Walking Strandbeest, Java/Python és alkalmazásvezérelt: 4 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Kövesse a szerző további információit:

Ez a Strandbeest készlet egy barkácsolás, Theo Jansen által feltalált Strandbeest alapján. Lenyűgözve a zseniális mechanikus kialakítással, teljes manőverező képességgel szeretném felszerelni, és ezután a számítógépes intelligenciával. Ebben az oktathatóban dolgozunk az első részen, a manőverezhetőségen. Kitérünk a hitelkártya méretű számítógép mechanikai felépítésére is, hogy játszhassunk a számítógépes látással és az AI feldolgozással. Az építési munka egyszerűsítése érdekében nem arduino -t vagy hasonló programozható számítógépet használtam, hanem bluetooth hardvervezérlőt építek. Ezt a vezérlőt, amely a robot hardverrel kölcsönhatásba lépő terminálként működik, egy erősebb rendszer vezérli, például egy androidos telefonos alkalmazás vagy a RaspberryPi, stb. A vezérlés lehet mobiltelefon -kezelőfelület -vezérlés, vagy programozható vezérlés python vagy Java nyelven. Minden programozási nyelvhez egy SDK nyílt forráskódú, a https://github.com/xiapeiqing/m2robots.git címen.

Mivel a mini-Strandbeest felhasználói kézikönyv meglehetősen egyértelműen megmagyarázza az építési lépéseket, ebben az utasításban azokra az információkra fogunk összpontosítani, amelyeket a felhasználói kézikönyv általában nem tartalmaz, valamint az elektromos/elektronikus alkatrészekre.

Ha intuitívabb ötletre van szükségünk ennek a készletnek a mechanikus összeszerelésével kapcsolatban, akkor jó néhány jó videó érhető el az összeszerelés témájában, például:

Kellékek

A Strandbeest mechanikus részének megépítéséhez és minden elektromos csatlakoztatásához kevesebb mint 1 órát kell várnia, ha a 3D -s nyomtatásra vonatkozó várakozási időt nem veszik figyelembe. Ehhez a következő részek szükségesek:

(1) 1x szabványos Strandbeest készlet (https://webshop.strandbeest.com/ordis-parvus)

(2) 2x egyenáramú motor hajtóművel (https://www.amazon.com/Greartisan-50RPM-Torque-Re…)

(3) 1x Bluetooth -vezérlő (https://ebay.us/Ex61kC?cmpnId=5338273189)

(4) 1x LiPo akkumulátor (3,7 V, választható kapacitás mAh -ban)

(5) 12x M2x5,6 mm -es facsavar

(6) 2 mm átmérőjű karbon vagy bambusz rúd

3D nyomtatással a következő részeket:

(1) 1x robotika fő test

(3D nyomtatási tervfájl letöltése csak Bluetooth -vezérlővel)

(3D nyomtatási tervfájl további OrangePi Nano letöltéssel)

(2) 2x hajtótengely karima (3D nyomtatási tervfájl letöltése)

(3) 2x tápellátó rendszer (3D nyomtatási tervfájl letöltése)

Egyéb:

Android mobiltelefon. Lépjen a Google Play áruházba, keresse meg az M2ROBOTS alkalmazást, és telepítse a vezérlőalkalmazást.

Ha nehéz elérni a Google Play áruházat, keresse fel személyes honlapomat az alternatív alkalmazásletöltési módszerért

1. lépés: Alkatrészek szervezése

Ebben a lépésben megszervezzük az összes összeszerelendő alkatrészt. 1. ábra. bemutatja az összes dobozon kívüli műanyag alkatrészt, amelyet a Strandbeest modell elkészítéséhez használunk. Fröccsöntéssel készülnek, ami nagyon hatékony, összehasonlítva más megmunkáló gyártási módszerekkel, például a 3D nyomtatással vagy a marással. Ezért szeretnénk a legtöbbet kihozni a tömeggyártású termékből, és csak a legkevesebb alkatrészt testreszabni.

Amint a 2. ábrán látható, minden műanyag tábladarabon feliratos ábécé található, az egyes részeken nincs címkézés. Miután szétszedték őket, nincs több címkézés. A probléma megoldásához behelyezhetjük az azonos típusú alkatrészeket különböző dobozokba, vagy egyszerűen megjelölhetünk több területet egy papírlapon, és egy fajta alkatrészt tehetünk egy területre, lásd a 3. ábrát.

