Arachnoid: 16 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Nejprve bychom vám chtěli poděkovat za váš čas a pozornost. Můj partner Tio Marello a já, Chase Leach, jsme si užili spoustu práce na projektu a překonávání výzev, které představoval. Aktuálně jsme studenti školy Wilkes Barre Area School District S. T. E. M. Akademie Jsem junior a Tio je Sophomore. Náš projekt, Arachnoid, je čtyřnásobný robot, který jsme vyrobili pomocí 3D tiskárny, Bread Board a Arduino MEGA 2560 R3 Board. Zamýšleným cílem projektu bylo vytvořit kráčejícího čtyřnožce. Po spoustě práce a testování jsme úspěšně vytvořili fungujícího čtyřnásobného robota. Jsme nadšeni a vděční za tuto příležitost představit vám náš projekt Arachnoid.

Krok 1: Materiály

Mezi materiály, které jsme použili pro čtyřnásobného robota, patří: 3D tiskárna, podložka podpůrného materiálu, podnosy pro 3D tisk, materiál pro 3D tisk, řezačky drátů, prkénko, držáky baterií, počítač, baterie AA, elektrická páska, skotská páska, věž MG90S Pro Servo Motors, Crazy Glue, deska Arduino MEGA 2560 R3, propojovací vodiče, software Inventor 2018 a software Arduino IDE. Pomocí počítače jsme spustili software a 3D tiskárnu, kterou jsme použili. Software Inventor jsme používali hlavně pro navrhování dílů, takže není nutné, aby si to někdo vyráběl doma, protože všechny soubory součástí, které jsme vytvořili, jsou k dispozici v tomto návodu. Pro programování robota byl použit software Arduino IDE, což je také zbytečné pro lidi, kteří si ho dělají doma, protože jsme také poskytli program, který používáme. 3D tiskárna, podložka podpůrného materiálu, materiál pro 3D tisk a podnosy pro 3D tisk byly použity pro výrobu dílů, ze kterých byl Arachnoid vyroben. K vytvoření sady baterií jsme použili držáky baterií, baterie AA, propojovací vodiče, elektrickou pásku a řezače vodičů. Baterie byly vloženy do držáků baterií a řezačky drátu byly použity k oříznutí konce vodičů jak baterie, tak propojovacích vodičů, aby mohly být odizolovány a zkrouceny dohromady, a poté přelepeny elektrickou páskou. Prkénko, propojovací vodiče, baterie a Ardiuno byly použity k vytvoření obvodu, který dodával energii do motorů a připojil je k ovládacím pinům Arduina. Crazy Glue bylo použito k připevnění servomotorů k částem robota. Vrták a šrouby byly použity pro montáž dalších prvků robota. Šrouby by měly vypadat jako na uvedeném obrázku, ale velikost může být založena na úsudku. Scotch Tape a Zip Ties byly použity hlavně pro správu drátu. Nakonec jsme za materiály, které jsme neměli kolem, utratili celkem 51,88 $.

Dodávky, které jsme měli po ruce

1. (Množství: 1) 3D tiskárna
2. (Množství: 1) Podložka podpůrného materiálu
3. (Množství: 5) Zásobníky 3D tisku
4. (Částka: 27,39 palce^3) Materiál pro 3D tisk
5. (Částka: 1) Nůžky na drát
6. (Částka: 1) Vrták
7. (Množství: 24) Šrouby
8. (Částka: 1) Breadboard
9. (Množství: 4) Držáky baterií
10. (Částka: 1) Počítač
11. (Množství: 8) AA baterie
12. (Částka: 4) Kravaty na zip
13. (Množství: 1) Elektrická páska
14. (Množství: 1) Scotch Tape

Dodávky, které jsme koupili

1. (Částka: 8) Servomotory MG90S Tower Pro (celkové náklady: 23,99 USD)
2. (Částka: 2) Bláznivé lepidlo (Celkové náklady: 7,98 $)
3. (Částka: 1) Deska Arduino MEGA 2560 R3 (Celkové náklady: 12,95 USD)
4. (Částka: 38) Propojovací vodiče (Celkové náklady: 6,96 USD)

Je vyžadován software

1. Inventor 2018
2. Integrované vývojové prostředí Arduino

Krok 2: Hodiny strávené montáží

Strávili jsme několik hodin vytvořením našeho čtyřnásobného robota, ale největší část času, který jsme použili, bylo věnováno programování Arachnoida. Naprogramování robota nám trvalo přibližně 68 hodin, 57 hodin tisku, 48 hodin navrhování, 40 hodin montáže a 20 hodin testování.

Krok 3: Aplikace STEM

Věda

Vědecký aspekt našeho projektu vstupuje do hry při vytváření obvodu, který byl použit k napájení servomotorů. Aplikovali jsme naše chápání obvodů, konkrétněji vlastnost paralelních obvodů. Tato vlastnost spočívá v tom, že paralelní obvody dodávají stejné napětí všem součástkám v obvodu.

