רובוט ארבע -מנוע המודפס בתלת -ממד: 13 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:11

פרויקטים של Fusion 360 »

מההוראות הקודמות, אתה כנראה יכול לראות שיש לי עניין עמוק בפרויקטים רובוטיים. לאחר ה- Instructable הקודם שבו בניתי דו -ראשי רובוטי, החלטתי לנסות להכין רובוט מרובע שיכול לחקות בעלי חיים כמו כלבים וחתולים. במדריך זה, אראה לכם את העיצוב וההרכבה של מרובעת הרובוטית.

המטרה העיקרית בעת בניית הפרויקט הזה הייתה להפוך את המערכת לחזקה ככל האפשר כך שבעת ניסויים בהליכות הליכה וריצה שונות לא אצטרך לדאוג כל הזמן שהחומרה תקלה. זה איפשר לי לדחוף את החומרה לגבול ולהתנסות בהליכים ותנועות מורכבות. מטרה משנית הייתה להפוך את המרובע בעלות נמוכה יחסית באמצעות חלקי תחביב זמינים והדפסה תלת מימדית המאפשרת אב טיפוס מהיר. שתי מטרות אלה יחד מספקות בסיס איתן לביצוע ניסויים שונים, ומאפשרות לפתח את הארבעה לדרישות ספציפיות יותר כגון ניווט, הימנעות ממכשולים ותנועה דינמית.

צפה בסרטון המצורף למעלה כדי לראות הדגמה מהירה של הפרויקט. המשך כדי ליצור רובוט משולב Arduino מופעל משלך והפעל הצבעה בתחרות "עשה זאת לזוז" אם אהבת את הפרויקט.

שלב 1: סקירה ותהליך עיצוב

הארבע תוכנן בתוכנת הדוגמנות התלת מימדית Fusion 360 לשימוש חופשי של Autodesk. התחלתי בייבוא מנועי הסרוו לתוך העיצוב ובניתי את הרגליים והגוף סביבם. עיצבתי סוגריים עבור מנוע הסרוו המספק נקודת ציר שנייה הפוכה באופן קוטר לציר מנוע הסרוו. בעל פירים כפולים משני קצות המנוע מעניק יציבות מבנית לעיצוב ומונע כל הטייה שעלולה להתרחש כאשר הרגליים נאלצות לסבול קצת עומס. החוליות נועדו להחזיק מסב בזמן שהסוגריים השתמשו בברג לפיר. ברגע שהחוליות היו מותקנות על הפירים באמצעות אגוז, המסב יספק נקודת ציר חלקה וחזקה בצד הנגדי של פיר מנוע הסרוו.

מטרה נוספת בעת עיצוב המרובעים הייתה להשאיר את הדגם קומפקטי ככל האפשר כדי לנצל את המומנט המסופק על ידי מנועי הסרוו. ממדי הקישורים נועדו להשיג טווח תנועה גדול תוך צמצום האורך הכולל. הפיכתם לקצרים מדי תגרום להתנגשות הסוגריים, צמצום טווחי התנועה והפיכתה לארוכה מדי תפעיל מומנט מיותר על המפעילים. לבסוף, עיצבתי את גוף הרובוט שעליו יתנוססו הארדואינו ורכיבים אלקטרוניים אחרים. השארתי גם נקודות הרכבה נוספות בלוח העליון כדי להפוך את הפרויקט להרחבה לשיפורים נוספים. פעם יכול להוסיף חיישנים כגון חיישני מרחק, מצלמות או מנגנונים מופעלים אחרים כגון אחיזות רובוטיות.

הערה: החלקים כלולים באחד השלבים הבאים.

שלב 2: חומרים דרושים

להלן רשימת כל הרכיבים והחלקים הנדרשים לייצור רובוט משולב Arduino מופעל משלך. כל החלקים צריכים להיות זמינים וקלים למצוא אותם בחנויות חומרה מקומיות או באינטרנט.

