3D басылган Arduino Powered Quadruped робот: 13 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:36

Fusion 360 долбоорлору »

Мурунку көрсөтмөлөрдөн, балким, менин роботтук долбоорлорго терең кызыгуум бар экенин көрө аласыз. Мурунку Инструкциядан кийин, мен эки роботтуу робот курдум, мен ит жана мышык сыяктуу жаныбарларды туурай ала турган төрт роботту жасоону чечтим. Бул Нускамада мен сизге төрт роботтун дизайнын жана курамын көрсөтөм.

Бул долбоорду куруунун негизги максаты - системаны мүмкүн болушунча күчтүү кылуу, ошондуктан ар кандай басуу жана чуркоо баскычтары менен тажрыйба жүргүзүү учурунда, мен аппараттык аппараттын иштебей калышынан дайыма кабатыр болбоюн. Бул мага жабдыкты чегине жеткирүүгө жана татаал басуулар жана кыймылдар менен эксперимент кылууга мүмкүндүк берди. Экинчи максат, тез даярдалуучу хоббинин бөлүктөрүн жана 3D басып чыгарууну колдонуп, төрт эсе салыштырмалуу арзан жасоо болчу. Бул эки максат биригип, ар кандай эксперименттерди жүргүзүү үчүн күчтүү пайдубал түзүп, навигация, тоскоолдуктарды болтурбоо жана динамикалык локомотив сыяктуу конкреттүү талаптарга төртүнчүсүн иштеп чыгууга мүмкүндүк берет.

Долбоордун тез көргөзмөсүн көрүү үчүн жогорудагы видеону карап көрүңүз. Өзүңүздүн Arduino Powered Quadruped роботуңузду түзүүнү улантыңыз жана эгер сизге бул долбоор жакса, "Make it Move Contest" сынагына катышпаңыз.

1 -кадам: Обзор жана дизайн процесси

Quadruped Autodeskтин бекер Fusion 360 3d моделдөө программасын колдонуу үчүн иштелип чыккан. Мен дизайнды серво моторлорун импорттоодон баштадым жана буттарын жана корпусун курчадым. Мен servo мотор үчүн кашааларды ойлоп таптым, ал дивизиялык түрдө servo мотордун валына карама -каршы экинчи бурулуш чекитти камсыз кылат. Кыймылдаткычтын эки учунда эки валдын болушу дизайнга структуралык туруктуулукту берет жана буттар кандайдыр бир жүктү алуу үчүн жасалганда пайда болушу мүмкүн болгон кыйшыктарды жок кылат. Шилтемелер подшипникти кармоо үчүн иштелип чыккан, ал эми кронштейндер вал үчүн болт колдонушкан. Шилтемелер гайкалар аркылуу валдарга орнотулгандан кийин, подшипник серво моторунун карама -каршы жагында жылмакай жана бекем бурулуш чекитти камсыз кылат.

Төрт тизгинди иштеп чыгууда дагы бир максат - бул моделди мүмкүн болушунча компакттуу кармоо, моторду сервопривод менен камсыз кылуу. Шилтемелердин өлчөмдөрү кыймылдын чоң диапазонуна жетүү үчүн жасалган, ал эми жалпы узундугун минималдаштырат. Аларды өтө кыска кылуу кронштейндерди кагыштырып, кыймылдын диапазонун кыскартат жана аны өтө узун кылса, кыймылдаткычтарга керексиз моментти тийгизет. Акыры, мен Arduino жана башка электрондук компоненттер орнотула турган роботтун кузовун ойлоп таптым. Мен ошондой эле долбоорду андан ары өркүндөтүү үчүн масштабдуу кылуу үчүн кошумча панелде кошумча орнотуу чекиттерин калтырдым. Качандыр бир убакта аралык сенсорлору, сенсорлор, камералар же робот кармагычы сыяктуу башка иштетилген механизмдер сыяктуу сенсорлорду кошсо болот.

Эскертүү: Бөлүктөр төмөнкү кадамдардын бирине киргизилген.

