Pajęczynówka: 16 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

W pierwszej kolejności chcielibyśmy podziękować za poświęcony czas i uwagę. Mój partner Tio Marello i ja, Chase Leach, świetnie się bawiliśmy pracując nad projektem i pokonując związane z nim wyzwania. Obecnie jesteśmy uczniami Wilkes Barre Area School District S. T. E. M. Akademia Jestem Juniorem, a Tio jest studentem drugiego roku. Nasz projekt, Arachnoid, to czworonożny robot, który wykonaliśmy przy użyciu drukarki 3D, płytki chlebowej i płytki Arduino MEGA 2560 R3. Zamierzonym celem projektu było stworzenie chodzącego czworonożnego robota. Po wielu pracach i testach udało nam się stworzyć działającego czworonoga. Jesteśmy podekscytowani i wdzięczni za możliwość zaprezentowania Państwu naszego projektu, Pajęczynówki.

Krok 1: Materiały

Materiały, których użyliśmy do budowy czworonoga to: drukarka 3D, podkładka materiału podporowego, tacki do druku 3D, materiał do druku 3D, przecinaki do drutu, płytka stykowa, uchwyty baterii, komputer, baterie AA, taśma elektryczna, taśma samoprzylepna, MG90S Tower Pro Servo Motors, Crazy Glue, płytka Arduino MEGA 2560 R3, zworki, oprogramowanie Inventor 2018 i oprogramowanie Arduino IDE. Użyliśmy komputera do uruchomienia oprogramowania i drukarki 3D, której używaliśmy. Używaliśmy oprogramowania Inventor głównie do projektowania części, więc nie jest to konieczne dla nikogo, kto robi to w domu, ponieważ wszystkie utworzone przez nas pliki części są dostępne w tej instrukcji. Do programowania robota wykorzystano oprogramowanie Arduino IDE, które również nie jest potrzebne osobom wykonującym go w domu, ponieważ udostępniliśmy również program, którego używamy. Drukarka 3D, podkładka materiału podporowego, materiał do drukowania 3D i tace do drukowania 3D zostały wykorzystane do procesu wytwarzania części, z których został wykonany pajęczak. Do stworzenia zestawu baterii użyliśmy razem uchwytów na baterie, baterii AA, przewodów połączeniowych, taśmy elektrycznej i przecinaków do drutu. Baterie zostały umieszczone w uchwytach baterii, a przecinaki do drutu zostały użyte do przecięcia końców przewodów zarówno pakietu baterii, jak i przewodów połączeniowych, aby można je było zdjąć i skręcić razem, a następnie okleić taśmą izolacyjną. Płytka stykowa, przewody połączeniowe, akumulator i Ardiuno zostały użyte do stworzenia obwodu, który zasilał silniki i łączył je z pinami sterującymi Arduino. Do mocowania serwomotorów do części robota użyto kleju Crazy Glue. Do montażu pozostałych elementów robota wykorzystano wiertło i wkręty. Śruby powinny wyglądać tak, jak na załączonym zdjęciu, ale rozmiar można określić na podstawie oceny. Scotch Tape i Zip Ties były używane głównie do zarządzania drutami. Ostatecznie wydaliśmy łącznie 51,88 USD na materiały, których nie mieliśmy w pobliżu.

Materiały, które mieliśmy pod ręką

1. (Ilość: 1) Drukarka 3D
2. (Ilość: 1) Podkładka materiału nośnego
3. (Ilość: 5) Tace do drukowania 3D
4. (Ilość: 27,39 cala^3) Materiał do druku 3D
5. (Ilość: 1) Przecinaki do drutu
6. (Ilość: 1) Wiertło
7. (Ilość: 24) Śruby
8. (Ilość: 1) Deska do krojenia chleba
9. (Ilość: 4) Uchwyty na baterie
10. (Ilość: 1) Komputer
11. (Ilość: 8) baterii AA
12. (Ilość: 4) Opaski na suwak
13. (Ilość: 1) Taśma elektryczna
14. (Ilość: 1) Taśma klejąca