מכשירי חשמל:

Arduino Uno x 1

מנוע סרוו Tower99 MG995 x 12

מגן חיישן Arduino (אני ממליץ על גרסת V5 אבל הייתה לי גרסת V4)

חוטי מגשר (10 חלקים)

MPU6050 IMU (אופציונלי)

חיישן אולטרסאונד (אופציונלי)

חוּמרָה:

מסבים לכדור (8x19x7 מ מ, 12 חלקים)

ברגים וברגים M4

נימה של מדפסת תלת מימד (במידה ואין ברשותך מדפסת תלת מימד, צריכה להיות מדפסת תלת מימד בסביבת עבודה מקומית או שניתן לבצע את ההדפסות באינטרנט בזול למדי)

יריעות אקריליק (4 מ מ)

כלים

מדפסת תלת מימד

חותך לייזר

העלות המשמעותית ביותר של פרויקט זה היא 12 מנועי סרוו. אני ממליץ ללכת על גרסת הביניים עד הטווח הגבוה במקום להשתמש בפלסטיק הזול מכיוון שהם נוטים להישבר בקלות. ללא הכלים, העלות הכוללת של הפרויקט היא כ -60 $.

שלב 3: חלקים מיוצרים דיגיטלית

החלקים הנדרשים לפרויקט זה היו צריכים להיות בעיצוב מותאם אישית ולכן השתמשנו בכוחם של חלקים מפוברקים דיגיטלית ו- CAD לבנייתם. רוב החלקים מודפסים בתלת מימד מלבד כמה מהם שנחתכו בלייזר מאקריליק 4 מ"מ. ההדפסים נעשו במילוי של 40%, 2 היקפים, חריר 0.4 מ"מ וגובה שכבה של 0.1 מ"מ עם PLA. חלק מהחלקים אכן דורשים תומכים מכיוון שהם בעלי צורה מורכבת עם תלייות, אולם התמיכות נגישות בקלות וניתנות להסרה באמצעות כמה חותכים. אתה יכול לבחור את הצבע שבחרת את נימה. להלן תוכל למצוא את רשימת החלקים המלאה ואת ה- STLs להדפסת גרסה משלך ואת עיצובים הדו מימד לחלקי חיתוך הלייזר.

הערה: מכאן ואילך החלקים יופנו באמצעות השמות ברשימה הבאה.

חלקים מודפסים בתלת מימד:

• סוגר סרוו ירך x 2
• מראה סוגר סרוו ירך x 2
• סוגר סרוו הברך x 2
• מראה סוגר סרוו הברך x 2
• מחזיק מיסבים x 2
• מראה מחזיק נושאת x 2
• רגל x 4
• קישור סרוו סרוו x 4
• חוליה נושאת x 4
• מחזיק ארדואינו x 1
• מחזיק חיישן מרחק x 1
• תמיכת L x 4
• שיח נושאת x 4
• מרווח קרן סרוו x 24

חלקים בחיתוך לייזר:

• לוח מחזיק סרוו x 2
• לוח עליון x 1

בסך הכל יש 30 חלקים שצריך להדפיס בתלת מימד למעט המרווחים השונים, ו -33 חלקים מפוברקים דיגיטליים בסך הכל. זמן ההדפסה הכולל הוא כ -30 שעות.

שלב 4: הכנת הקישורים

אתה יכול להתחיל את ההרכבה על ידי הגדרת חלקים בתחילת הדרך אשר יהפכו את תהליך ההרכבה הסופי לניהול יותר. אתה יכול להתחיל עם הקישור. כדי ליצור את הקישור הנושא, משייפים קלות את המשטח הפנימי של החורים למסב ואז דוחפים את המסב לתוך החור משני קצותיו. הקפד לדחוף את המיסב פנימה עד שהצד אחד סומק. כדי לבנות את קישור קרן הסרוו, תפסו שתי קרני סרוו עגולות ואת הברגים שהגיעו יחד איתן. הנח את הקרניים בהדפסה התלת -ממדית ושורר את שני החורים, ולאחר מכן הברג את הצופר על ההדפסה התלת -ממדית על -ידי הצמדת הבורג מצד הדפס התלת -ממד. הייתי צריך להשתמש בכמה מרווחי קרן סרוו מודפסים בתלת מימד מכיוון שהברגים שסופקו היו מעט ארוכים ויצטלבו עם גוף מנוע הסרוו בזמן שהוא מסתובב. לאחר בניית הקישורים תוכל להתחיל להגדיר את המחזיקים והסוגריים השונים.