2 -кадам: Керектүү материалдар

Бул жерде өзүңүздүн Arduino Powered Quadruped роботун жасоо үчүн керектүү болгон бардык компоненттердин жана бөлүктөрдүн тизмеси. Бардык бөлүктөр жергиликтүү жабдык дүкөндөрүндө же интернетте табууга оңой болушу керек.

ЭЛЕКТРОНИКА:

Arduino Uno x 1

Towerpro MG995 servo мотор x 12

Arduino Sensor Shield (мен V5 версиясын сунуштайм, бирок менде V4 версиясы бар болчу)

Jumper Wires (10 даана)

MPU6050 IMU (милдеттүү эмес)

УЗИ сенсор (милдеттүү эмес)

ЖАБДУУ:

Шардык подшипниктер (8x19x7mm, 12 даана)

M4 гайкалар жана болттар

3D принтер жипчеси (эгерде сизде 3D принтер жок болсо, анда жергиликтүү иштөө чөйрөсүндө 3D принтер болушу керек же басып чыгарууну онлайнда абдан арзан баада жасаса болот)

Акрил барактары (4мм)

КУРАЛДАР

3D принтер

Лазердик кескич

Бул долбоордун эң баалуусу - 12 servo мотор. Мен арзан пластикти колдонуунун ордуна орто диапазонго өтүүнү сунуштайм, анткени алар оңой эле бузулат. Куралдарды кошпогондо, бул долбоордун жалпы баасы болжол менен 60 долларды түзөт.

3 -кадам: Санариптик фабрикалар

Бул долбоор үчүн керектүү тетиктер атайын иштелип чыгышы керек болчу, ошондуктан биз аларды куруу үчүн санариптик түрдө даярдалган бөлүктөрдүн жана CADдын күчүн колдондук. Бөлүктөрдүн көбү 4мм акрилден лазер менен кесилген бир нече бөлүктөрдөн тышкары 3D басылган. Басылмалар 40% толтурууда, 2 периметрде, 0.4мм саптамада жана PLA менен 0.1мм катмар бийиктигинде жасалган. Кээ бир бөлүктөрү колдоону талап кылат, анткени алар татаал формага ээ, бирок таянычтарга оңой жетүүгө болот жана аларды кээ бир кескичтердин жардамы менен алып салууга болот. Сиз жиптен каалаган түстү тандай аласыз. Төмөндө сиз өз версияңызды жана лазердик тетиктердин 2D дизайнын басып чыгаруу үчүн бөлүктөрдүн жана STLлердин толук тизмесин таба аласыз.

Эскертүү: Бул жерден бөлүктөр кийинки тизмедеги ысымдарды колдонууга багытталат.

3D басылган бөлүктөр:

• хип серво кашаа x 2
• хип серво кашаанын күзгүсү x 2
• тизе серво кашаа x 2
• тизе серво кашаанын күзгүсү x 2
• подшипник кармагыч x 2
• подшипник кармагыч күзгү x 2
• бут x 4
• servo мүйүз шилтемеси x 4
• көтөрүүчү шилтеме x 4
• arduino кармагычы x 1
• аралык сенсорунун кармагычы x 1
• L-колдоо x 4
• подшипник бадал x 4
• servo horn spacer x 24

Лазердик кесилген бөлүктөр:

• servo кармагыч панели x 2
• үстүнкү панель x 1

Жалпысынан, ар кандай аралыкты эске албаганда, 3D басып чыгарылышы керек болгон 30 бөлүк жана бардыгы болуп санариптик түрдө даярдалган 33 бөлүк бар. Жалпы басып чыгаруу убактысы болжол менен 30 саатты түзөт.

4 -кадам: Шилтемелерди даярдоо

Сиз жыйынды баштоого болот, кээ бир бөлүктөрдү баштоо менен, акыркы монтаждоо процессин башкарууга болот. Сиз шилтеме менен баштасаңыз болот. Тирөөчтүн шилтемесин жасоо үчүн, подшипниктин тешиктеринин ички бетин бир аз кумдап, анан эки четиндеги тешикке подшипникти түртүңүз. Подшипникти бир жагы кызарганча түртүп коюңуз. Серво мүйүзүнүн шилтемесин куруу үчүн эки тегерек серво мүйүзүн жана алар менен кошо келген бурамаларды кармаңыз. Мүйүздөрдү 3D басып чыгарууга коюп, эки тешикти тизип коюңуз, андан кийин 3D басып чыгаруучу тараптан бураманы тиркөө менен мүйүздү 3D басып чыгарууга буруңуз. Мен 3D басып чыгарылган servo мүйүз аралыгын колдонууга туура келди, анткени берилген бурамалар бир аз узун жана ал айланганда серво моторунун корпусу менен кесилишет. Шилтемелер курулгандан кийин, сиз ар кандай кармагычтарды жана кронштейндерди орното баштасаңыз болот.

