Cardboard Spider (DIY Quadruped): 13 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Ahoj a vítejte u mého nového projektu.

V tomto pokynu jsem se pokusil vytvořit jednoduchou čtyřnožku vyrobenou z materiálů přístupných všem. Vím, že k získání dobře vypadajícího konečného produktu potřebujete 3D tiskárnu a možná CNC, ale ne každý má jedno z těchto efektních zařízení, a tak jsem se pokusil ukázat, že s jednoduchým materiálem můžete stále stavět pěkné věci.

Takže, jak již bylo zmíněno dříve, pokusíme se postavit čtyřnožce. Rám čtyřnožce bude vyroben jednoduše z vlnitého kartonu, který zahrnuje rám, stehenní kost a holenní kost každé ze čtyř nohou.

Krok 1: Proč čtyřnásobek a jak to funguje?

Musím říci, že roboti jsou zábavní a zajímaví. Nikdy předtím jsem nestavěl robot s nohama, tak jsem si řekl, že bych to měl zkusit.

Rozhodl jsem se nejprve postavit čtyřnožce, protože jsem neměl dost serv na hexapod. Představoval jsem si, že pokud dokážete postavit čtyřnožce, pak bude vybudování hexapodu jen krok vpřed. Jelikož se jedná o můj první projekt tohoto typu, nevěděl jsem přesně, co očekávat, takže jsem si myslel, že 4 nohy budou jednodušší než 6, ale jak jsem později zjistil, není to vždy pravda.

Čtyřnožce, který má pouze 4 nohy, aby nespadl, jakmile se zvedne jedna z nohou, musí být těžiště robota posunuto uvnitř trojúhelníku vytvořeného mezi špičkami ostatních tří nohou.

Velmi pěkný popis celého tohoto procesu najdete zde:

Každá noha čtyřnožce má 3 klouby k ovládání špičky nohy v prostoru. Klouby tedy budou:

- servo Coxa - mezi rámem a stehenní kostí

- Femur servo - ovládání stehenní kosti nohy

- servo tibie - mezi stehenní kostí a holenní kostí ovládající tibii

Abychom poznali úhel každého serva pro nezbytné umístění špičky nohy, použijeme něco, co se nazývá inverzní kinematika. Na internetu najdete spoustu dokumentace o tom a jak vypočítat úhly serv pro různé umístění špičky nohy. Ale v mém případě jsem vzal kód Arduino vytvořený RegisHsu (jeho podrobný čtyřnásobný instruktáž najdete, pokud ho vyhledáte) a změnil jsem rozměry robota a nohou robota tak, aby odpovídaly mému robotu, a také jsem změnil program používat dálkové ovládání k ovládání robota a je to.

Krok 2: Proč používat vlnitou lepenku na rám a nohy?

Předně je široce rozšířený, najdete ho kdekoli a pokud rádi nakupujete, je velmi levný. Vlnitá lepenka je tuhý, pevný a lehký materiál, který se skládá ze tří vrstev hnědého kraftového papíru a je z něj vyrobena většina obalových krabic. Je tedy velmi snadné nějaké najít.

V mém případě jsem použil krabici na boty, kterou jsem rozřezal a vytvořil z ní rám. Karton, který mi poskytl můj box, měl tloušťku 2 mm, takže je velmi tenký. Takže pro každou část rámu jsem musel naříznout tři stejné části a slepit je dvojitou páskou. Takže vlastně budeme muset udělat 3 rámečky, aby na konci byl 6 mm silný karton.

Krok 3: Požadovaná součást:

Elektronické součásti požadované pro čtyřnožce:

- mikrokontrolér Arduino Nano;

- Deek Robot Nano V03 Shield - není zásadní, ale velmi usnadní připojení všech serva k Nano Board.

