Arachnoid: 16 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Először is szeretnénk megköszönni az időt és a figyelmet. Párom, Tio Marello és én, Chase Leach nagyon szórakoztatóan dolgoztunk a projekten, és leküzdöttük a kihívásokat. Jelenleg a Wilkes Barre Area School District S. T. E. M diákjai vagyunk. Akadémia Junior vagyok, Tio másodéves. A projektünk, az Arachnoid egy négylábú robot, amelyet 3D nyomtató, kenyértábla és Arduino MEGA 2560 R3 tábla segítségével készítettünk. A projekt célja egy járó négylábú robot létrehozása volt. Sok munka és tesztelés után sikeresen létrehoztunk egy működő négylábú robotot. Izgatottak és hálásak vagyunk ezért a lehetőségért, hogy bemutathatjuk nektek az Arachnoid projektünket.

1. lépés: Anyagok

A négylábú robothoz használt anyagok a következők voltak: 3D nyomtató, segédanyag mosó, 3D nyomtatási tálcák, 3D nyomtatási anyagok, drótvágók, kenyérsütőlap, elemtartók, számítógép, AA elemek, elektromos szalag, scotch tape, MG90S Tower Pro Servo Motors, Crazy Glue, Arduino MEGA 2560 R3 kártya, áthidaló vezetékek, az Inventor 2018 szoftver és az Arduino IDE szoftver. A számítógépet használtuk a szoftver és az általunk használt 3D nyomtató futtatásához. Az Inventor szoftvert főleg az alkatrészek tervezéséhez használtuk, így nem szükséges, hogy bárki otthon készítse el, mert az összes általunk létrehozott alkatrészfájl ezen az utasításon található. Az Arduino IDE szoftvert használták a robot programozásához, ami szintén felesleges az otthoni készítők számára, mivel mi is rendelkezésre bocsátottuk az általunk használt programot. A 3D -s nyomtatót, a segédanyag -mosót, a 3D -s nyomtatási anyagot és a 3D -s nyomtatótálcákat mind az Arachnoidból készült alkatrészek gyártására használták. Az elemtartókat használtuk, az AA elemeket, az áthidaló vezetékeket, az elektromos szalagot és a drótvágókat együtt használtuk az akkumulátor létrehozásához. Az elemeket az elemtartókba helyezték, és a drótvágókkal elvágták mind az akkumulátorcsomag, mind az áthidaló vezetékek vezetékeinek végét, hogy lecsupaszíthassák és összecsavarhassák, majd elektromos szalaggal ragaszthassák. A kenyértáblát, az áthidaló vezetékeket, az akkumulátorcsomagot és az Ardiuno -t egy áramkör létrehozására használták, amely áramot szolgáltatott a motoroknak, és csatlakoztatta őket az Arduino vezérlőcsapjaihoz. Az őrült ragasztót a szervomotorok rögzítésére használták a robot részeire. A fúrót és a csavarokat a robot egyéb elemeinek rögzítésére használták. A csavaroknak úgy kell kinézniük, mint a képen, de a méret az ítélet alapján határozható meg. A Scotch szalagot és a zipzárat főleg huzalkezelésre használták. Végül összesen 51,88 dollárt költöttünk olyan anyagokra, amelyek nem voltak a közelben.

Kellékek, amelyek kéznél voltak

1. (Mennyiség: 1) 3D nyomtató
2. (Mennyiség: 1) Támasztóanyag alátét
3. (Mennyiség: 5) 3D nyomtatási tálcák
4. (Mennyiség: 27,39 in^3) 3D nyomtatási anyag
5. (Mennyiség: 1) Drótvágók
6. (Mennyiség: 1) Fúró
7. (Mennyiség: 24) Csavarok
8. (Mennyiség: 1) Breadboard
9. (Mennyiség: 4) Elemtartók
10. (Mennyiség: 1) Számítógép
11. (Mennyiség: 8) AA elemek
12. (Összeg: 4) Zip -tie
13. (Mennyiség: 1) Elektromos szalag
14. (Mennyiség: 1) Scotch Tape

Kellékek, amelyeket vásároltunk

1. (Összeg: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (teljes költség: 23,99 USD)
2. (Mennyiség: 2) Őrült ragasztó (teljes költség: 7,98 USD)
3. (Összeg: 1) Arduino MEGA 2560 R3 tábla (teljes költség: 12,95 USD)
4. (Összeg: 38) Jumper vezetékek (teljes költség: 6,96 USD)

Szoftver szükséges

1. Feltaláló 2018
2. Arduino integrált fejlesztési környezet

2. lépés: Az összeszerelésre fordított órák

Jó néhány órát töltöttünk négylábú robotunk elkészítésével, de a legtöbb méretet az Arachnoid programozására fordítottuk. Körülbelül 68 órába telt a robot programozása, 57 óra nyomtatás, 48 óra tervezés, 40 óra összeszerelés és 20 óra tesztelés.