A műanyag rész levágásához a nagyobb szerelési műanyag tábláról az olló és a kés nem lehet olyan hatékony és biztonságos, mint a 4. és 5. ábrán látható fogó.

Itt minden műanyagból készül, kivéve a lábujjak anyagát, gumi, lásd a 6. ábrát. Vághatunk az előre elkészített vágások szerint. A gumi anyag lágy jellege biztosítja a strandbeest jobb tapadási teljesítményét. Különösen igaz ez, ha lejtőn mászunk. A későbbi témákban kipróbálhatjuk más lejtőszögben való mászóképességét, gumi lábujjakkal és anélkül. Ha nincs csúszás, akkor ezt statikus súrlódásnak nevezik. Miután elveszíti a tapadást, kinetikus súrlódássá válik. A súrlódási együttható a felhasznált anyagoktól függ, ezért van a gumi lábujj. Hogyan kell megtervezni egy kísérletet, emelje fel a kezét és beszéljen.

Az utolsó ábra a Strandbeest modell "ECU -ját", "erőátviteli rendszerét" és alvázát tartalmazza.

2. lépés: A mechanikus összeszerelés során figyelmet érdemlő pontok

A mini-Strandbeest meglehetősen jó felhasználói kézikönyvvel rendelkezik. Könnyű feladat lehet a kézikönyv követése és az összeszerelés befejezése. Kihagyom ezeket a tartalmakat, és kiemelek néhány érdekes pontot, amelyekre érdemes odafigyelnünk.

Az 1. ábrán a gumi lábujjakat tartó rés egyik oldala 90 fokos sarok, míg a másik oldalon 45 fokos lejtés, amelyet hivatalosan letörésnek neveznek. Az ilyen lejtés vezeti a gumi lábujjat, hogy illeszkedjen a műanyag lábhoz. Próbálja meg a lábujjakat oldalról lehúzással felszerelni, lásd 2. ábra, majd próbálja meg a másik oldalt is. A különbség nagyon észrevehető. A 3. ábra jobb oldala a Stranbeest forgattyúja. Nagyon hasonlít a forgattyús motorhoz, autómotorhoz, motorkerékpár -motorhoz, mindegyik ugyanazzal a szerkezettel rendelkezik. Egy Strandbeest -ben, amikor a forgattyúkar forog, mozgatásra készteti a lábakat. Egy motor esetében ez a dugattyú mozgása, amely a forgattyút forgatja. Az ilyen 120 fokos körkörös elválasztás egy háromfázisú motorhoz vagy generátorhoz is vezet, az elektromos teljesítmény 120 fokos távolságra van egymástól, amint ez a 4. ábrán látható. Miután összeszereltük a bal és jobb oldali karosszéria mechanikai alkatrészeit, most elkezdünk dolgozni a Strandbeesthez hozzáadott alkatrészeken, lásd az 5. ábrát. A 6. ábra az a lépés, amelyben a 3-D nyomtatott motorbilincset használjuk a motor rögzítéséhez a 3-D nyomtatott házhoz. Ebben a lépésben az a trükk, hogy a csavarok egyikét sem szabad meghúzni, mielőtt a motor helyzetét úgy állítják be, hogy az alváz oldalfelülete megegyezzen a motor felületével. Ha elégedettek vagyunk az igazítással, meghúzhatjuk az összes csavart. Lépjen tovább a 7. ábrára, dolgozunk a karimás tengelykapcsoló telepítésén, a motor kimenetét a forgattyúhoz csatlakoztatva. A motoroldalt nehezebb felszerelni, mint a forgattyús oldali csatlakozást, lásd a 8. ábrát. Ezért először a motor oldali karimáját csatlakoztassuk. Miután mindkét motor karimás csatlakozója fel van szerelve, amint az a 9. ábrán látható, két darab 2 mm átmérőjű szénrúdot használunk az alváz és a bal/jobb járószerkezet összekapcsolására. Ez történik a FIg.10 -ben. Összesen 3 darab szénrúdot használunk ezekhez az entitásokhoz. De ebben a lépésben csak kettőt kötünk össze, mert el kell forgatnunk a forgattyút, és be kell illesztenünk a karima és a forgattyú közötti kapcsolatot. Ha 3 darab szénrúd van a helyén, akkor nehezebb beállítani a relatív helyzetet és csatlakoztatni őket. Végül megvan a végső összeszerelt mechanikus rendszer, a 11. ábrán. A következő lépés az elektronika.

