Arahnoid: 16 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Prvo, želimo vam se zahvaliti na vašem vremenu i pažnji. Moj partner Tio Marello i ja, Chase Leach, jako smo se zabavili radeći na projektu i prevladavajući izazove koje je on predstavljao. Trenutno smo učenici školskog okruga Wilkes Barre Area S. T. E. M. Akademija Ja sam mlađi, a Tio je druga godina. Naš projekt, Arachnoid, je četveronožni robot koji smo napravili pomoću 3D pisača, ploče za kruh i Arduino ploče MEGA 2560 R3. Namjeravani cilj projekta bio je stvoriti hodajućeg četveronožnog robota. Nakon puno rada i testiranja uspješno smo stvorili četveronožnog robota koji radi. Uzbuđeni smo i zahvalni na ovoj prilici da vam predstavimo naš projekat, Arachnoid.

Korak 1: Materijali

Materijali koje smo koristili za četveronožnog robota uključivali su: 3D štampač, podlošku za pranje materijala, ladice za 3D štampanje, materijal za 3D štampanje, rezače žice, ploču, držače baterija, računar, AA baterije, električnu traku, selotejp, toranj MG90S Pro servo motori, Crazy Glue, Arduino MEGA 2560 R3 ploča, kratkospojne žice, softver Inventor 2018 i Arduino IDE softver. Koristili smo računar za pokretanje softvera i 3D štampača koji smo koristili. Softver Inventor koristili smo uglavnom za projektiranje dijelova, tako da nije potrebno nikome tko to radi kod kuće, jer su sve datoteke dijelova koje smo stvorili dostupne na ovom uputstvu. Arduino IDE softver korišten je za programiranje robota, što je također nepotrebno za ljude koji ga rade kod kuće jer smo dali i program koji koristimo. 3D štampač, mašina za pranje pomoćnog materijala, materijal za 3D štampanje i tacne za 3D štampanje korišteni su za proces izrade dijelova od kojih je izrađen Arahnoid. Koristili smo držače baterija, AA baterije, kratkospojne žice, električnu traku i rezače žice koji su korišteni zajedno za stvaranje baterije. Baterije su umetnute u držače baterija, a rezači žice korišteni su za rezanje kraja žica i baterije i kratkospojnika tako da su se mogli skinuti i uviti zajedno, a zatim zalijepiti električnom trakom. Matična ploča, kratkospojne žice, baterija i Ardiuno korišteni su za stvaranje kruga koji je napajao motore i povezivao ih s kontrolnim pinovima Arduina. Ludo ljepilo je korišteno za pričvršćivanje servo motora na dijelove robota. Bušilica i vijci korišteni su za montažu drugih elemenata robota. Vijci bi trebali izgledati poput onog na slici, ali veličina se može temeljiti na procjeni. Škotska traka i patentni zatvarači uglavnom su se koristili za upravljanje žicom. Na kraju smo potrošili ukupno 51,88 USD na materijale koje nismo imali u blizini.

Potrošni materijal koji smo imali pri ruci

1. (Količina: 1) 3D štampač
2. (Količina: 1) Podloška materijala za pranje
3. (Količina: 5) Ladice za 3D štampanje
4. (Količina: 27,39 in^3) Materijal za 3D štampanje
5. (Količina: 1) Rezači žice
6. (Količina: 1) Bušilica
7. (Količina: 24) Vijci
8. (Količina: 1) Oglasna ploča
9. (Količina: 4) Držači baterija
10. (Količina: 1) Računar
11. (Količina: 8) AA baterije
12. (Iznos: 4) Zip kravate
13. (Količina: 1) Električna traka
14. (Količina: 1) Škotska traka

Potrošni materijal koji smo kupili

1. (Količina: 8) Servo motori MG90S Tower Pro (Ukupni trošak: 23,99 USD)
2. (Količina: 2) Crazy Glue (Ukupni trošak: 7,98 USD)
3. (Količina: 1) Arduino MEGA 2560 R3 ploča (ukupni trošak: 12,95 USD)
4. (Iznos: 38) Žice za kratkospojnike (ukupni trošak: 6,96 USD)

Potreban softver

1. Inventor 2018
2. Arduino integrirano razvojno okruženje

Korak 2: Sati provedeni na montaži

Potrošili smo nekoliko sati na stvaranje našeg četveronožnog robota, ali najveći dio vremena koji smo potrošili potrošili smo na programiranje arahnoida. Bilo nam je potrebno približno 68 sati za programiranje robota, 57 sati štampanja, 48 sati dizajniranja, 40 sati sastavljanja i 20 sati testiranja.

