Aranya de cartró (bricolatge quadrúpede): 13 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Hola de nou i benvinguts al meu nou projecte.

En aquest instructiu he intentat fer que un senzill Quadruped fabricat amb materials sigui accessible per a tothom. Sé que per obtenir un producte final amb bon aspecte, necessiteu una impressora 3D i potser una CNC, però no tothom té cap dispositiu tan elegant, així que vaig intentar demostrar que amb un material senzill encara podeu construir algunes coses agradables.

Per tant, com es va esmentar abans, intentarem construir un Quadruped. El marc del Quadruped es farà simplement amb cartró ondulat, que inclou el marc, el fèmur i la tíbia de cadascuna de les quatre potes.

Pas 1: per què és quàdruple i com funciona?

He de dir que els robots són divertits i interessants. Mai no he construït cap robot de potes, així que vaig pensar que hauria de provar-ho.

Vaig decidir construir un quadrúpede en primer lloc perquè no tenia prou servos per a un hexàpode. M’he imaginat que si es pot construir un quadrúped, llavors construir un hexàpode serà només un pas endavant. Com que aquest és el meu primer projecte d’aquest tipus, no sabia exactament què esperar, així que vaig pensar que 4 cames serien més fàcils que 6, però com vaig saber més endavant això no sempre és cert.

Un quadrúpede que només té 4 potes per no caure una vegada que s'aixeca una de les potes, s'ha de desplaçar el centre de gravetat del robot a l'interior del triangle creat entre les puntes de les altres tres potes.

Una descripció molt agradable de tot aquest procés la podeu trobar aquí:

Cada pota del quadrúped té 3 articulacions per controlar la punta de la cama a l’espai. Així, les juntes seran:

- Servo Coxa: entre el marc i el fèmur

Servo del fèmur: control del fèmur de la cama

- Servo de la tíbia: entre el fèmur i la tíbia que controla la tíbia

Per conèixer l’angle de cada servo per a la ubicació necessària de la punta de la cama utilitzarem una cosa anomenada cinemàtica inversa. Podeu trobar molta documentació a Internet sobre això i com calcular els angles dels servos per a la diferent ubicació de la punta de la cama. Però, en el meu cas, acabo d’agafar el codi Arduino creat per RegisHsu (podeu trobar el seu quadruped detallat instructiu si feu una cerca) i he canviat les dimensions del robot i les potes del robot perquè s’adaptin al meu robot i també he canviat el programa per utilitzar un control remot per controlar el robot i ja està.

Pas 2: per què utilitzar el cartró ondulat per al marc i les potes?

Primer de tot està molt estès, el podeu trobar a qualsevol lloc i si us agrada comprar és molt barat. El cartró ondulat és un material rígid, fort i lleuger format per tres capes de paper kraft marró i la majoria de les caixes d’embalatge estan fetes amb ell. Per tant, és molt fàcil trobar-ne alguns.

En el meu cas, he utilitzat una caixa de sabates que he tallat i en faig el marc. La caixa que em proporcionava la meva caixa tenia un gruix de 2 mm, de manera que és molt prima. Així doncs, per a cada part del marc he hagut de tallar tres parts idèntiques i enganxar-les amb cinta adhesiva doble. Així que en realitat haurem de fer 3 marcs per tenir al final un cartró de 6 mm de gruix.

Pas 3: Part obligatòria:

Peces electròniques necessàries per als quadrúpedes:

- Microcontrolador Arduino Nano;

- Deek Robot Nano V03 Shield: no és essencial, però facilitarà la connexió de tots els servos a la placa Nano.

- 12 peces Tower Pro Micro Servo 9g SG90 - 4 potes amb 3 juntes cadascuna;

- LED - per a la llum (he utilitzat un antic sensor de color cremat)

- 1 transceptor NRF24L01

Peces electròniques necessàries per al comandament a distància

- Microcontrolador Arduino Uno;

- 1 transceptor NRF24L01;

- Palanca de control;

- LED;

- Diverses resistències;

- Polsador;

- Alguns cables de pont;

Per al marc:

- Full de cartró ondulat

- Cortador

- Tornavisos

- Escotch de doble cinta

- Triangles

- Regle

- Llapis

Comencem, doncs, a construir.