Materiały, które kupiliśmy

1. (Ilość: 8) Serwomotory MG90S Tower Pro (koszt całkowity: 23,99 USD)
2. (Kwota: 2) Crazy Glue (Całkowity koszt: 7,98 USD)
3. (Ilość: 1) Płytka Arduino MEGA 2560 R3 (koszt całkowity: 12,95 USD)
4. (Ilość: 38) Przewody połączeniowe (koszt całkowity: 6,96 USD)

Wymagane oprogramowanie

1. Wynalazca 2018
2. Zintegrowane środowisko programistyczne Arduino

Krok 2: Godziny spędzone na montażu

Poświęciliśmy kilka godzin na stworzenie naszego czworonożnego robota, ale najwięcej czasu poświęciliśmy na programowanie Pajęczynówki. Programowanie robota zajęło nam około 68 godzin, 57 godzin drukowania, 48 godzin projektowania, 40 godzin montażu i 20 godzin testowania.

Krok 3: Aplikacje STEM

Nauki ścisłe

Naukowy aspekt naszego projektu wchodzi w grę przy tworzeniu obwodu, który służył do zasilania serwomotorów. Zastosowaliśmy nasze rozumienie obwodów, a dokładniej właściwości obwodów równoległych. Ta właściwość polega na tym, że obwody równoległe dostarczają to samo napięcie do wszystkich komponentów w obwodzie.

Technologia

Wykorzystanie przez nas technologii było bardzo ważne podczas całego procesu projektowania, montażu i programowania Pajęczynówki. Wykorzystaliśmy oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo, Inventor, aby stworzyć cały czworonożny robot, w tym: ciało, pokrywę, uda i łydki. Wszystkie zaprojektowane części zostały wydrukowane z drukarki 3D. Korzystanie z Arduino I. D. E. oprogramowania, byliśmy w stanie użyć Arduino i serwonapędów, aby wykonać spacer pajęczynówki.

Inżynieria

Inżynierskim aspektem naszego projektu jest iteracyjny proces projektowania części wykonanych dla czworonożnego robota. Musieliśmy wymyślić sposoby na podłączenie silników i umieszczenie Arduino i płytki stykowej. Aspekt programistyczny projektu wymagał również od nas kreatywnego myślenia o możliwych rozwiązaniach napotkanych problemów. Ostatecznie zastosowana przez nas metoda okazała się skuteczna i pomogła nam sprawić, by robot poruszał się tak, jak tego potrzebowaliśmy.

Matematyka

Matematycznym aspektem naszego projektu jest wykorzystanie równań do obliczenia wartości napięcia i prądu potrzebnego do zasilania silnika, co wymagało zastosowania prawa Ohma. Wykorzystaliśmy również matematykę do obliczenia rozmiaru wszystkich poszczególnych części stworzonych dla robota.

Krok 4: Czworokątna pokrywa robota drugiej iteracji

Pokrywa dla pajęczynówki została zaprojektowana z czterema kołkami na dole, które zostały zwymiarowane i umieszczone w otworach wykonanych w korpusie. Te kołki, wraz z pomocą Crazy Glue, były w stanie przymocować pokrywę do korpusu robota. Ta część została stworzona, aby pomóc chronić Ardiuno i nadać robotowi bardziej wykończony wygląd. Zdecydowaliśmy się pójść naprzód z obecnym projektem, ale przeszedł on przez dwie iteracje projektu, zanim ten został wybrany.

Krok 5: Korpus robota z czworokątem drugiej iteracji

Ta część została stworzona, aby pomieścić cztery silniki używane do poruszania części udowych, Arduino i płytki stykowej. Komory po bokach korpusu zostały powiększone niż silniki, których obecnie używamy do projektu, który został wykonany z myślą o części dystansowej. Taka konstrukcja ostatecznie pozwoliła na odpowiednie rozproszenie ciepła i umożliwiła mocowanie silników za pomocą śrub bez powodowania ewentualnych uszkodzeń korpusu, których ponowne wydrukowanie zajęłoby znacznie więcej czasu. Otwory z przodu i brak ściany z tyłu korpusu zostały celowo wykonane, aby można było poprowadzić przewody do Arduino i płytki stykowej. Przestrzeń w środku korpusu została zaprojektowana na Arduino, płytkę stykową i baterie. W dolnej części znajdują się również cztery otwory zaprojektowane specjalnie dla przewodów serwonapędów, aby przebiegały przez i do wnętrza tył robota. Ta część jest jedną z najważniejszych, ponieważ służy jako podstawa, dla której zaprojektowano każdą inną część. Przeszliśmy przez dwie iteracje, zanim zdecydowaliśmy się na tę, która została wyświetlona.

