Carton Spider (DIY Quadruped): 13 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Bună ziua din nou și bine ați venit la noul meu proiect.

În acest instructable am încercat să fac un simplu Cvadruped făcut din materiale accesibile tuturor. Știu pentru a obține un produs final frumos, aveți nevoie de o imprimantă 3D și poate de un CNC, dar nu toată lumea are unul dintre aceste dispozitive fanteziste, așa că am încercat să demonstrez că, cu material simplu, puteți construi încă lucruri frumoase.

Așa cum am menționat anterior, vom încerca să construim un Cvadruped. Cadrul patrupedului va fi realizat pur și simplu din cutie ondulată, care include cadrul, femurul și tibia fiecăruia dintre cele patru picioare.

Pasul 1: De ce patruped și cum funcționează?

Trebuie să spun că roboții sunt amuzanți și interesați. Nu am mai construit niciodată un robot cu picioare, așa că m-am gândit că ar trebui să încerc.

Am decis să construiesc un patruped în primul rând pentru că nu aveam suficiente servos pentru un hexapod. Mi-am imaginat că dacă poți construi un patruped, atunci să construiești un hexapod va fi doar un pas înainte. Deoarece acesta este primul meu proiect de acest tip, nu știam exact la ce să mă aștept, așa că am crezut că 4 picioare vor fi mai ușoare decât 6, dar așa cum am aflat mai târziu, acest lucru nu este întotdeauna adevărat.

Patrupedul având doar 4 picioare pentru a nu cădea odată ce una dintre picioare este ridicată, centrul de greutate al robotului trebuie deplasat în interiorul triunghiului creat între vârfurile celorlalte trei picioare.

O descriere foarte frumoasă a acestui proces o puteți găsi aici:

Fiecare picior al patrupedului are 3 articulații pentru a controla vârful piciorului în spațiu. Deci articulațiile vor fi:

- Servo Coxa - între cadru și femur

- Serv femur - controlul femurului piciorului

- Servo tibia - între femur și tibia care controlează tibia

Pentru a cunoaște unghiul fiecărui servo pentru locația necesară a vârfului piciorului, vom folosi ceva numit cinematică inversă. Puteți găsi o mulțime de documentații pe internet despre acest lucru și despre cum să calculați unghiurile servo-urilor pentru locația diferită a vârfului piciorului. Dar, în cazul meu, tocmai am luat codul Arduino creat de RegisHsu (puteți găsi instructorul său detaliat cvadruped dacă faceți o căutare) și am schimbat dimensiunile robotului și ale picioarelor robotului pentru a se potrivi robotului meu și, de asemenea, am schimbat program pentru a utiliza o telecomandă pentru a controla robotul și atât.

Pasul 2: De ce să folosiți cutie ondulată pentru cadru și picioare?

În primul rând este răspândit pe scară largă, îl puteți găsi oriunde și dacă doriți să cumpărați este foarte ieftin. Cartonul ondulat este un material rigid, puternic și ușor format din trei straturi de hârtie kraft maro și majoritatea cutiilor de ambalare sunt fabricate din acesta. Deci, este foarte ușor să găsiți unele.

În cazul meu, am folosit o cutie de încălțăminte pe care am tăiat-o și am realizat rama din ea. Cutia oferită de cutia mea avea o grosime de 2 mm, deci este foarte subțire. Așadar, pentru fiecare parte a cadrului a trebuit să tai trei părți identice și să le lipesc împreună cu scotch cu bandă dublă. Deci, de fapt, va trebui să realizăm 3 cadre pentru a avea la sfârșit o cutie de 6 mm grosime.

Pasul 3: Partea necesară:

Piese electronice necesare pentru Quadruped:

- Microcontroler Arduino Nano;

- Deek Robot Nano V03 Shield - nu este esențial, dar va face mult mai ușoară conectarea tuturor servo-urilor la placa Nano.

- 12 buc Tower Pro Micro Servo 9g SG90 - 4 picioare cu câte 3 articulații;

- LED - pentru lumină (am folosit un senzor de culoare vechi ars)

- 1 x transceptor NRF24L01

Piese electronice necesare pentru telecomandă

- Microcontroler Arduino Uno;

- 1 x transceptor NRF24L01;

- Joystick;

- LED;

- Diverse rezistențe;

- Apasa butonul;

- Unele fire jumper;

Pentru cadru:

- Foaie de carton ondulat

- Cutter

- Șurubelnițe

- Scotch cu bandă dublă

- Triunghiuri

- Rigla

- Creion

Deci, să începem să construim.

