BUGS el robot educatiu: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Durant l’últim any he dedicat pràcticament tot el meu temps lliure a dissenyar i aprendre sobre robòtica imprimible en 3D de codi obert, de manera que quan vaig veure que Instructables havia organitzat un concurs de robòtica no hi havia manera de no participar-hi.

Volia que el disseny d’aquest robot fos el més educatiu possible. De manera que els professors que es formen a tot el món amb poques habilitats de disseny i programació i que tenen accés a una impressora 3D poden construir i utilitzar els robots amb moltes funcions diferents a l'aula.

Anteriorment havia dissenyat i publicat BORIS the Biped (enllaç aquí) un robot que també havia dissenyat amb finalitats educatives i he decidit utilitzar la mateixa electrònica a BORIS que a BUGS per tal que qualsevol de vosaltres que decideixi construir BUGS a un petit cost addicional també pot generar BORIS

Ja fa temps que tinc aquest projecte al cap i finalment és hora de compartir-lo.

He trigat unes 3 setmanes a dissenyar, prototipar i documentar per fer aquest projecte.

Espero que us agradi i us sigui útil aquest instructiu

Quant costa BUGS:

En general, BUGS us costarà uns 90 $ per fabricar bateries i carregador inclosos

Quines són les funcions de BUGS:

• Primer de tot, volia que BUGS destacés, de manera que, a diferència de molts altres robots educatius de rodes, BUGS camina amb 8 potes mitjançant el lligam Klann, això té l'avantatge de reduir els servos necessaris a un servo per costat i, per tant, redueix el cost.
• BUGS està equipat amb una urpa articulada de la mida perfecta per agafar una pilota de golf o de tennis de taula.
• Per fer que les capacitats educatives de BUGS estiguessin al límit, vaig decidir afegir-hi una gran quantitat de sensors addicionals per tal que pugui completar realment qualsevol tasca de robòtica que li demaneu:

- Seguiment de línia

- Capçalera brúixola digital

- Evitació d'obstacles

- Zumbador

- Control manual amb controlador Arduino imprès en 3D (enllaç aquí)

Què cal fer BUGS preprogramat:

BUGS es programa mitjançant Arduino, hi ha 3 codis arduino preprogramats que es poden carregar al cervell:

- Mode de seguiment de línia autònom en què BUGS pot agafar una pilota seguint una línia i deixant anar una pilota al final de la línia

- Brúixola digital autonòmica i mode d’evitació d’obstacles, on BUGS pot adherir-se a un capçal fix i esquivar els obstacles que es col·loquen davant d’ell mantenint el mateix cap

- Mode manual on BUGS es pot controlar manualment i realitzar els 2 modes autònoms anteriors amb només prémer un botó

Subministraments

Per a aquesta instrucció necessitareu:

EINES:

Tornavís petit

SUBMINISTRAMENTS PER AL ROBOT:

Servo analògic autèntic Tower Pro MG90S 3x de 180 graus (enllaç aquí)

Podeu sortir barats des de la Xina en moltes coses, però els servos no n’hi ha cap. Després de provar diferents tipus de servos towerpro falsificats, especialment econòmics, vaig descobrir que els falsos barats són tan poc fiables i sovint es trenquen un dia després d’utilitzar-los, així que vaig decidir que els servos towerpro genuïns serien els millors.

1 x placa de control de servo sense fils Sunfounder (enllaç aquí)

No podeu trobar una placa de prototipatge millor que aquesta per al control de servo sense fils. Aquesta placa té un convertidor de potència de 5V 3A i 12 pins i pins d'entrada servo per a un mòdul sense fils nrf24L01 transceptor i Arduino NANO, tot en un paquet pur i condensat, així que ja no us preocupeu pels cables desordenats de tot el lloc.

