Walking Strandbeest, Java/Python a aplikácia ovládaná: 4 kroky (s obrázkami)

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

Podľa arrowlike Nasledovať viac od autora:

Táto súprava Strandbeest je kutilská práca založená na diele Strandbeest, ktoré vynašiel Theo Jansen. Ohromený geniálnym mechanickým dizajnom ho chcem vybaviť plnou manévrovateľnosťou a potom počítačovou inteligenciou. V tomto návode pracujeme na prvej časti, ovládateľnosti. Pokrývame tiež mechanickú štruktúru počítača veľkosti kreditnej karty, aby sme sa mohli hrať s počítačovým videním a spracovaním AI. Aby som zjednodušil stavebné práce a zjednodušil som prácu, nepoužil som arduino ani podobný programovateľný počítač, namiesto toho som postavil hardvérový ovládač bluetooth. Tento ovládač, pracujúci ako terminál interagujúci s robotickým hardvérom, je ovládaný výkonnejším systémom, ako je aplikácia pre telefón s Androidom alebo RaspberryPi atď. Ovládanie môže byť buď ovládanie používateľského rozhrania mobilného telefónu, alebo programovateľné ovládanie v jazyku python alebo Java. Jedna súprava SDK pre každý programovací jazyk je open source poskytovaná na stránke

Pretože užívateľská príručka mini-Strandbeest je pri vysvetľovaní stavebných krokov pomerne jasná, v tomto návode sa zameriame na informácie, ktoré zvyčajne nie sú zahrnuté v používateľskej príručke, a na elektrické/elektronické súčiastky.

Ak potrebujeme intuitívnejšie predstavy o mechanickej montáži tejto súpravy, je k dispozícii niekoľko dobrých videí na tému montáže, napríklad

Zásoby

Ak sa nepočíta doba čakania na 3D tlač, výstavba mechanickej časti a elektrické pripojenie tohto zariadenia Strandbeest by malo trvať menej ako 1 hodinu. Vyžaduje nasledujúce časti:

(1) 1x štandardná súprava Strandbeest (https://webshop.strandbeest.com/ordis-parvus)

(2) 2x jednosmerný motor s prevodovkou (https://www.amazon.com/Greartisan-50RPM-Torque-Re…)

(3) 1x ovládač Bluetooth (https://ebay.us/Ex61kC?cmpnId=5338273189)

(4) 1x batéria LiPo (3,7 V, kapacita podľa vlastného výberu v mAh)

(5) 12x skrutky do dreva M2x5,6 mm

(6) Uhlíková alebo bambusová tyč s priemerom 2 mm

3D tlač nasledujúcich častí:

(1) 1x hlavné telo robotiky

(Súbor návrhu na tlač 3D s ovládačom bluetooth sa iba sťahuje)

(Súbor návrhu 3D tlače s ďalším stiahnutím OrangePi Nano)

(2) 2x príruba hnacieho hriadeľa (stiahnutie súboru s návrhom 3D tlače)

(3) 2x príslušenstvo k napájaciemu systému (stiahnutie súboru s návrhom 3D tlače)

Iní:

Mobilný telefón s Androidom. Prejdite do obchodu Google Play, vyhľadajte M2ROBOTS a nainštalujte si ovládaciu aplikáciu.

V prípade, že je prístup do obchodu Google Playstore sťažený, navštívte moju osobnú domovskú stránku, kde nájdete alternatívny spôsob sťahovania aplikácií

Krok 1: Organizácia dielov

V tomto kroku zorganizujeme všetky diely, ktoré sa majú zostaviť. Obr.1. ukazuje všetky rozbalené plastové diely, ktoré používame na stavbu modelu Strandbeest. Vyrábajú sa vstrekovaním, ktoré je veľmi účinné v porovnaní s inými výrobnými metódami obrábania, ako je 3D tlač alebo frézovanie. Preto chceme maximálne využiť výhody sériovo vyrábaného produktu a prispôsobiť iba najmenšie množstvo dielov.

