GorillaBot, wydrukowany w 3D autonomiczny robot Arduino Sprint Quadruped: 9 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Co roku w Tuluzie (Francja) odbywa się Wyścig Robotów w Tuluzie #TRR2021

Wyścig składa się z 10-metrowego autonomicznego sprintu dla robotów dwunożnych i czworonożnych.

Obecny rekord, jaki zbieram dla czworonogów, to 42 sekundy na sprint na 10 metrów.

Mając to na uwadze, musiałem wymyślić plan zaprojektowania robota, który moim zdaniem mógłby go pokonać, aby zostać nowym panującym mistrzem!!!

Szukam odrobiny inspiracji od innego członka Instructables „jegatheesan.soundarapandian” i zeszłorocznego zwycięzcy wyścigu robotów w Tuluzie „Oracid 1”, którzy wydają się uwielbiać projektowanie i udostępnianie samouczków na temat budowania czworonogów. Zacząłem od kopiowania tam projektu i powiększania go!

Konstrukcja oparta jest na pięciobelkowym mechanizmie łączącym dla każdej nogi 2 serwa zasilają każdą nogę, co daje łącznie 8 serwomechanizmów.

Zasady mówią, że poza sygnałem startu cały wyścig musi być przeprowadzony przez robota autonomicznie, więc musiałem wymyślić lekki system, aby utrzymać robota na torze, w tym przypadku użyłem magnetometru QMC5883L (kompas cyfrowy) więc może zachować wierność swojej orientacji, czujnik ultradźwiękowy HC-SR04 na wypadek, gdyby robot naprawdę się zepsuł i zaczął uderzać w ścianę pod kątem 90 stopni, a ja właśnie użyłem licznika kroków w kodzie, aby powiedzieć mu, ile kroków powinien zrobić na 10 metrów.

Jeśli jesteś zainteresowany budową tego robota, nie martw się, ta małpa ma wszystko przemyślane!

100% wsparcie darmowego ciała do druku 3D:

Wszystko poza elektroniką i śrubami do mocowania elektroniki można wydrukować w 3D, używane są tylko te same małe śruby z łbem krzyżowym, wystarczy mały śrubokręt krzyżakowy do montażu robota

Łatwa elektronika typu plug and play:

nie wymaga skomplikowanego lutowania

Rozsądny czas drukowania:

Może wygląda na dużego i imponującego, ale to tylko 15 godzinny wydruk (niektórzy długo:D)

Rozsądne wymagania dotyczące objętości kompilacji:

Można go drukować na stosunkowo małej drukarce wymagającej objętości roboczej tylko L:150mm x W:150mm x H:25mm

Całkowity koszt robota:

Sam robot kosztuje około 75 $, aby zbudować ładowarkę w zestawie

Kontroler drukowany w 3D (opcjonalnie) jest wymagany, jeśli chcesz mieć taką samą konfigurację jak ja.

OSTRZEŻENIE:

Zasilanie 5V 3A, którego użyłem nie jest najlepszym rozwiązaniem, ponieważ aby ten robot chodził wszystkie 8 serwomechanizmów musi działać jednocześnie, a więc pobierają dość dużo prądu nie martw się, że robot się nie zapalił ani nic ale spodziewaj się, że tranzystor mocy trochę się nagrzeje. Nie zalecałbym używania robota dłużej niż 2 minuty na raz, pozwalając mu ostygnąć między biegami, aby uniknąć niepożądanych uszkodzeń osłony serwomechanizmu.

Jeśli ktoś z was ma rozwiązanie tego problemu, będzie bardzo mile widziany!

Kieszonkowe dzieci

MATERIAŁY DO ROBOTA:

• 8x Tower Pro MG90S analogowe serwo 180 stopni (Aliexpress/Amazon)
• 1x Bezprzewodowa płyta sterująca serwo Sunfounder (Sunfounder Store/RobotShop)
• 1x Arduino NANO (Aliexpress/Amazonka)
• 1x moduł nadawczo-odbiorczy NRF24L01 (nie potrzebujesz tego, jeśli nie używasz kontrolera) (Aliexpress/Amazon)
• 1x Magnetometr (cyfrowy kompas) QMC5883L GY-273 (Aliexpress/Amazon)
• 1x czujnik ultradźwiękowy HC-SR04 (Aliexpress/Amazon)
• 2x 18650 akumulatory litowo-jonowe 3,7 V (Aliexpress/Amazon)
• 1x18650 podwójny uchwyt baterii z wyłącznikiem (Aliexpress/Amazon)
• 1x18650 ładowarka akumulatorów litowo-jonowych (Aliexpress/Amazon)
• 4x żeńskie-żeńskie kable połączeniowe dupont o długości 10 cm (Aliexpress/Amazon)
• 4x żeńskie-żeńskie kable połączeniowe dupont o długości 20 cm (Aliexpress/Amazon)
• 10x śruby 2mm x 8mm (tak samo jak śruby w paczce serw) (Aliexpress/Amazon)

KONTROLER:

Aby ręcznie sterować tym robotem, potrzebujesz drukowanego w 3D kontrolera Arduino (link tutaj)

Robot może być również całkowicie autonomiczny, więc kontroler nie jest obowiązkowy.