Krok 6: Przekładka serwosilnika drugiej iteracji

Przekładka silnika serwo została zaprojektowana specjalnie dla przedziałów po bokach korpusu pajęczynówki. Te przekładki zostały zaprojektowane z myślą o tym, że jakiekolwiek wiercenie w boku nadwozia może być potencjalnie niebezpieczne i spowodować, że zmarnujemy materiał i czas na przedruk większej części. Dlatego zamiast tego wybraliśmy element dystansowy, który nie tylko rozwiązał ten problem, ale także pozwolił nam stworzyć większą przestrzeń dla silników, co pomaga zapobiegać przegrzaniu. Odstępnik przeszedł dwie iteracje. Pierwotny pomysł obejmował: dwie cienkie ścianki po obu stronach, które łączyły się z drugą przekładką. Ten pomysł został odrzucony, ponieważ pomyśleliśmy, że łatwiej będzie przewiercić każdą stronę osobno, więc jeśli jedna zostanie uszkodzona, druga nie będzie musiała zostać wyrzucona. Wydrukowaliśmy 8 takich kawałków, które wystarczyły do przyklejenia do górnej i dolnej części komory silnika na korpusie. Następnie użyliśmy wiertła, które było wyśrodkowane na dłuższym boku elementu, aby utworzyć otwór pilotażowy, który został następnie użyty do śruby po obu stronach silnika do montażu.

Krok 7: Część udowa robota czworonożnego w drugiej iteracji

Ta część to udo lub górna połowa nogi robota. Został zaprojektowany z otworem po wewnętrznej stronie części, który został wykonany specjalnie dla twornika dostarczonego z silnikiem, który został zmodyfikowany dla naszego robota. Dodaliśmy również szczelinę na spodzie części, która została wykonana dla silnika, która służyłaby do przesuwania dolnej połowy nogi. Ta część obsługuje większość głównych ruchów nóg. Obecna iteracja tej części, której używamy, jest drugą, ponieważ pierwsza miała bardziej masywny projekt, który uznaliśmy za niepotrzebny.

Krok 8: 5. iteracja czworonożnego stawu kolanowego robota

Przegub kolanowy był jedną z trudniejszych do zaprojektowania części. Wymagało to kilku obliczeń i testów, ale prezentowany projekt działa całkiem ładnie. Ta część została zaprojektowana tak, aby ominąć silnik, aby skutecznie przenieść ruch silnika na ruch łydki lub podudzia. Potrzeba było pięciu iteracji projektowania i przeprojektowania, ale specyficzny kształt, który został stworzony wokół otworów, zmaksymalizował możliwe stopnie ruchu, nie tracąc przy tym siły, której od niego wymagaliśmy. Przymocowaliśmy również silniki za pomocą większej liczby tworników, które pasują do otworów po bokach i idealnie pasują do silnika, dzięki czemu możemy użyć śrub, aby utrzymać go na miejscu. Otwór pilotujący na spodzie elementu pozwolił uniknąć wiercenia i ewentualnych uszkodzeń.

Krok 9: Czworonożna łydka robota z trzeciej iteracji

Druga połowa nogi robota została stworzona w taki sposób, że bez względu na to, jak robot postawi stopę, zawsze będzie zachowywał taką samą przyczepność. Dzieje się tak dzięki półokrągłej konstrukcji stopki oraz piankowej podkładce, którą wycięliśmy i przykleiliśmy do spodu. Ostatecznie dobrze służy swojemu celowi, jakim jest umożliwienie robotowi dotykania ziemi i chodzenia. Przeszliśmy przez trzy iteracje tego projektu, które obejmowały głównie zmiany w długości i konstrukcji stopy.

Krok 10: Pobieranie plików programu Parts Inventor

Te pliki pochodzą z programu Inventor. Są to specjalnie pliki części dla wszystkich gotowych części, które zaprojektowaliśmy dla tego projektu.