- 12 ks Tower Pro Micro Servo 9g SG90 - 4 nohy se 3 klouby;

- LED - pro světlo (použil jsem starý vypálený barevný senzor)

- 1 x transceiver NRF24L01

Pro dálkový ovladač jsou vyžadovány elektronické součásti

- Mikrokontrolér Arduino Uno;

- 1 x transceiver NRF24L01;

- Joystick;

- VEDENÝ;

- Různé odpory;

- Stiskněte tlačítko;

- Některé propojovací vodiče;

Pro rám:

- List z vlnité lepenky

- Řezačka

- Šroubováky

- Skotská dvojitá páska

- Trojúhelníky

- Pravítko

- Tužka

Začněme tedy stavět.

Krok 4: Nastavení serva na 90 stupňů

Než jsem začal stavět rám, musel jsem všechna serva vycentrovat na 90 stupňů, aby bylo později snazší je umístit, až bude rám připraven. Takže jsem nejprve připojil Arduino Nano určené pro Quadruped k Nano štítu a po tom všem servům ke štítu. Poté stačí nahrát kód a všechna serva budou vystředěna do poloh 90 stupňů.

Kód lze nalézt v posledním kroku instruktovatelného.

Krok 5: Sestavení rámu

Jak již bylo zmíněno dříve, rám je vyroben z vlnité lepenky dodávané z krabice od bot. Šablonu rámečku najdete na přiložených obrázcích společně s rozměry rámu.

Nejprve jsem odřízl boky krabice, abych vytvořil rám. Získal jsem tři dobré kusy, u kterých jsem vzal v úvahu orientaci vlnité vrstvy, takže 2 kusy budou mít svislou buněčnou vlnitou vrstvu a jeden vodorovný.

Jakmile byl karton připraven, nakreslím šablonu rámu na list kartónu, který má svislé vlnité médium. Abych získal silnější a pevnější strukturu, rozřezal jsem tři kusy, abych je slepil a získal tak větší pevnost proti ohybu. Horní a spodní lepenkové archy mají svislou vlnitou vrstvu, zatímco sendvičová lepenková fólie bude vodorovná vlnitá vrstva.

Než jsem slepil tři kusy rámu dohromady, připravil jsem rameno servomotorů a nakreslil jsem polohu každého servomotoru coxa pro budoucí správné umístění.

Nyní, když vím, kde je třeba umístit serva coxa, slepil jsem tři kusy dohromady.

Nyní je rám hotový.

Krok 6: Připevnění serv Coxa k rámu

Abych nejprve připojil serva, vypíchl jsem otvor ve vyznačené poloze, aby prošel zajišťovací šroub pro rameno serva, a zajistil servo k rámu.

Pomocí šroubů dodaných ze servomotorů jsem připevnil ramena servomotorů coxa k rámu. Coxa je tvořena dvěma servy slepenými dvojitou páskou a pro každý případ vyztuženými gumovým páskem. Jedno servo bude orientováno dolů s hřídelem ve svislé poloze a bude připevněno k rámu a druhé bude orientováno s hřídelem v horizontální poloze a bude připevněno k vnitřní straně stehenní kosti.

Nakonec pro zajištění serva coxa k rámu je zašroubován zajišťovací šroub.

Krok 7: Budování stehenní kosti

Byl použit stejný postup řezání kartonu. Každá stehenní kost bude vytvořena ze tří lepených lepenkových archů. Horizontální vlnitá vrstva bude vložena mezi svislé vlnité vrstvy kartonových listů.

Krok 8: Budování Tibie

Pro stejnou holenní kost jsem řezal tři šablony pro každou holenní kost, ale tentokrát byla orientace vlnité vrstvy svislá, aby poskytla holeně lepší podélnou pevnost.

Jakmile byly tři šablony nařezány, slepil jsem je dohromady a vytvořil také otvor pro servo tibie, aby se vešlo.

Posunul jsem servo do holenní kosti a rameno serva bylo zajištěno k servu zajišťovacím šroubem skrz otvor vytvořený ve stehenní kosti takovým způsobem, aby se stehenní kost spojila s holenní kostí.

Krok 9: Dát vše dohromady

Nyní, když jsou vytvořeny všechny části rámu a nohou, spojil jsem je všechny dohromady, takže sestava začala vypadat jako čtyřnásobek.