TWORZYWA:

Części mogą być drukowane z PLA, PETG lub ABS.

!! Należy pamiętać, że szpula 500g jest więcej niż wystarczająca do wydrukowania 1 robota!!

DRUKARKA 3D:

Minimalna wymagana platforma robocza: L150mm x W150mm x H25mm

Każda drukarka 3d zrobi. Osobiście wydrukowałem części na Creality Ender 3, która jest tanią drukarką 3D poniżej 200 $. Wydruki wyszły idealnie.

Krok 1: Drukowanie części w 3D

Więc teraz nadszedł czas na Druk…Yeay!

Skrupulatnie zaprojektowałem wszystkie części do druku 3D bez żadnych materiałów pomocniczych wymaganych podczas drukowania.

Wszystkie części są dostępne do pobrania na thingiverse (link tutaj)

Wszystkie części zostały testowo wydrukowane na Creality Ender 3

• Materiał: PETG
• Wysokość warstwy: 0,3 mm
• Wypełnienie: 15%
• Średnica dyszy: 0,4 mm

Lista części wygląda następująco:

• 1x PODSTAWOWA ELEKTRONIKA
• 1x PODSTAWA POWRÓT
• 1x PRZÓD PODSTAWY
• 8x STYK OKRĄGŁY L1
• 4x KOŁEK OKRĄGŁY L2
• 4x KOŁEK OKRĄGŁY L3
• 4x KOŁEK OKRĄGŁY L4
• 8x SERWO NA UDA
• 8x UDA
• 8x ŁYDKA ZEW.
• 8x ŁYDKA WNĘTRZE
• 8x STOPA
• 4x KWADRATOWY KLIP
• 44x KLIPS OKRĄGŁY

Pliki są dostępne jako pojedyncze części i części grupowe.

Aby szybko drukować, wystarczy jednorazowo wydrukować każdy plik GROUP.stl.

Krok 2: Składanie ciała GorillaBota

Wszystkie instrukcje montażu są przedstawione w powyższym filmie montażowym:

1. Umieść OKRĄGŁY PIN L1 w otworze przedniego lewego uchwytu serwa BASE FRONT
2. Przeprowadź kabel jednego z serw MG90S przez szczelinę w przednim lewym uchwycie serwomechanizmu BASE FRONT
3. Umieść serwo MG90S na miejscu
4. Zamocuj serwo MG90S na miejscu za pomocą 2 śrub (nie dokręcaj zbyt mocno, ponieważ może to uszkodzić PODSTAWĘ)
5. Powtórz ten sam proces dla przednich tylnych lewych, przednich prawych i tylnych prawych uchwytów serwa BASE FRONT
6. Powtórz ten sam proces dla uchwytów serwomechanizmu BASE BACK przedni lewy, tylny lewy, przedni prawy i tylny prawy
7. Przymocuj uchwyt baterii do BASE ELECTRONICS za pomocą 2 śrub po przekątnej lub 4 śrub
8. Przymocuj bezprzewodową płytkę sterującą serwomechanizmu do BASE ELECTRONICS za pomocą 2 śrub po przekątnej lub 4 śrub
9. Przypnij urządzenie nadawczo-odbiorcze Arduino nano i NRF24L01 do bezprzewodowej płyty sterującej serwomechanizmu
10. Wsuń PRZEDNI PODSTAWĘ do PODSTAWY ELEKTRONICZNEJ przez 2 kwadratowe otwory portu USB skierowane do tyłu
11. Zabezpieczyć za pomocą 2 KWADRATOWYCH KLIPS
12. Wsuń PODSTAWĘ Z POWROTEM do PODSTAWY ELEKTRONICZNEJ przez 2 kwadratowe otwory portu USB skierowane do tyłu
13. Zabezpieczyć za pomocą 2 KWADRATOWYCH KLIPS
14. Przymocuj magnetometr do PRZEDNIEJ PODSTAWY za pomocą 2 śrub
15. Przypnij czujnik ultradźwiękowy do PRZEDNIEJ PODSTAWY
16. Poprowadź kable serwomechanizmu w kierunku płyty sterowania bezprzewodowego serwomechanizmu, jak pokazano

