ארכנואיד: 16 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

ראשית, ברצוננו להודות לך על הזמן וההשקעה. אני ושותפי טיו מארלו, צ'ייס ליץ ', נהנינו מאוד לעבוד על הפרויקט ולהתגבר על האתגרים שהציג. כיום אנו תלמידי מחוז בית הספר של אזור Wilkes Barre S. T. E. M. האקדמיה אני ג'וניור וטיו היא תלמידת שנה שנייה. הפרויקט שלנו, ה- Arachnoid הוא רובוט מרובע שיצרנו באמצעות מדפסת תלת מימד, לוח לחם ולוח Arduino MEGA 2560 R3. המטרה המיועדת לפרויקט הייתה יצירת רובוט מרובע הליכה. לאחר הרבה עבודה ובדיקות יצרנו בהצלחה רובוט מרובע עובד. אנו נרגשים ומודים על ההזדמנות הזו להציג בפניכם את הפרויקט שלנו, ארכנואיד.

שלב 1: חומרים

החומרים בהם השתמשנו עבור הרובוט המרובע כוללים: מדפסת תלת מימד, מכונת כביסה לחומרי תמיכה, מגשי הדפסה תלת מימד, חומר הדפסה תלת מימד, חותכי תיל, קרש לחם, מחזיקי סוללות, מחשב, סוללות AA, סרט חשמלי, סרט נייר, מגדל MG90S מנועי Pro Servo, Crazy Glue, לוח Arduino MEGA 2560 R3, חוטי מגשר, תוכנת Inventor 2018 ותוכנת IDE Arduino. השתמשנו במחשב להפעלת התוכנה ומדפסת התלת מימד בה השתמשנו. השתמשנו בתוכנת Inventor בעיקר לעיצוב החלקים ולכן אין צורך בכך שמישהו יעשה זאת בבית מכיוון שכל קבצי החלק שיצרנו מסופקים במדריך זה. תוכנת ה- Arduino IDE שימשה לתכנות הרובוט, וזה גם מיותר עבור האנשים שעושים את זה בבית מכיוון שסיפקנו גם את התוכנית שבה אנו משתמשים. מדפסת התלת -ממד, מכונת הכביסה לחומרי תמיכה, חומר הדפסה תלת -ממדית ומגשי הדפסה תלת -ממדית שימשו כולם לתהליך ייצור החלקים מהם עשוי הארכנואיד. השתמשנו במחזיקי הסוללות, סוללות AA, חוטי מגשר, סרט חשמלי וחותכי תיל שימשו יחד ליצירת מארז הסוללות. הסוללות הוכנסו למחזיקי הסוללות וחותכי החוטים שימשו לחיתוך קצה החוטים הן של חבילת הסוללות והן של חוטי המגשר, כך שניתן יהיה להפשיטם ולסובב אותם יחד, ולאחר מכן להדביק בעזרת סרט חשמלי. לוח הלוח, חוטי המגשר, מארז הסוללות וארדיונו שימשו ליצירת מעגל המספק מנועים וחיבר אותם לסיכות הבקרה של הארדואינו. הדבק המשוגע שימש לחיבור מנועי הסרוו לחלקי הרובוט. המקדח והברגים שימשו להרכבת אלמנטים אחרים של הרובוט. הברגים צריכים להיראות כמו בתמונה המצורפת אך ניתן להתבסס על הגודל על שיקול דעת. עניבות הסקוטש והקיפודים שימשו בעיקר לניהול תיל. בסופו של דבר הוצאנו סך הכל 51.88 דולר על החומרים שלא היה לנו בסביבה.

אספקה שהייתה לנו בהישג יד

1. (כמות: 1) מדפסת תלת מימד
2. (כמות: 1) מכונת כביסה לחומרי תמיכה
3. (כמות: 5) מגשי הדפסה תלת -ממדית
4. (כמות: 27.39 ב^3) חומר הדפסה תלת מימדית
5. (כמות: 1) חותכי חוטים
6. (כמות: 1) תרגיל
7. (כמות: 24) ברגים
8. (כמות: 1) לוח לחם
9. (כמות: 4) מחזיקי סוללות
10. (כמות: 1) מחשב
11. (כמות: 8) סוללות AA
12. (כמות: 4) קשרי רוכסן
13. (כמות: 1) קלטת חשמל
14. (כמות: 1) סקוטש טייפ