Pas 4: Configuració dels servos a 90 graus

Abans de començar a construir el marc he hagut de centrar tots els servos a 90 graus perquè sigui més fàcil col·locar-los més endavant quan el marc estigui llest. Per tant, he adjuntat primer l’Arduino Nano destinat al Quadruped a l’escut Nano i, després, tots els servos a l’escut. Llavors, tot el que heu de fer és carregar el codi i tots els servos se centraran a posicions de 90 graus.

El codi es pot trobar a l'últim pas de la instrucció.

Pas 5: Construir el marc

Com s'ha esmentat abans, el marc es construeix a partir del cartró ondulat subministrat a partir d'una caixa de sabates. La plantilla del marc es pot trobar a les imatges adjuntes juntament amb les dimensions del marc.

Primer vaig tallar els costats de la caixa de cartró per fer el marc. He obtingut tres bones peces per les quals he tingut en compte l’orientació de la capa ondulada de manera que 2 peces tinguin una capa ondulada de cel·la vertical i una horitzontal.

Un cop el cartró estigui llest, dibuixo la plantilla del marc al full de cartró que té el mitjà ondulat vertical. Per obtenir una estructura més forta i més dura, he tallat tres peces per tal d’enganxar-les per obtenir una força addicional contra la flexió. Els fulls de cartró superior i inferior tenen una capa ondulada vertical, mentre que el full de cartró empaperat serà una capa ondulada horitzontal.

Abans d’enganxar les tres peces del marc, preparava el braç dels servomotors i dibuixo la posició de cada servomotor coxa per a un posicionament correcte en el futur.

Ara que ja sé on s'han de col·locar els servos de coxa, vaig enganxar les tres peces.

Ara el marc està acabat.

Pas 6: connectar els servidors Coxa al marc

Per fixar els servos primer, vaig llançar un forat a la posició marcada de manera que passés el cargol de fixació del braç del servo i fixeu el servo al marc.

Amb els cargols proporcionats pels servomotors he connectat els braços dels servomotors coxa al quadre. La coxa està formada per dos servos enganxats amb doble cinta i reforçats amb goma per si de cas. Un servo s’orientarà cap avall amb l’eix en posició vertical i s’adherirà al marc i l’altre s’orientarà amb l’eix en posició horitzontal i s’adherirà al costat interior del fèmur.

Finalment, per fixar el servo coxa al marc es cargola el cargol de fixació.

Pas 7: Construir el fèmur

Es va utilitzar el mateix procediment de tall de cartró. Cada fèmur es crearà a partir de tres fulls de cartró enganxats. La capa ondulada horitzontal es col·locarà entre els fulls de cartró de la capa ondulada vertical.

Pas 8: Construir la Tibia

Per a la mateixa tíbia vaig tallar tres plantilles per a cada tíbia, però aquesta vegada l'orientació de la capa ondulada era vertical per donar una millor resistència longitudinal a la tíbia.

Un cop tallades les tres plantilles, les vaig enganxar fent també el forat perquè hi pogués cabre el servo de la tíbia.

Vaig fixar el servo a la tíbia i el braç del servo es va fixar al servo amb el cargol de fixació a través del forat fet al fèmur de manera que connectés el fèmur amb la tíbia.

Pas 9: ajuntar-ho tot

Ara que s'han creat totes les parts del marc i les potes, les he connectades totes de manera que el conjunt va començar a semblar un quadrúped.

Pas 10: Instal·lació de l'electrònica i configuració de les connexions

Primer, l’Arduino Nano juntament amb el Deek Robot Shield han d’adaptar-se al marc. Per a això vaig agafar l’escut i vaig llançar el marc amb 4 forats per fixar l’escut del robot Deek al marc mitjançant 4 cargols i femelles.