Pasul 4: Setarea Servo-urilor pe 90 de grade

Înainte de a începe construcția cadrului, a trebuit să centrez toate servo-urile la 90 de grade, astfel încât să fie mai ușor să le poziționez mai târziu, când cadrul este gata. Așa că am atașat mai întâi Arduino Nano destinat scrupulului Quadruped la scutul Nano și, după toate servomotoarele, la scut. Apoi, tot ce trebuie să faceți este să încărcați codul și toate serviciile vor fi centrate pe poziții de 90 de grade.

Codul poate fi găsit în ultimul pas al instructabilului.

Pasul 5: Construirea cadrului

Așa cum am menționat înainte, cadrul este construit din cutia ondulată furnizată dintr-o cutie de încălțăminte. Șablonul cadrului îl puteți găsi în imaginile atașate împreună cu dimensiunile cadrului.

Mai întâi am tăiat laturile cutiei de carton pentru a face cadrul. Am obținut trei bucăți bune pentru care am luat în considerare orientarea stratului ondulat, astfel încât 2 bucăți să aibă un strat ondulat cu celule verticale și unul orizontal.

Odată ce cutia a fost gata, desenez șablonul cadrului pe foaia de carton care are suportul ondulat vertical. Pentru a obține o structură mai puternică și mai rigidă, am tăiat trei bucăți pentru a le lipi împreună pentru o rezistență suplimentară împotriva îndoirii. Foliile de carton superioare și inferioare au strat ondulat vertical, în timp ce foaia de carton sandwich va fi un strat ondulat orizontal.

Înainte de a lipi cele trei piese de cadru împreună, am pregătit brațul servomotorelor și desenez poziția fiecărui servomotor coxa pentru o poziționare corectă în viitor.

Acum, că știu unde trebuie poziționate servocoasele, am lipit cele trei bucăți.

Acum cadrul este terminat.

Pasul 6: Atașarea Servourilor Coxa la cadru

Pentru a atașa mai întâi servo-urile, am aruncat o gaură în poziția marcată, astfel încât șurubul de fixare pentru brațul servo să treacă și să fixez servo-ul pe cadru.

Folosind șuruburile furnizate de servomotori am atașat brațele servomotorelor coxa la cadru. Coxa este formată din două servouri lipite împreună cu bandă dublă și întărite cu bandă de cauciuc pentru orice eventualitate. Un servo va fi orientat în jos, cu axul în poziție verticală și va fi atașat la cadru, iar celălalt va fi orientat cu axul în poziție orizontală și va fi atașat la partea interioară a femurului.

În cele din urmă pentru a fixa servo coxa de cadru, șurubul de fixare este înșurubat.

Pasul 7: Construirea femurului

A fost utilizată aceeași procedură de tăiere a cutiei. Fiecare femur va fi creat din trei foi de carton lipite între ele. Stratul ondulat orizontal va fi intercalat între foile de carton cu strat ondulat vertical.

Pasul 8: Construirea Tibiei

Pentru tibia aceeași am tăiat trei șabloane pentru fiecare tibie, dar de data aceasta orientarea stratului ondulat a fost verticală pentru a da o rezistență longitudinală mai bună tibiei.

Odată ce fiecare șablon a fost tăiat, le-am lipit, făcând și gaura pentru ca servoul tibiei să se potrivească.

Am atașat servo-ul în tibie, iar brațul servo-ului a fost fixat de servo cu șurubul de fixare prin orificiul realizat în femur, astfel încât să se conecteze femurul cu tibia.

Pasul 9: Asamblarea tuturor

Acum, când toate părțile cadrului și picioarelor sunt create, le-am conectat pe toate, astfel încât ansamblul să înceapă să arate ca un patruped.

Pasul 10: Instalarea electronice și setarea conexiunilor

Mai întâi, Arduino Nano împreună cu Deek Robot Shield trebuie să se potrivească pe cadru. Pentru aceasta am luat scutul și am aruncat rama cu 4 găuri pentru a fixa Deek Robot Shield de cadru folosind 4 șuruburi și piulițe.

