Arachnoid: 16 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Ensinnäkin haluamme kiittää sinua ajastasi ja harkinnastasi. Kumppanini Tio Marello ja minä, Chase Leach, nautin projektin parissa työskentelystä ja sen haasteiden voittamisesta. Olemme tällä hetkellä Wilkes Barren alueen koulupiirin S. T. E. M. opiskelijoita. Academy I on Junior ja Tio on Sophomore. Projektimme, Arachnoid, on nelijalkainen robotti, jonka teimme 3D -tulostimen, leipälevyn ja Arduino MEGA 2560 R3 -levyn avulla. Hankkeen tavoite oli luoda nelijalkainen robotti. Paljon työn ja testauksen jälkeen olemme onnistuneesti luoneet toimivan nelijalkaisen robotin. Olemme innoissamme ja kiitollisia tästä mahdollisuudesta esitellä teille projektimme, Arachnoid.

Vaihe 1: Materiaalit

Neliskulmaiseen robottiin käytetyt materiaalit olivat: 3D -tulostin, tukimateriaalin aluslevy, 3D -tulostuslokerot, 3D -tulostusmateriaali, lankaleikkurit, leipälauta, paristopidikkeet, tietokone, AA -paristot, sähköteippi, teippi, MG90S -torni Pro Servo Motors, Crazy Glue, Arduino MEGA 2560 R3 -levy, hyppyjohdot, Inventor 2018 -ohjelmisto ja Arduino IDE -ohjelmisto. Käytimme tietokonetta käyttämämme ohjelmiston ja 3D -tulostimen käyttämiseen. Käytimme Inventor -ohjelmistoa pääasiassa osien suunnitteluun, joten sen ei tarvitse tehdä kukaan kotona, koska kaikki luomamme osatiedostot ovat tämän ohjeen mukaisia. Arduino IDE -ohjelmistoa käytettiin robotin ohjelmointiin, mikä on myös tarpeetonta kotona valmistaville ihmisille, koska olemme myös toimittaneet käyttämämme ohjelman. 3D -tulostinta, tukimateriaalin aluslevyä, 3D -tulostusmateriaalia ja 3D -tulostuslokeroita käytettiin kaikki osien valmistuksessa, joista Arachnoid oli tehty. Käytimme paristopidikkeitä, AA -paristoja, hyppyjohtoja, sähköteippiä ja lankaleikkureita käytettiin yhdessä akun luomiseen. Akut asetettiin paristokoteloihin ja langanleikkureilla leikattiin sekä akun että hyppyjohtojen johtimien päät, jotta ne voidaan irrottaa ja kiertää yhteen, ja sitten teipata sähköteipillä. Leipälevyä, hyppyjohtoja, akkua ja Ardiunoa käytettiin piirin luomiseen, joka toimitti virtaa moottoreille ja liitti ne Arduinon ohjaustappeihin. Hullua liimaa käytettiin servomoottoreiden kiinnittämiseen robotin osiin. Poraa ja ruuveja käytettiin robotin muiden osien asentamiseen. Ruuvien pitäisi näyttää samalta kuin kuvassa, mutta koko voi perustua harkintaan. Scotch -teippiä ja vetoketjuja käytettiin pääasiassa langanhallintaan. Lopulta käytimme yhteensä 51,88 dollaria materiaaleihin, joita meillä ei ollut.

Tarvikkeita, jotka meillä oli käsillä

1. (Määrä: 1) 3D -tulostin
2. (Määrä: 1) Tukimateriaalin aluslevy
3. (Määrä: 5) 3D -tulostustasot
4. (Määrä: 27,39 tuumaa^3) 3D -tulostusmateriaali
5. (Määrä: 1) Lankaleikkurit
6. (Määrä: 1) Poraa
7. (Määrä: 24) Ruuvit
8. (Määrä: 1) Leipälauta
9. (Määrä: 4) Akkupidikkeet
10. (Määrä: 1) Tietokone
11. (Määrä: 8) AA -paristot
12. (Määrä: 4) Vetositeet
13. (Määrä: 1) Sähköteippi
14. (Määrä: 1) Scotch Tape