Krok 3: Podłączanie elektroniki

Wszystkie połączenia są przedstawione na powyższym obrazku:

1. Podłącz 4 20-centymetrowe kable dupontowe do bezprzewodowych płyt sterujących serwomechanizmu Ultradźwiękowe szpilki
2. Podłącz drugi koniec 4 kabli do czujnika ultradźwiękowego (upewnij się, że są we właściwym kierunku)
3. Podłącz 4 kable dupontowe o długości 10 cm do bezprzewodowych płyt sterujących serwomechanizmu szpilki magnetometru
4. Podłącz drugi koniec 4 kabli do magnetometru (upewnij się, że są we właściwym kierunku)
5. Podłącz wszystkie serwa do ich dedykowanych pinów na bezprzewodowej płytce sterującej serwomechanizmu
6. Przykręć przewody VIN i GND akumulatora do bezprzewodowej płyty sterującej serwomechanizmu, aby zapewnić prawidłową polaryzację

Krok 4: Składanie nóg GorillaBota

Wszystkie etapy montażu są przedstawione na powyższym filmie montażowym:

1. Nasuń 1 STOPĘ na 1 OKRĄGŁY TRZPIEŃ L4
2. Nasuń grubszy koniec 1 CALF EXT na KOŁEK OKRĄGŁY L4 z wystającą stroną skierowaną od stopy
3. Nasuń 2 CALF INT na OKRĄGŁY PIN L4
4. Nasuń grubszy koniec 1 CALF EXT na KOŁEK OKRĄGŁY L4 wystającą stroną skierowaną w stronę stopy
5. Nasuń 1 STOPĘ na OKRĄGŁY PIN L4
6. Zabezpieczyć za pomocą 3 KLIPSÓW OKRĄGŁYCH
7. Przesuń 1 KOŁEK OKRĄGŁY L3 przez 1 zmontowany CALF EXT
8. Nasuń 1 SERWO UDA na KOŁNIERZ OKRĄGŁY L3 wystającą stroną skierowaną w stronę ZEWN.
9. Przesuń 1 UDA na OKRĄGŁY PIN L3
10. Wsuń OKRĄGŁY PIN L3 przez drugi zamontowany CALF EXT
11. Zabezpieczyć za pomocą 3 KLIPSÓW OKRĄGŁYCH
12. Nasuń 1 SERWO UDA na 1 SZPILEK OKRĄGŁY L2 wystającą stroną skierowaną w stronę głowy SZPILEKA OKRĄGŁEGO L2
13. Wsuń OKRĄGŁY KOŁEK L2 przez oba zmontowane WNĘTY ŁYDKI
14. Przesuń 1 UDA przez OKRĄGŁY PIN L2
15. Zabezpieczyć za pomocą 3 KLIPSÓW OKRĄGŁYCH
16. Powtórz wszystkie procesy dla pozostałych 3 nóg, pamiętając o tym, że gdy nogi są montowane do robota, główki kołków są skierowane na zewnątrz, a ZEWNĘTRZNE WEWNĘTRZNE ŁYDKI znajdują się z przodu WEWNĘTRZNE ŁYDKI, więc montaż będzie identyczny z przodu iz tyłu, ale symetrycznie od lewej do prawej.

Krok 5: Instalacja Arduino

GorillaBot używa programowania w C++, aby funkcjonować. W celu wgrywania programów do GorillaBot będziemy używać Arduino IDE wraz z kilkoma innymi bibliotekami, które należy zainstalować w Arduino IDE.

Zainstaluj Arduino IDE na swoim komputerze: Arduino IDE (link tutaj)

Aby zainstalować biblioteki w Arduino IDE, musisz wykonać następujące czynności ze wszystkimi bibliotekami w poniższych linkach

1. Kliknij poniższe linki (przeniesie Cię to na stronę bibliotek GitHub)
2. Kliknij zielony przycisk z napisem Kod
3. Kliknij pobierz ZIP (pobieranie powinno rozpocząć się w Twojej przeglądarce)
4. Otwórz pobrany folder biblioteki
5. Rozpakuj pobrany folder biblioteki
6. Skopiuj rozpakowany folder biblioteki
7. Wklej rozpakowany folder biblioteki do folderu biblioteki Arduino (C:\Documents\Arduino\libraries)

Biblioteki:

• Biblioteka Varspeedservo (link tutaj)
• Biblioteka QMC5883L (link tutaj)
• Biblioteka RF24 (link tutaj)

I mamy to, powinieneś być gotowy do pracy Aby upewnić się, że poprawnie skonfigurowałeś Arduino IDE, wykonaj następujące kroki

1. Pobierz żądany kod Arduino poniżej (kontroler GorillaBot i Autonomous.ino)
2. Otwórz w Arduino IDE
3. Wybierz narzędzia:
4. Wybierz tablicę:
5. Wybierz Arduino Nano
6. Wybierz narzędzia:
7. Wybierz procesor:
8. Wybierz ATmega328p lub ATmega328p (stary bootloader) w zależności od zakupionego Arduino nano
9. Kliknij przycisk Zweryfikuj (przycisk zaznaczenia) w lewym górnym rogu Arduino IDE

Jeśli wszystko pójdzie dobrze, na dole powinien pojawić się komunikat z napisem Gotowe kompilowanie.

