CHYBY vzdělávací robot: 11 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Za poslední rok jsem strávil téměř veškerý svůj volný čas navrhováním a učením se o open source 3D tisknutelné robotice, takže když jsem viděl, že Instructables vystavilo soutěž v robotice, nebylo možné, abych se jí nemohl zúčastnit.

Chtěl jsem, aby design tohoto robota byl co nejvíce vzdělávací. Aby učitelé po celém světě tvořili malé znalosti designu a programování a měli přístup k 3D tiskárně, mohli ve třídě snadno stavět a používat roboty mnoho různých funkcí.

Předtím jsem navrhl a poslal BORIS the Biped (odkaz zde) robota, kterého jsem také navrhl pro vzdělávací účely, a rozhodl jsem se použít stejnou elektroniku v BORIS jako v BUGS, takže každý z vás, kdo se rozhodne postavit BUGS na velmi malé dodatečné náklady mohou také postavit BORIS

Tento projekt mám v hlavě už delší dobu a konečně je čas se o něj podělit.

Trvalo mi asi 3 týdny navrhování, prototypování a dokumentace, abych tento projekt dokončil.

Doufám, že se vám tento návod bude líbit a bude pro vás užitečný

Kolik stojí BUGS:

Celkově vás BUGS bude stát asi 90 $ za sestavení baterií a nabíječky

Jaké jsou vlastnosti BUGS:

• Nejprve jsem chtěl, aby BUGS vynikly, takže na rozdíl od mnoha jiných kolových vzdělávacích robotů BUGS chodí na 8 nohách pomocí Klannovy vazby, což má tu výhodu, že redukuje potřebná serva na jedno servo na každé straně a tím snižuje náklady.
• BUGS je vybaven kloubovým drápem, který je ideální pro chytání golfového nebo stolního tenisového míčku.
• Abych skutečně posunul vzdělávací schopnosti BUGS na hranici možností, rozhodl jsem se přidat na něj tunu dalších senzorů, aby mohl skutečně předvést jakýkoli úkol v oblasti robotiky, který od něj požadujete. Mezi tyto funkce patří:

- Sledování řádku

- Směr digitálního kompasu

- Vyhýbání se překážkám

- Bzučák

- Ruční ovládání pomocí 3D vytištěného ovladače Arduino (odkaz zde)

Co je BUGS předem naprogramováno:

BUGS se programuje pomocí Arduina, do jeho mozku lze nahrát 3 předprogramované arduino kódy:

- Autonomní režim sledování čáry, kde BUGS mohou zvednout míč podle čáry a odhodit míč na konec řádku

- Autonoumous digitální kompas a režim vyhýbání se překážkám, kde se BUGS mohou držet pevného směru a vyhýbat se překážkám, které jsou umístěny před ním, při zachování stejného směru

- Manuální režim, kde lze BUGS ovládat ručně a provádět 2 výše uvedené autonomní režimy stisknutím tlačítka

Zásoby

K tomuto pokynu budete potřebovat:

NÁSTROJE:

Malý křížový šroubovák

DODÁVKY PRO ROBOTA:

3x originální analogové 180 stupňové servo Tower Pro MG90S (odkaz zde)

V Číně můžete jít levně na spoustu věcí, ale serva mezi nimi nejsou! Po vyzkoušení mnoha různých typů, zvláště levných padělaných serva pro servo, jsem zjistil, že ta levná padělaná jsou tak nespolehlivá a často se rozbijí den po použití, takže jsem se rozhodl, že nejlepší budou serva towerpro!

1x Sunfounder Wireless Servo Control Board (odkaz zde)

Nemůžete najít lepší prototypovací desku, než je tato pro bezdrátové ovládání serva. Tato deska je vybavena měničem výkonu 5V 3A a 12 vstupními piny a piny pro bezdrátový transceiverový modul nrf24L01 a Arduino NANO vše v kompaktním úhledném balení, takže si už nemusíte dělat starosti se špinavými kabely všude!

