Arachnoid: 16 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

V prvom rade by sme sa vám chceli poďakovať za váš čas a ohľaduplnosť. Môj partner Tio Marello a ja, Chase Leach, sme si užili veľa práce na projekte a prekonávaní výziev, ktoré predstavoval. Aktuálne sme študentmi školského okresu Wilkes Barre Area S. T. E. M. Akadémia Som junior a Tio je Sofophore. Náš projekt Arachnoid je štvornásobný robot, ktorý sme vyrobili pomocou 3D tlačiarne, Bread Board a Arduino MEGA 2560 R3 Board. Cieľom projektu bolo vytvoriť kráčajúceho štvornožca. Po veľa práci a testovaní sme úspešne vytvorili fungujúceho štvornásobného robota. Sme nadšení a vďační za túto príležitosť, aby sme vám predstavili náš projekt Arachnoid.

Krok 1: Materiály

Medzi materiály, ktoré sme použili pre štvornásobného robota, patria: 3D tlačiareň, podložka na podporný materiál, podnosy na 3D tlač, materiál na 3D tlač, nožnice na drôt, nepájivá doska, držiaky batérií, počítač, batérie AA, elektrická páska, škótska páska, veža MG90S Servomotory Pro, Crazy Glue, doska Arduino MEGA 2560 R3, prepojovacie vodiče, softvér Inventor 2018 a softvér Arduino IDE. Na počítači sme použili softvér a 3D tlačiareň, ktoré sme použili. Softvér Inventor sme použili hlavne na navrhovanie dielov, takže nie je potrebné, aby to niekto robil doma, pretože všetky súbory súčiastok, ktoré sme vytvorili, sú uvedené v tomto návode. Na programovanie robota bol použitý softvér Arduino IDE, ktorý nie je potrebný ani pre ľudí, ktorí ho robia doma, pretože sme poskytli aj program, ktorý používame. 3D tlačiareň, podložka podporného materiálu, materiál pre 3D tlač a podnosy pre 3D tlač boli použité na výrobu dielov, z ktorých bol Arachnoid vyrobený. Na vytvorenie batérie sme použili držiaky batérií, batérie AA, prepojovacie vodiče, elektrickú pásku a orezávače drôtov. Batérie sa vložili do držiakov batérií a nožnice na drôty sa použili na odstrihnutie konca vodičov batérie a prepojovacích káblov, aby sa dali odizolovať a skrútiť dohromady, a potom sa oblepili elektrickou páskou. Nepájivá doska, prepojovacie vodiče, batéria a Ardiuno boli použité na vytvorenie obvodu, ktorý dodával energiu motorom a pripojil ich k riadiacim kolíkom Arduina. Crazy Glue bolo použité na pripevnenie servomotorov k častiam robota. Vŕtačka a skrutky boli použité na montáž ďalších prvkov robota. Skrutky by mali vyzerať ako na uvedenom obrázku, ale veľkosť môže byť založená na úsudku. Scotch Tape a Zip Ties sa používali hlavne na správu drôtov. Na materiály, ktoré sme okolo nemali, sme nakoniec minuli spolu 51,88 dolára.

Dodávky, ktoré sme mali po ruke

1. (Množstvo: 1) 3D tlačiareň
2. (Množstvo: 1) Podložka podložného materiálu
3. (Množstvo: 5) Podnosy na 3D tlač
4. (Suma: 27,39 in^3) Materiál pre 3D tlač
5. (Množstvo: 1) Drviče drôtov
6. (Suma: 1) Vŕtačka
7. (Množstvo: 24) Skrutky
8. (Množstvo: 1) Breadboard
9. (Množstvo: 4) Držiaky batérií
10. (Suma: 1) Počítač
11. (Množstvo: 8) batérie AA
12. (Množstvo: 4) Kravaty na zips
13. (Množstvo: 1) Elektrická páska
14. (Množstvo: 1) Scotch Tape