• 1x Arduino NANO (enllaç aquí)
• 1 mòdul transceptor NRF24L01 (enllaç aquí) (no ho necessiteu si no feu servir el controlador)
• 1x Magnòmetre (brúixola digital) QMC5883L GY-273 (enllaç aquí)
• 1x sensor d'ultrasons HC-SR04 (enllaç aquí)
• Mòdul del sensor d’evitació d’obstacles per infrarrojos IR 2x (enllaç aquí)
• 1x Buzzer passiu (enllaç aquí)
• 2 bateries de ions Li 18650 de 3,7 V (enllaç aquí)
• 1x 18650 Suport de bateria (enllaç aquí) (aquestes bateries us proporcionen uns 30 minuts de durada, mentre que les millors us proporcionaran aproximadament 2 hores de durada)
• 1x carregador de bateria de ions LI (enllaç aquí)
• 1x cables jumper de 120 unitats de 10 cm de llarg (enllaç aquí)
• 1x cargols de 2 mm x 8 mm paquet de 100 (enllaç aquí)

Tots els productes electrònics també es poden trobar a Amazon si no es pot permetre el luxe d’esperar al lliurament, però seran una mica més cars.

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 H100mm

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 de BUGS per imprimir-les en 3D sense necessitar materials de suport ni basses durant la impressió.

Totes les parts estan disponibles per descarregar a Pinshape (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 peces per a BUGS és la següent:

• 1x COS PRINCIPAL
• 1x COS SUPERIOR
• 2x COS LATERAL
• 1x ARM
• 1x AVANTBRAÇ
• 1x MÀ
• 2x PINS DEL BRAÇ
• 1x PIN MANUAL
• 2x COGS
• 4x COG ENLLAÇ
• 4x ENLLAÇ DE PIN QUADRAT
• 4x UNIÓ D'ENLLAÇ
• 8x ENLLAÇ EXTERIOR
• 8x POT D'ENLLAÇ
• 8x ENLLAÇ AMB PETIT
• 8x ENLLAÇ FONS PETIT
• 8x CIRCULR PIN L1
• 4x PIN CIRCULAR L2
• 16x PIN CIRCULAR L3
• 8x PIN CIRCULAR L4
• 4x PIN CIRCULAR L5
• 4x GRAN CLIP CIRCULAR
• 36 CLIPS CIRCULARS
• 12x CLIPS RECTANGULARS

Cada part es pot imprimir en grup o individualment.

Per a la impressió en grup, seguiu els passos següents:

• Comenceu imprimint el GROUP ARM FOREARM.stl, aquestes parts són les més difícils d’imprimir i poden requerir una vora per evitar deformacions.
• Continueu imprimint la resta de peces. Per imprimir totes les parts, només cal que imprimiu tots els fitxers GROUP.stl i que tingueu el conjunt complet de peces. Assegureu-vos d'imprimir el fitxer GROUP LEG LINKAGES AND PINS.stl 4 vegades.

I aquí la tenim aproximadament un dia i mig d’impressió més tard, hauríeu de tenir totes les peces de plàstic de BUGS.

Pas 1 completat !!!

Pas 2: Instal·lació d'Arduino

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

Instal·leu Arduino IDE a l'ordinador

ID Arduino (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 a Clona o Baixa
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. Descarregueu el codi Arduino desitjat a continuació (Robot Controller & Autonomous.ino o Robot Autonomous Compass.ino o Robot Autonomous Line follower.ino) (per alguna raó no he pogut carregar el codi a Instructables, si us plau, escriviu-me a seb.coddington @ gmail.com per obtenir codi fins que resolgui el problema)
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 (carregador d'arrencada antic)
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.

I això és que ja heu completat el Pas 2 !!!

Pas 3: Programar BUGS

Ara toca penjar el codi al cervell de BUGS, 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.

I ja està per al pas 3.

Pas 4: Muntatge de les cames de BUGS

Tots els passos següents es representen al vídeo Assembley anterior.

Muntatge de les rodes dentades del cos esquerre

Peces electròniques necessàries:

1 servo servo de rotació contínua Fitech FS90R

Peces de plàstic necessàries:

• 1x cos lateral
• 1x engranatge
• 2x engranatge dentat
• Enllaç de 2x passadors quadrats
• 2x Drive Linkage
• 2x clips quadrats
• 4x Pas circular L4

Es necessiten cargols i servocornes:

• 2x cargols autonòmics llargs
• 1x cargols curts per Servo Horn
• 1x Servo Horn de doble braç

Instruccions de muntatge:

1. Introduïu el Servo FS90R al cos lateral
2. Assegureu-lo al lloc amb 2 cargols llargs autocontres
3. Introduïu la banya del servo a la roda dentada
4. Inseriu la roda dentada al Servo
5. Assegureu-lo al seu lloc amb 1 cargol curt de servocorn
6. Feu lliscar els passadors circulars L4 cap a les unitats d'engranatges i i de connexions
7. Feu lliscar els passadors quadrats d’enllaç a les rodes dentades d’enllaç (assegureu-vos de lliscar-los de la manera correcta)
8. Feu lliscar les rodes dentades Linkage al cos lateral i assegureu-vos de col·locar les rodes dentades en imatges mirall les unes de les altres, tal com es mostra al vídeo de muntatge anterior
9. Feu lliscar la unitat d’enllaç sobre el costat oposat del passador d’enllaç quadrat i assegureu-vos que els passadors circulars L4 estan en direccions oposades.
10. Assegureu el passador de connexió quadrat al seu lloc amb 2 clips quadrats

Muntatge dels engranatges del cos del costat dret

Seguiu el mateix que amb els engranatges del cos del costat esquerre

Muntatge de les cames

Peces de plàstic necessàries:

• Enllaç exterior 2x
• 2x Linkage Top petit
• 2x Enllaç inferior inferior
• 2x pota d'enllaç
• 2x Pin circular L1
• 1x Pin circular L2
• 4x Pas circular L3
• 1x passador circular L5
• 1x clip gran
• 9x Clip circular

Instruccions de muntatge:

1. Feu lliscar el passador circular L5 cap al cos lateral
2. Assegureu el passador circular L5 al seu lloc amb Big Clip
3. Feu lliscar una de les petites peces superiors de Linkage sobre el passador circular L2
4. Feu lliscar el passador circular L2 pel cos lateral
5. Feu lliscar l’altra peça petita superior Linkage sobre el passador circular L2
6. Assegureu-vos amb el clip circular
7. Feu lliscar les dues peces del passador circular L1 per les dues peces petites del vincle inferior
8. Feu lliscar les dues peces petites de la barra inferior sobre el passador circular L5
9. Feu lliscar les dues peces externes d'enllaç sobre el passador circular L4 i el passador circular L1 tal com es mostra al vídeo de muntatge anterior
10. Assegureu les dues peces externes d'enllaç amb 2 clips circulars cadascuna
11. Feu lliscar 2 passadors circulars L3 a través de les dues petites peces superiors de Linkage
12. Feu lliscar els dos enllaços de pota per l'altre costat del passador circular L3
13. Assegureu els dos enllaços de pota al seu lloc amb 2 clips circulars
14. Feu lliscar els darrers 2 passadors circulars L3 pels enllaços de 2 potes
15. Feu lliscar l’altre extrem del passador circular L3 per l’enllaç exterior
16. Assegureu-vos amb 2 clips circulars

Seguiu el mateix procés amb les tres cantonades restants del robot.

Pas 5: Muntatge de l’arpa de BUGS

Tots els passos següents es representen al vídeo Assembley anterior.

Peces electròniques necessàries:

Servo 3P genuí Towerpro MG90S

Peces de plàstic necessàries:

• 1x cos superior
• 1x braç
• 1x avantbraç
• 1x mà
• 2x passadors del braç
• 1x passador de mà

Cargols necessaris:

2x cargols autonòmics llargs

Instruccions de muntatge:

1. Introduïu un dels passadors del braç al forat superior del cos
2. Inseriu un dels servos al cos superior
3. Assegureu el servo amb 2 cargols llargs autocontres
4. Introduïu l'altre passador del braç al forat inferior de l'avantbraç
5. Introduïu el passador manual al forat superior (lateral de la mà) de l'avantbraç
6. Inseriu els 2 servos restants a l'avantbraç
7. Introduïu el braç sobre el servo i el passador del cos superior (costat més ample) assegureu-vos de fer-ho de la manera correcta
8. Introduïu el braç sobre el servo i el passador de l'avantbraç (costat més prim) assegureu-vos de fer-lo de la manera correcta
9. Introduïu la mà sobre l’altre Servo i Pin de l’avantbraç

Pas 6: Muntatge de l'electrònica de BUGS

Tots els passos següents es representen al vídeo Assembley anterior.