3. lépés: STEM alkalmazások

Tudomány

Projektünk tudományos vonatkozása a szervomotorok áramellátását biztosító áramkör létrehozásakor játszik szerepet. Alkalmaztuk az áramkörök megértését, pontosabban a párhuzamos áramkörök tulajdonságát. Ez a tulajdonság az, hogy a párhuzamos áramkörök ugyanazt a feszültséget szolgáltatják az áramkör minden összetevőjéhez.

Technológia

A technológia használata nagyon fontos volt az Arachnoid tervezése, összeszerelése és programozása során. A számítógépes tervezőszoftvert, az Inventort használtuk a teljes négylábú robot létrehozásához, beleértve a testet, a fedelet, a combokat és a borjakat. Az összes tervezett alkatrészt 3D nyomtatóból nyomtatták ki. Az Arduino I. D. E. szoftver segítségével az Arduino és a szervomotorokat használhattuk az Arachnoid járáshoz.

Mérnöki

Projektünk mérnöki vonatkozása az iteratív folyamat, amelyet a négylábú robot számára készített alkatrészek tervezésére használnak. El kellett gondolkodnunk azon, hogyan rögzítsük a motorokat, és elhelyezzük az Arduino -t és a kenyértáblát. A projekt programozási vonatkozása azt is megkövetelte, hogy kreatívan gondolkodjunk a lehetséges problémák megoldásáról. Végül az általunk alkalmazott módszer hatékony volt, és segített abban, hogy a robot a kívánt módon mozogjon.

Matematika

Projektünk matematikai vonatkozása az egyenletek használata a motor feszültségének és áramának kiszámításához, amelyre szükségünk volt a motor működtetéséhez, és amelyhez szükség volt az Ohm -törvény alkalmazására. Matematikával is kiszámítottuk a robot számára létrehozott összes egyes alkatrész méretét.

4. lépés: 2. iterációs négylábú robotfedél

Az Arachnoid fedelét úgy tervezték, hogy az alsó részén négy csap van, amelyeket a testre készített lyukak belsejében helyeztek el. Ezek a csapok a Crazy Glue segítségével rögzíthették a fedelet a robot testére. Ezt a részt azért hozták létre, hogy megvédje az Ardiuno -t, és kifinomultabb megjelenést kölcsönözzen a robotnak. Úgy döntöttünk, hogy továbblépünk a jelenlegi tervezéssel, de a tervezés két iterációján ment keresztül, mielőtt ezt választottuk.

5. lépés: 2. Iteration Quadruped Robot Body

Ez a rész a combrészek mozgatásához használt négy motor, az Arduino és a kenyérlap elhelyezésére jött létre. A test oldalán lévő rekeszek nagyobbak lettek, mint azok a motorok, amelyeket jelenleg használunk a projekthez, amelyet a távtartó rész figyelembevételével végeztünk. Ez a kialakítás végül lehetővé tette a megfelelő hőeloszlást, és lehetővé tette a motorok csavarokkal történő rögzítését anélkül, hogy kárt okozna a karosszériában, ami sokkal hosszabb időt vesz igénybe az újranyomtatáshoz. Az elülső lyukakat és a fal hiányát a test hátsó részén szándékosan végezték el, hogy a vezetékeket be lehessen vezetni az Arduino -ba és a kenyérlapba. A test közepén lévő teret az Arduino, a kenyérsütő lemez és az akkumulátorok elhelyezésére tervezték. Az alkatrész alján négy lyuk van kialakítva, amelyek kifejezetten a szervomotorok vezetékeinek átfutására és a a robot hátulját. Ez az alkatrész az egyik legfontosabb, mivel alapként szolgál, amelyhez minden más alkatrészt terveztek. Két iteráción mentünk keresztül, mielőtt a megjelenítettről döntöttünk.

