Walking Strandbeest, Java / Python i aplicació controlada: 4 passos (amb imatges)

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

Per arrowlike Segueix-ne més per l'autor:

Aquest kit Strandbeest és un treball de bricolatge basat en el Strandbeest inventat per Theo Jansen. Sorprès pel genial disseny mecànic, vull equipar-lo amb tota la seva maniobrabilitat i, a continuació, intel·ligència informàtica. En aquest instructiu, treballem la primera part, la maniobrabilitat. També cobrim l'estructura mecànica de l'ordinador de mida de targeta de crèdit, de manera que puguem jugar amb la visió per computador i el processament de la IA. Per tal de simplificar les tasques de construcció i l'ànima, no vaig fer servir un arduino ni cap ordinador programable similar, sinó que vaig construir un controlador de maquinari bluetooth. Aquest controlador, que funciona com el terminal que interactua amb el maquinari robotitzat, està controlat per un sistema més potent, com ara una aplicació per a telèfons Android o RaspberryPi, etc. Un SDK per a cada llenguatge de programació és de codi obert proporcionat a

Atès que el manual d’usuari mini-Strandbeest és bastant clar a l’hora d’explicar els passos de la construcció, en aquesta instrucció ens centrarem en les informacions que normalment no es tracten en el manual de l’usuari i en les parts elèctriques / electròniques.

Si necessitem una idea més intuïtiva sobre el muntatge mecànic d’aquest kit, hi ha disponibles molts bons vídeos sobre el tema del muntatge, com ara

Subministraments

Per construir la part mecànica i fer tota la connexió elèctrica d’aquest Strandbeest, s’ha de trigar menys d’una hora a completar-se si no es compta el temps d’espera per a la impressió 3D. Requereix les parts següents:

(1) 1x kit Strandbeest estàndard (https://webshop.strandbeest.com/ordis-parvus)

(2) Motor de corrent continu 2x amb caixa de canvis (https://www.amazon.com/Greartisan-50RPM-Torque-Re…)

(3) 1x controlador Bluetooth (https://ebay.us/Ex61kC?cmpnId=5338273189)

(4) 1 bateria LiPo (3,7 V, la vostra capacitat de tria en mAh)

(5) cargols de fusta de 12x M2x5,6mm

(6) Vareta de carboni o bambú de 2 mm de diàmetre

Imprimeix en 3D les parts següents:

(1) 1x cos principal de robòtica

(Només es descarrega el fitxer de disseny d'impressió 3D amb controlador bluetooth)

(Fitxer de disseny d'impressió 3D amb descàrrega addicional d'OrangePi Nano)

(2) 2x brida de l'eix motriu (descàrrega del fitxer de disseny d'impressió 3D)

(3) Instal·lació del sistema d'alimentació 2x (descàrrega del fitxer de disseny d'impressió 3D)

Altres:

Telèfon mòbil Android. Aneu a Google Playstore, cerqueu M2ROBOTS i instal·leu l'aplicació de control.

En cas que sigui difícil accedir a Google Playstore, visiteu la meva pàgina d'inici personal per obtenir el mètode alternatiu de baixada d'aplicacions

Pas 1: organització de les peces

En aquest pas, organitzarem totes les peces a muntar. Fig.1. mostra totes les peces de plàstic exhaurides que utilitzem per construir el model Strandbeest. Es fabriquen mitjançant emmotllament per injecció, que és molt eficient, en comparació amb altres mètodes de fabricació de mecanitzat, com ara la impressió 3D o el fresat. Per això, volem treure el màxim profit del producte fabricat en massa i personalitzar només la quantitat mínima de peces.

Com es mostra a la figura 2, cada tros de tauler de plàstic té un alfabet etiquetat, les parts individuals no tenen l’etiquetatge. Un cop es desmunten, ja no hi ha etiquetatge. Per solucionar aquest problema, podem col·locar parts del mateix tipus en caixes diferents, o simplement marcar diverses àrees en un tros de paper i posar un tipus de peces en una àrea, vegeu la figura 3.

Per tallar la part de plàstic del tauler de plàstic de muntatge més gran, les tisores i el ganivet poden no ser tan eficients i segurs com la pinça que es mostra a les figures 4 i 5.

Tot aquí és de plàstic, excepte el material dels dits dels peus són de goma, vegeu la figura 6. Podem tallar segons els talls prefabricats. La naturalesa suau del material de goma proporciona un millor rendiment d’adherència del més estrany. És particularment cert quan es puja per un pendent. En temes posteriors, podem provar la seva capacitat per pujar amb un angle de pendent diferent, amb i sense els dits de goma. Quan no hi ha relliscades, s’anomena fricció estàtica. Un cop perd l’adherència, es converteix en fricció cinètica. El coeficient de fricció depèn dels materials utilitzats, per això tenim els dits de goma. Com dissenyar un experiment, aixecar la mà i parlar.

