GorillaBot 3D tlačený štvornásobný robot Arduino s autonómnym šprintom: 9 krokov (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-13 06:58

V Toulouse (Francúzsko) sa každoročne konajú Toulouse Robot Race #TRR2021

Preteky pozostávajú z 10 -metrového autonómneho šprintu pre dvojnohých a štvornohých robotov.

Aktuálny rekord, ktorý zbieram pre štvorčatá, je 42 sekúnd na šprint na 10 metrov.

S ohľadom na to som musel vymyslieť plán konštrukcie robota, o ktorom som si myslel, že by ho mohol poraziť, aby som sa stal novým úradujúcim šampiónom !!!

Hľadá trochu inšpirácie od kolegu člena Instructables „jegatheesan.soundarapandian“a minuloročného víťaza pretekov robotov v Toulouse „Oracid 1“, ktorí obaja radi navrhujú a zdieľajú návody, ako stavať štvorčatá. Začal som v podstate kopírovať dizajn a urobiť ho o niečo väčší!

Konštrukcia je založená na mechanizme prepojenia s piatimi tyčami pre každú nohu, 2 servá napájajú každú nohu celkom 8 serv.

Pravidlá uvádzajú, že okrem štartového signálu musí byť celý závod vykonaný robotom autonómne, takže som musel vymyslieť systém s nízkou hmotnosťou, aby bol robot v poriadku, v tomto prípade som použil magnetometer QMC5883L (digitálny kompas), takže mohol by zostať verný svojej orientácii, ultrazvukový senzor HC-SR04 pre prípad, že by sa robot skutočne pokazil a začal narážať do steny pod uhlom 90 stupňov a ja som v kóde len použil počítadlo krokov, aby som mu povedal, koľko krokov má urobiť na 10 metrov.

Ak vás zaujíma stavba tohto robota, nebojte sa, táto opica má všetko premyslené!

100% podpora bezplatného 3D vytlačiteľného tela:

Všetko okrem elektroniky a skrutiek na pripevnenie elektroniky je možné tlačiť 3D, používajú sa iba rovnaké malé skrutky s krížovou hlavou, na zostavenie robota vám bude stačiť malý krížový skrutkovač

Jednoduché zapojenie a prehrávanie elektroniky:

nie je potrebné žiadne zložité spájkovanie

Primeraná doba tlače:

Možno vyzerá veľký a impozantný, ale tlačí iba 15 hodín (pre niektorých je to dlho: D)

Primerané požiadavky na objem zostavy:

Je možné ho vytlačiť na relatívne malej tlačiarni, ktorá vyžaduje stavebný objem iba d: 150 mm x š: 150 mm x v: 25 mm

Celkové náklady na robota:

Samotný robot stojí v cene 75 dolárov za zostavenie nabíjačky

Ak chcete rovnaké nastavenie ako ja, vyžaduje sa 3D tlačený ovládač (voliteľný).

POZOR:

Napájanie 5V 3A, ktoré som použil, nie je najlepším riešením, pretože tento robot môže chodiť všetkých 8 servo bežať súčasne, a preto odoberajú pomerne veľký prúd, nebojte sa, pretože sa robot nerozhorel alebo čo. ale počítajte s tým, že sa výkonový tranzistor trochu zahreje. Neodporúčal by som používať robota dlhšie ako 2 minúty v čase, aby ho medzi cyklami nechal vychladnúť, aby sa predišlo akémukoľvek nechcenému poškodeniu servopohonu.

Ak niekto z vás má riešenie tohto problému, váš vstup by bol veľmi cenený!

Zásoby

DODÁVKY PRE ROBOTA:

• 8x analógové 180 stupňové servo Tower Pro MG90S (Aliexpress/Amazon)
• 1x Bezdrôtová riadiaca doska Sunfounder (Sunfounder Store/ RobotShop)
• 1x Arduino NANO (Aliexpress/Amazon)
• 1x modul prijímača NRF24L01 (Toto nepotrebujete, ak ovládač nepoužívate) (Aliexpress/Amazon)
• 1x magnetometer (digitálny kompas) QMC5883L GY-273 (Aliexpress/Amazon)
• 1x ultrazvukový senzor HC-SR04 (Aliexpress/Amazon)
• 2x Li-ion batéria 18650 3,7 V (Aliexpress/Amazon)
• 1x držiak duálnej batérie 18650 s vypínačom (Aliexpress/Amazon)
• 1x Nabíjačka lítium-iónových batérií 18650 (Aliexpress/Amazon)
• 4x prepojovacie dupontné káble medzi ženami a ženami, dlhé 10 cm (Aliexpress/Amazon)
• 4x prepojovacie dupontné káble medzi ženami a ženami, 20 cm dlhé (Aliexpress/Amazon)
• 10x skrutky 2 mm x 8 mm (rovnaké ako skrutky v balení serv) (Aliexpress/Amazon)

OVLÁDAČ:

Na manuálne ovládanie tohto robota budete potrebovať 3D tlačený ovládač Arduino (odkaz tu)

Robot môže byť tiež úplne autonómny, takže ovládač nie je povinný.

