GorillaBot, el robot quadruped Sprint autònom imprès en 3D: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Cada any a Tolosa de Llenguadoc (França) hi ha la Toulouse Robot Race # TRR2021

La cursa consisteix en un esprint autònom de 10 metres per a robots bípedes i quadrúpedes.

El rècord actual que reuneixo per a quadrúpedes és de 42 segons per a un esprint de 10 metres.

Així doncs, amb això en ment, vaig haver de plantejar un pla de dissenyar un robot que pensés que podria superar-lo per convertir-me en el nou campió vigent !!!

Buscant una mica d’inspiració d’un membre de l’Instructables "jegatheesan.soundarapandian" i guanyador de la cursa de robots de Tolosa "Oracid 1" de l'any passat, que sembla que els encanta dissenyar i compartir tutorials sobre com construir quadrúpedes. Vaig començar a copiar bàsicament el disseny i fer-lo una mica més gran.

El disseny es basa en un mecanisme d’enllaç de cinc barres per a cada potència. 2 servos alimenten cada pota per a un total de 8 servos.

Les regles estableixen que, a part del senyal de sortida, tota la cursa ha de ser realitzada pel robot de manera autònoma, de manera que he hagut de presentar un sistema de pes lleuger per mantenir el robot en la pista. En aquest cas, he utilitzat un magnetòmetre QMC5883L (brúixola digital). podria mantenir-se fidel a la seva orientació, un sensor d’ultrasons HC-SR04 per si el robot realment es fa malbé i comença a colpejar la paret amb un angle de 90 graus i acabo d’utilitzar un comptador de passos al codi per dir-li quants passos hauria de fer durant 10 metres.

En cas que els vostres interessats en construir aquest robot no us preocupeu, aquest mico ho té tot pensat.

100% suport del cos imprimible 3D gratuït:

Tot, a part de l'electrònica i els cargols per connectar l'electrònica, es pot imprimir en 3D, els mateixos cargols de cap creuat petits són els únics que s'utilitzen, tot el que necessiteu és un petit tornavís de cap creuat per muntar el robot

Electrònica plug and play fàcil:

no es requereix soldadura complexa

Temps d'impressió raonable:

Pot semblar gran i imponent, però només té una impressió de 15 hores (d’acord molt de temps per a alguns: D)

Requisits de volum de construcció raonables:

Es pot imprimir en una impressora relativament petita que requereixi un volum de construcció de només L: 150mm x W: 150mm x H: 25mm

Cost total del robot:

El robot només costa al voltant de 75 $ per construir el carregador inclòs

Es requereix un controlador imprès en 3D (opcional) si voleu configurar el mateix que jo.

AVÍS:

La font d'alimentació de 5V 3A que he utilitzat no és la millor solució, ja que aquest robot pot caminar tots els 8 servos ha de funcionar simultàniament i, per tant, treuen força corrent. No us preocupeu. però espereu que el transistor de potència s’escalfi força. No recomanaria fer servir el robot durant més de 2 minuts a la vegada, deixant-lo refredar entre carreres per evitar danys no desitjats a l’escut Servo.

Si algú de vosaltres té una solució a aquest problema, la vostra aportació serà molt agraïda.

Subministraments

SUBMINISTRAMENTS PER AL ROBOT:

• Servo analògic 8x Tower Pro MG90S de 180 graus (Aliexpress / Amazon)
• 1 x placa de control de servo sense fils Sunfounder (Sunfounder Store / RobotShop)
• 1x Arduino NANO (Aliexpress / Amazon)
• 1 mòdul transceptor NRF24L01 (no ho necessiteu si no feu servir el controlador) (Aliexpress / Amazon)
• 1x magnetòmetre (brúixola digital) QMC5883L GY-273 (Aliexpress / Amazon)
• 1x sensor d'ultrasons HC-SR04 (Aliexpress / Amazon)
• 2x 18650 bateries de ions de Li de 3,7 V (Aliexpress / Amazon)
• 1x 18650 doble suport de bateria amb interruptor d'encesa (Aliexpress / Amazon)
• 1x 18650 carregador de bateria de ions de li (Aliexpress / Amazon)
• Cavis de pont jumper 4x a femella de 10 cm de llargada (Aliexpress / Amazon)
• Cables jumper de 4x a femelles a femelles de 20 cm de llargada (Aliexpress / Amazon)
• 10x cargols de 2 mm x 8 mm (igual que els cargols d’un paquet de servos) (Aliexpress / Amazon)

CONTROLADOR:

Per controlar aquest robot manualment, necessitareu el controlador Arduino imprès en 3D (enllaç aquí)

El robot també pot ser purament autònom, de manera que el controlador no és obligatori.

