3D хэвлэсэн Arduino хөдөлгүүртэй дөрвөлжин робот: 13 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:00

Fusion 360 төслүүд »

Өмнөх зааварчилгаанаас би роботын төслүүдийг маш их сонирхож байгааг харж байгаа байх. Өмнөх зааварчилгааны дараа би хоёр талт робот бүтээсэнийхээ дараа нохой, муур зэрэг амьтдыг дуурайж чаддаг дөрвөлжин робот бүтээхээр шийдсэн. Энэхүү зааварчилгааны номонд би танд дөрвөлжин роботын загвар, угсралтыг үзүүлэх болно.

Энэхүү төслийг бүтээх гол зорилго нь системийг аль болох хүчирхэг болгох явдал байсан бөгөөд ингэснээр янз бүрийн алхах, гүйх алхах туршилт хийхдээ тоног төхөөрөмжийн эвдрэлийн талаар санаа зовох хэрэггүй болно. Энэ нь надад тоног төхөөрөмжийг хязгаарлалтын хэмжээнд хүргэж, нарийн төвөгтэй алхалт, хөдөлгөөнийг туршиж үзэх боломжийг олгосон юм. Хоёрдахь зорилго бол хурдан загвар зохион бүтээх боломжийг олгодог хобби эд анги, 3D хэвлэлийн тусламжтайгаар дөрвөлсөн хэсгийг харьцангуй бага зардлаар хийх явдал байв. Эдгээр хоёр зорилгыг хослуулсан нь янз бүрийн туршилт хийх бат бөх суурийг бий болгож, навигаци, саад бэрхшээлээс зайлсхийх, динамик локомотив гэх мэт илүү тодорхой шаардлагыг хангахын тулд дөрвөлсөн дугуйг хөгжүүлэх боломжийг олгодог.

Төслийн хурдан демо үзэхийн тулд дээр хавсаргасан видеог үзээрэй. Үргэлжлүүлэн өөрийн Arduino Powered Quadruped роботыг бүтээгээрэй, хэрэв танд төсөл таалагдсан бол "Make it Move Contest" -д саналаа өгөөрэй.

Алхам 1: Тойм ба дизайны явц

Дөрвөлжин загварыг Autodesk -д үнэгүй бүтээсэн бөгөөд Fusion 360 3d загварчлалын програм хангамжийг ашиглах боломжтой болсон. Би servo моторыг дизайнд оруулж, хөл, их биеийг тойруулан бүтээж эхлэв. Би servo моторын хаалт зохион бүтээсэн бөгөөд энэ нь servo моторын босоо амны эсрэг хоёр дахь тэнхлэгийн цэгийг өгдөг. Хөдөлгүүрийн хоёр үзүүрт хоёр босоо ам байх нь дизайны бүтцийн тогтвортой байдлыг хангаж, хөлийг ачаалал өгөхөд үүсэх хазайлтыг арилгадаг. Холбоосууд нь холхивчийг барих зориулалттай бөгөөд хаалтанд босоо аманд боолт ашиглагджээ. Холбоосыг самар ашиглан босоо аманд холбосны дараа холхивч нь servo моторын босоо амны эсрэг талд жигд, бат бөх эргэх цэгийг бий болгоно.

Дөрвөлжин загвар зохион бүтээх өөр нэг зорилго бол servo мотороор хангагдсан эргэлтийг хамгийн их ашиглахын тулд загварыг аль болох нягт байлгах явдал байв. Холболтын хэмжээсийг ерөнхий уртыг багасгахын зэрэгцээ өргөн хүрээний хөдөлгөөнд хүрэхийн тулд хийсэн болно. Тэдгээрийг хэт богино болгох нь хаалт мөргөлдөж, хөдөлгөөний хүрээг багасгаж, хэт урт болгох нь идэвхжүүлэгчид шаардлагагүй эргүүлэх хүчийг өгөх болно. Эцэст нь би Arduino болон бусад электрон эд ангиудыг угсрах роботыг зохион бүтээсэн. Төслийн цаашдын сайжруулалтыг өргөтгөх боломжтой болгохын тулд би нэмэлт самбар дээр нэмэлт бэхэлгээний цэгүүдийг үлдээсэн. Зайны мэдрэгч, камер эсвэл робот бариул гэх мэт бусад идэвхжүүлсэн механизм гэх мэт мэдрэгчийг нэмж болно.

