Kartonski pauk (DIY četveronožac): 13 koraka (sa slikama)

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

Pozdrav još jednom i dobrodošli u moj novi projekat.

U ovom uputstvu pokušao sam napraviti jednostavnu četveronošku napravljenu od materijala dostupnu svima. Znam da za dobivanje konačnog proizvoda dobrog izgleda trebate 3D štampač i možda CNC, ali nemaju svi ovaj uređaj, pa sam pokušao pokazati da se jednostavnim materijalom ipak mogu napraviti lijepe stvari.

Dakle, kao što je već spomenuto, pokušat ćemo izgraditi četveronošca. Okvir četveronožaca bit će izrađen jednostavno od valovitog kartona, uključujući okvir, bedrenu kost i potkoljenicu svake od četiri noge.

Korak 1: Zašto četveronožac i kako to funkcionira?

Moram reći da su roboti zabavni i zanimljivi. Nikada prije nisam napravio robota s nogama pa sam pomislio da bih trebao pokušati.

Odlučio sam prvo napraviti četveronožnog jer nisam imao dovoljno servo pogona za šesteronožni. Zamislio sam da ako napravite četveronožac, onda će izgradnja šesteronožca biti samo korak naprijed. Budući da je ovo moj prvi projekt ove vrste, nisam znao što mogu očekivati pa sam mislio da će 4 noge biti lakše od 6, ali kako sam kasnije saznao, to nije uvijek istina.

Četveronožac koji ima samo 4 noge kako ne bi pao kada se jedna noga podigne, težište robota mora biti pomaknuto u unutrašnjosti trokuta stvorenog između vrhova ostale tri noge.

Vrlo lijep opis cijelog ovog procesa možete pronaći ovdje:

Svaka noga četvorke ima 3 zgloba za kontrolu vrha noge u prostoru. Dakle, spojevi će biti:

- Coxa servo - između okvira i femura

- Servo femura - kontrola femura noge

- Tibia servo - između femura i tibije koji kontroliraju tibiju

Da bismo znali kut svakog servo servera za potrebno mjesto vrha noge, upotrijebit ćemo nešto što se naziva inverzna kinematika. Na internetu možete pronaći mnogo dokumentacije o tome i o tome kako izračunati kutove servo upravljača za različitu lokaciju vrha noge. Ali u mom slučaju samo sam uzeo Arduino kôd koji je stvorio RegisHsu (njegove detaljne četveronožne upute možete pronaći ako ga pretražite) i promijenio sam dimenzije robota i nogu robota tako da odgovaraju mom robotu, a promijenio sam i program koji koristi daljinski upravljač za upravljanje robotom i to je to.

Korak 2: Zašto koristiti valoviti karton za okvir i noge?

Prije svega, široko je rasprostranjen, možete ga pronaći bilo gdje, a ako volite kupiti vrlo je jeftin. Valoviti karton je kruti, čvrsti i lagani materijal sastavljen od tri sloja smeđeg kraft papira i većina kutija za pakovanje je napravljena od njega. Zato ih je vrlo lako pronaći.

U mom slučaju koristio sam kutiju za cipele koju sam izrezao i od nje napravio okvir. Karton koji sam dobio u kutiji bio je debeo 2 mm pa je vrlo tanak. Tako da sam za svaki dio okvira morao izrezati tri identična dijela i zalijepiti ih zajedno s dvostrukim trakom. Dakle, zapravo ćemo morati napraviti 3 okvira kako bismo na kraju imali karton debljine 6 mm.

Korak 3: Potreban dio:

Elektronski dijelovi potrebni za četvorku:

- Arduino Nano mikrokontroler;

- Deek Robot Nano V03 štit - nije bitan, ali će uvelike olakšati povezivanje svih servo pogona na Nano ploču.