La darrera figura conté la "ECU", "Power train" i el xassís d'aquest model Strandbeest.

Pas 2: Punts dignes d'atenció durant el muntatge mecànic

El mini-Strandbeest té un manual d'usuari bastant bo. Ha de ser una feina fàcil seguir el manual i completar el muntatge. Ometré aquest contingut i destacaré alguns punts interessants que mereixen la nostra atenció.

A la figura 1, un costat de la ranura que sosté els dits de goma té una cantonada de 90 graus, mentre que l'altre costat té un pendent de 45 graus, que s'anomena oficialment xamfrà. Aquesta inclinació guia la punta del cautxú perquè s'adapti al peu de plàstic. Proveu d’instal·lar els dits del costat amb xamfrà, vegeu la figura 2 i, a continuació, proveu l’altre costat. La diferència és molt notable. El costat dret de la figura 3 és la maneta del nostre Stranbeest. És molt similar a la manovella d’un motor, motor de cotxe, motor, comparteixen la mateixa estructura. En un Strandbeest, quan la manovella gira, fa que els peus es moguin. Per a un motor, és el moviment del pistó que fa girar la manovella. Aquesta separació de 120 graus en un cercle també condueix a un motor o generador trifàsic, la potència elèctrica està separada a 120 graus, tal com es mostra a la figura 4. Un cop tenim totes les parts mecàniques dels cossos laterals esquerre i dret muntades, ara comencem a treballar les parts que afegim al Strandbeest, vegeu la figura 5. La figura 6 és el pas que fem servir amb la pinça del motor imprès en 3-D per fixar el motor al xassís imprès en 3-D. En aquest pas, el truc és que cap dels cargols no s’hagi d’estrènyer abans d’ajustar la posició del motor de manera que la superfície lateral del xassís sigui la mateixa que la del motor. Un cop estiguem satisfets amb l'alineació, podem apretar tots els cargols. Passem a la figura 7, treballem en la instal·lació de l’acoblament de brida, connectant la sortida del motor a la manovella. El costat del motor és més difícil d’instal·lar que la connexió de la maneta, vegeu la figura 8. Per tant, primer connectem la brida lateral del motor. Un cop instal·lat l’acoblament de la brida per als dos motors, tal com es mostra a la figura 9, utilitzem dues peces de varetes de carboni de 2 mm de diàmetre per connectar el xassís i l’estructura de marxa esquerra / dreta. Això està passant a la Fig.10. En total, utilitzem 3 peces de varetes de carboni per connectar aquestes entitats. Però en aquest pas, només en connectem dos, perquè hem de girar la manovella i ajustar la connexió entre la brida i la manovella. Si hi ha hagut 3 peces de barres de carboni al seu lloc, serà més difícil ajustar la posició relativa i connectar-les. Finalment, tenim el sistema mecànic muntat final, a la figura 11. El següent pas, anem a treballar en electrònica.

Pas 3: connexió elèctrica

Tots els sistemes electrònics necessiten alimentació. Podem posar una bateria d’1 cel·la en algun lloc convenient, per exemple, sota la placa de circuits de la figura 1. La polaritat de l’alimentació és tan crítica que mereix una figura dedicada a discutir. La figura 2 ressalta la connexió de la bateria. A la placa del controlador, la polaritat està marcada per "+" i "GND", vegeu la figura 3. Quan la bateria es queda sense suc, s’utilitza un cable USB per recarregar la bateria (vegeu la figura 4). El LED que indica "recàrrega en procés" s'apagarà automàticament quan la bateria es torni a omplir. L'últim pas és connectar les sortides del motor als connectors del motor de la placa del controlador. Hi ha 3 connectors de motor, etiquetats amb el número 16 a la figura 3. A la figura 5, el motor esquerre està connectat al connector més esquerre situat amb l’etiqueta PWM12 i el motor dret al connector central. Actualment, girar un tanc (vehicle de tracció diferencial) a l'esquerra està codificat de manera dura, ja que disminueix la potència d'entrada del motor connectada al port del motor PWM12. Per tant, el motor connectat al port PWM12 hauria de conduir els peus esquerres. Més endavant convertiré totes les funcions de mescla perquè siguin configurables per l'usuari. Com canviant l’opció del connector del motor o invertint la direcció del connector del motor, podem solucionar el problema, com ara que el Strandbeest es mogui cap enrere quan se’ns demani que avanci, girant la direcció equivocada, recordeu que el motor de corrent continu canvia la seva direcció de gir si el cable d’entrada és connectat a la potència de control en ordre invers.

Pas 4: Configuració i funcionament de l'aplicació

Primer baixem una aplicació per a Android de Google Play Store, vegeu la figura 1. Aquesta aplicació té moltes altres funcions que no podem cobrir en aquesta instrucció, només ens centrarem en els temes relacionats directament amb Strandbeest.