Ako je znázornené na obr. 2, každý kus plastovej dosky má označenú abecedu, jednotlivé časti nemajú označenie. Akonáhle sú rozobraté, už žiadne označovanie neexistuje. Na vyriešenie tohto problému môžeme vložiť časti rovnakého typu do rôznych políčok alebo jednoducho označiť viac oblastí na kus papiera a vložiť jeden druh dielov do jednej oblasti, pozri obr.

Na odrezanie plastovej časti z väčšej montážnej plastovej dosky nemusia byť nožnice a nôž také účinné a bezpečné ako kliešte znázornené na obr. 4 a 5.

Všetko je tu vyrobené z plastu, okrem materiálu prstov na nohách je guma, pozri obr.6. Môžeme krájať podľa vopred pripravených rezov. Mäkká povaha gumového materiálu poskytuje lepšie uchopenie prameňa. Platí to najmä pri lezení na svahu. V neskorších témach si môžeme vyskúšať jeho schopnosť stúpať pod rôznym uhlom sklonu, s gumovými prstami aj bez nich. Keď nedochádza k pošmyknutiu, nazýva sa to statické trenie. Akonáhle stratí priľnavosť, stane sa kinetickým trením. Koeficient trenia závisí od použitých materiálov, a preto máme gumené prsty. Ako navrhnúť experiment, zdvihnite ruku a hovorte nahlas.

Posledný obrázok obsahuje „ECU“, „Pohonnú jednotku“a podvozok tohto modelu Strandbeest.

Krok 2: Body, ktoré si zaslúžia pozornosť počas mechanickej montáže

Mini-Strandbeest má pomerne dobrú používateľskú príručku. Postupovať podľa manuálu a dokončiť montáž by mala byť jednoduchá práca. Tento obsah preskočím a upozorním na niekoľko zaujímavých bodov, ktoré si zaslúžia našu pozornosť.

Na obr. 1 je jedna strana gumových špičiek držiacich drážku v uhle 90 stupňov, zatiaľ čo druhá strana má sklon 45 stupňov, ktorý sa oficiálne nazýva skosenie. Takýto sklon vedie gumovú špičku, aby sa zmestila do plastovej nohy. Skúste nainštalovať prsty na nohy so skosením, pozri obrázok 2, potom vyskúšajte druhú stranu. Rozdiel je veľmi citeľný. Pravá strana obr. 3 je kľuka v našom Stranbeest. Je veľmi podobný kľuke v motore, motore automobilu, motocyklovom motore, všetky majú rovnakú štruktúru. V Strandbeest, keď sa kľuka otáča, poháňa nohy k pohybu. V prípade motora je to pohyb piestu poháňajúceho kľuku, aby sa otočil. Takéto 120-stupňové oddelenie v kruhu vedie aj k trojfázovému motoru alebo generátoru, pričom elektrický výkon je od seba vzdialený 120 stupňov, ako je znázornené na obr. Akonáhle máme mechanické diely pre ľavú a pravú bočnú časť všetky zostavené, začneme pracovať na častiach, ktoré pridáme do Strandbeest, pozri obr. Obr.6 je krok, v ktorom pomocou 3D tlačenej svorky motora pripevníme motor k 3D tlačenému šasi. V tomto kroku ide o to, že pred nastavením polohy motora by nemala byť žiadna skrutka utiahnutá tak, aby bol bočný povrch podvozku rovnaký ako povrch motora. Keď sme s vyrovnaním spokojní, môžeme všetky skrutky dotiahnuť. Prejdite na obr.7, pracujeme na inštalácii prírubovej spojky a pripájame výstup motora k kľuke. Inštalácia strany motora je ťažšia ako pripojenie strany kľuky, viď obr. Preto najskôr pripojíme bočnú prírubu motora. Akonáhle je prírubová spojka pre oba motory nainštalovaná, ako je znázornené na obr. 9, použijeme dva kusy uhlíkových tyčí s priemerom 2 mm na pripojenie podvozku a pochodovej konštrukcie vľavo/vpravo. To sa deje v OBR.10. Celkovo na spojenie týchto entít používame 3 kusy uhlíkových tyčí. Ale v tomto kroku spájame iba dve z nich, pretože musíme otočiť kľukou a prispôsobiť spojenie medzi prírubou a kľukou. Ak boli na mieste 3 kusy uhlíkových tyčí, bude ťažšie nastaviť relatívnu polohu a spojiť ich. Nakoniec máme konečný zostavený mechanický systém na obr. Ďalší krok, poďme pracovať na elektronike.

