Aracnoide: 16 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

En primer lloc, volem agrair-vos el vostre temps i consideració. La meva parella Tio Marello i jo, Chase Leach, ens vam divertir molt treballant en el projecte i superant els reptes que presentava. Actualment som estudiants del Districte Escolar de la Zona de Wilkes Barre S. T. E. M. Acadèmia Sóc júnior i Tio és estudiant de segon any. El nostre projecte, l’Arachnoid, és un robot quadrúped que vam fer amb una impressora 3D, Bread Board i una placa Arduino MEGA 2560 R3. L'objectiu previst per al projecte era crear un robot quadrúpede caminant. Després de molta feina i proves, hem creat amb èxit un robot quadrúpede que funciona. Estem encantats i agraïts per aquesta oportunitat de presentar-vos el nostre projecte, l’Arachnoid.

Pas 1: materials

Entre els materials que hem utilitzat per al robot quadrúpede s’inclouen: la impressora 3D, la rentadora de material de suport, les safates d’impressió 3D, el material d’impressió 3D, els talladors de filferro, una placa de tall, els suports de bateries, un ordinador, bateries AA, cinta elèctrica, cinta adhesiva, MG90S Tower Pro Servo Motors, Crazy Glue, placa Arduino MEGA 2560 R3, cables jumper, el programari Inventor 2018 i el programari Arduino IDE. Hem utilitzat l’ordinador per executar el programari i la impressora 3D que hem utilitzat. Hem utilitzat el programari Inventor principalment per dissenyar les peces, de manera que no és necessari per a ningú que ho faci a casa, ja que tots els fitxers de peces que hem creat es proporcionen en aquesta instrucció. El programari Arduino IDE es va utilitzar per programar el robot, cosa que també no és necessària per a les persones que el fan a casa perquè també hem proporcionat el programa que estem utilitzant. La impressora 3D, la rentadora de material de suport, el material d’impressió 3D i les safates d’impressió 3D s’utilitzaven per al procés de fabricació de les peces de què estava format l’Arachnoid. Vam fer servir els suports de bateries, piles AA, cables de pont, cinta elèctrica i talladors de fil per crear el paquet de bateries. Les bateries es van col·locar als porta-bateries i els talladors de filferros s’utilitzaven per tallar l’extrem dels cables tant del paquet de bateries com dels cables del pont, de manera que es poguessin despullar i torçar junts, i després gravar-los amb cinta elèctrica. La placa, els cables del pont, la bateria i Ardiuno es van utilitzar per crear un circuit que subministrava energia als motors i els connectava als pins de control de l'Arduino. El Crazy Glue es va utilitzar per connectar els servomotors a les parts del robot. La broca i els cargols es van utilitzar per muntar altres elements del robot. Els cargols haurien de ser semblants al de la imatge, però la mida es pot basar en el criteri. Els Scotch Tape i Zip Ties es van utilitzar principalment per a la gestió de cables. Al final, vam gastar un total de 51,88 dòlars en els materials que no teníem al voltant.

Subministraments que teníem a mà

1. (Quantitat: 1) Impressora 3D
2. (Quantitat: 1) Rentadora de material de suport
3. (Quantitat: 5) Safates d’impressió 3D
4. (Quantitat: 27,39 in ^ 3) Material d'impressió 3D
5. (Quantitat: 1) Talladors de filferro
6. (Quantitat: 1) Trepant
7. (Quantitat: 24) Cargols
8. (Quantitat: 1) Tauler de pa
9. (Quantitat: 4) Suports de bateria
10. (Import: 1) Ordinador
11. (Quantitat: 8) bateries AA
12. (Quantitat: 4) Corbates amb cremallera
13. (Quantitat: 1) Cinta elèctrica
14. (Quantitat: 1) Scotch Tape

Subministraments que hem comprat

1. (Quantitat: 8) Servomotors MG90S Tower Pro (cost total: 23,99 dòlars)
2. (Quantitat: 2) Crazy Glue (Cost total: 7,98 dòlars)
3. (Quantitat: 1) Arduino MEGA 2560 R3 Board (Cost total: 12,95 $)
4. (Quantitat: 38) Cables de pont (cost total: 6,96 dòlars)

Es requereix programari

1. Inventor 2018
2. Entorn de desenvolupament integrat Arduino

Pas 2: hores dedicades al muntatge

Vam dedicar força hores a la creació del nostre robot quadrúpede, però el tros de temps més important que vam utilitzar es va dedicar a programar l’Arachnoid. Vam trigar aproximadament 68 hores a programar el robot, 57 hores d’impressió, 48 hores de disseny, 40 hores de muntatge i 20 hores de proves.