Korak 3: STEM aplikacije

Nauka

Naučni aspekt našeg projekta dolazi do izražaja prilikom stvaranja kola koje je korišteno za pogon servo motora. Primijenili smo naše razumijevanje kola, tačnije svojstvo paralelnih kola. Ovo svojstvo je da paralelna kola isporučuju isti napon svim komponentama u krugu.

Tehnologija

Naša upotreba tehnologije bila je vrlo važna u cijelom procesu projektiranja, sastavljanja i programiranja arahnoida. Koristili smo softver za računarsko projektiranje Inventor za stvaranje cijelog četveronožnog robota uključujući: tijelo, kapak, bedra i telad. Svi dizajnirani dijelovi odštampani su na 3D štampaču. Korištenje Arduino I. D. E. softvera, mogli smo koristiti Arduino i servo motore za kretanje Arahnoida.

Inženjering

Inženjerski aspekt našeg projekta je iterativni proces koji se koristi za projektiranje dijelova izrađenih za četveronožnog robota. Morali smo razmišljati o načinima za priključivanje motora i smještaj Arduina i matične ploče. Programski aspekt projekta također je zahtijevao od nas da kreativno razmislimo o mogućim rješenjima problema na koja smo naišli. Na kraju je metoda koju smo koristili bila učinkovita i pomogla nam je da natjeramo robota da se kreće na način na koji nam je to potrebno.

Matematika

Matematički aspekt našeg projekta je korištenje jednadžbi za izračunavanje količine napona i struje koji su nam bili potrebni za napajanje motora koji zahtijevaju primjenu Ohmovog zakona. Također smo koristili matematiku za izračunavanje veličine svih pojedinačnih dijelova stvorenih za robota.

Korak 4: Četveronožni poklopac robota za drugu iteraciju

Poklopac za arahnoida bio je dizajniran s četiri klina na dnu koji su bili veličine i smješteni unutar rupa napravljenih na tijelu. Ovi klinovi, uz pomoć Crazy Gluea, uspjeli su pričvrstiti poklopac na tijelo robota. Ovaj dio je stvoren kako bi zaštitio Ardiuno i dao robotu dovršeniji izgled. Odlučili smo krenuti naprijed s trenutnim dizajnom, no on je prošao dvije iteracije dizajna prije nego što je odabran ovaj.

Korak 5: 2. iteracijsko četveronožno tijelo robota

Ovaj dio je stvoren za smještaj četiri motora koji se koriste za pomicanje dijelova bedara, Arduina i matične ploče. Odeljci na bočnim stranama karoserije bili su veći od motora koje trenutno koristimo za projekat koji je urađen imajući u vidu odstojni deo. Ovaj dizajn je na kraju omogućio odgovarajuću disperziju topline i omogućio je pričvršćivanje motora vijcima bez nanošenja mogućih oštećenja kućištu za čije bi ponovno štampanje trebalo mnogo više vremena. Rupe na prednjoj strani i nedostatak zida sa stražnje strane tijela namjerno su napravljene tako da se žice mogu provući u Arduino i matičnu ploču. Prostor u sredini kućišta dizajniran je za Arduino, matičnu ploču i baterije. Tu su i četiri rupe dizajnirane na dnu dijela namijenjene posebno za prolazak žica servo motora kroz i u stražnjoj strani robota. Ovaj dio je jedan od najvažnijih jer služi kao baza za koju je dizajniran svaki drugi dio. Prošli smo dvije iteracije prije nego što smo se odlučili za prikazanu.