PLASTY:

Diely môžu byť vytlačené v PLA alebo PETG alebo ABS.

!! Upozorňujeme, že 500 g cievka je viac ako dostatočná na vytlačenie 1 robota !!

3D TLAČIAREŇ:

Minimálna požadovaná stavebná platforma: D150 mm x Š150 mm x H25 mm

Postačí akákoľvek 3D tlačiareň. Osobne som diely vytlačil na Creality Ender 3, čo je nízkonákladová 3D tlačiareň do 200 dolárov. Výtlačky dopadli perfektne.

Krok 1: 3D tlač dielov

Takže teraz je čas na tlač … Áno!

Starostlivo som navrhol všetky diely na 3D tlač bez akýchkoľvek pomocných materiálov, ktoré sú pri tlači potrebné.

Všetky diely sú k dispozícii na stiahnutie na univerzite (odkaz tu)

Všetky diely boli testovane vytlačené na Creality Ender 3

• Materiál: PETG
• Výška vrstvy: 0,3 mm
• Výplň: 15%
• Priemer trysky: 0,4 mm

Zoznam dielov je nasledujúci:

• 1x ZÁKLADNÁ ELEKTRONIKA
• 1x ZÁKLADNÝ SPÄŤ
• 1x ZÁKLADNÁ PREDNÁ
• 8x KRUHOVÝ PIN L1
• 4x OKRUHOVÝ PIN PIN L2
• 4x OKRUHOVÝ PIN L3
• 4x OKRUHOVÝ PIN L4
• 8x SÉRUM NA stehná
• 8x stehno
• 8x CALF EXT
• 8x INT
• 8x NOHA
• 4x ŠTVORCOVÝ KLIP
• 44x OKRUH

Súbory sú k dispozícii ako jednotlivé časti a skupinové časti.

Pre rýchlu tlač stačí vytlačiť každý jeden súbor GROUP.stl raz.

Krok 2: Zostavenie tela GorillaBot

Všetky montážne pokyny sú uvedené vo videu o montáži vyššie:

1. Umiestnite KRUHOVÝ PIN L1 do otvoru v prednom ľavom držiaku serva
2. Veďte kábel jedného zo serva MG90S cez otvor v prednom ľavom držiaku serva BASE FRONT.
3. Posuňte servo MG90S na miesto
4. Zaistite servo MG90S na mieste pomocou 2 skrutiek (nepritiahnite príliš, pretože by to mohlo poškodiť ZÁKLADNU)
5. Opakujte ten istý postup pre držiaky servo BASE FRONT vzadu vľavo, vpredu vpravo a vzadu vpravo
6. Opakujte rovnaký postup pre držiaky servo BASE BACK vpredu vľavo, vzadu vľavo, vpredu vpravo a vzadu vpravo
7. Zaistite držiak batérie k ZÁKLADNEJ ELEKTRONIKE 2 skrutkami diagonálne alebo 4 skrutkami
8. Zaistite dosku bezdrôtového servopohonu k ZÁKLADNEJ ELEKTRONIKE 2 diagonálne alebo 4 skrutkami
9. Pripnite transceiver Arduino nano a NRF24L01 k riadiacej doske bezdrôtového servo
10. Zasuňte BASE FRONT na BASE ELECTRONICS cez 2 štvorcové otvory USB port smerom dozadu
11. Zaistite na mieste pomocou 2 ŠTVORCOVÝCH KLIPOV
12. Zasuňte BASE BACK na BASE ELECTRONICS cez 2 štvorcové otvory USB port smerom dozadu
13. Zaistite na mieste pomocou 2 ŠTVORCOVÝCH KLIPOV
14. Magnetometer pripevnite k ZÁKLADNEJ PREDNE 2 skrutkami
15. Ultrazvukový senzor pripnite na ZÁKLADNÚ PREDNÚ stranu
16. Veďte servokáble smerom k riadiacej doske bezdrôtového servo, ako je znázornené na obrázku