Technologie

Naše použití technologie bylo velmi důležité v celém procesu navrhování, montáže a programování Arachnoidu. K vytvoření celého čtyřnásobného robota včetně těla, víka, stehen a lýtek jsme použili počítačem podporovaný návrhový software Inventor. Všechny navržené součásti byly vytištěny na 3D tiskárně. Pomocí Arduino I. D. E. software, byli jsme schopni použít Arduino a servomotory k tomu, aby se Arachnoid procházel.

Inženýrství

Technickým aspektem našeho projektu je iterační proces použitý k návrhu dílů vyrobených pro čtyřnásobného robota. Museli jsme vymyslet způsoby, jak připojit motory a umístit Arduino a prkénko. Aspekt programování projektu také vyžadoval, abychom kreativně přemýšleli o možných řešeních problémů, na které jsme narazili. Metoda, kterou jsme použili, byla nakonec účinná a pomohla nám přimět robota, aby se pohyboval tak, jak jsme potřebovali.

Matematika

Matematickým aspektem našeho projektu je použití rovnic pro výpočet množství napětí a proudu, které jsme potřebovali k napájení motoru, což vyžadovalo použití Ohmova zákona. Pomocí matematiky jsme také vypočítali velikost všech jednotlivých částí vytvořených pro robota.

Krok 4: Víko druhého robota se čtyřnásobným opakováním

Víko pro Arachnoida bylo navrženo se čtyřmi kolíky ve spodní části, které byly dimenzovány a umístěny uvnitř otvorů vytvořených na těle. Tyto kolíčky spolu s asistencí Crazy Glue dokázaly připevnit víko k tělu robota. Tato část byla vytvořena, aby pomohla chránit Ardiuno a dodat robotovi dokonalejší vzhled. Rozhodli jsme se pokročit se současným designem, ale než byl vybrán tento, prošel dvěma iteracemi designu.

Krok 5: 2. tělo iterace čtyřnásobného robota

Tato část byla vytvořena pro uložení čtyř motorů používaných k pohybu stehenních částí, Arduina a prkénka. Přihrádky na bocích těla byly větší než motory, které v současné době používáme pro projekt, který byl proveden s ohledem na distanční část. Tato konstrukce v konečném důsledku umožňovala adekvátní rozptyl tepla a umožňovala připevnění motorů pomocí šroubů, aniž by docházelo k možnému poškození těla, jehož dotisk by trval mnohem déle. Otvory v přední části a nedostatek zdi v zadní části těla byly záměrně provedeny tak, aby dráty mohly být vedeny do Arduina a prkénka. Prostor ve střední části těla byl navržen pro umístění Arduina, prkénka a baterií. Ve spodní části části jsou také navrženy čtyři otvory určené speciálně pro protažení vodičů servomotorů a do nich. zadní část robota. Tato část je jednou z nejdůležitějších, protože slouží jako základ, pro který byly navrženy všechny ostatní části. Prošli jsme dvěma iteracemi, než jsme se rozhodli pro tu zobrazenou.

Krok 6: 2. iterační mezerník servomotoru

Rozpěrka servomotoru byla navržena speciálně pro přihrádky po stranách těla arachnoidu. Tyto rozpěrky byly navrženy s ohledem na myšlenku, že jakékoli vrtání do boku těla může být potenciálně nebezpečné a způsobit, že budeme ztrácet materiál a čas přetištěním větší části. Proto jsme místo toho použili spacer, který nejen vyřešil tento problém, ale také nám umožnil vytvořit větší prostor pro motory, který pomáhá předcházet přehřívání. Mezikus prošel dvěma iteracemi. Původní myšlenka zahrnovala: dvě tenké stěny na obou stranách, které byly spojeny s druhým distančním sloupkem. Tato myšlenka byla sešrotována, protože i když by bylo snazší vyvrtat každou stranu zvlášť, takže pokud by došlo k poškození jedné, nemusela by být vyhozena ani druhá. Vytiskli jsme 8 těchto kusů, což stačilo nalepit na horní a dolní část motorového prostoru na těle. Potom jsme použili vrták, který byl vycentrován na dlouhé straně dílu, aby vytvořil pilotní otvor, který byl poté použit pro šroub na obou stranách motoru pro montáž.

Krok 7: Druhá iterační čtyřnožka robota stehna

Tato část je stehno nebo horní polovina nohy robota. Byl navržen s otvorem na vnitřní straně části, která byla vyrobena speciálně pro kotvu dodávanou s motorem, který byl upraven pro našeho robota. Také jsme přidali štěrbinu na spodní část části, která byla vyrobena pro motor, který bude použit k pohybu spodní poloviny nohy. Tato část zvládá většinu hlavního pohybu nohy. Aktuální iterace této části, kterou používáme, je druhá, protože první měla robustnější design, o kterém jsme se rozhodli, že není zbytečný.