Krok 10: Instalace elektroniky a nastavení připojení

Nejprve musí Arduino Nano společně s Deek Robot Shield sedět na rám. Za tímto účelem jsem vzal štít a vysunul rám do 4 otvorů, abych připevnil štít Deek Robot Shield k rámu pomocí 4 šroubů a matic.

Nyní „mozek je připojen k tělu“: D. Dále jsem připojil všechna serva k Deek Nano Shield.

Připojení serv je velmi snadné, protože štít má speciálně vytvořené tři piny (signál, VCC, GND) pro každý digitální a analogový pin Arduino Nano, což umožňuje dokonalé a snadné připojení mikro serv. Normálně potřebujeme ovladač motoru pro pohon serva s Arduinem, protože není schopen zvládnout zesilovače požadované motory, ale v mém případě to není platné, protože 9g mikro servo je dostatečně malé, aby je Arduino Nano zvládlo.

Serva nohou budou připojena následovně:

Noha 1: (Přední levá noha)

Coxa - digitální pin Arduino Nano 4

Femur - Arduino Nano Digital Pin 2

Tibia - Arduino Nano Digital Pin 3

Noha 2: (zadní levá noha)

Coxa - analogový pin Arduino Nano A3

Femur - Arduino Nano Analog Pin A5

Tibia - Arduino Nano analogový pin A4

Noha 3: (Přední pravá noha)

Coxa - analogový pin Arduino Nano 10

Femur - analogový pin Arduino Nano 8

Tibia - analogový pin Arduino Nano 9

Noha 4: (zadní pravá noha)

Coxa - Arduino Nano Digital Pin A1

Femur - Arduino Nano Digital Pin A0

Tibia - Arduino Nano Digital Pin A2

Připojení LED pro světelný efekt

Říkal jsem si, že by bylo hezké dát na čtyřnásobek nějaké světlo, takže mám starý barevný senzor, který už nefunguje (podařilo se mi to vypálit: D), ale LED stále fungují, protože jsou na nich čtyři LED malá deska a jsou velmi jasné Rozhodl jsem se použít barevný senzor, abych dal čtyřnásobnému nějaký světelný efekt. Díky tomu, že jsou čtyři, vypadá trochu blíže pavoukovi.

Připojil jsem tedy VCC barevného senzoru k Arduino Nano Pin D5 a GND senzoru k GND Arduino Nano. Protože malá deska již obsahuje několik odporů, které se používají pro LED, nepotřeboval jsem zapojit žádný jiný odpor do série s LED. Všechny ostatní piny nebudou použity, protože senzor je vypálený a já používám pouze LED diody z malé desky.

Připojení pro modul NRF24L01.

- GND modulu přejde na GND Arduino Nano Shield

- VCC jde na pin Arduino Nano 3V3. Dávejte pozor, abyste nepřipojili VCC k 5V na desce, protože riskujete zničení modulu NRF24L01

- CSN pin jde do Arduino Nano D7;

- CE pin jde do Arduino Nano D6;

- Pin SCK jde do Arduino Nano D13;

- MOSI pin jde do Arduino Nano D11;

- MISO pin jde do Arduino Nano D12;

- Pin IRQ nebude připojen. Buďte opatrní, pokud používáte jinou desku než Arduino Nano nebo Arduino Uno, piny SCK, MOSI a MISO se budou lišit.

- Pro tento modul budete také muset stáhnout knihovnu RF24. Najdete ho na následujícím webu:

Jako zdroj pro pavouka jsem použil nástěnný adaptér 5V (1A). Nemám k dispozici žádný druh baterií a toto byl můj jediný dostupný nástěnný adaptér, který si myslím, že bude lepší, silnější alespoň 2A, ale nemám, takže jsem musel použít jedinou, kterou mám. Bude to mnohem hezčí, pokud použijete li-po baterii, aby mohl být robot volný, bez připojeného kabelu.

Abych měl na desce stabilnější napájení, připojil jsem mezi 5V a GND piny Deek Robot Nano Shield kondenzátor 10microF, protože jsem si všiml, že když jsou všechna serva pod zatížením, Arduino Nano se restartuje, zatímco přidání kondenzátoru problém vyřešilo.

