3D bosilgan Arduino to'rt yadroli robot: 13 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:23

Fusion 360 loyihalari »

Oldingi ko'rsatmalarni ko'rib turibsizki, men robot loyihalarga katta qiziqish bilan qarayman. Oldingi ko'rsatma qo'llanmasidan so'ng, men ikki oyoqli robot qurdim, men itlar va mushuklar kabi hayvonlarga taqlid qila oladigan to'rtburchaklar robotni yaratishga qaror qildim. Ushbu yo'riqnomada men sizga to'rtburchakli robotning dizayni va yig'ilishini ko'rsataman.

Loyihani tuzishda asosiy maqsad - bu tizimni iloji boricha mustahkam qilish edi, shuning uchun har xil yurish va yugurish mashqlarini sinab ko'rsam, uskunaning ishlamay qolishi haqida doim xavotir olmasdim. Bu menga asbob -uskunani o'z chegarasiga etkazish va murakkab yurishlar va harakatlar bilan tajriba o'tkazishga imkon berdi. Ikkilamchi maqsad-bu tez tayyorlanadigan sevimli mashg'ulot qismlari va 3D bosib chiqarish yordamida prototiplarni tezlashtirishga imkon beradigan to'rt barobarga nisbatan arzonroq narxda bo'lish. Bu ikkita maqsad birlashtirilgan tajribalar o'tkazish uchun mustahkam poydevor yaratadi, bu esa navigatsiya, to'siqlarni chetlab o'tish va dinamik harakatlanish kabi aniq talablar uchun to'rtburchaklar ishlab chiqishga imkon beradi.

Loyihaning tezkor demosini ko'rish uchun yuqoridagi videoni ko'ring. O'zingizning Arduino Powered Quadruped robotini yaratish uchun davom eting va agar sizga loyiha yoqsa, "Harakatlanuvchi tanlovda" ovoz bering.

1 -qadam: Umumiy ko'rib chiqish va dizayn jarayoni

To'rtburchak Autodesk -da bepul Fusion 360 3d modellashtirish dasturidan foydalangan holda ishlab chiqilgan. Men servo dvigatellarni dizaynga kiritishni boshladim va ularning atrofida oyoqlari va tanasini qurdim. Men servo dvigatelning miliga qarama -qarshi bo'lgan ikkinchi burilish nuqtasini ta'minlaydigan qavslar ishlab chiqdim. Dvigatelning har ikki uchida ikkita val mavjud bo'lsa, bu konstruktiv barqarorlikni beradi va oyoqlar yuk ko'targanda yuzaga kelishi mumkin bo'lgan burilishlarni yo'q qiladi. Aloqalar rulmanni ushlab turish uchun mo'ljallangan, qavslar esa mil uchun murvat ishlatgan. Bog'lamlar yong'oq yordamida vallarga o'rnatilgandan so'ng, rulman servo dvigatel milining qarama -qarshi tomonida silliq va mustahkam burilish nuqtasini ta'minlaydi.

To'rtburchakni loyihalashda yana bir maqsad - modelni iloji boricha ixcham saqlash, servo dvigatellar tomonidan berilgan momentdan maksimal darajada foydalanish. Havolalarning o'lchamlari umumiy uzunlikni minimallashtirishda katta harakat diapazoniga erishish uchun qilingan. Ularni juda qisqa qilib qo'yish qavslarning to'qnashuviga olib keladi, harakatlanish oralig'ini kamaytiradi va uni juda uzun qilib qo'ysa, aktuatorlarga keraksiz tork yuklaydi. Nihoyat, men Arduino va boshqa elektron komponentlar o'rnatiladigan robot korpusini loyihalashtirdim. Loyihani yanada takomillashtirish uchun uni kengaytirishi uchun men yuqori panelda qo'shimcha o'rnatish nuqtalarini qoldirdim. Bir paytlar masofani o'lchash datchiklari, kameralar yoki robot tutqichlari kabi boshqa harakatlanuvchi mexanizmlar kabi sensorlarni qo'shish mumkin edi.

Eslatma: qismlar quyidagi bosqichlardan biriga kiritilgan.

2 -qadam: kerakli materiallar

Bu erda o'zingizning Arduino Powered Quadruped robotini yaratish uchun zarur bo'lgan barcha komponentlar va qismlar ro'yxati keltirilgan. Barcha qismlar odatda mavjud bo'lishi va mahalliy apparat do'konlarida yoki Internetda topish oson bo'lishi kerak.

