Bioinspireeritud robotmao: 16 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Sain inspiratsiooni selle projektiga alustamiseks pärast seda, kui nägin uurimisvideoid nii puu otsast ronivate robotmaude kui ka robot -angerjate kohta. See on minu esimene katse ja robotite ehitamine serpentiini abil, kuid see ei jää mu viimaseks! Tellige YouTube'is, kui soovite näha edasisi arenguid.

Allpool kirjeldan kahe erineva mao ehitust koos 3D-printimiseks mõeldud failidega ning arutelu koodi ja algoritmide üle, et saavutada madulaadne liikumine. Kui soovite jätkata õppimist, soovitan pärast selle juhendi lugemist lugeda lehe allosas olevate viidete jaotise linke.

See juhend on tehniliselt 2-in-1, sest ma selgitan, kuidas teha robotmaost 2 erinevat versiooni. Kui olete huvitatud ainult ühe mao ehitamisest, ignoreerige teise madu juhiseid. Neid kahte erinevat madu hakatakse edaspidi kasutama, kasutades järgmisi fraase vaheldumisi:

1. Üheteljeline madu, 1D madu või kollane ja must madu
2. Kaheteljeline madu, 2D madu või valge madu

Muidugi saate maod printida mis tahes soovitud värvi hõõgniidiga. Ainus erinevus kahe madu vahel on see, et 2D madu puhul pööratakse iga mootorit 90 kraadi võrreldes eelmisega, samas kui 1D madu puhul on kõik mootorid joondatud ühele teljele.

Viimane eessõna on see, et kuigi igal mu maol on ainult 10 servot, on maod võimalik valmistada enam -vähem servodega. Üks asi, mida tuleb arvestada, on see, et vähemate servodega saavutate vähem eduka liikumise ja rohkemate servodega on serpentiini liikumine tõenäoliselt edukam, kuid peate arvestama kuludega, praeguse joonisega (vt hilisemaid märkusi) ja tihvtide arvuga saadaval Arduinos. Muutke julgelt madu pikkust, kuid pidage meeles, et selle muudatuse arvestamiseks peate muutma ka koodi.

Samm: komponendid

See on ühe madu osade loend. Kui soovite teha mõlemad maod, peate komponentide mahu kahekordistama.

• 10 MG996R servot*
• 1,75 mm 3D -printimisniit
• 10 kuullaagrit, osa number 608 (ma päästsin kaevanduse Jitterspini nihelejate välimisest servast)
• 20 väikest kuullaagrit, osa number r188, ratastele ** (ma päästsin kaevanduse Jitterspini nihestusrataste siseosast)
• 40 Philipsi kruvi 6-32 x 1/2 "(vms)
• 8 pikemat kruvi (mul pole osa numbrit, kuid need on sama läbimõõduga kui ülaltoodud kruvid)
• Vähemalt 20 tükki 4 -tolliseid tõmblukke (teie otsustada, kui palju soovite kasutada)
• 5 m punast ja musta 20 -meetrist traati või paksem ***
• Tavaline 22 -meetrine traat
• 30 isast päise tihvti (jagatud 10 partiiks 3)
• Arduino Nano
• 3D -prinditud osad (vt järgmist jaotist)
• Mõni toitevorm (vt lisateavet jaotisest "Madu toide"), ma isiklikult kasutasin modifitseeritud ATX toiteallikat
• 1000uF 25V elektrolüütkondensaator
• Erineva suurusega termokahanevat toru, jootet, liimi ja muid mitmesuguseid tööriistu

*saate kasutada ka teisi tüüpe, kuid peate 3D -failid oma servodele sobivaks ümber kujundama. Samuti, kui proovite kasutada väiksemaid servosid, nagu sg90, võite avastada, et need pole piisavalt tugevad (ma pole seda testinud ja see on teie enda teha).

** rataste jaoks pole vaja kasutada väikseid kuullaagreid, mul oli lihtsalt palju ümberringi. Teise võimalusena võite kasutada LEGO rattaid või muid mängurattaid.

*** Sellel traadil võib olla kuni 10 amprit, liiga õhuke ja vool sulab selle. Lisateabe saamiseks vaadake seda lehte.

2. samm: 3D -printimise komponendid

Kui teete 1D madu, printige need tükid.