PLÀSTICS:

Les peces es poden imprimir en PLA o PETG o ABS.

!! Tingueu en compte que un carret de 500 g és més que suficient per imprimir 1 robot.

IMPRESSORA 3D:

Plataforma de construcció mínima necessària: L150mm x W150mm x H25mm

Qualsevol impressora 3D ho farà. Personalment, vaig imprimir les parts del Creality Ender 3, que és una impressora 3D de baix cost de menys de 200 $. Les impressions van resultar perfectament.

Pas 1: Impressió 3D de les peces

Així que ara toca imprimir … Sí!

Vaig dissenyar meticulosament totes les peces per imprimir-les en 3D sense necessitar materials de suport durant la impressió.

Totes les parts estan disponibles per descarregar a thingiverse (enllaç aquí)

S'han imprès totes les parts al Creality Ender 3

• Material: PETG
• Alçada de la capa: 0,3 mm
• Emplenament: 15%
• Diàmetre del broquet: 0,4 mm

La llista de parts és la següent:

• 1x ELECTRONNICA DE BASE
• 1x ESQUENA BASE
• 1x BASE FRONTAL
• 8x PIN CIRCULAR L1
• 4x PIN CIRCULAR L2
• 4x PIN CIRCULAR L3
• 4x PIN CIRCULAR L4
• 8x SERVO DE MUIXA
• 8x CUIXA
• 8x CALF EXT
• 8x CALF INT
• 8x PEU
• 4x CLIP QUADRAT
• CLIP CIRCULAR 44x

Els fitxers estan disponibles com a parts individuals i parts de grup.

Per a una impressió ràpida, simplement imprimiu tots els fitxers GROUP.stl una vegada.

Pas 2: Muntatge del cos de GorillaBot

Totes les instruccions de muntatge es mostren al vídeo de muntatge anterior:

1. Col·loqueu un PIN CIRCULAR L1 al forat del suport del servo frontal esquerre de la BASE FRONT
2. Introduïu el cable d’un dels servos MG90S a través de la ranura del suport del servo frontal esquerre de la BASE FRONT
3. Introduïu el servo MG90S al seu lloc
4. Assegureu el servo MG90S al seu lloc amb 2 cargols (no estrenyiu-lo, ja que podria danyar la BASE)
5. Repetiu el mateix procés per als servoserveis BASE FRONT posterior esquerre, frontal dret i posterior dret
6. Repetiu el mateix procés per als servoporters BASE BACK davant esquerra, esquerra esquerra, davantera dreta i posterior dreta
7. Fixeu el suport de la bateria a BASE ELECTRONICS amb 2 cargols en diagonal o 4 cargols
8. Assegureu la placa de control de servo sense fils a la BASE ELECTRONICS amb 2 cargols en diagonal o 4 cargols
9. Retireu el transceptor Arduino nano i NRF24L01 a la placa de control de servo sense fils
10. Feu lliscar la BASE FRONT cap a la BASE ELECTRONICS pel port USB de 2 forats quadrats cap enrere
11. Assegureu-lo al lloc amb 2 CLIPS QUADRATS
12. Feu lliscar la BASE BACK cap a la BASE ELECTRONICS pel port USB de 2 forats quadrats cap enrere
13. Assegureu-lo al lloc amb 2 CLIPS QUADRATS
14. Fixeu el magnetòmetre a la base davantera amb 2 cargols
15. Fixeu el sensor d'ultrasons a la BASE FRONT
16. Guieu els cables servo cap a la placa de control de servo sense fils tal com es mostra

Pas 3: connectar l'electrònica

Totes les connexions es mostren a la imatge superior:

1. Connecteu els 4 cables dupont de 20 cm a les plaques ultrasòniques de servo control sense fils
2. Connecteu l'altre extrem dels 4 cables al sensor d'ultrasons (assegureu-vos que siguin correctes)
3. Connecteu els 4 cables dupont de 10 cm a les plaques del magnetòmetre de les plaques de control sense fils
4. Connecteu l’altre extrem dels 4 cables al magnetòmetre (assegureu-vos que siguin correctes)
5. Connecteu tots els servos als seus pins dedicats a la placa de control de servo sense fils
6. Cargoleu els cables VIN i GND de la bateria a la placa de control de servo sense fils per assegurar la polaritat correcta

Pas 4: Muntatge de les potes de GorillaBot

Tots els passos de muntatge es mostren al vídeo de muntatge anterior:

1. Feu lliscar 1 PEUT sobre 1 PIN CIRCULAR L4
2. Feu lliscar l'extrem més gruixut de 1 CALF EXT sobre el PIN CIRCULAR L4 amb el costat que sobresurt cap a fora del peu
3. Feu lliscar 2 CALF INT sobre el PIN CIRCULAR L4
4. Feu lliscar l'extrem més gruixut d'1 CALF EXT sobre el PIN CIRCULAR L4 amb el costat que sobresurt cap al peu
5. Feu lliscar 1 PEU sobre el PIN CIRCULAR L4
6. Assegureu-lo al seu lloc amb 3 CLIPS CIRCULARS
7. Feu lliscar 1 PIN CIRCULAR L3 per 1 del CALF EXT muntat
8. Feu lliscar 1 SERVO DE MUIX sobre el PIN CIRCULAR L3 amb el costat que sobresurt cap a CALF EXT
9. Feu lliscar 1 MUJA sobre el PIN CIRCULAR L3
10. Feu lliscar el PIN CIRCULAR L3 per l'altre CALF EXT muntat
11. Assegureu-lo al lloc amb 3 CLIPS CIRCULARS
12. Feu lliscar 1 SERVO DE MUIX sobre 1 PIN CIRCULAR L2 amb el costat que sobresurt cap al cap del PIN CIRCULAR L2
13. Feu lliscar el PIN CIRCULAR L2 pels dos INTS CALF muntats
14. Feu lliscar 1 MUSSA pel PIN L2 CIRCULAR
15. Assegureu-lo al lloc amb 3 CLIPS CIRCULARS
16. Repetiu tots els processos per a les 3 potes restants, sense tenir en compte que, quan les potes estan muntades al robot, els caps dels pins passen cap a l'exterior i els CALF EXTS es troben davant dels CALF INTS, de manera que el muntatge serà idèntic de front a darrere, però simètric d'esquerra a dreta..

Pas 5: Instal·lació d'Arduino

GorillaBot utilitza la programació C ++ per funcionar. Per carregar programes a GorillaBot, farem servir Arduino IDE junt amb algunes biblioteques que cal instal·lar a Arduino IDE.

Instal·leu Arduino IDE al vostre ordinador: Arduino IDE (enllaç aquí)

Per instal·lar les biblioteques a Arduino IDE, heu de fer el següent amb totes les biblioteques dels enllaços següents

1. Feu clic als enllaços següents (això us portarà a la pàgina GitHub de les biblioteques)
2. Feu clic al botó verd que diu Codi
3. Feu clic a Baixa ZIP (la baixada hauria d'iniciar-se al navegador web)
4. Obriu la carpeta de la biblioteca descarregada
5. Descomprimiu la carpeta de la biblioteca descarregada
6. Copieu la carpeta de la biblioteca descomprimida
7. Enganxeu la carpeta de la biblioteca descomprimida a la carpeta de la biblioteca Arduino (C: / Documents / Arduino / libraries)

Biblioteques:

• Biblioteca Varspeedservo (enllaç aquí)
• Biblioteca QMC5883L (enllaç aquí)
• Biblioteca RF24 (enllaç aquí)

I aquí ho tenim, hauríeu d'estar tots a punt per assegurar-vos que heu configurat correctament Arduino IDE, seguiu els passos següents

1. Baixeu-vos el codi Arduino desitjat a continuació (GorillaBot Controller & Autonomous.ino)
2. Obriu-lo a Arduino IDE
3. Seleccioneu Eines:
4. Selecciona el tauler:
5. Seleccioneu Arduino Nano
6. Seleccioneu Eines:
7. Selecciona el processador:
8. Seleccioneu ATmega328p o ATmega328p (carregador d'arrencada antic) en funció del nano Arduino que hàgiu comprat
9. Feu clic al botó Verifica (botó Marca) a l'extrem superior esquerre d'Arduino IDE

Si tot va bé, hauríeu de rebre un missatge a la part inferior que digui Fet compilant.