Муну эки типтеги бардык 4 шилтеме үчүн кайталаңыз.

5 -кадам: Servo кронштейндерди даярдоо

Тизе серво кронштейнин орнотуу үчүн тешиктен 4 мм болтту өткөрүп, гайка менен бекиңиз. Бул мотор үчүн экинчи октун милдетин аткарат. Хип серво кронштейнинен эки болтту эки тешиктен өткөрүп, дагы эки жаңгак менен бекиңиз. Андан кийин, дагы бир тегерек серво мүйүзүн кармап, мүйүзү менен келген эки бураманы колдонуп, кронштейндин бир аз көтөрүлгөн бөлүгүнө бекиңиз. Дагы бир жолу, бурамалар сервонун боштугуна чыгып кетпеши үчүн, servo мүйүз аралыгын колдонууну сунуштаар элем. Акыр -аягы, подшипниктин кармоочу бөлүгүн кармап, подшипникти тешикке түртүңүз. Жакшы жайгашуу үчүн ички бетин бир аз кумдаштыруу керек болушу мүмкүн. Андан кийин, подшипникти түртүп, подшипникти кармоочу бөлүк бүгүлгөн жакка багыттаңыз.

Кашааларды курууда жогоруда тиркелген сүрөттөрдү караңыз. Бул процессти калган кашаалар үчүн кайталаңыз. Күзгүсү окшош, баары эле күзгүдөй.

6 -кадам: Буттарды чогултуу

Бардык шилтемелер жана кронштейндер чогулгандан кийин, роботтун төрт бутун курууга киришсеңиз болот. 4 х M4 болт жана гайканы колдонуу менен кашаанын үстүнө серволорду бекитүүдөн баштаңыз. Сервонун огун башка жагындагы чыгып турган болт менен тегиздеңиз.

Андан кийин, хип сервону тизе мүйүзү менен серво мүйүзүнүн шилтемесин колдонуп байланыштырыңыз. Мүйүздү servo мотордун огуна бекитүү үчүн азырынча бураманы колдонбоңуз, анткени кийинчерээк позицияны тууралашыбыз керек болот. Карама -каршы тарапта, эки подшипникти камтыган подшипникти гайкалар менен чыгып турган болтко орнотуңуз.

Калган үч бутту кайталаңыз жана төрт бут үчүн 4 бут даяр!

7 -кадам: Денени чогултуу

Андан кийин, биз роботтун корпусун түзүүгө көңүл бура алабыз. Денеде төрт серво мотору бар, алар буттарга 3 -даража эркиндик берет. Сервону лазердик кесилген серво кармагыч панелине тиркөө үчүн 4 x M4 болтторун колдонуңуз.

Эскертүү: Серванын жогорудагы тиркелген сүрөттөрдө көрүнгөндөй огу бөлүктүн сырт жагында тургандай кылып бекитилгенин текшериңиз. Бул процессти калган үч серво мотору үчүн кайталаңыз.

Андан кийин, M4 гайкалары менен болтторун колдонуп, панелдин эки жагына L-тиркемелерди тиркеңиз. Бул бөлүк серво кармагыч панелин жогорку панелге бекем бекитүүгө мүмкүндүк берет. Бул процессти дагы эки L-таянычы менен жана экинчи серво кыймылдаткычтарын кармаган экинчи серво кармагыч панели менен кайталаңыз.