Ostetut tarvikkeet

1. (Määrä: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (kokonaiskustannukset: 23,99 dollaria)
2. (Määrä: 2) Hullu liima (kokonaiskustannukset: 7,98 dollaria)
3. (Määrä: 1) Arduino MEGA 2560 R3 -levy (kokonaiskustannukset: 12,95 dollaria)
4. (Määrä: 38) Hyppyjohdot (kokonaiskustannukset: 6,96 dollaria)

Ohjelmisto vaaditaan

1. Keksijä 2018
2. Arduinon integroitu kehitysympäristö

Vaihe 2: Kokoonpanoon käytetyt tunnit

Vietimme muutamia tunteja nelijalkaisen robotin luomiseen, mutta suurin käyttämämme aika kului arachnoidin ohjelmointiin. Robotin ohjelmointi kesti noin 68 tuntia, tulostus 57 tuntia, suunnittelu 48 tuntia, kokoonpano 40 tuntia ja testaus 20 tuntia.

Vaihe 3: STEM -sovellukset

Tiede

Projektimme tieteellinen puoli tulee esiin, kun luodaan piiri, jota käytettiin servomoottoreiden virransyöttöön. Sovelsimme ymmärrystämme piireistä, tarkemmin sanoen rinnakkaispiirien ominaisuudesta. Tämä ominaisuus on, että rinnakkaispiirit syöttävät saman jännitteen kaikkiin piirin komponentteihin.

Tekniikka

Teknologiamme käyttö oli erittäin tärkeää koko arachnoidin suunnittelun, kokoamisen ja ohjelmoinnin aikana. Käytimme tietokoneavusteista suunnitteluohjelmistoa, Inventoria, luomaan koko nelijalkaisen robotin, mukaan lukien: runko, kansi, reidet ja vasikat. Kaikki suunnitellut osat tulostettiin 3D -tulostimella. Käyttämällä Arduino I. D. E. ohjelmistoa, pystyimme käyttämään Arduinoa ja servomoottoreita Arachnoid -kävelemiseen.

Tekniikka

Projektimme tekninen puoli on iteratiivinen prosessi, jota käytetään nelijalkaiselle robotille tehtyjen osien suunnittelussa. Meidän piti miettiä tapoja kiinnittää moottorit ja sijoittaa Arduino ja leipälauta. Hankkeen ohjelmointinäkökulma vaati meitä myös ajattelemaan luovasti mahdollisia ratkaisuja törmättyihin ongelmiin. Lopulta käyttämämme menetelmä oli tehokas ja auttoi meitä saamaan robotin liikkumaan haluamallamme tavalla.

Matematiikka

Projektimme matemaattinen näkökohta on yhtälöiden käyttäminen laskettaessa jännitteen ja virran määrä, jota tarvitsimme moottorin käyttämiseksi, mikä edellytti Ohmin lain soveltamista. Laskimme myös matematiikan avulla kaikkien robotille luotujen yksittäisten osien koon.

Vaihe 4: Neljäs nelinkertainen robotin kansi

Arachnoid -kannen pohjassa oli neljä tappia, jotka mitattiin ja sijoitettiin runkoon tehtyjen reikien sisään. Nämä tapit, yhdessä Crazy Glue -apuvälineen kanssa, pystyivät kiinnittämään kannen robotin runkoon. Tämä osa luotiin suojaamaan Ardiunoa ja antamaan robotille viimeistelty ilme. Päätimme siirtyä eteenpäin nykyisen suunnittelun kanssa, mutta se oli käynyt läpi kaksi iteraatiota ennen kuin tämä valittiin.