ELEKTRONIKA:

Arduino Uno x 1

Towerpro MG995 servo dvigateli x 12

Arduino Sensor Shield (men V5 versiyasini tavsiya qilaman, lekin menda V4 versiyasi bor edi)

Jumper simlari (10 dona)

MPU6050 IMU (ixtiyoriy)

Ultrasonik sensor (ixtiyoriy)

QURILMA:

Rulmanlar (8x19x7 mm, 12 dona)

M4 yong'oq va murvat

3D -printerli filament (agar sizda 3D -printer bo'lmasa, mahalliy ish joyida 3D -printer bo'lishi kerak yoki bosma Internetda juda arzonga tushishi mumkin)

Akril plitalar (4 mm)

QUROLLAR

3D printer

Lazerli kesuvchi

Loyihaning eng muhim qiymati - 12 ta servo dvigatel. Men arzon plastmassalardan foydalanishni emas, balki yuqori darajali versiyani tanlashni tavsiya qilaman, chunki ular osonlikcha buziladi. Asboblarni hisobga olmaganda, loyihaning umumiy qiymati taxminan 60 dollarni tashkil qiladi.

3 -qadam: Raqamli ishlab chiqarilgan qismlar

Ushbu loyiha uchun zarur bo'lgan qismlar maxsus ishlab chiqilgan bo'lishi kerak, shuning uchun biz ularni ishlab chiqarish uchun raqamli ishlab chiqarilgan qismlar va SAPRning kuchidan foydalanganmiz. Aksariyat qismlar 4 o'lchamli akrildan lazer bilan kesilgan bir nechta qismlardan tashqari 3D bosilgan. Bosmalar 40% to'ldirish, 2 perimetr, 0,4 mm nozul va qatlam balandligi 0,1 mm bo'lgan PLA bilan tayyorlangan. Ba'zi qismlar qo'llab -quvvatlashni talab qiladi, chunki ular murakkab shaklga ega, ammo tayanchlarga osongina kirish mumkin va ularni ba'zi kesgichlar yordamida olib tashlash mumkin. Siz tanlagan filament rangini tanlashingiz mumkin. Quyida siz o'z versiyangizni chop etish uchun qismlar va STL -larning to'liq ro'yxatini va lazerli kesilgan qismlar uchun 2D dizaynini topishingiz mumkin.

Eslatma: Bu erdan qismlar quyidagi ro'yxatdagi ismlar yordamida ko'rsatiladi.

3D bosma qismlar:

• kaltak servo qavs x 2
• kaltak servo qavs oynasi x 2
• tizza servo qavs x 2
• tizza servo qavs oynasi x 2
• rulman ushlagichi x 2
• rulman ushlagich oynasi x 2
• oyoq x 4
• servo shox havolasi x 4
• rulman x 4
• Arduino ushlagichi x 1
• masofa sensori ushlagichi x 1
• L-qo'llab-quvvatlash x 4
• rulman tupi x 4
• servo shox oralig'i x 24

Lazer bilan kesilgan qismlar:

• Servo ushlagich paneli x 2
• yuqori panel x 1

Hammasi bo'lib, har xil bo'shliqlarni hisobga olmaganda, 3D o'lchamda chop etilishi kerak bo'lgan 30 ta qism va jami 33 ta raqamli ishlab chiqarilgan qismlar mavjud. Umumiy bosib chiqarish vaqti taxminan 30 soat.

4 -qadam: havolalarni tayyorlash

Siz montajni boshida ba'zi qismlarni o'rnatish orqali boshlashingiz mumkin, bu esa yakuniy yig'ish jarayonini boshqarishga imkon beradi. Siz havoladan boshlashingiz mumkin. Rulman zanjirini yaratish uchun rulman uchun teshiklarning ichki yuzasini engil zımparalang, so'ngra rulmanni ikki uchidagi teshikka suring. Rulmanni bir tomoni tekis bo'lguncha itarib qo'yganingizga ishonch hosil qiling. Servo shoxini o'rnatish uchun ikkita dumaloq servo shoxni va ular bilan birga kelgan vintlarni oling. Shoxlarni 3D bosib chiqarishga joylashtiring va ikkita teshikni bir qatorga qo'ying, so'ngra 3D bosma tomondan vintni mahkamlab, shoxni 3D bosib chiqaring. Menga 3D bosilgan servo shox oralig'ini ishlatishim kerak edi, chunki vintlar biroz uzun edi va u aylanayotganda servo dvigatel tanasi bilan kesishadi. Havolalar o'rnatilgandan so'ng siz har xil ushlagichlar va qavslarni o'rnatishni boshlashingiz mumkin.