Krok 8: 5. iterace kolenního kloubu čtyřnásobného robota

Kolenní kloub byl jednou z nejsložitějších částí. Trvalo to několik výpočtů a testů, ale současný design funguje docela dobře. Tato část byla navržena tak, aby obcházela motor, aby efektivně přenesla pohyb motoru na pohyb na lýtku nebo bérci. Trvalo pět iterací designu a přepracování, ale konkrétní tvar, který byl vytvořen kolem otvorů, maximalizoval možné stupně pohybu, aniž by ztratil sílu, kterou jsme od něj požadovali. Motory jsme také připevnili pomocí více armatur, které se vešly do otvorů na bocích a perfektně pasovaly na motor, což nám umožnilo použít šrouby, aby bylo na místě. Pilotní otvor ve spodní části dílu umožňoval vyhnout se vrtání a možnému poškození.

Krok 9: Třetí Iterace Čtyřnásobný robot Noha Tele

Druhá polovina nohy robota byla vytvořena takovým způsobem, že bez ohledu na to, jak si robot nastaví nohu, bude vždy udržovat stejné množství trakce. Je to díky půlkruhovému designu chodidla a pěnové podložce, kterou jsme ustřihli a nalepili na dno. Nakonec to dobře slouží svému účelu, což umožňuje robotu dotknout se země a chodit. S tímto designem jsme prošli třemi iteracemi, které zahrnovaly hlavně změny v délce a designu nohy.

Krok 10: Stažení pro soubory aplikace Inventor

Tyto soubory pocházejí z aplikace Inventor. Jsou to konkrétně soubory dílů pro všechny hotové díly, které jsme pro tento projekt navrhli.

Krok 11: Sestavení

Video, které jsme poskytli, vysvětluje, jak jsme sestavili Arachnoid, ale jeden bod, který v něm nebyl zmíněn, je, že budete muset odstranit plastový držák z obou stran motoru tím, že jej odříznete a obrousíte tam, kde býval. Další poskytnuté fotografie jsou převzaty z montáže.

Krok 12: Programování

Programovací jazyk arduiono vychází z programovacího jazyka C. Uvnitř úpravy kódu Arduino nám dává dvě funkce.

• void setup (): Veškerý kód uvnitř této funkce se spustí jednou na začátku
• void loop (): Kód uvnitř funkce se opakuje bez konce.

Chcete -li zobrazit další informace o kódu, zkontrolujte níže kliknutím na oranžový odkaz!

Toto je kód pro chůzi

#zahrnout

classServoManager {

veřejnost:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo FrontLeftThigh;

Servo přední levé koleno;

Servo ZpětVlevoVysoké;

Servo BackLeftKnee;

voidsetup () {

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);

}

};

ServoManager Manager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

zpoždění (1000);

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

zpoždění (5000);

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

zpoždění (1000);

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

zpoždění (1000);

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

zpoždění (1000);

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

zpoždění (1000);

}

zobrazit rawQuad.ino hostovaný s ❤ od GitHub

Krok 13: Testování

Videa, která jsme sem přidali, jsou z nás při testování Arachnoida. Body, kde to vidíte chodit, jsou trochu krátké, ale věříme, že by vám to mělo poskytnout představu o tom, jak byla chůze čtyřnohého robota provedena. Ke konci našeho projektu jsme se dostali k chůzi, ale dost pomalu, takže náš cíl byl splněn. Videa před námi testují motory, které jsme připevnili pro horní část nohy.

Krok 14: Během procesu navrhování a tisku

Videa, která jsme sem přidali, jsou hlavně kontrolou průběhu celého procesu navrhování a tisku dílů, které jsme vyrobili.

Krok 15: Možná vylepšení

Udělali jsme si čas na přemýšlení o tom, jak bychom se s Arachnoidem pohnuli vpřed, kdybychom s ním měli více času a přišli jsme na nějaké nápady. Hledali bychom lepší způsob napájení Arachnoidu, včetně: nalezení lepšího, lehčího akumulátoru, který by bylo možné dobít. Také bychom hledali lepší způsob, jak připevnit servomotory k horní polovině nohy, kterou jsme navrhli, přepracováním části, kterou jsme vytvořili. Další úvahou, kterou jsme provedli, je připevnění kamery k robotu, aby mohla být použita pro vstup do oblastí, které jsou jinak lidem nedostupné. Všechny tyto úvahy nám prošly myslí, když jsme robota navrhovali a montovali, ale z časových důvodů jsme je nemohli uskutečnit.

Krok 16: Konečný návrh

Nakonec jsme docela spokojeni s tím, jak náš konečný design dopadl, a doufáme, že se budete cítit stejně. Děkujeme Vám za Váš čas a pozornost.