3. lépés: Elektromos csatlakozás

Minden elektronikus rendszer áramellátást igényel. Egy 1 cellás akkumulátort elhelyezhetünk egy kényelmes helyen, például az 1. ábra szerinti áramköri lap alatt. A tápegység polaritása annyira kritikus, hogy megérdemel egy külön ábrát. A 2. ábra kiemeli az akkumulátor csatlakozását. A vezérlőpanelen a polaritást "+" és "GND" jelzi, lásd a 3. ábrát. Ha az akkumulátor lemerül, akkor USB -kábellel töltse fel az akkumulátort, lásd 4. ábra. Az "újratöltés folyamatban" jelző LED automatikusan kialszik, ha az akkumulátor újra megtelik. Az utolsó lépés a motor kimeneteinek csatlakoztatása a vezérlőpanel motorcsatlakozóihoz. Három motorcsatlakozó létezik, amelyeket a 3. ábra 16. számmal jelöl. Az 5. ábrán a bal motor a PWM12 jelzéssel ellátott bal szélső csatlakozóhoz, a jobb motor pedig a középső csatlakozóhoz van csatlakoztatva. Jelenleg a tartály (differenciálhajtású jármű) balra forgatása a PWM12 motorporthoz csatlakoztatott motor bemeneti teljesítményének csökkenéseként van kódolva. Ezért a PWM12 porthoz csatlakoztatott motornak meg kell hajtania a bal lábakat. Később az összes keverési funkciót felhasználó által konfigurálhatóvá alakítom. mint A motorcsatlakozó kiválasztásának felcserélésével vagy a motorcsatlakozó irányának megfordításával megoldhatjuk a problémát, mint például a Strandbeest, amely előrehaladáskor visszafelé mozog, rossz irányba fordul, ne feledje, hogy a DC motor megváltoztatja a forgásirányát, ha a bemeneti vezeték fordított sorrendben csatlakozik a vezérlő áramellátásához.

4. lépés: Az alkalmazás beállításai és működése

Először letöltünk egy androidos alkalmazást a Google Play Áruházból, lásd az 1. ábrát. Ez az alkalmazás számos más funkcióval rendelkezik, amelyeket nem fedhetünk le ebben az utasításban, csak a Strandbeest közvetlenül kapcsolódó témáira összpontosítunk.