6. lépés: 2. Iteration Servo Motor Spacer

A szervomotoros távtartót kifejezetten az Arachnoid test oldalán lévő rekeszekhez tervezték. Ezeket a távtartókat azzal a gondolattal terveztük, hogy a test oldalába történő bármilyen fúrás veszélyes lehet, és anyag- és időpazarlást okozhat a nagyobb rész újranyomtatásában. Ezért inkább a távtartóval mentünk, amely nemcsak megoldotta ezt a problémát, hanem lehetővé tette számunkra, hogy egy nagyobb teret hozzunk létre a motorok számára, ami segít megelőzni a túlmelegedést. A távtartó két ismétlésen ment keresztül. Az eredeti ötlet a következőket tartalmazta: két vékony fal mindkét oldalon, amelyek egy második távtartóhoz csatlakoztak. Ezt az ötletet elvetették, mert bár könnyebb lenne mindkét oldalt külön fúrni, így ha az egyik megsérül, a másikat sem kell kidobni. Ebből 8 darabot nyomtattunk ki, ami elég volt ahhoz, hogy a motortér tetejére és aljára ragaszthassuk a testet. Ezután egy darab fúrót használtunk, amely a darab hosszú oldalán volt középen, hogy létrehozzon egy kísérleti lyukat, amelyet aztán a motor mindkét oldalán lévő csavarhoz használtak a szereléshez.

7. lépés: 2. iterációs négylábú robotláb combrész

Ez a rész a comb vagy a robot lábának felső fele. Úgy tervezték, hogy az alkatrész belsejében egy lyuk található, amelyet kifejezetten a robotunkhoz mellékelt motorhoz tartozó armatúrához készítettek. Ezenkívül egy rést is hozzáadtunk az alkatrész aljához, amelyet a motorhoz készítettek, amelyet a láb alsó felének mozgatására használnak. Ez a rész kezeli a láb fő mozgásának nagy részét. Ennek a résznek a jelenlegi iterációja, amelyet használunk, a második, mivel az első vastagabb kialakítású volt, és úgy gondoltuk, hogy szükségtelen.

8. lépés: A négylábú térdízület ötödik ismétlése

A térdízület a tervezés egyik legnehezebb része volt. Számos számítás és teszt kellett hozzá, de a bemutatott jelenlegi kialakítás nagyon szépen működik. Ezt az alkatrészt úgy tervezték, hogy körbejárja a motort annak érdekében, hogy hatékonyan vigye át a motor mozgását a vádli vagy a lábszár mozgására. A tervezés és az újratervezés öt ismétlést igényelt, de a lyukak körül kialakított egyedi forma maximalizálta a lehetséges mozgási fokokat, miközben nem veszítette el a szükséges erőt. Ezenkívül a motorokat több armatúrával rögzítettük, amelyek illeszkednek az oldalsó lyukakba, és tökéletesen illeszkednek a motorhoz, lehetővé téve, hogy csavarokkal rögzítsük a helyén. A darab alján található vezetőfurat lehetővé tette a fúrás és az esetleges sérülések elkerülését.

9. lépés: 3. iterációs négylábú robotláb borjú

A robot lábának második felét úgy hozták létre, hogy akárhogy is állítja le a robot a lábát, mindig ugyanolyan vonóerőt tart fenn. Ez a láb félköríves kialakításának és a habpárnának köszönhető, amelyet vágunk és ragasztunk az aljára. Végső soron jól szolgálja a célját, ami lehetővé teszi, hogy a robot megérintse a talajt és járjon. Három ismétlésen mentünk keresztül ezzel a kialakítással, amely főként a hossz és a lábfej kialakításának megváltoztatásával járt.

10. lépés: Letöltések a Parts Inventor fájlokhoz

Ezek a fájlok az Inventortól származnak. Ezek kifejezetten részfájlok az összes kész alkatrészhez, amelyeket ehhez a projekthez terveztünk.

11. lépés: Összeszerelés

Az általunk közölt videó elmagyarázza, hogyan szereltük össze az Arachnoid -ot, de egy pont, amely nem szerepelt benne, az, hogy el kell távolítania a műanyag konzolt a motor mindkét oldaláról, levágva és csiszolva, ahol korábban volt.. A többi kép a szerelés során készült.