L таяктары орногондон кийин, серво кармагыч панелин үстүңкү панелге тиркөө үчүн дагы M4 гайкаларын жана болтторун колдонуңуз. Гайкалардын жана болттордун сырткы топтомунан баштаңыз (алдыңкы жана арткы жагын карай). Борбордук гайкалар менен болттор ардуино кармагычын кармап турат. Ардуино кармагычты үстүңкү панельге бекитип, болтторду тегиздөө үчүн төрт жаңгакты жана болтту колдонуңуз, алар ошондой эле L колдоо тешиктеринен өтөт. Түшүндүрүү үчүн жогоруда тиркелген сүрөттөрдү караңыз. Акырында төрт жаңгакты серво кармагыч панелдериндеги уячаларга жылдырыңыз жана болтторду колдонуп, серво кармагыч панелдерди үстүңкү панелге бекиңиз.

8 -кадам: Бардыгын бириктирүү

Бутту жана денени чогулткандан кийин, монтаждоо процессин бүтүрө баштасаңыз болот. Жамбаш servo кронштейнге тиркелген servo мүйүздөрдү колдонуу менен төрт бутун төрт servos минип. Акыр -аягы, жамбаш кашаанын карама -каршы огуна колдоо көрсөтүү үчүн подшипниктерди кармаңыз. Окту подшипниктен өткөрүп, болтту колдонуп, аны бекемдеңиз. Подшипник кармагычтарды M4 гайкаларынын жана болтторунун жардамы менен үстүңкү панелге бекиткиле.

Муну менен quadupedдин аппараттык куралы даяр.

9 -кадам: Электр өткөргүчтөрү жана микросхема

Мен серво моторлору үчүн байланыштарды камсыз кылган сенсор калканчын колдонууну чечтим. Мен сенсор калкан v5ти колдонууну сунуштайт элем, анткени ал бортто тышкы электр менен камсыздоо порту бар. Бирок, мен колдонгон бул вариант жок болчу. Сенсордук калканды жакшылап карап, мен сенсордук калкан Arduino борттогу 5v пинден кубат алып жатканын байкадым (бул Arduinoго зыян келтирүү коркунучу бар болгондуктан, бул жогорку кубаттуу серво моторлоруна келгенде коркунучтуу идея). Бул көйгөйдү чечүү, сенсордук калкандагы 5v пинди Arduino'дун 5v пинине туташпаш үчүн, аны ийилип коюу болчу. Ошентип, биз азыр 5v пин аркылуу тышкы электр энергиясын Arduinoго зыян келтирбестен бере алабыз.

12 серво моторунун сигнал казыктарынын туташуулары төмөнкү таблицада көрсөтүлгөн.

Эскертүү: Hip1Servo денеге бекитилген сервону билдирет. Hip2Servo бутка тиркелген сервону билдирет.

Бут 1 (алдыга солго):

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

Бут 2 (алдыга оңго):

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

Бут 3 (арткы сол):

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

Бут 4 (арткы оң):

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

10 -кадам: Алгачкы орнотуу

Комплекстүү басууларды жана башка кыймылдарды программалоого киришүүдөн мурун, биз ар бир сервонун нөлдүк чекитин орнотушубуз керек. Бул роботко ар кандай кыймылдарды жасоо үчүн колдонуучу шилтеме пунктун берет.

Роботко зыян келтирбөө үчүн, servo мүйүздүн шилтемелерин алып салсаңыз болот. Андан кийин, төмөндө тиркелген кодду жүктөңүз. Бул код сервистердин ар бирин 90 градуска жайгаштырат. Серво 90 градуска жеткенден кийин, шилтемелерди кайра туташтырсаңыз болот, буттары кемчиликсиз түз жана денеге бекитилген серво төрт төрттүн үстүнкү панелине перпендикуляр.

Бул учурда, servo мүйүздөрдүн дизайнынан улам, кээ бир муундар дагы деле түз эмес болушу мүмкүн. Мунун чечими - коддун 4 -сабында табылган zeroPositions массивин тууралоо. Ар бир сан тиешелүү сервонун нөлдүк абалын билдирет (заказ сиз Arduinoго сервону тиркеген тартип менен бирдей). Бул баалуулуктар буттар түз түз болгонго чейин бир аз бурмалансын.