Тэмдэглэл: Эдгээр хэсгүүдийг дараахь алхамуудын аль нэгэнд оруулсан болно.

Алхам 2: Шаардлагатай материал

Өөрийнхөө Arduino Powered Quadruped робот хийхэд шаардлагатай бүх бүрэлдэхүүн хэсэг, эд ангиудын жагсаалтыг энд оруулав. Бүх эд ангиудыг орон нутгийн тоног төхөөрөмжийн дэлгүүрүүд эсвэл онлайнаар олж авахад хялбар байх ёстой.

ЦАХИЛГААН:

Arduino Uno x 1

Towerpro MG995 servo мотор x 12

Arduino Sensor Shield (би V5 хувилбарыг санал болгож байна, гэхдээ надад V4 хувилбар байсан)

Холбогч утас (10 ширхэг)

MPU6050 IMU (заавал биш)

Хэт авианы мэдрэгч (заавал биш)

ТОНОГ ТӨХӨӨРӨМЖ:

Бөмбөг холхивч (8x19x7mm, 12 ширхэг)

М4 самар ба боолт

3D принтерийн утас (хэрэв та 3D принтер эзэмшээгүй бол орон нутгийн ажлын талбарт 3D принтер байх ёстой эсвэл хэвлэх ажлыг онлайнаар хямд үнээр хийх боломжтой)

Нийлэг хуудас (4мм)

ХЭРЭГСЭЛ

3D принтер

Лазер таслагч

Энэхүү төслийн хамгийн чухал өртөг нь 12 servo мотор юм. Хямдхан хуванцарыг ашиглахын оронд дунд зэргийн өндөр түвшний хувилбар руу явахыг зөвлөж байна, учир нь амархан эвдэрдэг. Багаж хэрэгслийг оролцуулалгүйгээр энэ төслийн нийт өртөг нь ойролцоогоор 60 доллар юм.

Алхам 3: Тоон хэлбэрээр үйлдвэрлэсэн эд анги

Энэхүү төсөлд шаардагдах эд ангиудыг захиалгаар хийх ёстой байсан тул дижитал хийцтэй эд анги, CAD-ийн хүчийг ашиглан бүтээв. Ихэнх эд ангиудыг 4 мм акрилаар лазераар хайчилж авсан цөөн хэдэн хэсгээс гадна 3D хэвлэсэн байна. Хэвийг 40% дүүргэгч, 2 периметр, 0.4мм цорго, давхаргын өндөр нь 0.1 мм бөгөөд ХАЧАгаар хийсэн болно. Зарим хэсгүүд нь нарийн төвөгтэй хэлбэртэй тул тулгуур шаардлагатай байдаг боловч тулгуурыг хялбархан авах боломжтой бөгөөд зарим зүсэгч ашиглан арилгаж болно. Та утаснаас хүссэн өнгөө сонгож болно. Доороос та өөрийн хувилбар болон лазер хайчлах хэсгүүдийн 2D загварыг хэвлэх эд анги, STL -ийн бүрэн жагсаалтыг олох боломжтой.

Тэмдэглэл: Эндээс дараах хэсгүүдэд байгаа нэрсийг ашиглан хэсгүүдийг дурдах болно.