חזור על פעולה זו עבור כל 4 הקישורים משני הסוגים.

שלב 5: הכנת סוגרי סרוו

כדי להתקין את סוגר סרוו הברך, פשוט העבר בורג 4 מ מ דרך החור והדק אותו בעזרת אגוז. זה יפעל כסרן המשני של המנוע. מתושבת סרוו הירך, העבירו שני ברגים דרך שני החורים והדקו אותם עם עוד שני אגוזים. לאחר מכן, תפוס קרן סרוו עגולה נוספת והצמד אותה לחלק המוגבה מעט של התושבת באמצעות שני הברגים שהגיעו עם הקרניים. שוב הייתי ממליץ לך להשתמש במרווח צופר הסרוו כדי שהברגים לא יבלטו בפער של הסרוו. לבסוף, לתפוס את חלק מחזיק הנושא ולדחוף מסב לתוך החור. ייתכן שיהיה עליך לשייף קלות את המשטח הפנימי להתאמה טובה. לאחר מכן, דחוף דחיפת מיסב לתוך המסב לכיוון שחתיכת מחזיק הנושא מתכופפת.

עיין בתמונות המצורפות למעלה בעת בניית הסוגריים. חזור על תהליך זה עבור שאר הסוגריים. המראות דומות, רק הכל משתקף.

שלב 6: הרכבת הרגליים

לאחר חיבור כל הקישורים והסוגריים תוכל להתחיל לבנות את ארבע רגלי הרובוט. התחל על ידי חיבור הסרוו על הסוגריים בעזרת 4 ברגים ואומים M4. הקפד ליישר את ציר הסרוו עם הבורג הבולט בצד השני.

לאחר מכן, קשר את סרוו הירך עם סרוו הברך באמצעות חתיכת הקישור של סרנו סרוו. אל תשתמש בברג עדיין כדי להדק את הצופר על ציר מנוע הסרוו, מכיוון שאולי נצטרך להתאים את המיקום מאוחר יותר. בצד הנגדי, הרכיב את החוליה הנושאת המכילה את שני המסבים על הברגים הבולטים באמצעות אגוזים.

חזור על תהליך זה לשאר שלוש הרגליים ו -4 הרגליים לרבעוניים מוכנים!

שלב 7: הרכבת הגוף

בשלב הבא נוכל להתמקד בבניית גוף הרובוט. הגוף מכיל ארבעה מנועי סרוו המעניקים לרגליים את דרגת החופש השלישית שלהם. התחל על ידי שימוש ב -4 ברגי M4 וברגים לחיבור הסרוו ללוח מחזיק הסרוו החתוך בלייזר.

הערה: ודא שהסרוו מחובר כך שהציר נמצא בצד החיצוני של היצירה כפי שניתן לראות בתמונות המצורפות למעלה. חזור על תהליך זה עבור שאר שלושת מנועי הסרוו תוך התחשבות בכיוון.

לאחר מכן, חבר את תומכי L משני צידי הלוח באמצעות שני אגוזים וברגים M4. חתיכה זו מאפשרת לנו לאבטח היטב את לוח מחזיק הסרוו ללוח העליון. חזור על תהליך זה עם עוד שני תומכי L ולוח המחזיק השני של סרוו המחזיק את הסט השני של מנועי הסרוו.

לאחר שתמיכות L נמצאות במקומן, השתמש באומים ובברגים M4 נוספים כדי לחבר את לוח מחזיק הסרוו ללוח העליון. התחל עם סט האומים והברגים החיצוניים (לכיוון הקדמי והאחור). האומים והברגים המרכזיים גם מחזיקים את חתיכת מחזיק הארדואינו. השתמש בארבעה אגוזים וברגים כדי לחבר את מחזיק הארדואינו מלמעלה ללוח העליון וליישר את הברגים כך שהם גם יעברו דרך חורי התמיכה L. עיין בתמונות המצורפות למעלה להבהרות. לבסוף החליקו ארבעה אגוזים לתוך החריצים בלוחות מחזיק הסרוו והשתמשו בברגים כדי להדק את לוחות מחזיק הסרוו ללוח העליון.