Buni har ikkala turdagi 4 ta havola uchun takrorlang.

5 -qadam: Servo qavslarni tayyorlash

Tiz servo ushlagichini o'rnatish uchun 4 mm boltni teshikdan o'tkazing va uni non bilan mahkamlang. Bu dvigatelning ikkinchi o'qi vazifasini bajaradi. Kalça servo qavsidan ikkita boltni ikkita teshikdan o'tkazing va ularni yana ikkita yong'oq bilan mahkamlang. Keyin, boshqa dumaloq servo shoxni oling va shoxlar bilan birga kelgan ikkita vint yordamida qavsning biroz ko'tarilgan qismiga mahkamlang. Vintlar servo uchun bo'shliqqa chiqmasligi uchun men sizga yana bir bor servo shox ajratgichidan foydalanishni maslahat beraman. Nihoyat, rulman ushlagichining qismini ushlang va rulmanni teshikka suring. Yaxshi joylashishi uchun ichki yuzasini ozgina zımparalash kerak bo'lishi mumkin. Keyin rulmanni rulman ushlagichi egilgan tomonga surib qo'ying.

Qavslar qurishda yuqoridagi rasmlarga qarang. Qolgan qavslar uchun bu jarayonni takrorlang. Ko'zgular o'xshash, faqat hamma narsa aks ettirilgan.

6 -qadam: oyoqlarni yig'ish

Barcha bog'lamlar va qavslar yig'ilgandan so'ng siz robotning to'rt oyog'ini qurishni boshlashingiz mumkin. Servolarni 4 x M4 murvat va yong'oq yordamida qavslarga ulashdan boshlang. Servo o'qini boshqa tarafdagi chiquvchi murvat bilan tekislang.

Keyinchalik, servo shoxli aloqa qismidan foydalanib, kestirib servo bilan tizzani servo bilan bog'lang. Shoxni servo dvigatel o'qiga mahkamlash uchun hali vintni ishlatmang, chunki biz keyinchalik o'rnini o'zgartirishimiz kerak bo'ladi. Qarama -qarshi tomondan, ikkita rulmanni o'z ichiga olgan rulman halqasini yong'oq yordamida chiqadigan murvatlarga o'rnatib qo'ying.

Qolgan uchta oyoq uchun bu jarayonni takrorlang va to'rt oyoqli 4 oyoq tayyor!

7 -qadam: tanani yig'ish

Keyinchalik, biz robot korpusini qurishga e'tibor qaratishimiz mumkin. Tanada to'rtta servo dvigatel bor, ular oyoqlarga 3 -darajali erkinlik beradi. Servoni lazer bilan kesilgan servo ushlagich paneliga ulash uchun 4 x M4 murvatini ishlating.

E'tibor bering: servo ulanganligiga ishonch hosil qiling, aks yuqoridagi rasmlarda ko'rinib turganidek, aksning tashqi tomonida joylashgan. Yo'nalishni hisobga olgan holda, qolgan uchta servo dvigatel uchun bu jarayonni takrorlang.

Keyinchalik, ikkita M4 yong'oq va murvat yordamida panelning har ikki tomoniga L-tayanchlarini ulang. Bu qism bizga servo ushlagich panelini yuqori panelga mahkam bog'lash imkonini beradi. Bu jarayonni yana ikkita L-tayanch va ikkinchi servo dvigatellar to'plamini ushlab turgan ikkinchi servo ushlagich paneli bilan takrorlang.