Kui teete 2D madu, printige need tükid.

Oluline märkus: skaala võib olla vale! Kujundan oma komponendid Fusion 360 -s (mm ühikutes), eksportisin kujunduse.stl -failina MakerBoti tarkvarasse ja printisin selle seejärel Qidi Tech printerile (MakerBot Replicator 2X kloonversioon). Kusagil selle töövoo sees on viga ja kõik minu väljatrükid on liiga väikesed. Ma ei suutnud tuvastada vea asukohta, kuid olen ajutiselt parandanud MakerBoti tarkvara iga trükise skaleerimise 106% suuruseks, see lahendab probleemi.

Seda arvesse võttes tuleb hoiatada, et ülaltoodud failide printimisel võivad need olla valesti skaleeritud. Soovitan enne kõigi printimist printida ainult üks tükk ja kontrollida, kas see sobib teie MG996R servoga.

Kui prindite mõnda faili, palun andke mulle teada, milline on tulemus: kui trükis on liiga väike, siis parajalt, liiga suur ja mitu protsenti. Kogukonnana koos töötades saame vea asukoha tõrkeotsingut teha, kasutades erinevaid 3D -printereid ja.stl -viilutajaid. Kui probleem on lahendatud, värskendan seda jaotist ja ülaltoodud linke.

3. samm: madude kokkupanek

Monteerimisprotsess on madu mõlema versiooni puhul enamasti sama. Ainus erinevus on selles, et 2D madu puhul pööratakse iga mootorit 90 kraadi võrreldes eelmisega, samas kui 1D madu puhul on kõik mootorid joondatud ühele teljele.

Alustuseks keerake servo lahti, salvestage kruvid ja eemaldage musta plastraami ülemised ja alumised osad ning olge ettevaatlik, et mitte ühtegi käiku kaotada! Lükake servo 3D -prinditud raami, nagu ülaltoodud piltidel. Asendage servoümbrise ülaosa ja keerake see nelja 6-32 1/2 kruviga oma kohale. Salvestage servoraami põhi (juhuks, kui soovite seda hilisemates projektides uuesti kasutada) ja asendage see 3D-ga trükitud ümbris, ainus erinevus on lisanupp, mille abil kuullaager üle libiseda. Keerake servo kokku, korrake 10 korda.

TÄHTIS: Enne jätkamist peate koodi Arduinosse üles laadima ja iga servo 90 kraadini liigutama. Kui seda ei tehta, võite rikkuda ühe või mitu servo ja/või 3D -prinditud kaadrit. Kui te pole kindel, kuidas servot 90 kraadi pöörata, vaadake seda lehte. Põhimõtteliselt ühendage servo punane juhe Arduino 5 V -ga, pruun juhe GND -ga ja kollane juhe digitaalse tihvtiga 9, seejärel laadige kood linki üles.

Nüüd, kui iga servo on 90 kraadi juures, jätkake:

Ühendage 10 segmenti, sisestades ühe servokarbi 3D -prinditud nupp teise segmendi detaili auku, seejärel lükake väikese jõuga servo telg oma auku (selguse huvides vaadake ülaltoodud pilte ja videot). Kui teete 1D madu, peaksid kõik segmendid olema joondatud, kui teete 2D madu, tuleks iga segment pöörata 90 kraadi eelmise segmendi suhtes. Pange tähele, et saba ja pearaam on vaid pool teiste segmentide pikkusest, ühendage need, kuid ärge kommenteerige püramiidikujulisi tükke enne, kui oleme juhtmestiku lõpetanud.

Kinnitage x-kujuline servohoob ja keerake see oma kohale. Libistage kuullaager üle 3D-prinditud nupu, selleks peate 2 poolringi posti õrnalt kokku suruma. Sõltuvalt sellest, millist marki hõõgniiti kasutate ja täite tihedust, võivad postid olla liiga rabedad ja klõpsatavad, ma ei usu, et see nii on, kuid siiski ärge kasutage liigset jõudu. Mina isiklikult kasutasin 10% täidisega PLA hõõgniiti. Kui kuullaager on sisse lülitatud, peaks see jääma nupu üleulatuvate osade külge lukustatuks.