Activeu el controlador bluetooth de maquinari; apareixerà a la llista de dispositius de detecció. Un clic llarg ens portarà a la funció de descàrrega per antena per ser "instruïble" més endavant. Abans de fer clic i començar el control, primer fem algunes configuracions fent clic a l'extrem superior dret "Configuració". A la figura 2, s’amaga sota la icona … La figura 3 mostra diverses categories de configuració. Aquests paràmetres, configurats a l'aplicació, es posen en acció de tres maneres: 1) alguns paràmetres només afecten el funcionament de l'aplicació, com ara l'aritmètica per obtenir l'ordre de control de potència de cada motor des de l'ordre de direcció i acceleració. Viuen a l'aplicació. En alguns instruccions posteriors, mostrarem com els substituïm pels nostres programes Python / Java. 2) alguns paràmetres s’envien al maquinari com a part del protocol de control a l’aire, com ara el canvi entre el control directe (el servo gira exactament l’angle que s’ordena) i el control per cable (el mòdul de funció de controlador autònom integrat fa servir el servo) canal segons l’ordre de l’usuari i l’actitud actual) 3) s’enviarà algun paràmetre a la memòria no volàtil del controlador de maquinari. Per tant, el maquinari seguirà aquests paràmetres cada vegada que s’encengui sense configurar-lo. Un exemple serà el nom de transmissió bluetooth del dispositiu. Aquest tipus de configuració necessita un cicle d’alimentació per tenir efecte. La primera categoria en què ens endinsem és la "Configuració general" de la figura 4. La "Funció de control de l'aplicació" de la figura 5 defineix quin paper està jugant aquesta aplicació, un controlador per al dispositiu de maquinari mitjançant connexió bluetooth directa; un pont sobre la intranet / internet per al control de la telepresència; A continuació, a la pàgina "Tipus HW" de la figura 6 s'indica l'aplicació que esteu treballant amb un vehicle de conducció diferencial, de manera que cal seleccionar el mode "tanc". Tenim disponibles 6 sortides PWM en total. Per al Strandbeest, hem de configurar el canal 1 a 4 segons la figura 7. Cada canal PWM funciona en un dels següents modes: 1) servo normal: servo RC controlat per 1 a 2 ms de senyal PWM 2) servo invers: el controlador invertirà el control de l'usuari per a la seva sortida 3) cicle de treball del motor CC: un CC motor o algun dispositiu elèctric de potència, es pot operar en mode de cicle de treball, el 0% està apagat, el 100% sempre està activat. 4) Inversió del cicle de treball del motor de corrent continu: de nou el controlador invertirà el control de l'usuari per a la seva sortida Com que fem servir el motor de corrent continu i ens encarreguem de la direcció de gir del motor per ordre de cablejat del maquinari, escollirem "Cicle de treball del motor de corrent continu" per al canal 1 a 4, vegeu la figura 8. També hem de combinar 2 canals PWM amb 1 pont H, per tal de permetre el control bidireccional. Aquest pas es mostra a la figura 9. Al mode "2 canals PWM a 1 pont H", s'utilitzen els canals 1, 3 i 5 per controlar els dos canals associats. Introdueix la necessitat de tornar a assignar el control de l’accelerador, el control amunt-avall del joystick del canal predeterminat 2 al canal 3. S’aconsegueix a la configuració de la Fig.10. Com es mostra a la figura 11, cada canal està configurat per prendre una font d'entrada arbitrària.

Bingo, ara hem completat la configuració mínima necessària i podem tornar a la pàgina que mostra el dispositiu bluetooth visible i connectar-lo. A la figura 12, intenteu tocar el joystick i ens podem divertir amb aquest Strandbeest. Proveu d’escalar alguna inclinació, recordeu l’anàlisi de la fricció entre els tipus de material i llegiu l’actitud estimada del controlador de vol, que es mostra a la fila etiquetada amb “RPY (deg)”, les quatre entrades d’aquesta fila són rotllo, pitch, angle de gual estimat pel giroscopi i l’acceleròmetre a bord; l'última entrada és la sortida de la brúixola compensada per inclinació.

Treballs futurs: a les instruccions següents, cobrirem gradualment la seva interfície de programació, escollirem el vostre llenguatge favorit Java o Python per interactuar amb el Strandbeest i ja no llegirem l’estat més estrany des de la pantalla del telèfon mòbil. També començarem a programar a l’ordinador Linux tipus RaspberryPi per a temes de programació més avançats; vegeu l’última figura. Comprovar https://xiapeiqing.github.io/doc/kits/strandbeest/roboticKits_strandbeest/ per a les peces mecàniques d’impressió 3D i https://github.com/xiapeiqing/m2robots.git per SDK i codi d’exemple si voleu començar immediatament. Feu-me saber quin és el vostre llenguatge de programació desitjat si no és Java o Python, puc afegir una nova versió de l'SDK.

Diverteix-te amb el pirateig i estigues atent a les instruccions següents.