Krok 3: Pripojenie elektroniky

Všetky pripojenia sú znázornené na obrázku vyššie:

1. Zapojte 4 20cm dupontové káble do bezdrôtových servovládacích dosiek Ultrazvukové kolíky
2. Druhý koniec 4 káblov zapojte do ultrazvukového senzora (uistite sa, že sú správne zapojené)
3. Pripojte 4 10 cm dupontové káble k kolíkom magnetometra na bezdrôtových ovládacích doskách
4. Druhý koniec 4 káblov zapojte do magnetometra (uistite sa, že sú správne otočené)
5. Pripojte všetky serva k ich špeciálnym kolíkom na doske bezdrôtového ovládania serva
6. Zaskrutkujte vodiče VIN a GND batérie na dosku bezdrôtového servopohonu, aby ste zaistili správnu polaritu

Krok 4: Zostavenie nôh GorillaBot

Všetky kroky montáže sú zobrazené vo videu o montáži vyššie:

1. Posuňte 1 NOHU cez 1 OKRUHOVÝ PIN L4
2. Hrubší koniec 1 CALF EXT prevlečte cez OKRUHOVÝ PIN L4 tak, aby vytŕčajúca strana smerovala preč od chodidla
3. Prejdite 2 CALF INT cez KRUHOVÝ PIN L4
4. Hrubší koniec 1 CALF EXT prevlečte cez OKRUHOVÝ PIN L4 tak, aby vytŕčajúca strana smerovala k chodidlu
5. Prejdite 1 NOHOU cez OKRUHOVÝ PIN L4
6. Zaistite na mieste pomocou 3 OKRUHOVÝCH CLIPOV
7. Prevlečte 1 OKRUHOVÝ PIN L3 cez 1 zostaveného KALF EXT
8. Nasuňte 1 SÉRU S VYSOKÝMI HRNČAMI cez KRUHOVÝ PIN L3 tak, aby vytŕčajúca strana smerovala k CALF EXT
9. Posuňte 1 TÝŽDEŇ cez OKRUHOVÝ PIN L3
10. Vsuňte CIRKULÁRNY PIN L3 cez druhú zostavenú CALF EXT
11. Zaistite na mieste pomocou 3 OKRUHOVÝCH CLIPOV
12. Nasuňte 1 SÉRU S VYSOKÝM HRANÍM na 1 OKRUHOVÝ PIN L2 vytŕčajúcou stranou smerom k hlave OKRUHU L2
13. CIRKULÁRNY PIN L2 prevlečte obidvoma zostavenými LATOVÝMI INTY
14. Prejdite 1 ŠIROKOU cez OKRUHOVÝ PIN L2
15. Zaistite na mieste pomocou 3 OKRUHOVÝCH CLIPOV
16. Zopakujte všetky postupy pre zvyšné 3 nohy s prihliadnutím na to, že keď sú nohy namontované k robotu, kolíky smerujú von a CALF EXTS sú pred CALF INTS, takže zostava bude rovnaká spredu dozadu, ale symetrická zľava doprava.

Krok 5: Inštalácia Arduina

GorillaBot na svoju funkciu používa programovanie v jazyku C ++. Na nahrávanie programov do GorillaBot budeme používať Arduino IDE spolu s niekoľkými ďalšími knižnicami, ktoré je potrebné nainštalovať do Arduino IDE.

Nainštalujte si Arduino IDE do počítača: Arduino IDE (odkaz tu)

Aby ste mohli nainštalovať knižnice do Arduino IDE, musíte urobiť nasledovné so všetkými knižnicami v nižšie uvedených odkazoch

1. Kliknite na odkazy nižšie (dostanete sa na stránku knižnice GitHub)
2. Kliknite na zelené tlačidlo s názvom Kód
3. Kliknite na položku stiahnuť ZIP (sťahovanie by sa malo začať vo vašom webovom prehliadači)
4. Otvorte priečinok stiahnutej knižnice
5. Rozbaľte stiahnutý priečinok knižnice
6. Skopírujte rozbalený priečinok knižnice
7. Vložte rozbalený priečinok knižnice do priečinka knižnice Arduino (C: / Documents / Arduino / libraries)

Knižnice:

• Knižnica Varspeedservo (odkaz tu)
• Knižnica QMC5883L (odkaz tu)
• Knižnica RF24 (odkaz tu)

A tu to máme, mali by ste byť všetci pripravení vyraziť. Aby ste sa uistili, že ste správne nastavili Arduino IDE, postupujte podľa nasledujúcich krokov

1. Stiahnite si požadovaný kód Arduino nižšie (GorillaBot Controller & Autonomous.ino)
2. Otvorte ho v Arduino IDE
3. Vyberte nástroje:
4. Vybrať radu:
5. Vyberte Arduino Nano
6. Vyberte nástroje:
7. Vyberte procesor:
8. Vyberte ATmega328p alebo ATmega328p (starý bootloader) podľa toho, aké Arduino nano ste si kúpili
9. Kliknite na tlačidlo Overiť (tlačidlo Tick) v ľavom hornom rohu Arduino IDE

Ak všetko pôjde dobre, v spodnej časti by sa vám mala zobraziť správa Hotovo kompilácia.