• 1x Arduino NANO (odkaz zde)
• 1x modul přijímače a přijímače NRF24L01 (odkaz zde) (Pokud ovladač nepoužíváte, nepotřebujete to)
• 1x Magnometr (digitální kompas) QMC5883L GY-273 (odkaz zde)
• 1x ultrazvukový senzor HC-SR04 (odkaz zde)
• 2x modul infračerveného senzoru vyhýbání se překážkám (odkaz zde)
• 1x pasivní bzučák (odkaz zde)
• 2x Li -ion baterie 18650 3,7 V (odkaz zde)
• 1x držák baterie 18650 (odkaz zde) (tyto baterie vám poskytnou přibližně 30 minut běhu, lepší vám poskytnou přibližně 2 hodiny provozu)
• 1x nabíječka LI ion baterií (odkaz zde)
• 1x propojovací kabel 120 ks dlouhý 10 cm (odkaz zde)
• 1x šrouby 2mm x 8mm balení 100 kusů (odkaz zde)

Veškerou elektroniku najdete také na Amazonu, pokud si nemůžete dovolit čekat na doručení, ale bude o něco dražší.

OVLADAČ:

K ručnímu ovládání tohoto robota budete potřebovat 3D vytištěný ovladač Arduino (odkaz zde) Robot může být také čistě automatický, takže ovladač není povinný.

PLASTY:

Díly lze potisknout v PLA nebo PETG nebo ABS. !! Vezměte prosím na vědomí, že 500g cívka je více než dost na vytištění 1 robota !!

3D TISKÁRNA:

Minimální požadovaná stavební platforma: D150 mm x Š150 mm x V100 mm

Postačí jakákoli 3D tiskárna.

Osobně jsem díly vytiskl na Creality Ender 3, což je nízkonákladová 3D tiskárna pod 200 $. Výtisky se ukázaly perfektně.

Krok 1: 3D tisk součástí

Takže teď je čas na tisk … Ano

Pečlivě jsem navrhl všechny díly BUGS tak, aby byly vytištěny 3D, aniž by při tisku byly vyžadovány jakékoli podpůrné materiály nebo vory.

Všechny díly jsou k dispozici ke stažení na Pinshape (odkaz zde)

Všechny díly byly testovaně vytištěny na Creality Ender 3

Materiál: PETG

Výška vrstvy: 0,3 mm

Výplň: 15%

Průměr trysky: 0,4 mm

Seznam dílů pro CHYBY je následující:

• 1x HLAVNÍ TĚLO
• 1x TOP TĚLO
• 2x BOČNÍ TĚLO
• 1x ARM
• 1x Předloktí
• 1x RUKA
• 2x ARM PINY
• 1x RUČNÍ PIN
• 2x ZUBY
• 4x PŘIPOJOVACÍ ZUB
• 4x ODKAZ NA ČTVERCOVÝ PIN
• 4x LINKAGE DRIVE
• 8x VNITŘNÍ VAZBA
• 8x LINKAGE LEG
• 8x ODKAZ NAHORU MALÝ
• 8x SPOJENÍ SPODNÍ MALÉ
• 8x KRUHOVÝ PIN L1
• 4x KRUHOVÝ PIN L2
• 16x KRUHOVÝ PIN L3
• 8x KRUHOVÝ PIN L4
• 4x KRUHOVÝ PIN L5
• 4x VELKÝ OKRUH
• 36x KRUHOVÉ KLIPY
• 12x RECTANGULAR CLIPY

Každá část může být vytištěna jako skupina nebo jednotlivě.

Při skupinovém tisku postupujte podle následujících kroků:

• Začněte vytištěním SKUPINOVÉHO RUČNÍHO PŘEDBĚHU.stl tyto části se tisknou nejobtížněji a mohou vyžadovat okraj, aby nedošlo k deformaci
• Pokračujte v tisku zbývajících částí. Chcete -li vytisknout všechny součásti, stačí vytisknout každý jednotlivý soubor GROUP.stl a budete mít k dispozici kompletní sadu dílů, ujistěte se, že vytisknete soubor GROUP LEG LINKAGES AND PINS.stl 4krát

A máme to asi o den a půl tisku později, měli byste mít všechny plastové díly BUGS.

Krok 1 dokončen !!!

Krok 2: Instalace Arduina

CHYBY ke svému fungování používá programování v C ++. Abychom mohli nahrát programy do BUGS, budeme používat Arduino IDE spolu s několika dalšími knihovnami, které je třeba do Arduino IDE nainstalovat.