3D хэвлэмэл хэсгүүд:

• хип servo хаалт x 2
• хип servo хаалт толь x 2
• өвдөгний servo хаалт x 2
• өвдөгний servo хаалт толь x 2
• холхивч эзэмшигч x 2
• агуулсан агуулсан толь x 2
• хөл x 4
• servo horn link x 4
• даацын холбоос x 4
• arduino эзэмшигч x 1
• зайны мэдрэгч эзэмшигч x 1
• L дэмжлэг x 4
• даацын бут x 4
• servo horn spacer x 24

Лазер хайчлах хэсгүүд:

• servo эзэмшигч самбар x 2
• дээд самбар x 1

Нийтдээ төрөл бүрийн тусгаарлагчийг эс тооцвол 3 хэмжээст хэвлэх шаардлагатай 30 хэсэг, нийт 33 ширхэг дижитал хийцтэй. Нийт хэвлэх хугацаа 30 орчим цаг байна.

Алхам 4: Холбоосыг бэлтгэх

Та угсралтын ажлыг эхнээс нь эхлүүлэх боломжтой бөгөөд ингэснээр эцсийн угсралтын үйл явц илүү хялбар болно. Та линкээр эхэлж болно. Холхивчийн холбоосыг хийхийн тулд холхивчийн нүхний дотоод гадаргууг бага зэрэг зүлгээд дараа нь хо bearingр үзүүр дэх нүх рүү оруулна. Холхивчийг нэг талыг нь тэгшлэх хүртэл дотогш оруулах хэрэгтэй. Серво эвэрний холбоосыг бүтээхийн тулд хоёр дугуй хэлбэртэй servo эвэр болон түүнтэй хамт ирсэн боолтыг ав. Эврээ 3D хэвлэмэл дээр байрлуулж, хоёр нүхийг эгнээнд байрлуулаад дараа нь 3D хэвлэлийн талаас боолтыг бэхлээд эвэрийг 3D хэвлэмэл дээр шургуулна. Нийлүүлсэн эрэг нь бага зэрэг урт бөгөөд эргэх үед servo моторын биетэй огтлолцох тул би 3D хэвлэсэн серво эвэр тусгаарлагч ашиглах шаардлагатай болсон. Холбоосыг хийсний дараа та янз бүрийн эзэмшигч, хаалтуудыг тохируулж эхлэх боломжтой.

Үүнийг хоёр төрлийн бүх 4 линк дээр давтана уу.

Алхам 5: Servo хаалт бэлтгэх

Өвдөгний servo хаалт тохируулахын тулд 4 мм -ийн боолтыг нүхээр дамжуулж, самараар бэхлээрэй. Энэ нь моторын хоёрдогч тэнхлэг болж ажиллах болно. Хип servo хаалтнаас хоёр боолтыг хоёр цооногоор дамжуулж, өөр хоёр самараар бэхлээрэй. Дараа нь өөр дугуй хэлбэртэй servo эвэр аваад эвэртэй хамт ирсэн хоёр боолтыг ашиглан хаалтны бага зэрэг дээш өргөгдсөн хэсэгт бэхлээрэй. Шураг нь servo -ийн цоорхой руу цухуйхгүйн тулд servo horn spacer ашиглахыг танд дахин зөвлөж байна. Эцэст нь холхивч эзэмшигчийн хэсгийг барьж, холхивчийг нүх рүү түлх. Тохиромжтой байхын тулд дотоод гадаргууг бага зэрэг зүлгэх шаардлагатай байж магадгүй юм. Дараа нь холхивчийн түлхүүрийг холхивчийн хэсэг нугалж буй чиглэл рүү чиглүүлнэ.

Хаалт хийхдээ дээр хавсаргасан зургуудыг үзнэ үү. Энэ процедурыг бусад хаалтанд давтана. Толин тусгалууд нь адилхан, зөвхөн бүх зүйлийг толинд тусгасан байдаг.

Алхам 6: Хөлийг угсрах

Бүх холбоос, хаалт угсарсны дараа та роботын дөрвөн хөлийг бүтээж эхлэх боломжтой. 4 х 4 хэмжээтэй M4 боолт, самар ашиглан хаалтуудыг хаалтанд холбож эхэл. Сервогийн тэнхлэгийг нөгөө талд нь цухуйсан боолтоор нь уялдуулаарай.