Эскертүү: Мына мен колдонгон баалуулуктар, бирок бул баалуулуктар сиз үчүн иштебеши мүмкүн:

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

11 -кадам: Кинематика жөнүндө бир аз

Төрт кишини чуркоо, басуу жана башка кыймылдар сыяктуу пайдалуу иш -аракеттерди жасоого мажбурлоо үчүн, серволорду кыймыл жолдору түрүндө программалоо керек. Кыймыл жолдору - бул акыркы эффектор (бул учурда буттар) бирге өтүүчү жолдор. Буга жетүүнүн эки жолу бар:

1. Бир ыкма - ар кандай моторлордун бириккен бурчтарын катаал күч менен азыктандыруу. Бул ыкма көп убакытты талап кылат, түйшүктүү, ошондой эле каталар менен толтурулушу мүмкүн, анткени өкүм визуалдуу. Тескерисинче, каалаган натыйжаларга жетүүнүн акылдуу жолу бар.
2. Экинчи ыкма бардык биргелешкен бурчтардын ордуна акыркы эффектордун координаттарын азыктандыруунун тегерегинде болот. Бул тескери кинематика деп аталат. Колдонуучу координаттарды киргизет жана биргелешкен бурчтар акыркы эффекторду көрсөтүлгөн координаттарга жайгаштырууга ылайыкташат. Бул ыкманы координаттарды киргизүүчү жана биргелешкен бурчтарды чыгаруучу кара куту катары кароого болот. Бул кара кутунун тригонометриялык теңдемелери кантип иштелип чыкканына кызыккандар үчүн жогорудагы диаграмманы караңыз. Кызыкпагандар үчүн теңдемелер мурунтан эле программаланган жана pos эффекторунун картезиялык орду болгон x, y, z деп алган pos функциясын колдонуп, моторго туура келген үч бурчту чыгарат.

Бул функцияларды камтыган программаны кийинки кадамда тапса болот.

12 -кадам: Quadrupedди программалоо

Зымдоо жана инициализация аяктагандан кийин, сиз роботту программалап, салкын кыймыл жолдорун түзө аласыз, ошондо робот кызыктуу тапшырмаларды аткарат. Улантуудан мурун, тиркелген коддун 4 -сабын инициализация кадамында койгон баалуулуктарга өзгөртүңүз. Программаны жүктөгөндөн кийин робот басууну башташы керек. Эгерде сиз кээ бир муундар тескери бурулганын байкасаңыз, анда жөн гана 5 -саптагы багыт массивиндеги тиешелүү багыттын маанисин өзгөртө аласыз (эгер 1 болсо аны -1 кылыңыз, эгерде -1 болсо аны 1 кылыңыз).

13 -кадам: Акыркы жыйынтыктар: Эксперимент жасоого убакыт

Төрт бурчтуу робот узундугу 5 смден 2 см ге чейин болгон кадамдарды жасай алат. Басуунун салмагын сактоо менен ылдамдыгы да ар кандай болушу мүмкүн. Бул төрттүк башка секирүү же тапшырмаларды аткаруу сыяктуу башка максаттар менен тажрыйба жүргүзүү үчүн күчтүү платформаны камсыз кылат. Мен сизге өзүңүздүн жүрүшүңүздү түзүү үчүн буттардын кыймылын өзгөртүүгө аракет кылууну жана ар кандай басуулар роботтун иштөөсүнө кандай таасир этерин билүүнү сунуштайт элем. Мен дагы роботтун үстүндө тоскоолдуктарды болтурбоо үчүн аралыкты өлчөө сенсорлору же тегиз эмес жерлерде динамикалык басуу үчүн IMU сыяктуу кошумча сенсор үчүн бир нече орнотуу чекитин калтырдым. Роботтун чокусуна орнотулган кошумча туткасы менен да эксперимент жүргүзсө болот, анткени робот абдан туруктуу жана бышык жана оңой оодарылып кетпейт.

Бул Нускамалык сизге жакты деп үмүттөнөм жана ал сизге өзүңүздү курууга шыктандырды.

Эгер сизге долбоор жакса, аны "Кыймыл конкурсуна" добуш берүү аркылуу колдоп коюңуз.

Бактылуу кылуу!

Экинчи сыйлык Make it Move Contest 2020