L tayanchlari o'rnatilgandan so'ng, servo ushlagich panelini yuqori panelga ulash uchun ko'proq M4 yong'oqlari va murvatlardan foydalaning. Yong'oq va murvatlarning tashqi to'plamidan boshlang (old va orqa tomonga). Markaziy yong'oqlar va murvat ham arduino ushlagich qismini ushlab turadi. Arduino ushlagichini tepadan yuqori panelga mahkamlash uchun to'rtta yong'oq va boltdan foydalaning va murvatlarni L tayanch teshiklaridan o'tadigan qilib tekislang. Tushuntirish uchun yuqoridagi rasmlarga qarang. Oxir -oqibat, to'rtta yong'oqni servo ushlagich panelidagi uyalarga siljiting va murvat yordamida servo ushlagich panellarini yuqori panelga mahkamlang.

8 -qadam: Hammasini bir joyga to'plash

Oyoqlar va tanani yig'ib bo'lgach, montaj jarayonini yakunlashni boshlashingiz mumkin. Kalça servo qavsiga mahkamlangan servo shoxlari yordamida to'rtta oyoqni to'rtta servoga mahkamlang. Oxir -oqibat, kestirib braketining qarama -qarshi o'qini qo'llab -quvvatlash uchun rulman ushlagichidan foydalaning. Rulman orqali o'qni o'tkazing va murvat bilan mahkamlang. Rulman ushlagichlarini yuqori panelga ikkita M4 yong'oq va murvat yordamida ulang.

Shu bilan to'rtburchaklar apparati yig'ilishi tayyor.

9 -qadam: simlar va kontaktlarning zanglashiga olib kelishi

Men servo motorlar uchun ulanishlarni ta'minlaydigan sensorli qalqondan foydalanishga qaror qildim. Sensor qalqoni v5 dan foydalanishni tavsiya qilaman, chunki u bortda tashqi quvvat manbai portiga ega. Biroq, men foydalangan variantda bunday imkoniyat yo'q edi. Sensor qalqoni bilan yaqindan tanishib, men sensor qalqoni Arduino -ning 5v -pinli pinidan quvvat olayotganini payqadim (bu yuqori quvvatli servo dvigatellar haqida gap ketganda, bu dahshatli fikr, chunki siz Arduino -ga zarar etkazish xavfi bor). Bu muammoning echimi sensor qalqoni ustidagi 5v pinni Arduino 5v piniga ulanmasligi uchun burish edi. Shunday qilib, endi biz Arduino -ga zarar bermasdan 5v pin orqali tashqi quvvat bilan ta'minlay olamiz.

12 ta servo dvigatelning signal pimlarining ulanishlari quyidagi jadvalda ko'rsatilgan.

Eslatma: Hip1Servo korpusga biriktirilgan servoga tegishli. Hip2Servo - bu oyoqqa biriktirilgan servo.

1 -oyoq (oldinga chapda):

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

2 -oyoq (oldinga o'ngda):

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

3 -oyoq (orqa chapda):

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

Oyoq 4 (orqa o'ng):

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

10 -qadam: Dastlabki sozlash

Murakkab yurishlar va boshqa harakatlarni dasturlashni boshlashdan oldin, biz har bir servoning nol nuqtasini o'rnatishimiz kerak. Bu robotga har xil harakatlarni bajarish uchun foydalanadigan mos yozuvlar nuqtasini beradi.

Robotning shikastlanishiga yo'l qo'ymaslik uchun servo shoxli havolalarni olib tashlashingiz mumkin. Keyin, quyida biriktirilgan kodni yuklang. Ushbu kod servolarning har birini 90 darajaga joylashtiradi. Servo 90 graduslik pozitsiyaga etib kelganida, siz bog'lamlarni qayta tiklab qo'yishingiz mumkin, bunda oyoqlari to'g'ri tekis va tanaga biriktirilgan servo to'rtburchaklar ustki paneliga perpendikulyar bo'ladi.

Bu vaqtda, servo shoxlarning dizayni tufayli, ba'zi bo'g'inlar hali ham to'g'ri tekis bo'lmasligi mumkin. Buning echimi - kodning 4 -qatorida topilgan zeroPositions qatorini sozlash. Har bir raqam mos keladigan servoning nol holatini ifodalaydi (buyurtma Arduino -ga servo biriktirgan tartib bilan bir xil). Oyoqlar to'liq tekis bo'lmaguncha, bu qiymatlarni biroz chayqating.