Dodávky, ktoré sme kúpili

1. (Suma: 8) Servomotory MG90S Tower Pro (celkové náklady: 23,99 USD)
2. (Suma: 2) Bláznivé lepidlo (Celkové náklady: 7,98 dolára)
3. (Množstvo: 1) Doska Arduino MEGA 2560 R3 (celkové náklady: 12,95 dolára)
4. (Suma: 38) Prepojovacie vodiče (celkové náklady: 6,96 dolára)

Vyžaduje sa softvér

1. Inventor 2018
2. Integrované vývojové prostredie Arduino

Krok 2: Hodiny strávené montážou

Strávili sme niekoľko hodín vytvorením nášho štvornásobného robota, ale najväčšia časť času, ktorý sme použili, bola venovaná programovaniu Arachnoida. Programovanie robota nám trvalo približne 68 hodín, 57 hodín tlače, 48 hodín navrhovania, 40 hodín montáže a 20 hodín testovania.

Krok 3: Aplikácie STEM

Veda

Vedecký aspekt nášho projektu vstupuje do hry pri vytváraní obvodu, ktorý bol použitý na napájanie servomotorov. Použili sme naše chápanie obvodov, konkrétnejšie vlastnosť paralelných obvodov. Táto vlastnosť spočíva v tom, že paralelné obvody dodávajú rovnaké napätie všetkým komponentom v obvode.

Technológie

Naše použitie technológie bolo veľmi dôležité počas celého procesu navrhovania, montáže a programovania Arachnoidu. Na vytvorenie celého štvornásobného robota vrátane: tela, viečka, stehien a lýtok sme použili počítačom navrhovaný softvér Inventor. Všetky navrhnuté diely boli vytlačené na 3D tlačiarni. Použitie Arduino I. D. E. softvéru, dokázali sme použiť Arduino a servomotory na to, aby sa Arachnoid prechádzal.

Strojárstvo

Inžinierskym aspektom nášho projektu je iteračný proces použitý na návrh dielov vyrobených pre štvornásobného robota. Museli sme vymyslieť spôsoby, ako pripevniť motory a umiestniť Arduino a nepájivú dosku. Programovací aspekt projektu tiež vyžadoval, aby sme kreatívne premýšľali o možných riešeniach problémov, na ktoré sme narazili. Nakoniec bola metóda, ktorú sme použili, efektívna a pomohla nám rozhýbať robota spôsobmi, ktoré sme potrebovali.

Matematika

Matematickým aspektom nášho projektu je použitie rovníc na výpočet množstva napätia a prúdu, ktoré sme potrebovali na napájanie motora, čo si vyžadovalo použitie Ohmovho zákona. Matematiku sme použili aj na výpočet veľkosti všetkých jednotlivých častí vytvorených pre robota.

Krok 4: Veko štvornásobného robota z druhej iterácie

Veko pre arachnoida bolo navrhnuté so štyrmi kolíkami v spodnej časti, ktoré boli dimenzované a umiestnené do otvorov na tele. Tieto kolíky spolu s pomocou Crazy Glue dokázali pripevniť veko k telu robota. Táto časť bola vytvorená, aby pomohla chrániť Ardiuno a dodala robotovi dokonalejší vzhľad. Rozhodli sme sa pokročiť v súčasnom dizajne, ale predtým, ako bol zvolený tento, prešiel dvoma iteráciami dizajnu.