אספקה שקנינו

1. (כמות: 8) מנועי MG90S Tower Pro Servo (עלות כוללת: $ 23.99)
2. (כמות: 2) דבק מטורף (עלות כוללת: $ 7.98)
3. (כמות: 1) לוח Arduino MEGA 2560 R3 (עלות כוללת: $ 12.95)
4. (סכום: 38) חוטי מגשר (עלות כוללת: $ 6.96)

נדרשת תוכנה

1. ממציא 2018
2. סביבת פיתוח משולבת של Arduino

שלב 2: שעות שהושקעו בהרכבה

השקענו לא מעט שעות ביצירת הרובוט המרובע שלנו, אבל נתח הזמן הגדול ביותר שהשתמשנו בו בילה בתכנות הארכנואיד. לקח לנו כ- 68 שעות לתכנת את הרובוט, 57 שעות הדפסה, 48 שעות עיצוב, 40 שעות הרכבה ו -20 שעות בדיקה.

שלב 3: יישומי STEM

מַדָע

ההיבט המדעי של הפרויקט שלנו נכנס לתמונה בעת יצירת המעגל ששימש להפעלת מנועי הסרוו. יישמנו את הבנתנו לגבי מעגלים, ליתר דיוק את המאפיין של מעגלים מקבילים. תכונה זו היא שמעגלים מקבילים מספקים את אותו המתח לכל הרכיבים בתוך המעגל.

טֶכנוֹלוֹגִיָה

השימוש שלנו בטכנולוגיה היה חשוב מאוד לאורך כל תהליך העיצוב, ההרכבה והתכנות של הארכנואיד. השתמשנו בתוכנת העיצוב בעזרת מחשב, Inventor כדי ליצור את כל הרובוט המרובע כולל: הגוף, המכסה, הירכיים והעגלים. כל החלקים שתוכננו הודפסו מתוך מדפסת תלת מימד. שימוש ב- Arduino I. D. E. תוכנה, הצלחנו להשתמש במנועי הארדואינו והסרוו כדי לבצע את ההליכה ארכנואידית.

הַנדָסָה

ההיבט ההנדסי של הפרויקט שלנו הוא התהליך האיטרטיבי המשמש לעיצוב החלקים המיוצרים עבור הרובוט המרובע. היינו צריכים לעלות על סיעור מוחות כיצד לחבר את המנועים ולכלול את הארדואינו ולוח הלחם. ההיבט התכנותי של הפרויקט דרש מאיתנו גם לחשוב באופן יצירתי על פתרונות אפשריים לבעיות שנתקלנו בהן. בסופו של דבר השיטה בה השתמשנו הייתה יעילה ועזרה לנו לגרום לרובוט לנוע בדרכים שהיינו צריכים אותו.

מָתֵימָטִיקָה

ההיבט המתמטי של הפרויקט שלנו הוא השימוש במשוואות לחישוב כמות המתח והזרם הדרושים לנו כדי להניע את המנוע אשר דרש את יישום חוק אוהם. כמו כן, השתמשנו במתמטיקה לחישוב גודל כל החלקים הבודדים שנוצרו עבור הרובוט.

שלב 4: מכסה רובוט מרובע מסוג Iteration

המכסה ל- Arachnoid תוכנן עם ארבע יתדות בתחתיתן שהיו בגודלן והונחו בתוך חורים שנעשו על הגוף. יתדות אלה, יחד עם סיוע של Crazy Glue הצליחו לחבר את המכסה לגוף הרובוט. חלק זה נוצר כדי לסייע בהגנה על ה- Ardiuno ולהעניק לרובוט מראה מוגמר יותר. החלטנו להתקדם עם העיצוב הנוכחי אך הוא עבר שני איטרציות של עיצוב לפני שנבחר עיצוב זה.