Eslatma: Mana men ishlatadigan qiymatlar, lekin bu qiymatlar siz uchun ishlamasligi mumkin:

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

11 -qadam: Kinematika haqida bir oz

To'rt kishilik yugurish, yurish va boshqa harakatlar kabi foydali harakatlarni bajarishi uchun servolarni harakat yo'llari shaklida dasturlash kerak. Harakat yo'llari - bu oxirgi efektor (bu holda oyoqlar) bo'ylab harakatlanadigan yo'llar. Bunga erishishning ikki yo'li bor:

1. Har xil dvigatellarning bo'g'in burchaklarini qo'pol kuch bilan oziqlantirish usullaridan biri bo'ladi. Bu yondashuv ko'p vaqt talab qiladigan, zerikarli va xatolarga to'la bo'lishi mumkin, chunki hukm faqat ingl. Buning o'rniga, kerakli natijalarga erishishning yanada oqilona usuli bor.
2. Ikkinchi yondashuv, barcha bo'g'in burchaklari o'rniga, oxirgi effektor koordinatalarini oziqlantirish bilan bog'liq. Bu teskari kinematika deb nomlanadi. Foydalanuvchi koordinatalarni kiritadi va qo'shma burchaklar oxirgi effektorni belgilangan koordinatalarga joylashtirish uchun moslashadi. Ushbu usulni qora quti deb hisoblash mumkin, u koordinatalarni kiritadi va bo'g'in burchaklarini chiqaradi. Ushbu qora qutining trigonometrik tenglamalari qanday ishlab chiqilganligi bilan qiziquvchilar uchun yuqoridagi diagramaga qarang. Qiziqmaganlar uchun, tenglamalar allaqachon dasturlashtirilgan va x, y, z, oxirgi efektorning karteziy joylashuvi va motorlarga mos keladigan uchta burchakni chiqaradigan pos funktsiyasidan foydalangan holda ishlatilishi mumkin.

Bu funktsiyalarni o'z ichiga olgan dasturni keyingi bosqichda topish mumkin.

12 -qadam: Quadruped dasturlash

Ulanish va ishga tushirish tugallangach, siz robotni dasturlashingiz va salqin harakatlanish yo'llarini yaratishingiz mumkin, shunda robot qiziqarli vazifalarni bajaradi. Davom etishdan oldin, biriktirilgan kodning 4 -qatorini ishga tushirish bosqichida o'rnatgan qiymatlarga o'zgartiring. Dasturni yuklagandan so'ng, robot yurishni boshlashi kerak. Agar siz ba'zi bo'g'inlarning teskari tomonga burilganini sezsangiz, 5 -qatordagi yo'nalish qatoridagi mos keladigan yo'nalish qiymatini o'zgartirishingiz mumkin (agar u 1 bo'lsa, uni -1 ga, agar u -1 bo'lsa, uni 1ga aylantiring).

13 -qadam: Yakuniy natijalar: tajriba o'tkazish vaqti

To'rtburchak robot uzunligi 5 dan 2 sm gacha bo'lgan qadamlarni bajarishi mumkin. Yurish muvozanatini saqlagan holda tezlikni ham o'zgartirish mumkin. Bu to'rtburchaklar boshqa yurishlar va boshqa maqsadlar, masalan, sakrash yoki vazifalarni bajarish bilan tajriba o'tkazish uchun mustahkam platforma beradi. Men sizga o'z yurishlaringizni yaratish va har xil yurishlar robotning ishlashiga qanday ta'sir qilishini aniqlash uchun oyoqlarning harakatlanish yo'llarini o'zgartirishga harakat qilishni maslahat beraman. Shuningdek, men robotning yuqori qismida to'siqlardan qochish uchun masofani o'lchash datchiklari yoki notekis erlarda dinamik yurish uchun IMU kabi qo'shimcha sensorlar uchun bir nechta o'rnatish nuqtalarini qoldirdim. Robotning yuqori qismiga o'rnatiladigan qo'shimcha tutqich bilan ham tajriba o'tkazish mumkin, chunki robot juda barqaror va mustahkam va osonlik bilan ag'darilmaydi.

Umid qilamanki, sizga bu ko'rsatma yoqdi va bu sizga o'zingizni yaratishga ilhom berdi.

Agar sizga loyiha yoqqan bo'lsa, uni "Ko'chirib o'tkazuvchi tanlov" da ovoz berish orqali qo'llab -quvvatlang.

Baxtli qilish!

"Make it Move" tanlovining ikkinchi mukofoti - 2020