Acum „creierul este atașat de corp”: D. Apoi am conectat toate servo-urile la Deek Nano Shield.

Conexiunea servoarelor este foarte ușoară, deoarece ecranul are trei pini special construiți (Signal, VCC, GND) pentru fiecare pin digital și analogic Arduino Nano, permițând o conexiune perfectă și ușoară a micro servo-urilor. În mod normal, avem nevoie de un driver de motor pentru a conduce servo cu Arduino, deoarece nu este capabil să facă față amplificatorilor solicitați de motoare, dar în cazul meu acest lucru nu este valabil, deoarece micro servo-urile de 9g sunt suficient de mici pentru ca Arduino Nano să le poată manipula.

Servoamele picioarelor vor fi conectate după cum urmează:

Etapa 1: (Înainte piciorul stâng)

Coxa - Arduino Nano Pin digital 4

Femur - Arduino Nano Digital Pin 2

Tibia - Pinul digital Arduino Nano 3

Etapa 2: (Piciorul stâng din spate)

Coxa - Pinul analogic Arduino Nano A3

Femur - Arduino Nano Pin analogic A5

Tibia - Arduino Nano Pin analogic A4

Etapa 3: (Înainte piciorul drept)

Coxa - Arduino Nano Pin analogic 10

Femur - Arduino Nano Pin analogic 8

Tibia - Pinul analogic Arduino Nano 9

Etapa 4: (Spate piciorul drept)

Coxa - Arduino Nano Digital Pin A1

Femur - Arduino Nano Pin digital A0

Tibia - Arduino Nano Pin digital A2

Conectarea LED-ului pentru efect de lumină

M-am gândit că va fi frumos să pun puțină lumină pe patruped, așa că am un senzor de culoare vechi care nu mai funcționează (am reușit să-l ard: D), dar LED-urile funcționează în continuare, deoarece acestea sunt patru LED-uri aprinse o placă mică și sunt foarte luminoase Am decis să folosesc senzorul de culoare pentru a oferi patrupedului un efect de lumină. De asemenea, fiind patru, îl face să pară puțin mai aproape de un păianjen.

Așadar, am conectat VCC-ul senzorului de culoare la Arduino Nano Pin D5 și GND-ul senzorului la GND-ul Arduino Nano. Deoarece placa mică are deja câteva rezistențe pe ea, care sunt utilizate pentru LED-ul, nu am avut nevoie să pun niciun alt rezistor în serie cu LED-ul. Toți ceilalți pini nu vor fi folosiți, deoarece senzorul este ars și folosesc doar LED-urile de pe placa mică.

Conexiuni pentru modulul NRF24L01.

- GND-ul modulului merge la GND-ul Arduino Nano Shield

- VCC merge la pinul Arduino Nano 3V3. Aveți grijă să nu conectați VCC la 5V al panoului de control, deoarece riscați să distrugeți modulul NRF24L01

- Pinul CSN merge la Arduino Nano D7;

- PIN-ul CE merge la Arduino Nano D6;

- PIN-ul SCK merge la Arduino Nano D13;

- Pinul MOSI merge la Arduino Nano D11;

- Pinul MISO merge la Arduino Nano D12;

- Pinul IRQ nu va fi conectat. Aveți grijă dacă utilizați o placă diferită de Arduino Nano sau Arduino Uno, pinii SCK, MOSI și MISO vor fi diferiți.

- Va trebui, de asemenea, să descărcați biblioteca RF24 pentru acest modul. O puteți găsi pe următorul site:

Ca sursă de alimentare pentru păianjen, am folosit un adaptor de perete 5V (1A). Nu am niciun fel de baterii disponibile și acesta a fost singurul meu adaptor de perete disponibil care cred că va fi mai bun unul mai puternic de cel puțin 2A, dar nu am unul, așa că a trebuit să folosesc singurul pe care îl am. Va fi mult mai plăcut dacă folosiți o baterie li-po, astfel încât robotul să fie liber, fără cablu atașat.

Pentru a avea o sursă de alimentare mai stabilă pe placă, am atașat un capacor de 10microF între pinii 5V și GND ai robotului Deek Nano Shield, pentru că am observat că atunci când toate servo-urile în care se află sub sarcină Arduino Nano vor reporni, în timp ce adăugarea condensatorului a rezolvat problema.