שלב 8: הרכבת הכל ביחד

לאחר הרכבת הרגליים והגוף ניתן להתחיל להשלים את תהליך ההרכבה. הרכיבו את ארבע הרגליים לארבעת הסרבים באמצעות קרני הסרוו שהוצמדו לתושבת סרוו הירך. לבסוף, השתמש בחתיכות בעל הנושא כדי לתמוך בציר הנגדי של סוגר הירך. העבר את הציר דרך המסב והשתמש בברג כדי להדק אותו במקומו. חבר את מחזיקי הנושא ללוח העליון באמצעות שני אגוזים וברגים M4.

עם זה מכלול החומרה של המרובע מוכן.

שלב 9: חיווט ומעגל

החלטתי להשתמש במגן חיישן המספק חיבורים למנועי סרוו. אני ממליץ לך להשתמש במגן החיישן v5 מכיוון שהוא כולל יציאת אספקת חשמל חיצונית מובנית. עם זאת, לאחד שהשתמשתי בו לא הייתה אפשרות זו. כשהסתכלתי על מגן החיישנים מקרוב, שמתי לב שמגן החיישנים שואב כוח מהפין 5V המשולב של Arduino (וזה רעיון נורא בכל הנוגע למנועי סרוו בעלי הספק גבוה מכיוון שאתה מסתכן בפגיעה בארדואינו). התיקון לבעיה זו היה לכופף את סיכת 5V במגן החיישן מהדרך כך שלא יתחבר לסיכה 5V של הארדואינו. בדרך זו, אנו יכולים כעת לספק כוח חיצוני באמצעות סיכת 5V מבלי לפגוע בארדואינו.

החיבורים של סיכות האות של 12 מנועי הסרוו מסומנים בטבלה שלהלן.

הערה: Hip1Servo מתייחס לסרוו המחובר לגוף. Hip2Servo מתייחס לסרוו המחובר לרגל.

רגל 1 (קדימה משמאל):

• Hip1Servo >> 2
• Hip2Servo >> 3
• KneeServo >> 4

רגל 2 (קדימה ימינה):

• Hip1Servo >> 5
• Hip2Servo >> 6
• KneeServo >> 7

רגל 3 (אחורה משמאל):

• Hip1Servo >> 8
• Hip2Servo >> 9
• KneeServo >> 10

רגל 4 (אחורה מימין):

• Hip1Servo >> 11
• Hip2Servo >> 12
• KneeServo >> 13

שלב 10: התקנה ראשונית

לפני שמתחילים לתכנת הליכות מורכבות ותנועות אחרות, עלינו להגדיר את נקודות האפס של כל סרוו. זה נותן לרובוט נקודת התייחסות שבה הוא משתמש לביצוע התנועות השונות.

כדי להימנע מנזקים ברובוט ניתן להסיר את קישורי צופר הסרוו. לאחר מכן, העלה את הקוד המצורף למטה. קוד זה ממקם כל אחד מהשרווסים ב 90 מעלות. לאחר שהסרווס הגיעו למצב של 90 מעלות ניתן לחבר מחדש את הקישורים כך שהרגליים ישרות לחלוטין והסרוו המחובר לגוף בניצב ללוח העליון של המרובע.

בשלב זה, בגלל העיצוב של קרני הסרוו, ייתכן שחלק מהמפרקים עדיין אינם ישרים לחלוטין. הפתרון לכך הוא להתאים את מערך zeroPositions הנמצא בשורה הרביעית של הקוד. כל מספר מייצג את מיקום האפס של הסרוו המתאים (הסדר זהה לסדר בו חיברת את הסרוו לארדואינו). לשנות את הערכים האלה מעט עד שהרגליים ישרות לחלוטין.