Nainstalujte si Arduino IDE do počítače

Arduino IDE (odkaz zde)

Chcete -li nainstalovat knihovny do Arduino IDE, musíte u všech knihoven v níže uvedených odkazech provést následující

1. Klikněte na níže uvedené odkazy (tím se dostanete na stránku GitHub knihoven)
2. Klikněte na Klonovat nebo Stáhnout
3. Klikněte na stáhnout ZIP (stahování by mělo začít ve vašem webovém prohlížeči)
4. Otevřete složku stažené knihovny
5. Rozbalte staženou složku knihovny
6. Zkopírujte složku rozbalené knihovny
7. Vložte rozbalenou složku knihovny do složky knihovny Arduino (C: / Documents / Arduino / libraries)

Knihovny:

• Knihovna Varspeedservo (odkaz zde)
• Knihovna QMC5883L (odkaz zde)
• Knihovna RF24 (odkaz zde)

A tady to máme, měli byste být všichni připraveni jít Abyste se ujistili, že jste správně nastavili Arduino IDE, postupujte podle následujících kroků

1. Níže si stáhněte požadovaný Arduino kód (Robot Controller & Autonomous.ino nebo Robot Autonomous Compass.ino nebo Robot Autonomous Line follower.ino) (z nějakého důvodu se mi nepodařilo nahrát kód do Instructables, prosím pošlete mi PM na seb.coddington@ gmail.com pro kód, dokud nevyřeším problém)
2. Otevřete jej v Arduino IDE
3. Vyberte nástroje:
4. Vybrat radu:
5. Vyberte Arduino Nano
6. Vyberte nástroje:
7. Vyberte procesor:
8. Vyberte ATmega328p (starý zavaděč)
9. Klikněte na tlačítko Ověřit (tlačítko Tick) v levém horním rohu Arduino IDE

Pokud vše půjde dobře, v dolní části by se vám měla zobrazit zpráva Hotovo kompilace.

A tím jste nyní dokončili Krok 2 !!!

Krok 3: Programování CHYB

Nyní je čas nahrát kód do mozku BUGS Arduino Nano.

1. Připojte Arduino Nano k počítači pomocí kabelu USB
2. Klikněte na tlačítko pro odeslání (tlačítko se šipkou doprava)

Pokud vše půjde dobře, v dolní části by se vám měla zobrazit zpráva Hotovo nahrávání.

A to je pro krok 3 vše.

Krok 4: Sestavení nohou BUGS

Všechny následující kroky jsou znázorněny na videu Assembley výše.

Sestavení zubů levé části těla

Potřebné elektronické součásti:

1x servo s nepřetržitým otáčením Fitech FS90R

Potřebné plastové díly:

• 1x Boční tělo
• 1x ozubené kolo
• 2x ozubené kolečko
• 2x čtyřhranný závěs
• 2x spojovací pohon
• 2x čtvercové klipy
• 4x kruhový kolík L4

Potřebné šrouby a servo rohy:

• 2x dlouhé samolepicí šrouby
• 1x krátké šrouby pro Servo Horn
• 1x Servo Horn s dvojitým ramenem

Montážní návod:

1. Vložte servo FS90R do bočního těla
2. Zajistěte na místě pomocí 2 dlouhých samořezných šroubů
3. Vložte servo roh do ozubeného kola
4. Vložte ozubené kolo na servo
5. Zajistěte na místě pomocí 1 krátkého šroubu servo houkačky
6. Zasuňte kruhové kolíky L4 do pohonů ozubených kol a spojovacích kol
7. Zasuňte kolíky čtyřhranu do řetězových kol (ujistěte se, že je zasunete správným směrem)
8. Zasuňte ozubená kolečka do bočního těla a ujistěte se, že jsou ozubená kola navzájem zrcadlově znázorněna, jak je znázorněno na montážním videu výše
9. Nasuňte pohon táhla přes protilehlou stranu čepu čtyřhranu a ujistěte se, že kruhové kolíky L4 jsou navzájem v opačných směrech
10. Zajistěte kolíkový spojovací kolík na místě pomocí 2 čtvercových spon