Vaihe 5: Neljäs nelijalkainen robottirunko

Tämä osa luotiin sijoittamaan neljä moottoria, joita käytettiin reiden osien, Arduinon ja leipälevyn siirtämiseen. Rungon sivuilla olevat lokerot tehtiin suuremmiksi kuin moottorit, joita käytämme tällä hetkellä projektissa, joka tehtiin välikeosa mielessä. Tämä muotoilu mahdollisti lopulta riittävän lämmön hajaantumisen ja mahdollisti moottorien kiinnittämisen ruuveilla aiheuttamatta mahdollisia vaurioita runkoon, mikä kestäisi paljon kauemmin uudelleenpainatuksessa. Edessä olevat reiät ja rungon takana olevan seinän puute tehtiin tarkoituksella, jotta johdot voitaisiin ajaa Arduinoon ja leipälautaan. Rungon keskellä oleva tila on suunniteltu Arduinoa, leipälautaa ja akkuja varten. Osan pohjaan on myös suunniteltu neljä reikää, jotka on tarkoitettu erityisesti servomoottoreiden johtojen läpi kulkemiseen. robotin takaosaan. Tämä osa on yksi tärkeimmistä, koska se toimii pohjana, jolle kaikki muut osat on suunniteltu. Kävimme läpi kaksi iteraatiota, ennen kuin päätimme näytettävän.

Vaihe 6: 2. iterointi servomoottorin välikappale

Servomoottorin välikappale on suunniteltu erityisesti arachnoidin rungon sivuilla oleviin osastoihin. Nämä välikappaleet on suunniteltu ajatuksella, että kaikki poraukset rungon sivulle voivat olla vaarallisia ja tuhlata materiaalia ja aikaa suuremman osan tulostamiseen. Siksi menimme sen sijaan välikappaleen kanssa, joka ei vain ratkaissut tätä ongelmaa, vaan mahdollisti myös moottorille suuremman tilan, joka auttaa estämään ylikuumenemista. Välikappale kävi läpi kaksi iteraatiota. Alkuperäinen idea sisälsi: kaksi ohutta seinää kummallakin puolella, jotka yhdistettiin toiseen välikappaleeseen. Tämä ajatus hylättiin, koska vaikka olisimme helpompi porata molemmat puolet erikseen, joten jos toinen vaurioituu, toista ei myöskään tarvitse heittää pois. Tulostimme 8 kappaletta, mikä riitti liimaamaan moottorin rungon ylä- ja alaosaan. Sitten käytimme poraa, joka oli keskitetty kappaleen pitkälle puolelle, luodaksemme pilot -reiän, jota käytettiin ruuviin moottorin kummallakin puolella asennusta varten.

Vaihe 7: Neljäs nelijalkainen robottijalan reiden toinen vaihe

Tämä osa on reisi tai robotin jalan yläosa. Se oli suunniteltu siten, että osan sisäpuolella oli reikä, joka on tehty erityisesti robottiamme varten muokatun moottorin mukana toimitetulle ankkurille. Lisäsimme myös aukon osan pohjaan, joka tehtiin moottorille, jota käytetään säären alaosan siirtämiseen. Tämä osa käsittelee suurimman osan jalan suurimmista liikkeistä. Tämän osan käyttämämme iteraatio on toinen, koska ensimmäisellä oli paksumpi muotoilu, jonka päätimme olla tarpeeton.

Vaihe 8: Nelinkertaisen robotin polvinivelen viides toistaminen

Polvinivel oli yksi hankalimmista osista suunnitella. Se vei useita laskelmia ja testejä, mutta nykyinen malli toimii melko hyvin. Tämä osa on suunniteltu kiertämään moottoria, jotta moottorin liike voidaan siirtää tehokkaasti vasikan tai säären liikkeeseen. Suunnittelu ja uudelleensuunnittelu veivät viisi iteraatiota, mutta reikien ympärille luotu erityinen muoto maksimoi mahdolliset liikkeet ilman, että menetimme sen vaatimaa voimaa. Kiinnitimme myös moottorit käyttämällä enemmän armatuureja, jotka sopivat sivuilla oleviin reikiin ja sopivat täydellisesti moottoriin, jolloin voimme käyttää ruuveja pitämään se paikallaan. Kappaleen pohjassa oleva ohjausreikä mahdollisti poraamisen ja mahdolliset vauriot.