Pas 3: Aplicacions STEM

Ciència

L’aspecte científic del nostre projecte entra en joc mentre es crea el circuit que s’utilitzava per alimentar els servomotors. Vam aplicar la nostra comprensió dels circuits, més concretament la propietat dels circuits paral·lels. Aquesta propietat és que els circuits paral·lels subministren la mateixa tensió a tots els components del circuit.

Tecnologia

El nostre ús de la tecnologia va ser molt important durant tot el procés de disseny, muntatge i programació de l’Arachnoid. Hem utilitzat el programari de disseny assistit per ordinador, Inventor, per crear tot el robot quadrúpede que inclou: el cos, la tapa, les cuixes i els vedells. Totes les parts dissenyades es van imprimir amb una impressora 3D. Utilització de l’Arduino I. D. E. programari, vam poder utilitzar els motors Arduino i servomotors per fer el passeig Arachnoid.

Enginyeria

L’aspecte d’enginyeria del nostre projecte és el procés iteratiu utilitzat per dissenyar les peces fabricades per al robot quadrúped. Vam haver de fer una pluja d’idees per connectar els motors i allotjar l’Arduino i la placa de configuració. L’aspecte de la programació del projecte també ens obligava a pensar de manera creativa sobre les possibles solucions als problemes amb què ens vam trobar. Al final, el mètode que vam utilitzar va ser eficaç i ens va ajudar a aconseguir que el robot es mogués de la manera que ho necessitàvem.

Matemàtiques

L’aspecte matemàtic del nostre projecte és l’ús d’equacions per calcular la quantitat de tensió i corrent que necessitàvem per alimentar el motor i que requeria l’aplicació de la llei d’Ohm. També hem utilitzat les matemàtiques per calcular la mida de totes les parts individuals creades per al robot.

Pas 4: 2a tapa de robot quadrúpeda iteració

La tapa de l'Arachnoid es va dissenyar amb quatre clavilles a la part inferior que es van dimensionar i es van col·locar a l'interior de forats fets al cos. Aquestes clavilles, juntament amb l'assistència de Crazy Glue, van poder fixar la tapa al cos del robot. Aquesta part es va crear per ajudar a protegir l'Ardiuno i donar al robot un aspecte més acabat. Vam decidir seguir endavant amb el disseny actual, però abans de triar-lo havia passat per dues iteracions de disseny.

Pas 5: cos del robot quadrúped de 2a iteració

Aquesta part va ser creada per allotjar els quatre motors utilitzats per moure les parts de la cuixa, l'Arduino i la placa. Els compartiments dels laterals del cos es van fer més grans que els motors que estem utilitzant actualment per al projecte, que es va fer tenint en compte la part espaiadora. Aquest disseny va permetre, en última instància, una dispersió adequada de la calor i va permetre connectar els motors mitjançant cargols sense causar possibles danys al cos que trigarien molt més a imprimir-se. Els forats a la part davantera i la manca d'una paret a la part posterior del cos es van fer a propòsit perquè els cables poguessin passar a l'Arduino i al taulell. L'espai al centre del cos va ser dissenyat per a l'Arduino, la placa de pa i les bateries que s'hi poden allotjar. També hi ha quatre forats dissenyats a la part inferior de la peça específicament perquè els cables dels servomotors entrin i entrin al part posterior del robot. Aquesta part és una de les més importants, ja que serveix de base per a la qual es van dissenyar totes les altres parts. Vam fer dues iteracions abans de decidir-nos per la que es mostrava.

Pas 6: 2a separació del servomotor

El separador del servomotor va ser dissenyat específicament per als compartiments dels laterals del cos de l'Arachnoid. Aquests espaiadors van ser dissenyats tenint en compte que qualsevol perforació al costat del cos podria ser potencialment perillosa i fer perdre material i temps en reimprimir la part més gran. Per això, hem anat amb l'espai que no només va solucionar aquest problema, sinó que també ens va permetre crear un espai més gran per als motors que ajudés a evitar el sobreescalfament. L'espaciador va passar per dues iteracions. La idea original incloïa: dues parets primes a banda i banda que es connectaven a un segon separador. Aquesta idea es va desestimar perquè, tot i que seria més fàcil perforar cada costat per separat, de manera que si un es danyés, l’altre tampoc no hauria de ser llençat. Vam imprimir vuit d'aquestes peces, que eren suficients per enganxar a la part superior i inferior del compartiment del motor del cos. A continuació, vam utilitzar un trepant centrat al costat llarg de la peça per crear un forat pilot que després es va utilitzar per a un cargol a banda i banda del motor per muntar-lo.