Korak 6: 2. Iteracijski razmak servo motora

Odstojnik servo motora dizajniran je posebno za odjeljke sa strana tijela Arahnoida. Ovi odstojnici dizajnirani su imajući na umu ideju da bi svako bušenje u bočnu stranu tijela moglo biti opasno i uzrokovati da gubimo materijal i vrijeme na ponovno štampanje većeg dijela. Zato smo umjesto toga otišli s odstojnikom koji nije samo riješio ovaj problem, već nam je omogućio i stvaranje većeg prostora za motore koji pomaže u sprječavanju pregrijavanja. Razmaknica je prošla kroz dvije iteracije. Prvotna ideja uključivala je: dva tanka zida sa obje strane koji su spojeni na drugi odstojnik. Ova ideja je odbačena jer smo mislili da bi bilo lakše bušiti svaku stranu zasebno pa ako se jedna ošteti, drugu ne bi trebalo baciti. Odštampali smo 8 ovih komada koji su bili dovoljni za lijepljenje na gornji i donji dio motornog prostora na tijelu. Zatim smo upotrijebili bušilicu koja je bila centrirana na dugoj strani komada kako bismo stvorili probnu rupu koja se zatim koristila za vijak s obje strane motora za montažu.

Korak 7: 2. dio Iteracije, četveronožna robotska noga

Ovaj dio je bedro ili gornja polovica noge robota. Dizajniran je s rupom na unutrašnjoj strani dijela koja je napravljena posebno za armaturu koja je dolazila s motorom, a koji je modificiran za našeg robota. Dodali smo i utor na dnu dijela koji je napravljen za motor koji će se koristiti za pomicanje donje polovice noge. Ovaj dio upravlja većinom glavnih pokreta nogu. Trenutna iteracija ovog dijela koji koristimo je druga jer je prva imala zdepast dizajn za koji smo odlučili da nije potreban.

Korak 8: 5. ponavljanje četveronožnog zgloba koljena robota

Zglob koljena bio je jedan od složenijih dijelova za dizajn. Bilo je potrebno nekoliko proračuna i testova, ali prikazani trenutni dizajn radi prilično lijepo. Ovaj dio je dizajniran za kretanje oko motora radi efikasnog prenošenja pokreta motora na kretanje na potkoljenici ili potkoljenici. Bilo je potrebno pet ponavljanja dizajna i redizajna za stvaranje, ali specifičan oblik koji je stvoren oko rupa povećao je moguće stupnjeve kretanja, a pritom nije izgubio snagu koju smo od njega zahtijevali. Motore smo također pričvrstili pomoću više armatura koje se uklapaju u rupe na bočnim stranama i savršeno se uklapaju u motor, što nam omogućuje da pomoću vijaka držimo na mjestu. Probna rupa na dnu komada omogućila je izbjegavanje bušenja i mogućih oštećenja.

Korak 9: Treće iteracijsko četveronožno robotsko tele

Druga polovica noge robota stvorena je na takav način da, bez obzira na to kako robot postavi nogu, uvijek bi održavao istu količinu vuče. To je zahvaljujući polukružnom dizajnu stopala i podlozi od pjene koju smo izrezali i zalijepili za dno. Na kraju dobro služi svrsi koja omogućava robotu da dodirne tlo i hoda. S ovim dizajnom prošli smo tri iteracije koje su uglavnom uključivale promjene u dizajnu dužine i stopala.

Korak 10: Preuzimanja datoteka izumitelja dijelova

Ove datoteke su iz Inventora. To su konkretno datoteke dijelova za sve gotove dijelove koje smo osmislili za ovaj projekt.

Korak 11: Montaža

Videozapis koji smo dali objašnjava kako smo sastavili arahnoida, ali jedna stvar koja nije spomenuta u tome je da ćete morati ukloniti plastični držač s obje strane motora tako što ćete ga odsjeći i brusiti tamo gdje je nekada bio. Ostale fotografije su preuzete tokom montaže.