12. lépés: Programozás

Az arduiono programozási nyelv a C programozási nyelven alapul. Az Arduino kódszerkesztőn belül két funkciót ad nekünk.

• void setup (): A funkcióban lévő összes kód egyszer fut az elején
• void loop (): A függvényen belüli kód vég nélkül hurok.

Nézze meg alább a narancssárga linkre kattintva további információkat a kódról!

Ez a gyaloglás kódja

#befoglalni

classServoManager {

nyilvános:

Szervo FrontRightThigh;

Szervo FrontRightKnee;

Szervo BackRightThigh;

Szervo BackRightKnee;

Szervo FrontLeftThigh;

Szervo FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

Servo BackLeftKnee;

voidsetup () {

FrontRightThigh.attach (2);

BackRightThigh.attach (3);

FrontLeftThigh.attach (4);

BackLeftThigh.attach (5);

FrontRightKnee.attach (8);

BackRightKnee.attach (9);

FrontLeftKnee.attach (10);

BackLeftKnee.attach (11);

}

voidwriteLegs (int FRT, int BRT, int FLT, int BLT,

int FRK, int BRK, int FLK, int BLK) {

FrontRightThigh.write (FRT);

BackRightThigh.write (BRT);

FrontLeftThigh.write (FLT);

BackLeftThigh.write (BLT);

FrontRightKnee.write (FRK);

BackRightKnee.write (BRK);

FrontLeftKnee.write (FLK);

BackLeftKnee.write (BLK);

}

};

ServoManager Manager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

Manager.writeLegs (90, 90, 90, 90, 90+30, 90-35, 90-30, 90+35);

késleltetés (1000);

Manager.writeLegs (60, 90, 110, 90, 90+15, 90-35, 90-30, 90+35);

késleltetés (5000);

Manager.writeLegs (90, 60, 110, 90, 90+30, 90-65, 90-30, 90+35);

késleltetés (1000);

Manager.writeLegs (70, 60, 110, 90, 90+30, 90-65, 90-30, 90+35);

késleltetés (1000);

Manager.writeLegs (70, 60, 110, 120, 90+30, 90-65, 90-30, 90+35);

késleltetés (1000);

Manager.writeLegs (90, 90, 90, 90, 90+30, 90-35, 90-30, 90+35);

késleltetés (1000);

}

Tekintse meg a rawQuad.ino -t, amelyet a GitHub ❤ üzemeltet

13. lépés: Tesztelés

Az itt hozzáadott videók az Arachnoid teszteléséről szólnak. Azok a pontok, ahol látsz járni, kissé rövidek, de úgy gondoljuk, hogy képet kell adnia arról, hogyan történt a négylábú robot gyaloglása. A projektünk vége felé sikerült megtenni, de szép lassan, így a célunk megvalósult. Az előtte készült videókban teszteljük azokat a motorokat, amelyeket a láb felső részére rögzítettünk.

14. lépés: A tervezési és nyomtatási folyamat során

Az itt hozzáadott videók főként az előrehaladás ellenőrzését jelentik az elkészített alkatrészek tervezése és nyomtatása során.

15. lépés: Lehetséges fejlesztések

Időt szántunk arra, hogy átgondoljuk, hogyan haladjunk előre az Arachnoiddal, ha több időnk lesz vele, és néhány ötlettel állunk elő. Keresnénk egy jobb módot az Arachnoid áramellátására, többek között: találjunk egy jobb, könnyebb akkumulátort, amelyet fel lehet tölteni. Továbbá keresnénk egy jobb módot arra, hogy a szervomotorokat az általunk tervezett láb felső feléhez rögzítsük az általunk létrehozott alkatrész átalakításával. Egy másik szempont, hogy kamerát rögzítünk a robothoz, így az emberek által máskülönben elérhetetlen területekre lehet belépni. Mindezek a megfontolások jártak a fejünkben a robot tervezése és összeszerelése során, de az idő szűkössége miatt nem tudtuk követni őket.

16. lépés: Végső tervezés

Végül nagyon elégedettek vagyunk a végleges tervezéssel, és reméljük, hogy ti is így fogtok érezni. Köszönöm az idődet és a megfontolásodat.