Дараа нь, servo horn link хэсгийг ашиглан хип servo -ийг өвдөгний servo -той холбоно. Эвэрийг servo моторын тэнхлэгт бэхлэхийн тулд одоо болтол шураг бүү ашиглаарай, учир нь бид дараа нь байрлалаа тохируулах шаардлагатай болж магадгүй юм. Эсрэг талд хоёр холхивчийг агуулсан холхивчийг самар ашиглан цухуйсан боолт дээр бэхлэнэ.

Энэ процедурыг гурван хөлийн үлдсэн хэсэгт давтаж, дөрвөн хөлтэй дөрвөн хөл бэлэн боллоо!

Алхам 7: Биеийг угсрах

Дараа нь бид роботын биеийг бүтээхэд анхаарлаа төвлөрүүлж чадна. Бие нь дөрвөн серво хөдөлгүүртэй бөгөөд хөл нь 3 -р зэргийн эрх чөлөөг өгдөг. Сервийг лазераар зүссэн серво эзэмшигчийн самбарт бэхлэхийн тулд 4 x M4 боолт ба цоолтуурын тусламжтайгаар эхлүүлээрэй.

Тэмдэглэл: Дээрх зураг дээр үзүүлсэн шиг тэнхлэг нь хэсгийн гадна талд байх ёстой. Чиглэлийг харгалзан үлдсэн гурван servo моторын хувьд энэ үйлдлийг давтана.

Дараа нь L-тулгуурыг самбарын хоёр талд хоёр M4 самар ба боолт ашиглан бэхлэнэ. Энэ хэсэг нь servo эзэмшигчийн самбарыг дээд самбар дээр бэхлэх боломжийг бидэнд олгодог. Энэ үйлдлийг дахин хоёр L дэмжлэг болон хоёр дахь servo моторыг байрлуулсан хоёр дахь servo эзэмшигчийн самбараар давтана.

L тулгуурыг байрлуулсны дараа M4 самар ба боолтыг ашиглан servo эзэмшигчийн самбарыг дээд самбарт бэхлээрэй. Гаднах самар ба боолтоос эхэл (урд ба хойд зүг рүү). Төв самар ба боолт нь arduino эзэмшигчийн хэсгийг бас дардаг. Дөрвөн самар, боолтыг ашиглан arduino эзэмшигчийг дээрээс нь дээд самбар дээр бэхлээд боолтыг L дэмжлэгийн нүхээр дамжуулна. Тодорхойлолт авахын тулд дээр хавсаргасан зургуудыг үзнэ үү. Эцэст нь дөрвөн самарыг servo эзэмшигч хавтан дээрх үүрэнд шургуулж, боолт ашиглан servo эзэмшигчийн хавтанг дээд самбар дээр бэхлээрэй.

Алхам 8: Бүгдийг нэгтгэх

Хөл, биеийг угсарсны дараа та угсралтын ажлыг дуусгаж эхэлж болно. Дөрвөн хөлийг дөрвөн servos дээр холбож, ташааны servo хаалтанд бэхлэгдсэн servo эвэр ашиглан бэхлээрэй. Эцэст нь, ташуу бэхэлгээний эсрэг тэнхлэгийг дэмжихийн тулд холхивч эзэмшигч хэсгүүдийг ашиглана уу. Тэнхлэгийг холхивчоор дамжуулж, боолт ашиглан бэхлээрэй. М4 хэмжээтэй хоёр самар ба боолтыг ашиглан холхивчийн эзэмшигчийг дээд самбарт холбоно.

Үүний тусламжтайгаар quaduped -ийн тоног төхөөрөмжийн угсралт бэлэн болно.