4. samm: ahel

Ringlus on mõlema robotmao puhul sama. Juhtimisprotsessi ajal veenduge, et iga segmendi jaoks piisaks piisavalt juhtmestiku pöörlemiseks, eriti 2D madu puhul.

Ülal on ainult 2 servoga juhtmestiku lülitusskeem. Proovisin teha 10 servoga vooluringi, kuid see oli liiga ülerahvastatud. Ainus erinevus selle pildi ja tegeliku elu vahel on see, et peate paralleelselt juhtima veel 8 servot ja ühendama PWM -signaali juhtmed Arduino Nano tihvtidega.

Elektriliinide juhtmete ühendamisel kasutasin mao pikkusega 5 V põhijoonena ühte 18 -mõõtmelist traati (piisavalt paks, et taluda 10 amprit). Eemaldasin traadieemaldajate abil 10 korrapärase intervalliga väikese osa isolaatorist ja jootsin igast neist intervallidest lühikese traaditüki, kuhu kuulusid 3 isast tiigrit. Korrake seda teist korda musta 18 -mõõtmelise GND -juhtme ja teise isase otsiku tihvti jaoks. Lõpuks jootke pikem traat kolmanda isase otsiku tihvti külge, see tihvt kannab PWM -signaali madu peas oleva Arduino Nano servosse (traat peab olema piisavalt pikk, et jõuda isegi segmentide paindumisel). Kinnitage termokahanev toru vastavalt vajadusele. Ühendage servovoolude 3 isast päise tihvti ja 3 emase päise tihvti. Korda 10 korda iga 10 servo puhul. Lõppkokkuvõttes saavutab see servode paralleelse ühendamise ja PWM -signaali juhtmete juhtimise Nano külge. Isaste/emaste päiste nööpnõelte põhjuseks oli see, et saate segmendid hõlpsalt lahti võtta ja servod välja vahetada, kui need katki lähevad, ilma kõike lahti joostmata.

Jootke GND ja 5V juhtmed kondensaatori ja kruviklemmidega sabas oleva 3x7 auguga perfoplaadi külge. Kondensaatori eesmärk on eemaldada kõik servo käivitamisel tekkinud voolutõmbed, mis võivad Arduino Nano lähtestada (kui teil pole kondensaatorit, saate tõenäoliselt ilma selleta pääseda, kuid parem on olla ohutu). Pidage meeles, et elektrolüütkondensaatorite pikk haru tuleb ühendada 5 V liiniga ja lühem haru GND liiniga. Jootke GND juhe Nano GND tihvti külge ja 5 V juhe 5 V tihvti külge. Pange tähele, kui kasutate teistsugust pinget (vt järgmist jaotist), öelge 7,4 V Lipo aku, seejärel ühendage punane juhe Viini tihvtiga, MITTE 5 V piniga, see hävitab tihvti.

Jootke 10 PWM signaalijuhet Arduino Nano tihvtide külge. Ühendasin oma juhtmega järgmises järjekorras, saate oma juhtme teisiti ühendada, kuid pidage meeles, et peate siis koodi servo.attach () ridu muutma. Kui te pole kindel, millest ma räägin, ühendage see samamoodi nagu mina ja teil pole probleeme. Selleks, et servo madu sabast madu pähe, ühendasin mõlemad oma maod järgmises järjekorras. Signaali tihvtide ühendamine: A0, A1, A2, A3, A4, A5, D4, D3, D8, D7.

Kasutage juhtmestiku puhastamiseks tõmblukke. Enne jätkamist kontrollige, kas kõik segmendid saavad liikuda piisavalt ruumi, et juhtmed saaksid liikuda, ilma et neid oleks lahti võetud. Nüüd, kui juhtmestik on tehtud, saame pea ja saba püramiidikujulised korgid kinni keerata. Pange tähele, et sabal on auk siduri väljapääsemiseks ja peas on auk Arduino programmeerimiskaabli jaoks.

Samm: madu toiteallikas

Kuna servod on ühendatud paralleelselt, saavad nad kõik sama pinge, kuid vool tuleb kokku liita. Vaadates MG996r servode andmelehte, võivad nad töötamise ajal koguda kuni 900 mA (eeldades, et seiskumine puudub). Seega on kogu voolu tarbimine, kui kõik 10 servot liiguvad korraga, 0,9A*10 = 9A. Sellisena tavaline 5v, 2A seinakontakti adapter ei tööta. Otsustasin muuta ATX toiteallikat, mis on võimeline 5 V 20A juures. Ma ei hakka selgitama, kuidas seda teha, kuna seda on Instructablesis ja YouTube'is juba palju arutatud. Kiire otsing Internetis näitab teile, kuidas ühte neist toiteallikatest muuta.