Krok 11: Montaż

Dostarczony przez nas film wyjaśnia, w jaki sposób zmontowaliśmy pajęczynówkę, ale jednym punktem, o którym nie wspomniano, jest to, że będziesz musiał usunąć plastikowy wspornik z obu stron silnika, odcinając go i szlifując w miejscu, w którym był. Pozostałe udostępnione zdjęcia pochodzą z montażu.

Krok 12: Programowanie

Język programowania arduiono jest oparty na języku programowania C. Wewnątrz edytora kodu Arduino daje nam dwie funkcje.

• void setup(): Cały kod wewnątrz tej funkcji uruchamia się raz na początku
• void loop(): Kod wewnątrz pętli funkcji bez końca.

Sprawdź poniżej, klikając pomarańczowy link, aby zobaczyć więcej informacji o kodzie!

To jest kod chodzenia

#włączać

classServoManager{

publiczny:

Serwo PrzódPrawy Udo;

Serwo PrzódPrawe Kolano;

Serwo PowrótPrawyUdo;

Serwo PowrótPrawe Kolano;

Serwo PrzódLewyUdo;

Serwo PrzódLewy Kolano;

Serwo TyłLewyUdo;

Serwo TyłLewy Kolano;

voidsetup(){

PrzódPrawyUdo.attach(2);

TyłPrawyUdo.attach(3);

PrzódLewyUdo.attach(4);

TyłLewyUdo.attach(5);

PrzódPrawy Kolano.attach(8);

TyłPrawe Kolano.attach(9);

PrzódLewyKolano.attach(10);

TyłLewyKolano.attach(11);

}

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

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

PrzódPrawyUdo.write(FRT);

TyłPrawyUdo.write(BRT);

PrzódLewyUdo.write(FLT);

TyłLewyUdo.write(BLT);

PrzódPrawy Kolano.write(FRK);

WsteczPraweKolano.write(BRK);

PrzódLewyKolano.write(FLK);

TyłLewyKolano.write(BLK);

}

};

Menedżer serwomechanizmów;

voidsetup(){

Ustawienia.menedżera();

}

voidloop(){

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

opóźnienie (1000);

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

opóźnienie(5000);

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

opóźnienie (1000);

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

opóźnienie (1000);

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

opóźnienie (1000);

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

opóźnienie (1000);

}

zobacz rawQuad.ino hostowany z ❤ przez GitHub

Krok 13: Testowanie

Filmy, które tutaj dodaliśmy, pokazują, jak testujemy pajęczynówkę. Punkty, w których widzisz, jak chodzi, są nieco krótkie, ale uważamy, że powinno to dać ci wyobrażenie o tym, jak odbywało się chodzenie czworonożnego robota. Pod koniec naszego projektu udało nam się zmusić go do chodzenia, ale dość powoli, więc nasz cel został osiągnięty. Poprzednie filmy pokazują, jak testujemy silniki, które przymocowaliśmy do górnej części nogi.

Krok 14: Podczas procesu projektowania i drukowania

Filmy, które tutaj dodaliśmy, to głównie kontrola postępów w procesie projektowania i drukowania wykonanych przez nas części.

Krok 15: Możliwe ulepszenia

Poświęciliśmy trochę czasu, aby pomyśleć o tym, jak posunęlibyśmy się do przodu z Pajęczakiem, gdybyśmy mieli z nim więcej czasu i wpadliśmy na kilka pomysłów. Szukalibyśmy lepszego sposobu na zasilanie Pajęczaka, w tym: znalezienie lepszego, lżejszego akumulatora, który można by naładować. Szukalibyśmy również lepszego sposobu na przymocowanie serwomotorów do górnej części nogi, którą zaprojektowaliśmy, przeprojektowując część, którą stworzyliśmy. Inną kwestią, którą rozważyliśmy, jest przymocowanie kamery do robota, aby mogła być używana do wchodzenia w obszary niedostępne dla ludzi. Wszystkie te rozważania przeszły nam przez głowę, gdy projektowaliśmy i montowaliśmy robota, ale nie byliśmy w stanie ich realizować z powodu ograniczeń czasowych.

Krok 16: Ostateczny projekt

W końcu jesteśmy całkiem zadowoleni z tego, jak wyszedł nasz ostateczny projekt i mamy nadzieję, że poczujesz to samo. Dziękuję ci za twój czas i uwagę.