הערה: להלן הערכים שבהם אני משתמש למרות שערכים אלה עשויים שלא לפעול עבורך:

int zeroPositions [12] = {93, 102, 85, 83, 90, 85, 92, 82, 85, 90, 85, 90};

שלב 11: קצת על הקינמטיקה

כדי לגרום לריבועי לבצע פעולות שימושיות כגון ריצה, הליכה ותנועות אחרות, יש לתכנת את הסרוווס בצורה של נתיבי תנועה. שבילי תנועה הם שבילים שלאורכם מוביל קצה (כפות הרגליים במקרה זה). ישנן שתי דרכים להשיג זאת:

1. גישה אחת תהיה להאכיל את זוויות המפרק של המנועים השונים באופן כוחני. גישה זו יכולה להיות גוזלת זמן, מייגעת וגם מלאה טעויות שכן השיפוט הוא ויזואלי בלבד. במקום זאת, יש דרך חכמה יותר להשיג את התוצאות הרצויות.
2. הגישה השנייה סובבת סביב הזנת הקואורדינטות של מפתח הקצה במקום כל זוויות המפרק. זהו מה שמכונה קינמטיקה הפוכה. המשתמש מכניס קואורדינטות וזוויות המפרק מתאימות למיקום משפיע הקצה בקואורדינטות שצוינו. שיטה זו יכולה להיחשב כקופסה שחורה שלוקחת כקלט מתאם ומוציאה את זוויות המפרק. למי שמעוניין כיצד פותחו המשוואות הטריגונומטריות של הקופסה השחורה הזו יכול להסתכל על התרשים למעלה. למי שאינו מעוניין, המשוואות כבר מתוכנתות וניתן להשתמש בהן באמצעות פונקציית ה- pos שלוקחת כקלט x, y, z, שהוא המיקום הקרטזי של מפעיל הקצה ויוצא שלוש זוויות המתאימות למנועים.

ניתן למצוא את התוכנית המכילה פונקציות אלה בשלב הבא.

שלב 12: תכנות ה- Quadruped

לאחר השלמת החיווט והאתחול, תוכלו לתכנת את הרובוט ולייצר נתיבי תנועה מגניבים כך שהרובוט יבצע משימות מעניינות. לפני שתמשיך, שנה את השורה הרביעית בקוד המצורף לערכים שהגדרת בשלב האתחול. לאחר העלאת התוכנית, הרובוט צריך להתחיל ללכת. אם אתה מבחין שחלק מהמפרקים הפוכים תוכל פשוט לשנות את ערך הכיוון המתאים במערך הכיוונים בשורה 5 (אם הוא 1 הפוך אותו ל -1 ואם הוא -1 הפוך אותו ל -1).

שלב 13: תוצאות אחרונות: זמן להתנסות

הרובוט המרובע יכול לנקוט צעדים שאורכם נע בין 5 ל -2 ס מ. ניתן גם לשנות את המהירות תוך שמירה על איזון ההליכה. מרובע זה מספק פלטפורמה חזקה להתנסות בהליכות שונות אחרות ויעדים אחרים כגון קפיצה או משימות מלאות. הייתי ממליץ לך לנסות לשנות את נתיבי התנועה של הרגליים כדי ליצור הליכות משלך ולגלות כיצד הליכות שונות משפיעות על ביצועי הרובוט. השארתי גם נקודות הרכבה מרובות בחלק העליון של הרובוט לחיישן נוסף כגון חיישני מדידת מרחק למשימות להימנעות מכשולים או IMU להליכות דינמיות בשטח לא אחיד. אפשר גם להתנסות בזרוע אחיזה נוספת המותקנת בחלקו העליון של הרובוט מכיוון שהרובוט יציב וחזק במיוחד ואינו יכול להתהפך בקלות.

מקווה שנהניתם מההנחיה הזו וזה נתן לכם השראה לבנות משלכם.

אם אהבתם את הפרויקט תמכו בו על ידי הפלת הצבעה בתחרות "עשה זאת לזוז".

ביצוע שמח!

פרס שני בתחרות Make it Move 2020