Pas 7: 2a porció de cuixa de cuixa de robot quadrúped de iteració

Aquesta part és la cuixa o la meitat superior de la cama del robot. Va ser dissenyat amb un forat a l'interior de la peça que es va fer específicament per a l'armadura que venia amb el motor, que es va modificar per al nostre robot. També vam afegir una ranura a la part inferior de la peça que es va fer per al motor, que s’utilitzarà per moure la meitat inferior de la cama. Aquesta part gestiona la majoria dels principals moviments de la cama. La iteració actual d’aquesta part que estem utilitzant és la segona, ja que la primera tenia un disseny més gros que vam decidir que no era necessari.

Pas 8: 5a iteració de l'articulació genollera del robot quadrúpede

L’articulació del genoll era una de les parts més complicades de dissenyar. Es van necessitar diversos càlculs i proves, però el disseny actual que es mostra funciona molt bé. Aquesta part va ser dissenyada per donar la volta al motor amb la finalitat de transferir eficientment el moviment del motor al moviment del vedell o la part inferior de la cama. Es van necessitar cinc iteracions de disseny i redisseny per crear, però la forma específica que es va crear al voltant dels forats va maximitzar els possibles graus de moviment sense deixar de perdre la força que li exigíem. També vam connectar els motors mitjançant més armadures que s’adapten als forats dels laterals i s’adapten perfectament al motor, cosa que ens permet utilitzar cargols per mantenir-lo al seu lloc. El forat pilot situat a la part inferior de la peça va permetre evitar perforacions i possibles danys.

Pas 9: Vedella de la cama del robot quadruped de la 3a iteració

La segona meitat de la pota del robot es va crear de manera que, independentment de com el robot posi el peu, sempre mantindria la mateixa quantitat de tracció. Això és gràcies al disseny semicircular del peu i al coixinet d’escuma que vam tallar i enganxar al fons. En última instància, serveix bé per al propòsit que permet al robot tocar el terra i caminar. Vam passar tres iteracions amb aquest disseny que va implicar principalment canvis en la longitud i el disseny del peu.

Pas 10: descàrregues dels fitxers Inventor de peces

Aquests fitxers són d’Inventor. Són específicament fitxers de peces de totes les parts acabades que hem dissenyat per a aquest projecte.

Pas 11: Muntatge

El vídeo que hem proporcionat explica com vam muntar l'Arachnoid, però un dels punts que no s'esmentava és que haureu de treure el suport de plàstic dels dos costats del motor tallant-lo i polint allà on era.. La resta de fotos proporcionades són extretes durant l'assemblea.

Pas 12: programació

El llenguatge de programació arduiono es basa en el llenguatge de programació C. Dins de l'editor de codi Arduino, ens proporciona dues funcions.

• void setup (): Tot el codi dins d'aquesta funció s'executa una vegada al principi
• void loop (): el codi dins de la funció fa bucles sense final.

Feu clic a l'enllaç taronja per veure més informació sobre el codi.

Aquest és el codi per caminar

#incloure

classServoManager {

públic:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo FrontLeftThigh;

Servo FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

Servo BackLeftKnee;

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);

}

};

Gestor ServoManager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

retard (1000);

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

retard (5000);

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

retard (1000);

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

retard (1000);

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

retard (1000);

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

retard (1000);

}

veure rawQuad.ino allotjat amb ❤ per GitHub

Pas 13: proves

Els vídeos que hem afegit aquí són els que provem l’Arachnoid. Els punts en què es veu caminant són una mica curts, però creiem que us hauria de donar una idea de com es va fer la marxa del robot quadrúpede. Cap al final del nostre projecte, vam aconseguir que marxés però lentament, de manera que es va aconseguir el nostre objectiu. Els vídeos anteriors provaven els motors que hem connectat a la part superior de la cama.

Pas 14: durant el procés de disseny i impressió

Els vídeos que hem afegit aquí són principalment controls de progrés durant tot el procés de disseny i impressió de les peces que hem fet.

Pas 15: possibles millores

Vam trigar a pensar en com avançaríem amb l’Arachnoid si tinguéssim més temps amb ell i se’ns acudissin algunes idees. Buscaríem una manera millor d’alimentar l’Arachnoid, incloent: trobar un paquet de bateria millor i més lleuger que es pugui recarregar. També buscaríem una millor manera d’enganxar els servomotors a la meitat superior de la pota que vam dissenyar redissenyant la peça que vam crear. Una altra consideració que hem fet és la d’adherir una càmera al robot perquè pugui ser utilitzada per entrar a zones que la gent no pugui arribar a altres llocs. Totes aquestes consideracions ens havien passat pel cap mentre estàvem dissenyant i muntant el robot, però no vam poder perseguir-les a causa de les limitacions de temps.

Pas 16: Disseny final

Al final, estem molt contents de la manera com va resultar el nostre disseny final i esperem que se senti de la mateixa manera. Gràcies pel teu temps i consideració.