שלב 5: גוף רובוט מסוג Iteration 2

חלק זה נוצר כדי להכיל את ארבעת המנועים המשמשים להנעת חלקי הירך, הארדואינו ולוח הלחם. התאים בצידי הגוף נעשו גדולים יותר מהמנועים בהם אנו משתמשים כעת לפרויקט שנעשה מתוך מחשבה על החלק המרווח. עיצוב זה בסופו של דבר אפשר פיזור חום נאות ואפשר לחבר את המנועים באמצעות ברגים מבלי לגרום לנזק אפשרי לגוף שייקח הרבה יותר זמן להדפיס מחדש. החורים בחזית והיעדר קיר בחלק האחורי של הגוף נעשו בכוונה כדי שניתן יהיה להעביר חוטים לתוך הארדואינו ולוח הלחם. החלל באמצע הגוף תוכנן עבור הארדואינו, קרש הלחם והסוללות שיש לשכן בהם. ישנם גם ארבעה חורים שתוכננו בחלק התחתון של החלק שנועד במיוחד עבור חוטי מנועי הסרוו שיעברו לתוכם ואל תוך גב הרובוט. חלק זה הוא אחד החשובים שכן הוא משמש בסיס עבורו תוכנן כל חלק אחר. עברנו שני איטרציות לפני שהחלטנו על האחת המוצגת.

שלב 6: מרווח מנוע סרוו איטרציה שני

מרווח המנוע של סרוו תוכנן במיוחד עבור התאים בצידי הגוף של הארכנואיד. מרווחים אלה תוכננו מתוך מחשבה שכל קידוח בצד הגוף עלול להיות מסוכן ולגרום לנו לבזבז חומר וזמן על הדפסה מחדש של החלק הגדול יותר. זו הסיבה שבגללה הלכנו עם המרווח שלא רק פתר את הבעיה אלא גם אפשר לנו ליצור שטח גדול יותר עבור המנועים המסייע במניעת התחממות יתר. המרווח עבר שני איטרציות. הרעיון המקורי כלל: שני קירות דקים משני הצדדים שהתחברו למרווח שני. רעיון זה בוטל מכיוון שלמרות שיהיה קל יותר לקדוח כל צד בנפרד, כך שאם אחד ייפגע, לא יהיה צורך לזרוק את השני גם. הדפסנו 8 חלקים אלה שהספיקו להדביק לחלקו העליון והתחתון של תא המנוע בגוף. לאחר מכן השתמשנו במקדחה שבמרכזה בצד הארוך של היצירה כדי ליצור חור טייס אשר שימש לאחר מכן לבורג משני צידי המנוע לצורך הרכבה.

שלב 7: מנת הרכבה השנייה ברגל רובוט הרגליים

חלק זה הוא הירך או החצי העליון של רגל הרובוט. הוא תוכנן עם חור בחלק הפנימי של החלק שנוצר במיוחד עבור האבזור שמגיע עם המנוע אשר שונה עבור הרובוט שלנו. הוספנו גם חריץ בחלק התחתון של החלק שנוצר עבור המנוע והוא ישמש להנעת החצי התחתון של הרגל. חלק זה מטפל ברוב התנועה העיקרית של הרגל. האיטרציה הנוכחית של חלק זה בו אנו משתמשים היא השנייה שכן לראשונה היה עיצוב שמנמן יותר שהחלטנו שהוא מיותר.

שלב 8: חזרה חמישית של מפרק ברך הרובוט המרובע

מפרק הברך היה אחד החלקים המסובכים יותר לעיצוב. זה לקח כמה חישובים ובדיקות אבל העיצוב הנוכחי המוצג עובד די יפה. חלק זה תוכנן להקיף את המנוע על מנת להעביר ביעילות את תנועת המנוע לתנועה על השוק או הרגל התחתונה. נדרשו חמישה איטרציות של עיצוב ועיצוב מחדש כדי ליצור אך הצורה הספציפית שנוצרה סביב החורים הגדילה את דרגות התנועה האפשריות מבלי לא לוותר על הכוח שדרשנו ממנה. חיברנו גם את המנועים באמצעות אבזור נוסף המתאים לחורים בצדדים ומתאימים בצורה מושלמת למנוע ומאפשר לנו להשתמש בברגים כדי לשמור אותו במקום. חור הטייס בתחתית היצירה אפשר למנוע קידוחים ונזקים אפשריים.