Алхам 9: Утас ба хэлхээ

Би servo моторын холболтыг хангадаг мэдрэгч бамбай ашиглахаар шийдсэн. V5 мэдрэгч бамбай нь гадаад цахилгаан хангамжийн порттой тул танд ашиглахыг зөвлөж байна. Гэсэн хэдий ч миний ашиглаж байсан нэгэнд ийм сонголт байгаагүй. Мэдрэгчийн бамбайг илүү нарийвчлан судалж үзэхэд мэдрэгчийн бамбай нь Arduino -ийн 5V зүүгээс хүч авч байгааг анзаарав (энэ нь Arduino -ийг гэмтээх эрсдэлтэй тул өндөр хүчдэлтэй servo моторуудын хувьд аймшигтай санаа юм). Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд мэдрэгчийн бамбай дээрх 5V зүүг нугалж, ингэснээр Arduino -ийн 5V зүүтэй холбогдоогүй болно. Ийм байдлаар бид 5v зүүгээр дамжуулан Arduino -г гэмтээхгүйгээр гадны хүчийг өгөх боломжтой боллоо.

12 servo моторын дохионы тээглүүрийн холболтыг доорх хүснэгтэд үзүүлэв.

Тэмдэглэл: Hip1Servo гэдэг нь биед бэхлэгдсэн servo -ийг хэлнэ. Hip2Servo нь хөлөнд бэхлэгдсэн servo -ийг хэлнэ.

Хөл 1 (зүүн урагш):

• Hip1Servo >> 2
• Hip2Servo >> 3
• KneeServo >> 4

Хөл 2 (баруун урагш):

• Hip1Servo >> 5
• Hip2Servo >> 6
• KneeServo >> 7

Хөл 3 (арын зүүн):

• Hip1Servo >> 8
• Hip2Servo >> 9
• KneeServo >> 10

Хөл 4 (арын баруун талд):

• Hip1Servo >> 11
• Hip2Servo >> 12
• KneeServo >> 13

Алхам 10: Анхны тохиргоо

Нарийн төвөгтэй алхалт болон бусад хөдөлгөөнийг програмчилж эхлэхээс өмнө бид servo бүрийн тэг цэгүүдийг тохируулах хэрэгтэй. Энэ нь роботыг янз бүрийн хөдөлгөөн хийхэд ашигладаг лавлах цэгийг өгдөг.

Роботыг гэмтээхгүйн тулд servo эвэрний холбоосыг арилгаж болно. Дараа нь доор хавсаргасан кодыг байршуулна уу. Энэ код нь servo тус бүрийг 90 градусаар байрлуулдаг. Серво нь 90 градусын байрлалд очсоны дараа та холбоосыг дахин холбож болно, ингэснээр хөл нь төгс шулуун, биед бэхлэгдсэн servo нь дөрвөлжингийн дээд хэсэгт перпендикуляр байх болно.

Энэ үед servo эвэр хийц хийснээс болж зарим үе нь төгс шулуун биш байж магадгүй юм. Үүний шийдэл бол кодын 4 -р мөрөнд байгаа zeroPositions массивыг тохируулах явдал юм. Тоо бүр нь харгалзах servo -ийн тэг байрлалыг илэрхийлдэг (захиалга нь Arduino -д servo -ийг холбосон дараалалтай ижил байна). Хөл төгс шулуун болтол эдгээр утгыг бага зэрэг эргүүлээрэй.

Тэмдэглэл: Эдгээр утгууд нь танд тохирохгүй байж болох ч миний ашигладаг утгууд энд байна.

int zeroPositions [12] = {93, 102, 85, 83, 90, 85, 92, 82, 85, 90, 85, 90};

Алхам 11: Кинематикийн талаар бага зэрэг

Дөрвөн хүнийг гүйлт, алхах болон бусад хөдөлгөөн гэх мэт ашигтай үйлдлүүдийг хийхийн тулд servos -ийг хөдөлгөөний зам хэлбэрээр програмчлах шаардлагатай. Хөдөлгөөний зам бол төгсгөлийн эффектор (энэ тохиолдолд хөл) хамт явдаг замууд юм. Үүнд хүрэх хоёр арга бий:

1. Нэг арга бол янз бүрийн моторуудын хамтарсан өнцгийг хүчээр хүчээр тэжээх явдал юм. Шийдвэр нь зөвхөн харааны шинж чанартай байдаг тул энэ арга нь цаг хугацаа шаардсан, уйтгартай, бас алдаануудаар дүүрэн байж болно. Үүний оронд хүссэн үр дүнд хүрэх илүү ухаалаг арга байдаг.
2. Хоёрдахь арга бол үе мөчний бүх өнцгийн оронд төгсгөлийн эффекторын координатыг тэжээх явдал юм. Үүнийг урвуу кинематик гэж нэрлэдэг. Хэрэглэгч координатыг оруулдаг бөгөөд холболтын өнцөг нь төгсгөлийн эффекторыг заасан координатад байрлуулахаар тохируулдаг. Энэ аргыг координатыг оруулдаг, үений өнцгийг гаргадаг хар хайрцаг гэж үзэж болно. Энэхүү хар хайрцгийн тригонометрийн тэгшитгэлийг хэрхэн боловсруулсан талаар сонирхсон хүмүүсийн хувьд дээрх диаграмыг үзнэ үү. Сонирхдоггүй хүмүүсийн хувьд тэгшитгэлийг аль хэдийн програмчлагдсан бөгөөд төгсгөлийн эффекторын картезийн байршил болох x, y, z оролтыг авч, мотортой тохирох гурван өнцгийг гаргадаг pos функцийг ашиглан ашиглаж болно.

Эдгээр функцуудыг агуулсан програмыг дараагийн алхамаас олж болно.

Алхам 12: Quadruped -ийг програмчлах

Утас холболт, эхлүүлэлт дууссаны дараа та роботыг програмчилж, сэрүүн хөдөлгөөний замыг бий болгож, робот сонирхолтой даалгавар гүйцэтгэж чадна. Үргэлжлүүлэхээсээ өмнө хавсаргасан кодын 4 -р мөрийг эхлүүлэх алхамд тохируулсан утгуудаа өөрчилнө үү. Програмыг байршуулсны дараа робот алхаж эхлэх ёстой. Хэрэв та зарим холбоосууд ухарч байгааг анзаарсан бол 5 -р мөрөнд байгаа чиглэлийн массив дахь харгалзах чиглэлийн утгыг өөрчилж болно (хэрэв энэ нь 1 бол үүнийг -1 болгож, -1 бол үүнийг 1 болгоно уу).

Алхам 13: Эцсийн үр дүн: Туршилт хийх цаг

Дөрвөлжин робот нь 5 -аас 2 см урттай алхам хийх боломжтой. Алхалтыг тэнцвэртэй байлгахын зэрэгцээ хурдыг өөрчилж болно. Энэхүү дөрвөлжин нь үсрэх эсвэл даалгавраа биелүүлэх гэх мэт бусад янз бүрийн алхмууд болон бусад зорилтуудыг туршиж үзэх бат бөх платформыг бий болгодог. Хөлийн хөдөлгөөний замыг өөрчилж, өөрийн алхаж, янз бүрийн алхалт нь роботын гүйцэтгэлд хэрхэн нөлөөлдөг болохыг олж мэдэхийг танд зөвлөж байна. Би бас роботын дээд хэсэгт саад тотгороос зайлсхийх даалгавар хийх зайг хэмжих мэдрэгч эсвэл тэгш бус газар дээр динамик алхах IMU гэх мэт нэмэлт мэдрэгчийг байрлуулах олон цэгийг үлдээсэн. Робот нь маш тогтвортой, бат бөх бөгөөд амархан унадаггүй тул роботын дээд хэсэгт бэхэлгээний нэмэлт гарыг туршиж үзэх боломжтой.

Энэхүү зааварчилгаа танд таалагдсан гэж найдаж байна.

Хэрэв танд энэ төсөл таалагдсан бол "Make it Move Contest" -д саналаа өгч дэмжээрэй.

Аз жаргалтай болгох!

Make it Move Contest 2020 -ийн хоёрдугаар шагнал