Sestavení ozubených kol na pravé straně těla

Postupujte stejně jako u zubů na levé straně těla

Sestavení nohou

Potřebné plastové díly:

• 2x Vazba vnější
• 2x Linkage Top malý
• 2x Spojovací dno malé
• 2x spojovací noha
• 2x kruhový kolík L1
• 1x kruhový kolík L2
• 4x kruhový kolík L3
• 1x kruhový kolík L5
• 1x velký klip
• 9x klip kruhový

Montážní návod:

1. Zasuňte kruhový kolík L5 do bočního těla
2. Zajistěte kruhový kolík L5 na místě pomocí velkého klipu
3. Nasuňte jeden z malých kousků spojovacího dílu přes kruhový kolík L2
4. Protáhněte kruhový kolík L2 bočním tělem
5. Nasuňte druhý horní díl spojovacího článku přes kruhový kolík L2
6. Zajistěte klipem Circular
7. Protáhněte oba kusy kruhového čepu L1 oběma malými díly spojovacího dna
8. Nasuňte oba malé kusy spojovacího dna přes kruhový kolík L5
9. Nasuňte oba vnější díly propojení přes kruhový kolík L4 a kruhový kolík L1, jak je znázorněno na montážním videu výše
10. Zajistěte oba vnější spojovací články dvěma kruhovými sponami
11. Protáhněte 2 kruhové kolíky L3 skrz oba malé kousky spojovacího článku
12. Nasuňte oba závěsy nohou na druhou stranu kruhového čepu L3
13. Zajistěte obě nožní závěsy na místě pomocí 2 kruhových spon
14. Zasuňte poslední 2 kruhové kolíky L3 do dvou ramen
15. Protáhněte druhý konec kruhového čepu L3 vnější vazbou
16. Zajistěte 2 kruhovými sponami

Stejným způsobem pokračujte se zbývajícími třemi rohy robota.

Krok 5: Sestavení BUGS's Claw

Všechny následující kroky jsou znázorněny na videu Assembley výše.

Potřebné elektronické součásti:

3x pravé servo Towerpro MG90S

Potřebné plastové díly:

• 1x Horní část těla
• 1x rameno
• 1x předloktí
• 1x ruka
• 2x čepy na paži
• 1x špendlík

Potřebné šrouby:

2x dlouhé samolepicí šrouby

Montážní návod:

1. Vložte jeden z kolíků ramene do otvoru v horním těle
2. Vložte jedno ze serv do horního těla
3. Zajistěte servo pomocí 2 dlouhých samořezných šroubů
4. Zasuňte kolík druhého ramene do spodního otvoru předloktí
5. Vložte kolík ruky do horního otvoru (na straně ruky) předloktí
6. Vložte 2 zbývající serva do předloktí
7. Vložte paži přes servo a čep (horní strana) na horní část těla a ujistěte se, že je správně nasměrován
8. Nasaďte paži přes servo a kolík předloktí (nejtenčí strana) a ujistěte se, že jste ji dostali správně
9. Vložte ruku přes druhé servo a kolík předloktí

Krok 6: Sestavení elektroniky BUGS

Všechny následující kroky jsou znázorněny na videu Assembley výše.

Potřebné elektronické součásti:

• 1x Arduino NANO
• 1x vysílač NRF24L01 (volitelně)
• 1x Servo štít
• 1x bzučák
• 1x ultrazvukový senzor
• 1x Magnometr (digitální kompas)
• 2x IR senzory
• 1x držák baterie
• 2x baterie 18650

Potřebné plastové díly:

1x Hlavní tělo

Potřebné šrouby:

9x dlouhé samolepicí šrouby

Montážní návod:

1. Připevněte transceiver Arduino NANO a NRF24L01 k servo stínění
2. Našroubujte vodiče držáku baterie na stínění serva (zkontrolujte polaritu)
3. Pomocí 2 šroubů šikmo přišroubujte držák baterie k hlavnímu tělu
4. Přišroubujte bzučák k hlavnímu tělu 1 šroubem
5. Pomocí 2 šroubů šikmo přišroubujte kryt Servo k hlavnímu tělu
6. Zašroubujte magnetometr (digitální kompas) k hlavnímu tělu pomocí 2 šroubů
7. Připevněte ultrazvukový senzor na místo na hlavním těle
8. Přišroubujte oba IR senzory k hlavnímu tělu po 1 šroubku
9. Vložte baterie do držáku baterií

Krok 7: Sestavení nohou a drápu BUGS k tělu

Všechny následující kroky jsou znázorněny na videu Assembley výše.