Krok 11: Sestavení krytu

Protože jsem chtěl kryt co nejlehčí, vyrobil jsem ho pouze z jedné vrstvy 2 mm vlnité lepenky, protože nepotřebuje žádné zpevnění, protože na něj nebude mít vliv žádné zatížení.

Nařezal jsem kus kartonu ve tvaru a rozměrech, jak vidíte na obrázku, a připevnil jsem ho k rámu stejnými maticemi, které zajišťují Arduino Nano Shield pod rámem. Na horní straně budou dva kusy slepeny jeden na druhém dvojitou páskou. Pokusil jsem se omotat všechny dráty dovnitř, aby čtyřnožka vypadala co nejlépe.

Nyní je čtyřnožka hotová. Přejdeme k dálkovému ovladači.

Krok 12: Dálkový ovladač

U dálkového ovladače používám stejný dálkový ovladač z mého předchozího projektu dálkově ovládaného auta Maverick, ale pouze jsem vyškrtl graf, který v tomto projektu není potřeba. Ale pokud vám tato verze chyběla, sepsal jsem ji sem znovu.

Protože pro ovladač používám Arduino Uno, připojil jsem Uno k prkénku pomocí několika gumiček, abych se nepohyboval.

- Arduino Uno bude napájeno 9V baterií přes konektor;

- Arduino Uno 5V pin na 5V kolejnici prkénka;

-Arduino Uno GND pin na GND kolejnici prkénka;

Modul NRF24L01.

- GND modulu přechází na GND lišty

- VCC jde na pin Arduino Uno 3V3. Dávejte pozor, abyste nepřipojili VCC k 5V na desce, protože riskujete zničení modulu NRF24L01

- CSN pin jde do Arduino Uno D8;

- CE pin jde do Arduino Uno D7;

- Pin SCK jde do Arduino Uno D13;

- MOSI pin jde do Arduino Uno D11;

- MISO pin jde do Arduino Uno D12;

- IRQ pin nebude připojen. Buďte opatrní, pokud používáte jinou desku než Arduino Nano nebo Arduino Uno, piny SCK, MOSI a MISO se budou lišit.

Modul joysticku

- Modul joysticku se skládá ze 2 potenciometrů, takže je velmi podobný připojení;

- GND pin na GND kolejnici prkénka;

- VCC pin na 5V kolejnici prkénka;

- Pin VRX na pin Arduino Uno A3;

- Kolík VRY na pin Arduino Uno A2;

VEDENÝ

- Červená LED bude zapojena do série s rezistorem 330Ω k pinu Arduino Uno pin D4;

- Zelená LED bude zapojena do série s rezistorem 330Ω k pinu Arduino Uno pin D5;

Tlačítka

- Jedno z tlačítek bude použito pro zapnutí a vypnutí čtyřnásobného světla a druhé nebude použito;

- Tlačítko LIGHT bude připojeno ke kolíku D2 Arduino Uno. Tlačítko by mělo být staženo dolů odporem 1k nebo 10k, hodnota není důležitá.

- Zbývající tlačítko bude připojeno ke kolíku D3 Arduino Uno. Stejně jako tlačítko by mělo být staženo 1k nebo 10k odporem. (nebude pro tento projekt použit)

Tím jsme nyní spojili všechny elektrické části.

Krok 13: Arduino IDE kódy

Pro tuto část existuje několik kódů, které jsem použil.

Leg_Initialization - byla použita pro vycentrování serva do polohy 90 stupňů.

Spider_Test - sloužil k testování správných funkcí, jako chůze vpřed, vzad, otáčení

Spider - bude použit pro Spider

Dálkový ovladač Spider - používá se pro ovladač Spider

Musím zmínit, že kód pro Spider byl upraven a upraven podle kódu od RegisHsu [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED), a proto bych chtěl poděkovat RegisHsu za jeho dobrou práci.

Všechno bylo řečeno, doufám, že se vám můj Spider líbil.