- 12 kom Tower Pro Micro Servo 9g SG90 - 4 noge sa po 3 zgloba;

- LED - za svjetlo (koristio sam stari izgorjeli senzor boje)

- 1 x primopredajnik NRF24L01

Za daljinski upravljač potrebni su elektronički dijelovi

- Arduino Uno mikrokontroler;

- 1 x primopredajnik NRF24L01;

- joystick;

- LED;

- Razni otpornici;

- Pritisnite dugme;

- neke kratkospojne žice;

Za okvir:

- List od valovitog kartona

- Rezač

- Odvijači

- Skoč sa dvostrukom trakom

- Trouglovi

- Vladar

- Olovka

Pa krenimo u izgradnju.

Korak 4: Postavite servosisteme na 90 stepeni

Prije nego što sam počeo s izgradnjom okvira, morao sam centrirati sve servomotore na 90 stupnjeva kako bi ih kasnije bilo lakše postaviti kad okvir bude spreman. Tako sam prvo pričvrstio Arduino Nano namijenjen četveronošcu na Nano štit, a nakon svega servo pogone na štit. Zatim sve što trebate učiniti je učitati kôd i svi servomotori će biti centrirani na 90 stupnjeva.

Kôd se može pronaći u posljednjem koraku uputstva.

Korak 5: Izgradnja okvira

Kao što je već spomenuto, okvir je izrađen od valovitog kartona isporučenog iz kutije za cipele. Predložak okvira možete pronaći na priloženim slikama zajedno s dimenzijama okvira.

Prvo sam izrezao stranice kartonske kutije kako bih napravio okvir. Dobio sam tri dobra komada za koje sam uzeo u obzir orijentaciju valovitog sloja tako da će 2 komada imati okomiti ćelijski valoviti sloj i jedan vodoravno.

Kad je karton spreman, nacrtam predložak okvira na kartonski list koji ima okomiti valoviti medij. Da bih dobio čvršću strukturu, izrezao sam tri komada kako bih ih zalijepio radi dodatne čvrstoće protiv savijanja. Gornji i donji kartonski lim imaju okomiti valoviti sloj, dok će sendvič kartonski lim biti vodoravni valoviti sloj.

Prije nego što sam spojio tri komada okvira, pripremio sam ruku servo motora i nacrtao položaj svakog coxa servo motora za buduće ispravno pozicioniranje.

Sada kada znam gdje coxa servo motori moraju biti postavljeni, zalijepio sam tri komada.

Sada je okvir gotov.

Korak 6: Pričvršćivanje Coxa servo uređaja na okvir

Za pričvršćivanje servomotora prvo sam probušio rupu u označenom položaju tako da prođe pričvrsni vijak za servo krak i pričvrsti servo za okvir.

Koristeći vijke iz servo motora, pričvrstio sam ruke coxa servo motora na okvir. Coxa je formirana od dva servo pogona zalijepljena zajedno dvostrukom trakom i pojačana gumicom za svaki slučaj. Jedan servo će biti usmjeren prema dolje s osovinom u okomitom položaju i bit će pričvršćen na okvir, a drugi će biti orijentiran s vratilom u vodoravnom položaju i bit će pričvršćen na unutarnju stranu bedrene kosti.

Konačno, da bi se coxa servo učvrstio za okvir, pričvršćuje se pričvrsni vijak.

Korak 7: Izgradnja femura

Korišten je isti postupak rezanja kartona. Svaka bedrena kost bit će napravljena od tri kartonska lista zalijepljena zajedno. Horizontalni valoviti sloj bit će stisnut između okomitih kartonskih listova valovitog sloja.

Korak 8: Izgradnja tibije

I za tibiju sam izrezao tri šablona za svaku tibiju, ali ovaj put je orijentacija valovitog sloja bila okomita kako bi se dala veća uzdužna čvrstoća tibije.

Nakon što su izrezana svaka tri šablona, zalijepila sam ih zajedno čineći i otvor za servo za tibije.

Pričvrstio sam servo u tibiju, a ruka servo -ja je pričvršćena za servo pomoću pričvrsnog vijka kroz otvor napravljen u bedrenoj kosti tako da poveže bedrenu kost s tibijom.

Korak 9: Spajanje svih

Sada kada su svi dijelovi okvira i nogu stvoreni, sve sam ih spojio tako da je sklop počeo izgledati kao četveronožac.