Peces electròniques necessàries:

• 1x Arduino NANO
• 1 transceptor NRF24L01 (opcional)
• 1x escut servo
• 1x Buzzer
• 1x sensor d'ultrasons
• 1x Magnòmetre (brúixola digital)
• 2x sensors IR
• 1x Suport de bateria
• 2x 18650 bateries

Peces de plàstic necessàries:

1x cos principal

Cargols necessaris:

Cargols autorroscants de 9x llargs

Instruccions de muntatge:

1. Retireu el transceptor Arduino NANO i NRF24L01 al servoescut
2. Enrosqueu els cables del suport de la bateria al servoscut (comproveu la polaritat)
3. Cargoleu el suport de la bateria al cos principal amb 2 cargols en diagonal
4. Cargoleu el brunzidor al cos principal amb 1 cargol
5. Cargoleu el blindatge del servo al cos principal amb 2 cargols en diagonal
6. Cargoleu el magnòmetre (brúixola digital) al cos principal amb 2 cargols
7. Retireu el sensor d'ultrasons al lloc principal del cos principal
8. Enrosqueu els dos sensors IR al cos principal amb 1 cargol cadascun
9. Introduïu les bateries al suport de les bateries

Pas 7: Muntatge de les cames i les urpes de BUGS al cos

Tots els passos següents es representen al vídeo Assembley anterior.

Peces de plàstic necessàries:

• 2x Cames muntades
• 1x Arpa muntada
• 1x cos principal muntat
• Clips quadrats de 8x

Instruccions de muntatge:

1. Feu lliscar el costat de la garra muntada als forats quadrats superiors d'una de les potes muntades
2. Feu lliscar el costat del cos principal muntat als forats quadrats inferiors de la mateixa cama muntada
3. Assegureu-lo al seu lloc amb 4 clips quadrats
4. Feu lliscar la resta de la cama muntada per l'altre costat de la urpa i del cos muntats
5. Assegureu-lo al seu lloc amb 4 clips quadrats

Pas 8: Connectar l'electrònica de BUGS

Utilitzeu el diagrama de cablejat anterior per determinar les connexions de cablejat

Prepareu els cables de pont femella a femella necessaris

• 5x vermell o taronja per a 5V positius
• 5x marró o negre per a terra negativa
• 1x Blau per al pin d'E / S de Buzzer
• 2x verd per als dos pins OUT de sensors IR
• 2x Groc per als passadors Ultrasonic Trig i Echo
• 2x Purple per als magnòmetres (brúixola digital) pins SDA i SCL

Instruccions de cablejat:

1. Connecteu el servo manual al pin número 1 de la placa de control del servo (assegureu-vos d’obtenir les connexions de la manera correcta)
2. Connecteu el servo Forearm al pin número 2 de la placa de control del Servo (assegureu-vos d’obtenir les connexions de la manera correcta)
3. Connecteu el servo Braç al pin número 3 de la placa de control del Servo (assegureu-vos d’obtenir les connexions de la manera correcta)
4. Connecteu el servo de les potes esquerres al pin número 4 de la placa de control del servo (assegureu-vos d’obtenir les connexions de la manera correcta)
5. Connecteu el servo Cames Dretes al pin número 5 de la placa de control del Servo (assegureu-vos d’aconseguir les connexions de la manera correcta)
6. Connecteu el cable femella Blau a femella al pin de senyal número 6 de la placa de control Servo
7. Connecteu un cable de pont vermell o taronja femella a femella al pin VCC número 6 de la placa de control del servo
8. Connecteu un cable femella marró o negre a femella al pin GND número 6 de la placa de control del servo
9. Connecteu 2 cables de pont verd femella a femella als pins de senyal número 7 i 8 de la placa de control del servo
10. Connecteu 2 cables femella de color vermell o taronja a femelles als pins VCC número 7 i 8 de la placa de control Servo
11. Connecteu 2 cables femella marró o negre a femelles als passadors GND número 7 i 8 de la placa de control del servo
12. Endolleu 2 cables de pont femella a femella de color groc als pins de senyal número 9 i 10 de la placa de control servo
13. Connecteu 1 cable femella vermell o taronja a femella al pin VCC número 9 de la placa de control del servo
14. Connecteu 1 cable femella marró o negre a femella al pin GND número 9 de la placa de control del servo
15. Endolleu 2 cables de pont femení a femella porpra als passadors de senyal número 11 i 12 de la placa de control del servo
16. Connecteu 1 cable femella vermell o taronja a femella al pin VCC número 10 de la placa de control del servo
17. Connecteu 1 cable femella marró o negre a femella femella al pin GND número 10 de la placa de control del servo
18. Connecteu el cable de femella Blau a femella del pin 6 al pin I / O del Buzzer
19. Connecteu el cable femella vermell o taronja a la femella del pin 6 al pin VCC del buzzer
20. Connecteu el cable femella marró o negre a la femella del pin 6 al pin GND del buzzer
21. Connecteu el cable de pont verd femella a femella del pin 7 al pin OUT del sensor IR esquerre
22. Connecteu el cable femella vermell o taronja a la femella del pin 7 al pin VCC del sensor IR esquerre
23. Connecteu el cable femella marró o negre a la femella del pin 7 al pin GND del sensor IR esquerre
24. Connecteu el cable de pont verd femella a femella del pin 8 al pin OUT del sensor IR dretà
25. Connecteu el cable femella vermell o taronja a la femella del pin 8 al pin VCC del sensor IR dret
26. Connecteu el cable femella marró o negre a la femella del pin 8 al pin GND del sensor IR dretà
27. Connecteu el cable femella groc femella a femella del pin 9 al pin Trig del sensor d'ultrasons
28. Connecteu el cable femella groc femella a femella del pin 10 al pin Echo del sensor d'ultrasons
29. Connecteu el cable femella vermell o taronja a la femella del pin 9 al pin VCC del sensor d'ultrasons
30. Connecteu el cable femella marró o negre a la femella del pin 9 al pin GND del sensor d'ultrasons
31. Connecteu el cable púrpura femella a femella del pin 11 al pin SDA del magnòmetre
32. Connecteu el cable púrpura femella a femella del pont 12 al pin SCL del magnòmetre
33. Connecteu el cable femella vermell o taronja a la femella del pin 10 al pin VCC del magnòmetre
34. Connecteu el cable femella marró o negre a la femella del pin 10 al pin GND del magnòmetre