Krok 6: Przesyłanie kodu

Teraz nadszedł czas, aby wgrać kod do mózgu GorillaBota Arduino Nano.

1. Podłącz Arduino Nano do komputera za pomocą kabla USB
2. Kliknij przycisk przesyłania (przycisk strzałki w prawo)

Jeśli wszystko pójdzie dobrze, na dole powinien pojawić się komunikat z napisem Gotowe przesyłanie.

Krok 7: Kalibracja serw

Aby prawidłowo zmontować nogi, musimy ustawić serwa w ich pozycji wyjściowej.

1. Włóż 2 baterie litowo-jonowe do uchwytu baterii
2. Włącz robota i poczekaj 5 sekund, aż serwa osiągną pozycję wyjściową
3. Wyłącz robota

Krok 8: Montaż nóg do ciała

Podłączanie nóg do serw jest całkiem proste, po prostu pamiętaj, że CALF EXT należy umieścić przed CALF INT podczas montażu główek szpilek skierowanych na zewnątrz.

1. Przesuń UDA ZEWNĘTRZNEJ ŁYDKI jednej z nóg przez OKRĄGŁY PIN L1 na przednim przednim lewym uchwycie serwa
2. Zabezpieczyć za pomocą 1 CIRCULAR CLIP
3. Przesuń UDA SERWO po stronie CALF EXT tej samej nogi nad głowicą serwomechanizmu na przednim przednim lewym uchwycie serwomechanizmu (Upewnij się, że UDA SERWO jest ustawione pod kątem 90 stopni do ciała)
4. Zamocuj THIGH SERVO w miejscu pod kątem 90 stopni do ciała za pomocą jednoramiennego serwomechanizmu i małej śruby serwomechanizmu
5. Powtórz ten sam proces dla przedniego tylnego lewego uchwytu serwa z pozostałym UDA i UDA SERWA tej nogi
6. Powtórz wszystkie poprzednie procesy dla pozostałych 3 nóg

Krok 9: Gotowy do wyścigu!

Więc to wszystko, powinieneś być gotowy do drogi!!!

Tryb ręczny:

• Włącz robota i kontroler i sprawdź, czy robot porusza się prawidłowo, używając kierunku góra dół lewo i prawo joysticka.
• Naciśnij przycisk w dół, a robot powinien wykonać mały taniec

Jeśli wszystko działa dobrze, serwa są dobrze skalibrowane i możesz teraz wypróbować tryb autonomiczny.

Tryb autonomiczny

Tryb Autonomous Sprint wykorzystuje magnetometr, aby utrzymać robota w stałym kierunku przez 2,5 metra. Możesz zaprogramować żądaną pozycję i żądany kąt korekcji za pomocą kontrolera

1. Włącz robota i kontroler
2. Poruszaj robotem we wszystkich kierunkach, aby skalibrować magnetometr przez 5 sekund
3. Ustaw robota na ziemi w żądanej pozycji, w której chcesz, aby się znalazł
4. Naciśnij przycisk w górę, aby zapamiętać ten nagłówek
5. Obróć robota o 30-45 stopni w lewo od wybranego kierunku
6. Naciśnij lewy przycisk, aby zapamiętać tę pozycję
7. Obróć robota o 30-45 stopni w prawo od wybranego kierunku
8. Naciśnij prawy przycisk, aby zapamiętać tę pozycję
9. Umieść robota z powrotem w żądanym kierunku
10. Naciśnij przycisk joysticka, aby uruchomić robota

Robot będzie biegł w stałym kierunku przez 2,5 metra, a następnie zatrzyma się i wykona taniec zwycięstwa.

Mój robot zdołał zrobić 2,5 metra w 7,5 sekundy.

Co daje mi teoretyczny czas 10 metrów w 30 sekund, co miejmy nadzieję wystarczy, aby dać mi dobry czas na wyścigu robotów w Tuluzie

Życzcie mi szczęścia, a tym z was, którzy zdecydują się zbudować tego robota, chciałbym usłyszeć wasze opinie i potencjalne ulepszenia, które według was można by wprowadzić!!!

Drugie miejsce w konkursie robotów