Korak 12: Programiranje

Programski jezik arduiono zasnovan je na programskom jeziku C. Unutar uređivača Arduino koda daje nam dvije funkcije.

• void setup (): Sav kod unutar ove funkcije pokreće se jednom na početku
• void loop (): Kod unutar funkcije petlja bez kraja.

Provjerite ispod klikom na narandžastu vezu da vidite više informacija o kodu!

Ovo je kod za hodanje

#include

classServoManager {

javno:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo FrontLeftThigh;

Servo FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

Servo BackLeftKnee;

voidsetup () {

FrontRightThigh.attach (2);

BackRightThigh.attach (3);

FrontLeftThigh.attach (4);

BackLeftThigh.attach (5);

FrontRightKnee.attach (8);

BackRightKnee.attach (9);

FrontLeftKnee.attach (10);

BackLeftKnee.attach (11);

}

voidwriteLegs (int FRT, int BRT, int FLT, int BLT,

int FRK, int BRK, int FLK, int BLK) {

FrontRightThigh.write (FRT);

BackRightThigh.write (BRT);

FrontLeftThigh.write (FLT);

BackLeftThigh.write (BLT);

FrontRightKnee.write (FRK);

BackRightKnee.write (BRK);

FrontLeftKnee.write (FLK);

BackLeftKnee.write (BLK);

}

};

ServoManager Manager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

Manager.writeLegs (90, 90, 90, 90, 90+30, 90-35, 90-30, 90+35);

kašnjenje (1000);

Manager.writeLegs (60, 90, 110, 90, 90+15, 90-35, 90-30, 90+35);

kašnjenje (5000);

Manager.writeLegs (90, 60, 110, 90, 90+30, 90-65, 90-30, 90+35);

kašnjenje (1000);

Manager.writeLegs (70, 60, 110, 90, 90+30, 90-65, 90-30, 90+35);

kašnjenje (1000);

Manager.writeLegs (70, 60, 110, 120, 90+30, 90-65, 90-30, 90+35);

kašnjenje (1000);

Manager.writeLegs (90, 90, 90, 90, 90+30, 90-35, 90-30, 90+35);

kašnjenje (1000);

}

pogledajte rawQuad.ino hostirano sa ❤ od GitHub -a

Korak 13: Testiranje

Video zapisi koje smo ovdje dodali govore o tome kako isprobavamo arahnoida. Tačke na kojima vidite da hoda su malo kratke, ali vjerujemo da bi vam trebale dati ideju o tome kako je hodanje četveronožnog robota izvedeno. Pred kraj našeg projekta uspjeli smo ga prošetati, ali prilično sporo pa je naš cilj postignut. Video snimci prije toga testiraju motore koje smo pričvrstili za gornji dio noge.

Korak 14: Tokom procesa dizajniranja i štampanja

Video zapisi koje smo ovdje dodali uglavnom provjeravaju napredak tokom cijelog procesa dizajniranja i ispisa dijelova koje smo napravili.

Korak 15: Moguća poboljšanja

Trebalo nam je vremena da razmislimo o tome kako bismo krenuli s Arahnoidom ako bismo imali više vremena s tim i došli smo do nekih ideja. Tražili bismo bolji način za napajanje Arachnoida, uključujući: pronalaženje bolje, lakše baterije koja bi se mogla napuniti. Također bismo tražili bolji način za pričvršćivanje servo motora na gornju polovicu noge koju smo dizajnirali redizajniranjem dijela koji smo stvorili. Još jedno razmatranje koje smo uzeli u obzir je pričvršćivanje kamere na robota tako da se može koristiti za ulazak u područja koja su inače nedostupna ljudima. Svi ovi razlozi su nam prošli kroz glavu dok smo dizajnirali i sastavljali robota, ali nismo ih mogli pratiti zbog vremenskih ograničenja.

Korak 16: Konačni dizajn

Na kraju smo prilično zadovoljni načinom na koji je naš konačni dizajn ispao i nadamo se da se i vi osjećate na isti način. Hvala vam na vremenu i razmatranju.