Pas 6: penjar el codi

Ara toca penjar el codi al cervell de GorillaBot, l'Arduino Nano.

1. Connecteu l’Arduino Nano a l’ordinador mitjançant un cable USB
2. Feu clic al botó de càrrega (botó de fletxa dreta)

Si tot va bé, hauríeu de rebre un missatge a la part inferior que digui Càrrega finalitzada.

Pas 7: Calibratge dels servos

Per muntar les potes correctament, hem de posar els servos a la seva posició inicial.

1. Introduïu 2 bateries de ions de Li al suport de la bateria
2. Engegueu el robot i espereu 5 segons perquè els servos arribin a la seva posició inicial
3. Apagueu el robot

Pas 8: Muntatge de les cames al cos

La connexió de les potes als servos és bastant senzilla, recordeu que el CALF EXT s’ha de col·locar davant del CALF INT durant els caps de muntatge dels pins orientats cap a l’exterior.

1. Feu lliscar la cuixa del costat CALF EXT d’una de les potes sobre el PIN CIRCULAR L1 al suport del servo esquerre davanter frontal
2. Assegureu-lo al lloc amb 1 CLIP CIRCULAR
3. Feu lliscar el THOW SERVO del costat CALF EXT de la mateixa cama sobre el cap del servo al suport del servo davanter esquerre esquerre (Assegureu-vos que el THOW SERVO estigui en un angle de 90 graus amb el cos)
4. Assegureu el THIGH SERVO al seu lloc amb un angle de 90 graus respecte al cos amb un servocorn de braç únic i un servo cargol petit
5. Repetiu el mateix procés per al suport servo posterior esquerre amb la resta de la cuixa i la cuixa de la cama
6. Repetiu tots els processos anteriors per a les 3 potes restants

Pas 9: A punt per córrer !

Així doncs, heu d'estar tots a punt !!!

Mode manual:

• Engegueu el robot i el controlador i comproveu que el robot camini correctament utilitzant les direccions amunt cap avall esquerra i dreta del joystick.
• Premeu el botó cap avall i el robot hauria de ballar una mica

Si tot funciona bé, els servos estan ben calibrats i ara podeu provar el mode autònom.

Mode autònom

El mode Sprint autònom utilitza el magnetòmetre per mantenir el robot funcionant en una direcció constant durant 2,5 metres. Podeu programar la posició i l’angle de correcció desitjats mitjançant el controlador

1. Engegueu el robot i el controlador
2. Mou el robot en totes direccions per calibrar el magnetòmetre durant 5 segons
3. Col·loqueu el robot a terra a la posició desitjada en la qual voleu que entri
4. Premeu el botó amunt per memoritzar aquest títol
5. Gireu el robot 30-45 graus cap a l’esquerra de l’encapçalament desitjat
6. Premeu el botó esquerre per memoritzar aquesta posició
7. Gireu el robot de 30 a 45 graus a la dreta de l’encapçalament desitjat
8. Premeu el botó dret per memoritzar aquesta posició
9. Torneu a col·locar el robot a la capçalera desitjada
10. Premeu el botó del joystick per engegar el robot

El robot funcionarà en direcció constant durant 2,5 metres i després deixarà de seure i farà un ball de victòria.

El meu robot va aconseguir fer els 2,5 metres en 7,5 segons.

La qual cosa em dóna un temps teòric de 10 metres en 30 segons, que espero que sigui suficient per passar-m'ho bé a la Toulouse Robot Race

Desitgeu-me sort i per a aquells que decidiu construir aquest robot, m’encantaria conèixer els vostres comentaris i les possibles millores que creieu que es podrien fer !!!

Accèsit al concurs de robots