Pasul 11: Construirea capacului

Așa cum am dorit ca capacul să fie cât mai ușor posibil, l-am făcut doar dintr-un strat de foaie de carton ondulat de 2 mm, deoarece nu are nevoie de întărire, deoarece nu îl vor afecta sarcini.

Am tăiat o bucată de cutie în formă și dimensiuni așa cum puteți vedea în imagine și am atașat-o pe cadru cu aceleași piulițe care fixează Arduino Nano Shield sub cadru. În partea superioară, cele două piese vor veni lipite una peste cealaltă cu bandă dublă. Am încercat să împachetez toate firele în interior, astfel încât patrupedul să arate cât mai bine posibil.

Acum patrupedul este terminat. Să trecem la telecomandă.

Pasul 12: Telecomandă

Pentru telecomandă, folosesc aceeași telecomandă din mașina maverick de la proiectul meu anterior, doar că am eliminat graficul care nu este necesar în acest proiect. Dar chiar dacă ți-a fost dor de acea versiune, am scris-o din nou aici.

Pe măsură ce folosesc pentru controler un Arduino Uno, am atașat Uno la o placă cu niște benzi de cauciuc pentru a nu mișca.

- Arduino Uno va fi alimentat de o baterie de 9V prin mufă;

- Pinul Arduino Uno de 5V pe șina de 5V a panoului;

-Arduino Uno GND pin la șina GND a panoului;

Modulul NRF24L01.

- GND-ul modulului merge la GND-ul șinei de panou

- VCC merge la pinul Arduino Uno 3V3. Aveți grijă să nu conectați VCC la 5V al panoului de control, deoarece riscați să distrugeți modulul NRF24L01

- Pinul CSN merge la Arduino Uno D8;

- PIN-ul CE merge la Arduino Uno D7;

- PIN-ul SCK merge la Arduino Uno D13;

- Pinul MOSI merge la Arduino Uno D11;

- Pinul MISO merge la Arduino Uno D12;

- Pinul IRQ nu va fi conectat. Aveți grijă dacă utilizați o placă diferită de Arduino Nano sau Arduino Uno, pinii SCK, MOSI și MISO vor fi diferiți.

Modulul Joystick

- Modulul joystick este format din 2 potențiometre, deci este foarte asemănător cu conexiunile;

- știftul GND la șina GND a panoului;

- știft VCC la șina de 5V a panoului de rulare;

- Pin VRX la pinul Arduino Uno A3;

- Pin VRY la pinul Arduino Uno A2;

LED

- LED-ul roșu va fi conectat în serie cu un rezistor de 330Ω la pinul Arduino Uno D4;

- LED-ul verde va fi conectat în serie cu un rezistor de 330Ω la pinul Arduino Uno D5;

Apasa butoanele

- Unul dintre butoane va fi utilizat pentru pornirea și oprirea luminii patruped, iar celălalt nu va fi utilizat;

- Butonul LIGHT va fi conectat la pinul D2 al Arduino Uno. Butonul ar trebui să fie tras în jos cu un rezistor de 1k sau 10k, valoarea nu este importantă.

- Butonul rămas va fi conectat la pinul D3 al Arduino Uno. Același buton ar trebui să fie tras în jos cu un rezistor de 1k sau 10k. (nu va fi folosit pentru acest proiect)

Asta e, acum am conectat toate piesele electrice.

Pasul 13: Coduri IDE Arduino

Pentru această parte sunt puține coduri pe care le-am folosit.

Leg_Initialization - a fost folosit pentru centrarea servoarelor la poziția de 90 de grade.

Spider_Test - a fost folosit pentru testarea funcțiilor corecte, cum ar fi mersul înainte, înapoi, întoarcerea

Spider - pentru a fi folosit pentru Spider

Telecomandă Spider - pentru a fi utilizat pentru controlerul Spider

Trebuie să menționez că codul pentru Spider a fost adaptat și modificat după codul de la RegisHsu [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED) și de aceea aș dori să mulțumesc lui RegisHsu pentru munca sa bună.

Bine spus, sper că ți-a plăcut Păianjenul meu.