Vaihe 9: Kolmas iterointi, nelijalkainen robotijalan vasikka

Robotin jalan toinen puoli luotiin siten, että riippumatta siitä, miten robotti laskee jalkansa, se säilyttää aina saman vetovoiman. Tämä johtuu jalan puolipyöreästä muotoilusta ja vaahtomuovista, jonka leikkasimme ja liimasimme pohjaan. Se palvelee lopulta tarkoitustaan hyvin, jolloin robotti voi koskettaa maata ja kävellä. Kävimme tämän mallin läpi kolme iteraatiota, jotka liittyivät pääasiassa pituuden ja jalkojen suunnittelun muutoksiin.

Vaihe 10: Lataukset Parts Inventor -tiedostoille

Nämä tiedostot ovat Inventorilta. Ne ovat osa tiedostoja kaikille valmiille osille, jotka suunnittelimme tätä projektia varten.

Vaihe 11: Kokoonpano

Toimittamamme video selittää kuinka kokoonpanimme Arachnoidin, mutta yksi asia, jota ei mainittu siinä, on se, että sinun on irrotettava muovikiinnike moottorin molemmilta puolilta katkaisemalla se ja hiomalla se aiemmin.. Muut kuvat ovat otettu kokoonpanon aikana.

Vaihe 12: Ohjelmointi

Arduiono -ohjelmointikieli perustuu C -ohjelmointikieleen. Arduino -koodieditorin sisällä se antaa meille kaksi toimintoa.

• void setup (): Kaikki tämän toiminnon sisällä oleva koodi suoritetaan kerran alussa
• void loop (): Toiminnon sisällä oleva koodi kiertää ilman loppua.

Tarkista koodi klikkaamalla oranssia linkkiä saadaksesi lisätietoja koodista!

Tämä on kävelyn koodi

#sisältää

classServoManager {

julkinen:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo FrontLeftThigh;

Servo FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

Servo BackLeftPolvi;

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);

viive (1000);

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

viive (5000);

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

viive (1000);

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

viive (1000);

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

viive (1000);

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

viive (1000);

}

katso rawQuad.ino, jota isännöi GitHub ❤ kanssa

Vaihe 13: Testaus

Videot, jotka olemme lisänneet tähän, ovat meistä testaamassa arachnoidia. Pisteet, joissa näet sen kävelevän, ovat hieman lyhyitä, mutta uskomme, että sen pitäisi antaa sinulle käsitys siitä, miten nelijalkaisen robotin kävely tehtiin. Projektimme loppupuolella saimme sen kävelemään, mutta melko hitaasti, joten tavoitteemme saavutettiin. Sitä ennen olevat videot testaavat jalkojen yläosaan kiinnittämiämme moottoreita.

Vaihe 14: Suunnittelu- ja tulostusprosessin aikana

Tähän lisäämämme videot ovat pääasiassa edistymistarkistuksia tekemiemme osien suunnittelun ja tulostamisen aikana.

Vaihe 15: Mahdolliset parannukset

Otimme aikaa miettiäksemme, miten pääsisimme eteenpäin arachnoidilla, jos meillä olisi enemmän aikaa sen kanssa ja saisimme ideoita. Etsisimme parempaa tapaa käyttää Arachnoidia, mukaan lukien: löytää parempi, kevyempi akku, joka voitaisiin ladata. Etsisimme myös parempaa tapaa kiinnittää servomoottorit suunnitellun jalan yläosaan suunnittelemalla uudelleen luomamme osan. Toinen huomioimme kameran kiinnittämisen robottiin, jotta sitä voitaisiin käyttää alueille, jotka eivät muuten ole tavoitettavissa. Kaikki nämä näkökohdat olivat pyörineet mielessämme, kun suunnittelimme ja kooimme robottia, mutta emme pystyneet jatkamaan niitä ajallisesti.

Vaihe 16: Lopullinen suunnittelu

Lopulta olemme erittäin tyytyväisiä lopullisen suunnittelumme tapaan ja toivomme, että sinusta tuntuu samalta. Kiitos ajastasi ja harkinnastasi.