Potřebné plastové díly:

• 2x sestavené nohy
• 1x Sestavený dráp
• 1x sestavené hlavní tělo
• 8x čtvercové klipy

Montážní návod:

1. Zasuňte stranu sestaveného drápu do horních čtvercových otvorů jedné ze sestavených nohou
2. Zasuňte stranu sestaveného hlavního těla do dolních čtvercových otvorů stejné sestavené nohy
3. Zajistěte na místě pomocí 4 čtvercových spon
4. Zasuňte zbývající sestavenou nohu přes druhou stranu sestaveného drápu a sestaveného těla
5. Zajistěte na místě pomocí 4 čtvercových spon

Krok 8: Zapojení elektroniky BUGS

Pomocí výše uvedeného schématu zapojení určete zapojení

Připravte si potřebné propojovací kabely žena - žena

• 5x červená nebo oranžová pro kladné napětí 5 V.
• 5x hnědá nebo černá pro negativní uzemnění
• 1x pin pro vstup/výstup bzučáku
• 2x zelená pro dva vývody OUT IR senzorů
• 2x žlutá pro kolíky pro ultrazvukové spouštění a ozvěnu
• 2x Purple for the Magnometers (digital compass) SDA and SCL pins

Pokyny pro zapojení:

1. Zapojte ruční servo do kolíku číslo 1 na řídicí desce serva (ujistěte se, že máte správné připojení)
2. Zapojte servo předloktí do kolíku číslo 2 na řídicí desce serva (ujistěte se, že máte správné připojení)
3. Zapojte servo Arm do pinu číslo 3 na řídicí desce serva (ujistěte se, že máte správné připojení)
4. Zapojte servo pro levé nohy do kolíku číslo 4 na ovládací desce serva (ujistěte se, že máte správné připojení)
5. Zapojte servo pravých nohou do kolíku číslo 5 na řídicí desce serva (ujistěte se, že máte správné připojení)
6. Připojte propojovací kabel Blue female to female k signálnímu pinu číslo 6 na řídicí desce serva
7. Zapojte červený nebo oranžový propojovací kabel mezi zásuvkou a konektorem VCC číslo 6 na řídicí desce serva
8. Zapojte hnědý nebo černý propojovací kabel mezi zdířkou a zásuvkou GND číslo 6 na řídicí desce serva
9. Zapojte 2 zelené propojovací kabely mezi ženami a ženami do signálních kolíků číslo 7 a 8 na řídicí desce serva
10. Zapojte 2 červené nebo oranžové propojovací kabely samice do samice k pinům VCC číslo 7 a 8 na řídicí desce serva
11. Zapojte 2 hnědé nebo černé propojovací kabely samice a samice do pinů GND číslo 7 a 8 na řídicí desce serva
12. Zapojte 2 žluté propojovací kabely mezi ženami a ženami do signálních kolíků číslo 9 a 10 na řídicí desce serva
13. Zapojte 1 červený nebo oranžový propojovací kabel mezi zásuvkou a konektorem VCC číslo 9 na řídicí desce serva
14. Zapojte 1 hnědý nebo černý propojovací kabel mezi zdířkou a zásuvkou GND č. 9 na řídicí desce serva
15. Zapojte 2 purpurové propojovací kabely ze zásuvky do zásuvky na signální piny číslo 11 a 12 na řídicí desce serva
16. Zapojte 1 červený nebo oranžový propojovací kabel mezi zásuvkou a konektorem VCC číslo 10 na řídicí desce serva
17. Zapojte 1 hnědý nebo černý propojovací kabel mezi zdířkou a zásuvkou GND s číslem 10 na řídicí desce serva
18. Připojte propojovací kabel Blue female to female na pin 6 k I/O pinu na bzučáku
19. Připojte červený nebo oranžový propojovací kabel samice k zásuvce na kolíku 6 ke kolíku VCC na bzučáku
20. Zapojte hnědý nebo černý propojovací kabel samice na samičku na pinu 6 ke kolíku GND na bzučáku
21. Zapojte zelený propojovací kabel female to female na pinu 7 do vývodu OUT na levém infračerveném senzoru
22. Zapojte červený nebo oranžový propojovací kabel samice a samice na pinu 7 ke kolíku VCC na levém infračerveném senzoru
23. Zapojte hnědý nebo černý propojovací kabel female to female na pin 7 ke kolíku GND na levém IR senzoru
24. Zapojte propojovací kabel Green female to female na pinu 8 do vývodu OUT na pravém IR senzoru
25. Zapojte červený nebo oranžový propojovací kabel samice a samice na pinu 8 ke kolíku VCC na pravém infračerveném senzoru
26. Zapojte hnědý nebo černý propojovací kabel samice na samičku na pinu 8 ke kolíku GND na pravém IR senzoru
27. Zapojte žlutý propojovací kabel mezi samicí a samicí na pinu 9 do spouštěcího kolíku na ultrazvukovém senzoru
28. Zapojte žlutý propojovací kabel mezi samicí a samicí na pinu 10 ke kolíku Echo na ultrazvukovém senzoru
29. Zapojte červený nebo oranžový propojovací kabel samice a samice na pinu 9 do kolíku VCC na ultrazvukovém senzoru
30. Zapojte hnědý nebo černý propojovací kabel samice na samičku na pinu 9 ke kolíku GND na ultrazvukovém senzoru
31. Připojte propojovací kabel Purple female to female na pin 11 ke kolíku SDA na magnometru
32. Zapojte propojovací kabel Purple female to female na pin 12 do pinu SCL na magnometru
33. Zapojte červený nebo oranžový propojovací kabel samice a samice na pinu 10 ke kolíku VCC na magnometru
34. Zapojte hnědý nebo černý propojovací kabel samice na samičku na pinu 10 ke kolíku GND na magnometru