Krok 5: Druhé telo iterácie štvornásobného robota

Táto časť bola vytvorená pre uloženie štyroch motorov používaných na pohyb častí stehna, Arduina a dosky na pečenie. Priehradky na stranách tela boli väčšie ako motory, ktoré v súčasnosti používame na projekt, ktorý bol vykonaný s ohľadom na dištančnú časť. Táto konštrukcia v konečnom dôsledku umožňovala dostatočný rozptyl tepla a umožňovala pripevnenie motorov pomocou skrutiek bez toho, aby došlo k možnému poškodeniu tela, ktorého dotlač bude trvať oveľa dlhšie. Otvory vpredu a chýbajúca stena v zadnej časti tela boli účelovo urobené tak, aby drôty mohli prechádzať do Arduina a dosky na chlieb. Priestor v strede tela bol určený na umiestnenie Arduina, doštičky a batérií. V spodnej časti časti sú tiež navrhnuté štyri otvory určené výhradne na vedenie a vedenie vodičov servomotorov. zadná časť robota. Táto časť je jednou z najdôležitejších, pretože slúži ako základ, pre ktorý boli navrhnuté všetky ostatné časti. Prešli sme dvoma iteráciami, než sme sa rozhodli pre tú zobrazenú.

Krok 6: 2. medzierkový servopohon iterácie

Rozpera servomotora bola navrhnutá špeciálne pre oddelenia po stranách tela arachnoidu. Tieto dištančné podložky boli navrhnuté s myšlienkou, že akékoľvek vŕtanie do boku tela môže byť potenciálne nebezpečné a môže viesť k plytvaniu materiálom a časom na dotlač väčšej časti. Preto sme namiesto toho použili spacer, ktorý nielenže vyriešil tento problém, ale tiež nám umožnil vytvoriť väčší priestor pre motory, ktorý pomáha predchádzať prehriatiu. Medzerník prešiel dvoma iteráciami. Pôvodný nápad zahŕňal: dve tenké steny na oboch stranách, ktoré sa spájali s druhým rozperou. Táto myšlienka bola zrušená, pretože by bolo jednoduchšie vŕtať každú stranu oddelene, takže ak sa jedna poškodí, druhú nebude potrebné vyhodiť. Vytlačili sme 8 z týchto kúskov, čo stačilo nalepiť na hornú a dolnú časť motorového priestoru na tele. Potom sme vŕtačkou, ktorá bola vycentrovaná na dlhej strane dielu, vytvorili pilotný otvor, ktorý sa potom použil na skrutku na oboch stranách motora na montáž.

Krok 7: Druhá časť iterácie štvornožkového robota stehna

Táto časť je stehno alebo horná polovica nohy robota. Bol navrhnutý s otvorom vo vnútornej časti časti, ktorá bola vyrobená špeciálne pre kotvu dodávanú s motorom, ktorý bol upravený pre nášho robota. Tiež sme pridali otvor v spodnej časti časti, ktorá bola vyrobená pre motor, ktorý bude slúžiť na pohyb spodnej polovice nohy. Táto časť zvláda väčšinu hlavných pohybov nohy. Aktuálna iterácia tejto časti, ktorú používame, je druhá, pretože prvá mala robustnejší dizajn, o ktorom sme sa rozhodli, že nie je potrebná.

Krok 8: 5. iterácia kolenného kĺbu so štyrmi robotmi

Kolenný kĺb bol jednou z najzložitejších častí pri navrhovaní. Vyžadovalo to niekoľko výpočtov a testov, ale súčasný zobrazený dizajn funguje celkom dobre. Táto časť bola navrhnutá tak, aby obchádzala motor, aby efektívne prenášala pohyb motora na pohyb na lýtku alebo dolnej časti nohy. Vytvorenie trvalo päť iterácií dizajnu a redizajnu, ale konkrétny tvar, ktorý bol vytvorený okolo otvorov, maximalizoval možné stupne pohybu, pričom neztratil silu, ktorú sme od neho požadovali. Motory sme tiež pripevnili pomocou viacerých armatúr, ktoré zapadajú do otvorov na bokoch a dokonale zapadajú do motora, čo nám umožňuje používať skrutky, aby zostali na svojom mieste. Pilotný otvor v spodnej časti kusu umožňoval vyhnúť sa vŕtaniu a možnému poškodeniu.