Korak 10: Instaliranje elektronike i postavljanje veza

Prvo Arduino Nano zajedno sa Deek Robot Shieldom mora stati na okvir. U tu svrhu uzeo sam štit i nasrnuo na okvir s 4 rupe kako bih pomoću 4 vijka i matica pričvrstio Deek Robot Shield za okvir.

Sada je "mozak vezan za tijelo": D. Zatim sam spojio sve servomotore na Deek Nano Shield.

Spajanje servo pogona vrlo je jednostavno jer štit ima posebno izgrađena tri pina (signal, VCC, GND) za svaki Arduino Nano digitalni i analogni pin, što omogućuje savršeno i jednostavno povezivanje mikro servosa. Obično nam je potreban upravljački program za pogon servo pogona s Arduinom jer nije sposoban nositi se s pojačanjima koja su potrebna motorima, ali u mom slučaju to ne vrijedi jer su mikro servo od 9 g dovoljno mali da ih Arduino Nano može nositi.

Servo pogoni za noge bit će povezani na sljedeći način:

Noga 1: (Naprijed lijeva noga)

Coxa - Arduino Nano digitalni pin 4

Butna kost - Arduino Nano digitalni pin 2

Tibija - Arduino Nano digitalni pin 3

Noga 2: (zadnja lijeva noga)

Coxa - Arduino Nano analogni pin A3

Femur - Arduino Nano Analog Pin Pin A5

Tibija - Arduino Nano analogni pin A4

Noga 3: (napred desna noga)

Coxa - Arduino Nano analogni pin 10

Femur - Arduino Nano Analog Pin 8

Tibia - Arduino Nano Analog Pin 9

Noga 4: (zadnja desna noga)

Coxa - Arduino Nano digitalni pin A1

Butna kost - Arduino Nano digitalni pin A0

Tibija - Arduino Nano digitalni pin A2

Priključivanje LED -a radi svjetlosnog efekta

Mislio sam da bi bilo lijepo staviti malo svjetla na četveronožje pa imam i stari senzor u boji koji više ne radi (uspio sam ga pregorjeti: D) ali LED diode i dalje rade tako da su četiri LED uključene mala ploča i vrlo su svijetle. Odlučio sam upotrijebiti senzor boje kako bih četveronošcu dao svjetlosni efekt. S četiri godine čini se da se čini malo bliže pauku.

Tako sam spojio VCC senzora boje na Arduino Nano Pin D5 i GND senzora na GND Arduino Nano. Kako mala ploča već ima neke otpornike koji se koriste za LED, nije mi bilo potrebno stavljati bilo koji drugi otpornik u seriju sa LED diodom. Svi ostali pinovi neće se koristiti jer je senzor izgorio, a ja samo koristim LED diode s male ploče.

Priključci za modul NRF24L01.

- GND modula ide u GND Arduino Nano štita

- VCC ide na Arduino Nano 3V3 pin. Pazite da ne priključite VCC na 5V matične ploče jer riskirate uništenje NRF24L01 modula

- CSN pin ide na Arduino Nano D7;

- CE pin ide na Arduino Nano D6;

- SCK pin ide na Arduino Nano D13;

- MOSI pin ide na Arduino Nano D11;

- MISO pin ide na Arduino Nano D12;

- IRQ pin neće biti povezan. Budite oprezni ako koristite drugu ploču od Arduino Nano ili Arduino Uno, SCK, MOSI i MISO pinovi će se razlikovati.

- Takođe ćete morati da preuzmete biblioteku RF24 za ovaj modul. Možete ga pronaći na sljedećoj web stranici:

Kao izvor napajanja za pauka koristio sam zidni adapter 5V (1A). Nemam na raspolaganju nikakve vrste baterija, a ovo je bio moj jedini dostupni zidni adapter za koji mislim da će biti bolji, jači od najmanje 2A, ali nemam ga pa sam morao koristiti jedini koji imam. Bit će mnogo ljepše ako koristite li-po bateriju kako bi robot mogao biti slobodan, bez kabela.