Krok 6: Odovzdanie kódu

Teraz je čas nahrať kód do mozgu GorillaBot Arduino Nano.

1. Pripojte Arduino Nano k počítaču pomocou kábla USB
2. Kliknite na tlačidlo nahrávania (tlačidlo so šípkou doprava)

Ak všetko pôjde dobre, v spodnej časti by sa vám mala zobraziť správa s názvom Dokončené nahrávanie.

Krok 7: Kalibrácia serva

Aby boli nohy správne zostavené, musíme servá uviesť do východiskovej polohy.

1. Vložte 2 lítium-iónové batérie do držiaka batérií
2. Zapnite robota a počkajte 5 sekúnd, kým sa serva nedostanú do východiskovej polohy
3. Vypnite robota

Krok 8: Zostavenie nôh k telu

Pripojenie nôh k servám je veľmi jednoduché. Nezabudnite, že CALF EXT musia byť umiestnené pred CALF INT počas montáže hlavičiek kolíkov smerom von.

1. Nasuňte stehno na strane CALF EXT jednej z nôh cez KRUHOVÝ PIN L1 na prednom prednom ľavom držiaku serva
2. Zaistite na mieste pomocou 1 OKRUHU
3. Nasuňte stehno THERMA SERVO na strane CALF EXT tej istej nohy cez servo hlavu na prednom ľavom prednom držiaku serva (uistite sa, že je THIGH SERVO v 90 -stupňovom uhle s telom)
4. Zaistite THIGH SERVO na mieste v 90 -stupňovom uhle k telu pomocou jednoramenného servo klaksónu a malej servoskrutky
5. Opakujte ten istý postup pre predný ľavý držiak serva so zostávajúcimi SILNÝMI A SILNÝMI stehnami tejto nohy
6. Zopakujte všetky predchádzajúce postupy pre zvyšné 3 nohy

Krok 9: Pripravený na preteky !!

Takže to je všetko, mali by ste byť všetci pripravení ísť !!!

Manuálny mód:

• Zapnite robot a ovládač a pomocou joysticku hore a doľava a doprava skontrolujte, či robot správne kráča.
• Stlačte tlačidlo nadol a robot by mal trochu tancovať

Ak všetko funguje dobre, serva sú dobre nakalibrované a teraz si môžete vyskúšať autonómny režim.

Autonómny režim

Režim autonómneho šprintu používa magnetometer na udržanie robota v konštantnom smere na 2,5 metra. Požadovanú polohu a požadovaný uhol korekcie môžete naprogramovať pomocou ovládača

1. Zapnite robot a ovládač
2. Pohybujte robotom všetkými smermi a kalibrujte magnetometer na 5 sekúnd
3. Položte robota na zem do požadovanej polohy, do ktorej by ste chceli, aby vstúpil
4. Stlačením tlačidla hore si zapamätáte daný nadpis
5. Otočte robota o 30-45 stupňov vľavo od požadovaného záhlavia
6. Stlačením ľavého tlačidla si túto pozíciu zapamätáte
7. Otočte robota o 30-45 stupňov vpravo od požadovaného smeru
8. Stlačením pravého tlačidla si túto pozíciu zapamätáte
9. Umiestnite robota späť do požadovaného smeru
10. Na spustenie robota stlačte tlačidlo joysticku

Robot pobeží konštantným smerom 2,5 metra, potom prestane sedieť a tancuje víťazný tanec.

Môj robot zvládol 2,5 metra za 7,5 sekundy.

To mi dáva teoretický čas 10 metrov za 30 sekúnd, čo snáď bude stačiť na to, aby som sa mohol dobre pobaviť na pretekoch robotov v Toulouse

Prajem veľa šťastia a pre tých z vás, ktorí sa rozhodnú postaviť tohto robota, rád by som počul vašu spätnú väzbu a potenciálne vylepšenia, ktoré by sa podľa vás dali dosiahnuť !!!

Druhé miesto v súťaži robotov