Pas 9: Calibració dels servicis de garra de BUGS

Tots els passos següents es representen al vídeo Assembley anterior.

Es necessiten cargols i banyes servo:

• 3x Servors de bany individual
• 3x cargols curts per a servocornes

Instruccions de muntatge:

1. Engegueu el robot durant 5 segons fins que els servos arribin a la seva posició inicial i apagueu el robot
2. Col·loqueu el braç en un angle de 90 graus respecte al cos
3. Introduïu la trompa del servo braç / cos
4. Assegureu-lo al seu lloc amb un cargol curt de servocorn
5. Col·loqueu l'avantbraç en un angle de 90 graus amb el braç
6. Introduïu la banya de servo de l'avantbraç / braç
7. Assegureu-lo al seu lloc amb un cargol curt de servocorn
8. Col·loqueu la mà a la posició tancada
9. Introduïu la banya del servo de mà / avantbraç
10. Assegureu-lo al seu lloc amb un cargol curt de servocorn

Pas 10: Calibratge dels sensors IR per seguir la línia

Per tal que els sensors IR detectin una línia negra, heu d’ajustar el cargol de potenciomentre de cada sensor IR de manera que els 2 LED vermells estiguin engegats quan el sensor estigui a prop d’una superfície blanca i que només hi hagi un LED vermell encès quan el sensor estigui activat. prop d’una superfície negra.

Pas 11: utilitzar BUGS

Utilitzant BUGS en el mode següent:

• Col·loqueu el robot a terra al començament de la línia
• Col·loqueu una pilota de golf a 3cm davant del robot
• Engegueu el robot i observeu-lo anar.

Utilitzant BUGS al mode Brúixola i Evitant obstacles:

• Col·loqueu el robot en la direcció que vulgueu
• Engegueu el robot i observeu-lo anar

Ús de BUGS amb un controlador:

• Feu servir el joystick per moure el robot
• Feu servir el botó Amunt per obrir i tancar l’Urra
• Feu servir el botó avall per aixecar i baixar el braç
• Utilitzeu el botó esquerre per activar el mode Brúixola i evitar obstacles
• Manteniu premut el botó esquerre per desactivar el mode d'evitació d'obstacles de la brúixola
• Utilitzeu el botó dret per activar el mode de seguiment de línia
• Manteniu premut el botó dret per desactivar el mode de seguiment de línia

Accèssit al concurs de robòtica