שלב 9: עגל רגל רובוט רובוטים שלישי

המחצית השנייה של הרגל של הרובוט נוצרה באופן שלא משנה איך הרובוט יוריד את רגלו, הוא תמיד ישמור על אותה כמות משיכה. זאת הודות לעיצוב חצי -עגול של כף הרגל ולרפידת הקצף שחתכנו והדבקנו לתחתית. בסופו של דבר הוא משרת היטב את מטרתו המאפשר לרובוט לגעת בקרקע וללכת. עברנו שלוש איטרציות עם עיצוב זה שכלל בעיקר שינויים באורך ובעיצוב כף הרגל.

שלב 10: הורדות לקבצי ממציא החלקים

קבצים אלה הם של Inventor. הם קובצי חלק במיוחד עבור כל החלקים המוגמרים שעיצבנו לפרויקט זה.

שלב 11: הרכבה

הסרטון שסיפקנו מסביר כיצד הרכבנו את הארכנואיד, אך נקודה אחת שלא הוזכרה בו היא שתצטרך להסיר את סוגר הפלסטיק משני צידי המנוע על ידי ניתוקו וליטוש היכן שהיה. שאר התמונות המסופקות נלקחות במהלך ההרכבה.

שלב 12: תכנות

שפת התכנות arduiono מבוססת על שפת התכנות C. בתוך קוד העריכה Arduino, הוא נותן לנו שתי פונקציות.

• הגדרת void (): כל הקוד שבתוך פונקציה זו פועל פעם בהתחלה
• לולאת void (): הקוד בתוך לולאות הפונקציה ללא קצה.

בדוק למטה על ידי לחיצה על הקישור הכתום כדי לראות מידע נוסף על הקוד!

זהו הקוד להליכה

#לִכלוֹל

classServoManager {

פּוּמְבֵּי:

סרוו FrontRightThigh;

סרוו FrontRightKnee;

סרוו BackRightThigh;

סרוו BackRightKnee;

סרוו FrontLeftThigh;

סרוו FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

Servo BackLeftKnee;

הגדרת voids () {

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);

}

};

מנהל ServoManager;

הגדרת voids () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

עיכוב (1000);

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

עיכוב (5000);

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

עיכוב (1000);

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

עיכוב (1000);

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

עיכוב (1000);

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

עיכוב (1000);

}

הצג rawQuad.ino המתארח אצל ❤ על ידי GitHub

שלב 13: בדיקה

הסרטונים שהוספנו כאן הם מאתנו בודקים את הארכנואיד. הנקודות שבהן אתה רואה אותו הולך מעט קצרות אך אנו מאמינים שזה אמור לתת לך מושג כיצד נעשתה ההליכה של הרובוט המרובע. לקראת סוף הפרויקט שלנו אכן הצלחנו ללכת אבל די לאט כך שהמטרה שלנו הושגה. הסרטונים שלפנינו עוסקים בבדיקת המנועים שחיברנו לחלק העליון של הרגל.

שלב 14: במהלך תהליך העיצוב וההדפסה

הסרטונים שהוספנו כאן הם בעיקר בדיקות התקדמות לאורך כל תהליך העיצוב וההדפסה של החלקים שיצרנו.

שלב 15: שיפורים אפשריים

הקדשנו זמן לחשוב כיצד נמשיך הלאה עם הארכנואיד אם יהיה לנו יותר זמן עם זה ומצאנו כמה רעיונות. נחפש דרך טובה יותר להפעיל את ה- Arachnoid כולל: מציאת סוללה טובה וקלה יותר הניתנת לטעון. כמו כן, נחפש דרך טובה יותר לחבר את מנועי הסרוו לחצי העליון של הרגל שעיצבנו על ידי עיצוב מחדש של החלק שיצרנו. שיקול נוסף שעשינו הוא הצמדת מצלמה לרובוט כך שניתן יהיה להשתמש בה כדי להיכנס לאזורים שאנשים אחרים לא יגיעו אליהם. כל השיקולים הללו עברו במוחנו בזמן שעיצבנו והרכבנו את הרובוט אך לא הצלחנו להמשיך אותם בגלל מגבלות זמן.

שלב 16: עיצוב סופי

בסופו של דבר, אנו די מרוצים מהאופן בו התברר העיצוב הסופי שלנו ומקווים שתרגיש כך. תודה על הזמן וההתייחסות.