Kapcsolja be a hardver bluetooth vezérlőt, ez megjelenik a felfedező eszközök listájában. Hosszú kattintással eljutunk az éteres letöltési funkcióhoz, amelyet később "utasíthatunk". Mielőtt rákattintunk és elindítjuk a vezérlést, először végezzünk el néhány konfigurációt a jobb felső sarokban található "Beállítások" gombra kattintva. A 2. ábrán a… ikon alatt van elrejtve. A 3. ábra több beállítási kategóriát mutat. Ezeket az alkalmazásban konfigurált beállításokat háromféleképpen hajtják végre: 1) egyes beállítások csak az alkalmazás működését befolyásolják, például a számítás, hogy minden motor teljesítményszabályozó parancsát a kormány- és gázszabályozó parancsból kapja meg. Az alkalmazásban élnek. Néhány későbbi utasításban megmutatjuk, hogyan helyettesítjük őket Python/Java programjainkkal. 2) bizonyos beállításokat elküld a hardvernek a levegőben lévő vezérlőprotokoll részeként, például a közvetlen vezérlés (a szervó pontosan a megadott szögbe fordul) és a drótvezérlés közötti váltást (a beépített önálló vezérlő funkciómodul működteti a szervót) csatorna a felhasználói parancsnak és az aktuális hozzáállásnak megfelelően) 3) valamilyen beállítás elküldésre kerül a hardvervezérlő nem illő memóriájába. Ezért a hardver minden bekapcsoláskor követi ezeket a beállításokat konfigurálás nélkül. Példa erre az eszköz Bluetooth -adásneve. Az ilyen beállítások életbe léptetéséhez ciklusra van szükség. Az első kategória, amelybe belemerülünk, az "Általános beállítások" a 4. ábrán. Az 5. ábra „Alkalmazásvezérlő funkciója” határozza meg, hogy az alkalmazás milyen szerepet játszik, a hardver eszköz vezérlője közvetlen Bluetooth -kapcsolaton keresztül; híd az intraneten/interneten keresztül a telepresence -vezérléshez; és így tovább. Ezután a 6. ábra „HW típus” oldala közli az alkalmazással, hogy differenciálművel rendelkező járművel dolgozik, ezért ki kell választani a „tank” üzemmódot. Összesen 6 PWM kimenet áll rendelkezésre. A Strandbeest esetében az 1. - 4. csatornát kell konfigurálnunk a 7. ábra szerint. Minden PWM csatorna a következő módok egyikében működik: 1) szervo normál: RC szervo 1-2 ms PWM jel által vezérelve 2) szervo hátramenet: a vezérlő megfordítja a felhasználói vezérlést a kimenetére 3) DC motor terhelési ciklus: a DC motor vagy valamilyen elektromos elektromos eszköz, működési ciklus üzemmódban működtethető, 0% kikapcsol, 100% mindig be van kapcsolva. 4) Az egyenáramú motor terhelési ciklusának megfordítása: a vezérlő ismét megfordítja a felhasználói vezérlést a kimenethez. Mivel egyenáramú motort használunk, és a motor forgásirányáról gondoskodunk a hardver huzalozási sorrendje alapján, az „egyenáramú motor üzemi ciklust” választjuk az 1 -es csatornához 4, lásd a 8. ábrát. Ezenkívül 2 PWM csatornát kell egyesítenünk 1 H-hídba, hogy lehetővé tegyük a kétirányú vezérlést. Ezt a lépést a 9. ábra mutatja. A „2 PWM csatorna 1 H-híd” módban az 1., 3. és 5. csatorna mindkét társított csatorna vezérlésére szolgál. Ez bevezeti a fojtószelep-szabályozó, a joystick fel-le irányításának átállítását az alapértelmezett 2-es csatornáról a 3-as csatornára. Ezt a 10. ábra beállításaiban lehet elérni. Amint a 11. ábrán látható, minden csatorna úgy van konfigurálva, hogy egy tetszőleges bemeneti forrást vegyen fel.

Bingo, most elvégeztük a minimálisan szükséges konfigurációt, és visszatérhetünk a látható Bluetooth -eszközt bemutató oldalra, és csatlakoztathatjuk azt. A 12. ábrán próbálja meg a joystickot játszani, és szórakozhatunk ezzel a Strandbeest -el. Próbáljon megmászni egy lejtőt, emlékezzen az anyagtípusok közötti súrlódás elemzésére, és olvassa el a repülőgép -irányító becsült hozzáállását, amely az „RPY (deg)” feliratú sorban látható, a sor négy bejegyzése: roll, pitch, billentési szög a giroszkóp és a gyorsulásmérő becslése a fedélzeten; az utolsó bejegyzés a dőléskompenzált iránytű kimenet.

Jövőbeli munka: a következő utasításokban fokozatosan lefedjük programozási felületét, kiválasztjuk a kedvenc nyelvét, a Java -t vagy a Python -ot, hogy kapcsolatba léphessünk a Strandbeesttel, és nem olvassuk tovább a strandbeest állapotát a mobiltelefon képernyőjéről. A RaspberryPi típusú linuxos számítógépen is elkezdjük a programozást a fejlettebb programozási témákhoz, lásd az utolsó ábrát. Ellenőrizze a https://xiapeiqing.github.io/doc/kits/strandbeest/roboticKits_strandbeest/ a 3D nyomtatási mechanikai alkatrészeket, és https://github.com/xiapeiqing/m2robots.git az SDK -t és a példakódot, ha azonnal el szeretné kezdeni.. Hadd tudjam meg, mi a kívánt programozási nyelv, ha nem Java vagy Python, hozzáadhatok az SDK új verzióját.

Jó szórakozást a hackeléshez, és maradjon velünk a következő utasításokhoz.