Krok 9: Kalibrace drápkových seriálů BUGS

Všechny následující kroky jsou znázorněny na videu Assembley výše.

Potřebné šrouby a servo rohy:

• 3x jednoramenné servo rohy
• 3x krátké šrouby pro servo houkačky

Montážní návod:

1. Zapněte robota na 5 sekund, dokud serva nedosáhnou své výchozí polohy, poté robota vypněte
2. Umístěte paži v úhlu 90 stupňů k tělu
3. Vložte servo houkačku rameno/tělo
4. Zajistěte na místě krátkým šroubem servo houkačky
5. Umístěte předloktí v úhlu 90 stupňů k paži
6. Vložte servo roh předloktí/paže
7. Zajistěte na místě krátkým šroubem servo houkačky
8. Umístěte ruku do zavřené polohy
9. Vložte servo houkačku Ruka/Předloktí
10. Zajistěte na místě krátkým šroubem servo houkačky

Krok 10: Kalibrace infračervených senzorů pro sledování linky

Aby infračervené senzory detekovaly černou čáru, musíte na každém infračerveném senzoru nastavit šroub potenciometru tak, aby 2 červené LED diody svítily, když je senzor blízko bílého povrchu a aby pouze jedna červená LED svítila, když je senzor poblíž černého povrchu.

Krok 11: Použití BUGS

Použití CHYB v režimu následujícího řádku:

• Umístěte robota na podlahu na začátku řádku
• Umístěte golfový míček 3 cm před robota
• Zapněte robota a sledujte, jak jde !!!

Používání CHYB v režimu vyhýbání se kompasu a překážek:

• Umístěte robota ve směru, kterým chcete, aby směřoval
• Zapněte robota a sledujte, jak jde

Použití CHYB s ovladačem:

• Pomocí joysticku pohybujte robotem
• Pomocí tlačítka Nahoru otevřete a zavřete Dráp
• Pomocí tlačítka dolů zvedněte paži nahoru a dolů
• Pomocí tlačítka Vlevo aktivujte kompas a režim vyhýbání se překážkám
• Podržením levého tlačítka deaktivujete režim vyhýbání se překážkám Compass
• Pravým tlačítkem aktivujete režim Sledování řádku
• Podržením pravého tlačítka deaktivujete režim Sledování linky

Druhá cena v robotické soutěži