастауға болады. Содан кейін төменде көрсетілген кодты жүктеңіз. Бұл код сервистердің әрқайсысын 90 градусқа орналастырады. Серверлер 90 градусқа жеткеннен кейін, сілтемелерді қайта бекітіңіз, осылайша аяқтары түзу және денеге бекітілген серво төртбұрыштың жоғарғы панеліне перпендикуляр болады.

Бұл кезде серво мүйіздерінің конструкциясына байланысты кейбір буындар әлі де түзу болмауы мүмкін. Бұның шешімі - кодтың 4 -жолында орналасқан zeroPositions массивін реттеу. Әр сан сәйкес серводың нөлдік орнын көрсетеді (тапсырыс сіз сервисті Arduino -ға қосқан тәртіппен бірдей). Аяқтар толық түзу болғанша осы мәндерді сәл бұраңыз.

Ескерту: Міне, мен қолданатын мәндер, бірақ бұл мәндер сіз үшін жұмыс істемеуі мүмкін:

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

11 -қадам: Кинематика туралы аздап

Төртеуді жүгіру, серуендеу және басқа қозғалыстар сияқты пайдалы әрекеттерді орындауға мәжбүр ету үшін серводы қозғалыс жолдары түрінде бағдарламалау қажет. Қозғалыс жолдары - бұл соңғы эффектор (бұл жағдайда аяқтар) бойымен жүретін жолдар. Бұған жетудің екі әдісі бар:

1. Бір әдіс - әр түрлі қозғалтқыштардың түйісу бұрыштарын қатал күшпен беру. Бұл тәсіл көп уақытты қажет етеді, жалықтырады, сонымен қатар қателіктерге толы болады, өйткені шешім тек визуалды. Керісінше, қалаған нәтижеге жетудің ақылды әдісі бар.
2. Екінші тәсіл барлық түйісу бұрыштарының орнына соңғы эффектордың координаттарын беруде. Бұл кері кинематика деп аталады. Пайдаланушы координаттарды енгізеді және түйісу бұрыштары соңғы эффекторды көрсетілген координаттарға орналастыру үшін реттеледі. Бұл әдісті координатты енгізетін және түйісу бұрыштарын шығаратын қара жәшік ретінде қарастыруға болады. Бұл қара жәшіктің тригонометриялық теңдеулері қалай жасалғанына қызығушылық танытқандар үшін жоғарыдағы диаграмманы қараңыз. Қызығушылық танытпайтындар үшін теңдеулер қазірдің өзінде бағдарламаланған және оларды pos эффекторының картезиандық орналасуы болып табылатын x, y, z қабылдайтын және моторға сәйкес үш бұрышты шығаратын pos функциясын қолдана отырып қолдануға болады.

Бұл функцияларды қамтитын бағдарламаны келесі қадамда табуға болады.

12 -қадам: Quadruped бағдарламалау

Сымдар мен инициализация аяқталғаннан кейін сіз роботты бағдарламалай аласыз және робот қызықты тапсырмаларды орындай алатындай салқын қозғалыс жолдарын жасай аласыз. Жалғастырмас бұрын, бекітілген кодтағы 4 -ші жолды инициализация қадамында орнатылған мәндерге өзгертіңіз. Бағдарламаны жүктегеннен кейін робот жүре бастайды. Егер сіз кейбір буындардың кері кеткенін байқасаңыз, 5 -жолдағы бағыт массивіндегі сәйкес бағыт мәнін өзгертуге болады (егер ол 1 болса, оны -1 -ге, ал егер -1 болса, оны 1 -ге айналдырыңыз).

13 -қадам: Соңғы нәтижелер: экспериментке уақыт

Төртбұрышты робот ұзындығы 5 -тен 2 см -ге дейінгі қадамдарды жасай алады. Жүру тепе -теңдігін сақтай отырып, жылдамдықты да өзгертуге болады. Бұл төртбұрыш басқа жүрістермен және секіру немесе тапсырмаларды орындау сияқты басқа мақсаттармен тәжірибе жасауға берік платформа ұсынады. Мен сізге өзіңіздің жүрісіңізді жасау үшін аяқтың қозғалыс жолдарын өзгертуге және әр түрлі жүрістің роботтың жұмысына қалай әсер ететінін білуге кеңес берер едім. Мен сондай -ақ роботтың жоғарғы жағында кедергілерден аулақ болу үшін қашықтықты өлшеу датчиктері немесе біркелкі емес жерлерде динамикалық жүріс үшін ХБҚ сияқты қосымша сенсорлар үшін бірнеше бекіту нүктелерін қалдырдым. Сондай -ақ, роботтың жоғарғы жағына бекітілген қосымша ұстағышпен тәжірибе жасауға болады, себебі робот өте тұрақты және берік және оңай құлап кетпейді.

Сізге бұл нұсқаулық ұнады деп үміттенемін және бұл сізге өз қолыңызбен құрастыруға шабыт берді.

Егер сізге жоба ұнаған болса, оны «Жылжыту байқауына» дауыс беру арқылы қолдаңыз.

Бақытты жасау!

Make it Move Contest 2020 байқауының екінші жүлдесі