Krok 9: 3. iterácia štvornásobného robota, teľa

Druhá polovica nohy robota bola vytvorená tak, že bez ohľadu na to, ako si robot stanoví nohu, vždy si zachová rovnakú trakciu. Je to vďaka polkruhovému prevedeniu nohy a penovej podložke, ktorú sme nastrihali a nalepili na spodok. V konečnom dôsledku slúži svojmu účelu dobre, čo umožňuje robotovi dotknúť sa zeme a chodiť. S týmto dizajnom sme prešli tromi iteráciami, ktoré zahŕňali hlavne zmeny v dizajne dĺžky a chodidla.

Krok 10: Sťahovanie súborov Files Inventor

Tieto súbory sú z Inventoru. Sú to konkrétne súbory dielov pre všetky hotové diely, ktoré sme navrhli pre tento projekt.

Krok 11: Zostavenie

Video, ktoré sme poskytli, vysvetľuje, ako sme zostavili Arachnoid, ale jeden bod, ktorý v ňom nebol spomenutý, je, že budete musieť odstrániť plastový držiak z oboch strán motora tak, že ho odrežete a obrúsite tam, kde býval.. Ostatné poskytnuté fotografie sú prevzaté z montáže.

Krok 12: Programovanie

Programovací jazyk arduiono vychádza z programovacieho jazyka C. Vnútri úpravy kódu Arduino nám poskytuje dve funkcie.

• void setup (): Všetok kód v tejto funkcii sa spustí raz na začiatku
• void loop (): Kód vo funkcii sa opakuje bez konca.

Kliknutím na oranžový odkaz zobrazíte ďalšie informácie o kóde nižšie.

Toto je kód pre chôdzu

#zahrnúť

classServoManager {

verejnosť:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo vpredu VľavoVysoko;

Servo predné ľavé koleno;

Servo Späť LeftThigh;

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);

oneskorenie (1000);

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

oneskorenie (5 000);

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

oneskorenie (1000);

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

oneskorenie (1000);

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

oneskorenie (1000);

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

oneskorenie (1000);

}

zobraziť rawQuad.ino hostený s ❤ od GitHub

Krok 13: Testovanie

Videá, ktoré sme sem pridali, sú z nás, ako testujeme Arachnoida. Body, v ktorých to vidíte kráčať, sú trochu krátke, ale veríme, že by vám to malo poskytnúť predstavu o tom, ako sa chodilo štvornožky. Ku koncu nášho projektu sme chodili, ale pekne pomaly, takže náš cieľ bol splnený. Videá predtým, ako testujeme motory, ktoré sme pripevnili k hornej časti nohy.

Krok 14: Počas procesu navrhovania a tlače

Videá, ktoré sme sem pridali, sú hlavne kontrolami priebehu celého procesu navrhovania a tlače dielov, ktoré sme vyrobili.

Krok 15: Možné vylepšenia

Urobili sme si čas na premýšľanie o tom, ako by sme sa s Arachnoidom pohli dopredu, keby sme s ním mali viac času a prišli sme na nejaké nápady. Hľadali by sme lepší spôsob napájania arachnoidu vrátane: nájdenia lepšieho, ľahšieho akumulátora, ktorý by bolo možné nabiť. Tiež by sme hľadali lepší spôsob pripevnenia servomotorov k hornej polovici nohy, ktorú sme navrhli, prepracovaním časti, ktorú sme vytvorili. Ďalšou úvahou, ktorú sme urobili, je pripevnenie kamery k robotovi, aby sa dalo použiť na vstup do oblastí, ktoré sú inak pre ľudí nedosiahnuteľné. Všetky tieto úvahy nám prešli mysľou pri navrhovaní a montáži robota, ale z časových dôvodov sme ich nemohli realizovať.

Krok 16: Konečný návrh

Nakoniec sme celkom spokojní s tým, ako náš konečný návrh dopadol, a dúfame, že sa budete cítiť rovnako. Ďakujem za váš čas a ohľaduplnosť.