Eeldades, et olete toiteallikat muutnud, on tegemist lihtsalt pika rihma ühendamisega toiteallika ja madu kruviklemmide vahel.

Teine võimalus on kasutada pardal olevat lipoakut. Ma pole seda proovinud, nii et teie ülesanne on projekteerida patareidele kinnitus ja ühendada need sisse. Pidage meeles tööpingeid, servode ja Arduino tööpingeid (ärge jootke midagi muud kui 5V Arduino 5 -voldine pin, minge kõrgema pinge korral Vin -tihvti juurde).

Samm: kontrollige, kas kõik töötab

Enne jätkamist kontrollige lihtsalt, kas kõik töötab. Laadige see kood üles. Teie madu peaks liigutama iga servot eraldi vahemikus 0–180 ja lõpetama seejärel sirge joonega. Kui ei, siis on midagi valesti, tõenäoliselt on juhtmestik vale või servod ei olnud algselt 90 kraadi keskel, nagu on mainitud jaotises "Madude kokkupanek".

Samm: kood

Praegu pole madu jaoks kaugjuhtimispulti, kogu liikumine on eelprogrammeeritud ja saate valida, mida soovite. Arendan versioonis 2 kaugjuhtimispulti, kuid kui soovite seda kaugjuhtida, soovitan uurida teisi Instructables'i õpetusi ja kohandada madu Bluetoothiga ühilduvaks.

Kui teete 1D madu, laadige see kood üles.

Kui teete 2D madu, laadige see kood üles.

Soovitan teil koodiga mängida, ise muudatusi teha ja uusi algoritme luua. Lugege järgmisi jaotisi, et saada üksikasjalikku selgitust iga liikumisviisi ja selle koodi toimimise kohta.

8. samm: kaaluge rattaid

Üks peamisi viise, kuidas maod saavad edasi liikuda, on kaalude kuju. Kaalud võimaldavad lihtsamat edasiliikumist. Täiendava selgituse saamiseks vaadake seda videot alates 3:04, et näha, kuidas kaalud aitavad madul edasi liikuda. Sama video vaatamine 3:14 näitab efekti, kui maod on varrukas, eemaldades kaalude hõõrdumise. Nagu on näidatud minu YouTube'i videos, kui robot 1D -madu proovib murul ilma kaaludeta libiseda, ei liigu see edasi ega tagasi, kuna jõud kokku moodustavad nulli. Sellisena peame roboti kõhule lisama mõned kunstlikud kaalud.

Uuringud liikumise taastamiseks kaalude kaudu viidi läbi Harvardi ülikoolis ja seda demonstreeriti selles videos. Ma ei suutnud välja töötada sarnast meetodit, kuidas kaalusid oma robotil üles -alla liigutada, ja leppisin hoopis passiivsete 3D -prinditud kaalude kinnitamisega kõhu alla.

Kahjuks osutus see ebaefektiivseks (vt minu YouTube'i videot kell 3:38), kuna kaalud koorusid endiselt üle vaiba pinna, selle asemel, et kiud kinni püüda ja hõõrdumist suurendada.

Kui soovite katsetada minu tehtud skaalasid, saate faile 3D -printida minu GitHubist. Kui teete oma edukalt, andke mulle sellest allpool kommentaarides teada!

Teist lähenemisviisi kasutades proovisin rehvidena kasutada r188 kuullaagritest valmistatud rattaid, mille välisküljel on termokahanev toru. Plastist rataste telgi saate 3D -printida minu GitHubi.stl -failidest. Kuigi rattad ei ole bioloogiliselt täpsed, on need kaaludega analoogsed, kuna ettepoole pöörlemine on lihtne, kuid liikumine küljelt küljele on oluliselt raskem. Rataste edukat tulemust näete minu YouTube'i videost.

9. samm: libisemisliigutus (ühe teljega madu)

Esimene auhind võistlusel Make it Move