Krok 3: Elektrické pripojenie

Všetky elektronické systémy vyžadujú napájanie. 1-článkovú batériu môžeme umiestniť na nejaké vhodné miesto, napríklad pod dosku s obvodmi na obrázku 1. Polarita napájacieho zdroja je taká zásadná, že si zaslúži osobitný obrázok na diskusiu. Na obr.2 je znázornené pripojenie batérie. Na doske regulátora je polarita označená „+“a „GND“, pozri obr.3. Keď sa batérii vybije batéria, na nabitie batérie sa použije kábel USB, pozri obr. LED dióda indikujúca „prebieha nabíjanie“sa automaticky vypne, keď sa batéria znova nabije. Posledným krokom je pripojenie vývodov motora ku konektorom motora na doske ovládača. Existujú 3 konektory motora, označené číslom 16 na obr. Na obr. 5 je ľavý motor zapojený do konektora úplne vľavo označeného PWM12 a pravý motor je zapojený do stredného konektora. V súčasnosti je otáčanie nádrže (vozidla s diferenciálnym pohonom) vľavo naprogramované ako zníženie vstupného výkonu motora pripojeného k portu motora PWM12. Preto by motor pripojený k portu PWM12 mal poháňať ľavé nohy. Neskôr skonvertujem všetky funkcie miešania tak, aby ich mohol konfigurovať používateľ. pretože Výmenou voľby konektora motora alebo obrátením smeru konektora motora môžeme vyriešiť problém, ako napríklad pohyb Strandbeest dozadu, keď dostane príkaz posunúť sa dopredu, otočenie zlého smeru, pamätajte, že jednosmerný motor mení smer otáčania, ak je vstupný vodič pripojený k riadiacemu výkonu v opačnom poradí.

Krok 4: Nastavenia a prevádzka aplikácie

Najprv si stiahneme aplikáciu pre Android z Obchodu Google Play, pozri obr.1. Táto aplikácia má mnoho ďalších funkcií, ktoré nemôžeme pokryť v tomto návode, zameriame sa iba na priamo súvisiace témy pre Strandbeest.