Kako bih imao stabilnije napajanje na ploči, priključio sam 10microF kondenzator između 5V i GND pinova Deek Robot Nano Shield -a, jer sam primijetio da će se svi servomotori pod opterećenjem samo ponovo pokrenuti, dok dodavanjem kondenzatora riješen je problem.

Korak 11: Izrada poklopca

Kako sam želio da je omotač što lakši, napravio sam ga samo od jednog sloja 2 mm valovitog kartonskog lima jer ne treba nikakvo jačanje jer na njega neće utjecati nikakva opterećenja.

Izrezao sam komad kartona u obliku i dimenzijama kao što vidite na slici i pričvrstio sam ga na okvir istim maticama koje pričvršćuju Arduino nano štit ispod okvira. Na gornjoj strani dva komada bit će zalijepljeni jedan na drugi dvostrukom trakom. Pokušao sam umotati sve žice unutra kako bi četveronožac izgledao što je moguće bolje.

Sada je četveronožac gotov. Prijeđimo na daljinski upravljač.

Korak 12: Daljinski upravljač

Za daljinski upravljač koristim isti daljinski upravljač iz svog prethodnog projekta Maverick auto na daljinsko upravljanje, samo što sam ja izbrisao grafikon koji u ovom projektu nije potreban. Ali ako ste propustili tu gradnju, opet sam je napisao ovdje.

Kako za kontroler koristim Arduino Uno, spojio sam Uno na ploču s nekim gumicama kako se ne bi pomaknuo.

- Arduino Uno će se napajati pomoću 9V baterije kroz utičnicu;

- Arduino Uno 5V pin na 5V šinu matične ploče;

-Arduino Uno GND pin na GND šinu matične ploče;

Modul NRF24L01.

- GND modula ide do GND šine

- VCC ide na Arduino Uno 3V3 pin. Pazite da ne priključite VCC na 5V matične ploče jer riskirate uništenje NRF24L01 modula

- CSN pin ide na Arduino Uno D8;

- CE pin ide na Arduino Uno D7;

- SCK pin ide na Arduino Uno D13;

- MOSI pin ide na Arduino Uno D11;

- MISO pin ide na Arduino Uno D12;

- IRQ pin neće biti povezan. Budite oprezni ako koristite drugu ploču od Arduino Nano ili Arduino Uno, SCK, MOSI i MISO pinovi će se razlikovati.

Joystick Module

- Modul džojstika sastoji se od 2 potenciometra tako da je vrlo sličan sa priključcima;

- GND pin na GND šinu matične ploče;

- VCC pin na 5V šini matične ploče;

- VRX pin na Arduino Uno A3 pin;

- VRY pin na Arduino Uno A2 pin;

LED

- Crvena LED dioda će biti serijski spojena sa 330Ω otpornikom na Arduino Uno pin D4;

- Zelena LED dioda će biti spojena serijski sa 330Ω otpornikom na Arduino Uno pin D5;

Push Buttons

- jedno dugme će se koristiti za uključivanje i isključivanje četvoronožnog svjetla, a drugo se neće koristiti;

- Tipka LIGHT bit će spojena na pin D2 Arduino Uno. Gumb treba povući prema dolje sa 1k ili 10k otpornikom vrijednost nije važna.

- Preostalo dugme će biti spojeno na pin D3 Arduino Uno. Isto dugme treba povući prema dolje sa 1k ili 10k otpornikom. (neće se koristiti za ovaj projekat)

To je to, sada smo povezali sve električne dijelove.

Korak 13: Arduino IDE kodovi

Za ovaj dio postoji nekoliko kodova koje sam koristio.

Leg_Initialization - koristi se za centriranje servomotora u položaj od 90 stepeni.

Spider_Test - koristio se za testiranje ispravnih funkcija, kao što su hodanje naprijed, nazad, okretanje

Pauk - koristi se za pauka

Spider daljinski upravljač - koristi se za Spider kontroler

Moram napomenuti da je kod za Spider prilagođen i izmijenjen nakon koda iz RegisHsu -a [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED) i zato se želim zahvaliti RegisHsu -u na njegovom dobrom poslu.

Sve u svemu, nadam se da vam se svidio moj Pauk.