Ara "el cervell està unit al cos": D. A continuació, vaig connectar tots els servos al Deek Nano Shield.

La connexió dels servos és molt fàcil, ja que l’escut ha construït especialment tres pins (Signal, VCC, GND) per a cada pin digital i analògic Arduino Nano, cosa que permet una connexió perfecta i fàcil dels micro servos. Normalment necessitem un controlador de motor per conduir servos amb Arduino perquè no és capaç de fer front als amplificadors que requereixen els motors, però en el meu cas això no és vàlid perquè els micro servos de 9 g són prou petits perquè Arduino Nano els manegi.

Els servos de potes es connectaran de la següent manera:

Etapa 1: (Endavant la cama esquerra)

Coxa - Pin digital Arduino Nano 4

Fèmur - Pin digital Arduino Nano 2

Tibia - Pin digital Arduino Nano 3

Cama 2: (cama esquerra esquena)

Coxa - Pin A3 analògic Nano Arduino

Fèmur - Pin analògic Nano Arduino A5

Tibia - Pin A4 analògic Nano Arduino

Cama 3: (Endavant la cama dreta)

Coxa - Pin analògic Nano Arduino 10

Fèmur - Pin analògic Nano Arduino 8

Tibia - Pin analògic Nano Arduino 9

Cama 4: (cama dreta posterior)

Coxa - Pin digital A1 Arduino Nano

Fèmur - Pin digital A0 d'Arduino Nano

Tibia - Pin digital Arduino Nano A2

Connexió del LED per efecte llum

Vaig pensar que seria bo posar una mica de llum al quadrúped, així que tinc un sensor de color antic que ja no funciona (he aconseguit cremar-lo: D), però els LED segueixen funcionant, ja que són quatre LED un tauler petit i són molt brillants Vaig decidir utilitzar el sensor de color per donar un efecte de llum al quadrúped. També en ser quatre fa que sembli una mica més a prop d’una aranya.

Per tant, he connectat el VCC del sensor de color a l’Arduino Nano Pin D5 i el GND del sensor al GND de l’Arduino Nano. Com que la petita placa ja té algunes resistències que s’utilitzen per al LED, no calia posar cap altra resistència en sèrie amb el LED. No es faran servir tots els altres pins perquè el sensor està cremat i només estic fent servir els LED de la placa petita.

Connexions per al mòdul NRF24L01.

- El GND del mòdul es dirigeix al GND de l’Arduino Nano Shield

- VCC va al pin Arduino Nano 3V3. Aneu amb compte de no connectar el VCC al 5V de la placa, ja que arrisqueu a destruir el mòdul NRF24L01

- El pin CSN va a l'Arduino Nano D7;

- El pin CE va a l'Arduino Nano D6;

- El pin SCK va a l'Arduino Nano D13;

- El pin MOSI va a l'Arduino Nano D11;

- El pin MISO va a l'Arduino Nano D12;

- El pin IRQ no estarà connectat. Aneu amb compte si feu servir una placa diferent a Arduino Nano o Arduino Uno, els pins SCK, MOSI i MISO seran diferents.

- També haureu de descarregar la biblioteca RF24 d’aquest mòdul. El podeu trobar al següent lloc:

Com a font d'alimentació de l'aranya, vaig utilitzar un adaptador de paret de 5V (1A). No tinc cap mena de bateria disponible, i aquest va ser el meu únic adaptador de paret disponible, que crec que serà millor un de més fort d’almenys 2A, però no en tinc, així que vaig haver d’utilitzar l’única que tinc. Serà molt més agradable si utilitzeu una bateria li-po perquè el robot pugui ser lliure, sense cable connectat.

Per tal de tenir una font d’alimentació més estable a la placa, he connectat un condensador de 10 micros entre els pins de 5 V i GND del Deek Robot Nano Shield, perquè vaig notar que quan tots els servos sota càrrega l’Arduino Nano acabaran de reiniciar-se, mentre afegint el condensador es va solucionar el problema.