Zapnite hardvérový ovládač bluetooth, zobrazí sa v zozname zariadení na zisťovanie. Dlhým kliknutím sa dostaneme k funkcii sťahovania cez internet, aby sme boli neskôr „poučení“. Predtým, ako klikneme a spustíme ovládanie, urobíme najskôr niekoľko konfigurácií kliknutím na pravý horný roh „Nastavenia“. Na obr. 2 je skrytý pod ikonou …. Obr. 3 zobrazuje viacero kategórií nastavení. Tieto nastavenia, nakonfigurované v aplikácii, sa uvádzajú do činnosti tromi spôsobmi: 1) niektoré nastavenia ovplyvňujú iba funkciu aplikácie, napríklad aritmetika, aby sa z vášho riadenia a príkazu plynu dostali príkazy na ovládanie výkonu každého motora. Žijú v aplikácii. V niektorých neskorších pokynoch ukážeme, ako ich nahradíme našimi programami Python/Java. 2) niektoré nastavenia sa odosielajú do hardvéru ako súčasť riadiaceho protokolu vo vzduchu, napríklad prepínač medzi priamym ovládaním (servo otáča presne podľa prikázaného uhla) a riadením lietaním po drôte (vstavaný funkčný modul autonómneho ovládača obsluhuje servo) kanál podľa príkazu používateľa a aktuálneho nastavenia) 3) niektoré nastavenie bude odoslané do energeticky nezávislej pamäte v hardvérovom ovládači. Hardvér preto bude postupovať podľa týchto nastavení pri každom zapnutí bez konfigurácie. Príkladom bude názov vysielania bluetooth zariadenia. Na tento druh nastavení je potrebný cyklus napájania. Prvá kategória, do ktorej sa ponoríme, je „Všeobecné nastavenia“na obr. „Funkcia ovládania aplikácie“na obr. 5 definuje, akú úlohu hrá táto aplikácia, ovládač hardvérového zariadenia prostredníctvom priameho pripojenia bluetooth; most cez intranet/internet na ovládanie telepresencie; a atď. Ďalej stránka „Typ HW“na obrázku 6 uvádza aplikáciu, s ktorou pracujete s vozidlom s diferenciálnym pohonom, takže je potrebné zvoliť režim „nádrže“. K dispozícii máme celkom 6 výstupov PWM. Pre Strandbeest musíme nakonfigurovať kanál 1 až 4 podľa obr. Každý kanál PWM je prevádzkovaný v jednom z nasledujúcich režimov: 1) normálne servo: RC servo ovládané 1 až 2 ms signálom PWM 2) reverzácia serva: regulátor obráti užívateľské ovládanie pre svoj výstup 3) pracovný cyklus jednosmerného motora: a DC motor alebo nejaké výkonové elektrické zariadenie, je možné pracovať v režime pracovného cyklu, 0% je vypnuté, 100% je vždy zapnuté. 4) Spätný chod pracovného cyklu jednosmerného motora: Regulátor opäť obráti užívateľské ovládanie jeho výstupu Pretože používame jednosmerný motor a staráme sa o smer otáčania motora podľa poradia hardvérového zapojenia, zvolíme „pracovný cyklus jednosmerného motora“pre kanál 1 až 4, pozri obr. Potrebujeme tiež zlúčiť 2 kanály PWM s 1 H-mostíkom, aby bolo možné obojsmerné ovládanie. Tento krok je znázornený na obr. V režime „2 kanály PWM na 1 H-mostík“sa kanály 1, 3 a 5 používajú na ovládanie oboch priradených kanálov. Zavádza potrebu premapovania ovládača plynu, ovládača joysticku nahor a nadol z jeho predvoleného kanála 2 na kanál 3. To sa dosahuje v nastaveniach na obrázku 10. Ako je znázornené na obr. 11, každý kanál je nakonfigurovaný tak, aby používal jeden ľubovoľný vstupný zdroj.

Bingo, teraz sme dokončili minimálnu požadovanú konfiguráciu a môžeme sa vrátiť na stránku zobrazujúcu viditeľné zariadenie bluetooth a pripojiť ho. Na obr. 12 skúste hrať na joysticku a my sa s týmto Strandbeest môžeme zabaviť. Skúste vyliezť na nejaký svah, zapamätajte si analýzu trenia medzi jednotlivými druhmi materiálov a prečítajte si odhadovanú polohu letového ovládača, ktorá je zobrazená v riadku označenom „RPY (deg)“, pričom štyri položky v tomto riadku sú roll, pitch, uhol stáčania. odhadované pomocou gyroskopu a akcelerometra na palube; posledný vstup je kompas s kompenzáciou náklonu.

Budúca práca: V nasledujúcich pokynoch postupne pokryjeme jeho programovacie rozhranie, vyberieme si váš obľúbený jazyk Java alebo Python na interakciu so serverom Strandbeest a už nebudeme čítať status strandbeest z obrazovky mobilného telefónu. Začneme tiež programovať v linuxovom počítači typu RaspberryPi pre pokročilejšie témy programovania, pozri posledný obrázok. Pokladňa https://xiapeiqing.github.io/doc/kits/strandbeest/roboticKits_strandbeest/ nájde mechanické diely pre 3D tlač a https://github.com/xiapeiqing/m2robots.git SDK a ukážkový kód, ak chcete začať ihneď. Dajte mi vedieť, aký je váš požadovaný programovací jazyk, ak nie Java alebo Python, môžem pridať novú verziu SDK.

Bavte sa s hackovaním a sledujte nasledujúce pokyny.