Pas 11: Construir la coberta

Com que volia que la coberta fos el més lleugera possible, l’he fet només amb una capa de làmina de cartró ondulat de 2 mm perquè no necessita cap enfortiment, ja que no hi afectarà cap càrrega.

He tallat un tros de cartró amb la forma i les dimensions que podeu veure a la imatge i l’he fixat al marc amb les mateixes femelles que asseguren l’Arduino Nano Shield a sota del marc. A la part superior, les dues peces vindran enganxades l'una sobre l'altra amb doble cinta adhesiva. He intentat embolicar tots els cables a l’interior de manera que el quadrúpede tingui el millor aspecte possible.

Ara es fa el quadrúped. Passem al comandament a distància.

Pas 12: control remot

Per al comandament a distància que faig servir el mateix comandament a distància del cotxe de control remot Maverick del meu projecte anterior, només he eliminat el gràfic que en aquest projecte no és necessari. Però només si us heu perdut aquesta versió, l’he tornat a escriure aquí.

Com que estic fent servir per al controlador un Arduino Uno, he connectat l’Uno a una placa amb algunes gomes per no moure’s.

- Arduino Uno serà subministrat per una bateria de 9V mitjançant el connector;

- Pin d'Arduino Uno de 5V al carril de 5V de la placa;

- Pin d'Arduino Uno GND al carril GND de la placa;

Mòdul NRF24L01.

- El GND del mòdul es dirigeix al GND del rail del panell

- VCC va al pin Arduino Uno 3V3. Aneu amb compte de no connectar el VCC al 5V de la placa, ja que arrisqueu a destruir el mòdul NRF24L01

- El pin CSN va a l'Arduino Uno D8;

- El pin CE va a l'Arduino Uno D7;

- El pin SCK va a l’Arduino Uno D13;

- El pin MOSI va a l'Arduino Uno D11;

- El passador MISO va a l’Arduino Uno D12;

- El pin IRQ no estarà connectat. Aneu amb compte si utilitzeu una placa diferent a Arduino Nano o Arduino Uno, els pins SCK, MOSI i MISO seran diferents.

Mòdul Joystick

- El mòdul joystick consta de 2 potenciòmetres, de manera que és molt similar a les connexions;

- Passador GND al carril GND de la placa;

- Clavilla VCC al carril de 5V de la placa;

- Pin VRX al pin Arduino Uno A3;

- Pin VRY al pin Arduino Uno A2;

LED

- El LED vermell es connectarà en sèrie amb una resistència de 330Ω al pin D4 d’Arduino Uno;

- El LED verd es connectarà en sèrie amb una resistència de 330Ω al pin D5 d’Arduino Uno;

Botons de pressió

- Un dels polsadors s'utilitzarà per encendre i apagar el llum quadrúpede i l'altre no s'utilitzarà;

- El polsador LIGHT es connectarà al pin D2 de l’Arduino Uno. El botó s'ha de tirar cap avall amb una resistència d'1k o 10k; el valor no és important.

- El polsador restant es connectarà al pin D3 de l’Arduino Uno. Igual que el botó s'hauria de tirar cap avall amb una resistència d'1k o 10k. (no s'utilitzarà per a aquest projecte)

És això, ara hem connectat totes les parts elèctriques.

Pas 13: codis IDE Arduino

Per a aquesta part hi ha pocs codis que hagi utilitzat.

Leg_Initialization: es va utilitzar per centrar els servos a la posició de 90 graus.

Spider_Test: s’utilitzava per provar les funcions correctes, com caminar cap endavant, cap enrere, girant

Aranya: per utilitzar per a l’aranya

Control remot Spider: que s'utilitzarà per al controlador Spider

He d’esmentar que el codi de Spider es va adaptar i modificar després del codi de RegisHsu [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED) i per això vull agrair a RegisHsu la seva bona feina.

Ben dit, espero que us hagi agradat la meva Aranya.