Cardboard Spider (DIY štvornásobný): 13 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Dobrý deň, vitajte v mojom novom projekte.

V tomto návode som sa pokúsil vytvoriť jednoduchého štvornožca vyrobeného z materiálov prístupných každému. Viem, že na to, aby ste získali dobre vyzerajúci konečný produkt, potrebujete 3D tlačiareň a možno aj CNC, ale nie každý má jedno z týchto obľúbených zariadení, a tak som sa pokúsil predviesť, že pomocou jednoduchého materiálu sa dajú stále vyrábať pekné veci.

Takže, ako už bolo spomenuté, pokúsime sa postaviť Quadruped. Rám štvornožca bude vyrobený jednoducho z vlnitého kartónu, ktorý zahŕňa rám, stehennú kosť a holennú kosť každej zo štyroch nôh.

Krok 1: Prečo štvornásobne a ako to funguje?

Musím povedať, že roboty sú zábavné a zaujímavé. Nikdy predtým som nestaval robot s nohami, a tak som si povedal, že by som to mal skúsiť.

Rozhodol som sa najskôr postaviť štvornožca, pretože som nemal dostatok serv na hexapod. Predstavil som si, že ak dokážete postaviť štvornožca, potom bude vybudovanie hexapodu len krokom vpred. Pretože je to môj prvý projekt tohto typu, nevedel som, čo presne môžem očakávať, a tak som si myslel, že 4 nohy budú jednoduchšie ako 6, ale ako som neskôr zistil, nie je to vždy pravda.

Štvorposteľ, ktorá má iba 4 nohy, aby nespadla, keď je jedna z nôh zdvihnutá, musí byť ťažisko robota posunuté do vnútra trojuholníka vytvoreného medzi špičkami ostatných troch nôh.

Veľmi pekný popis celého tohto procesu nájdete tu:

Každá noha štvornožca má 3 kĺby na ovládanie špičky nohy v priestore. Kĺby teda budú:

- servo Coxa - medzi rámom a stehennou kosťou

- Femurové servo - ovládanie stehennej kosti nohy

- servo tibie - medzi stehennou kosťou a holennou kosťou ovládajúce holennú kosť

Aby sme poznali uhol každého serva pre potrebné umiestnenie špičky nohy, použijeme niečo, čo sa nazýva inverzná kinematika. Na internete nájdete veľa dokumentácií o tomto a tom, ako vypočítať uhly serva pre rôzne umiestnenie špičky nohy. Ale v mojom prípade som vzal kód Arduino vytvorený RegisHsu (jeho podrobný štvornásobný návod nájdete, ak ho vyhľadáte) a zmenil som rozmery robota a nohy robota tak, aby zodpovedali môjmu robotu, a tiež som zmenil program používať diaľkové ovládanie na ovládanie robota a je to.

Krok 2: Prečo používať vlnitú lepenku na rám a nohy?

V prvom rade je veľmi rozšírený, nájdete ho kdekoľvek a ak radi nakupujete, je veľmi lacný. Vlnitá lepenka je tuhý, pevný a ľahký materiál, ktorý sa skladá z troch vrstiev hnedého kraftového papiera a väčšina obalov je z neho vyrobená. Preto je veľmi ľahké ich nájsť.

V mojom prípade som použil škatuľu na topánky, ktorú som rozrezal a urobil z nej rám. Kartón, ktorý mi poskytol môj box, mal hrúbku 2 mm, takže je veľmi tenký. Takže pre každú časť rámu som musel odrezať tri identické časti a zlepiť ich dvojitou páskou. V skutočnosti teda budeme musieť vytvoriť 3 rámy, aby na konci bol kartón s hrúbkou 6 mm.

Krok 3: Požadovaná časť:

Elektronické diely požadované pre štvornožce:

- mikrokontrolér Arduino Nano;

- Štít Deek Robot Nano V03 - nie je zásadný, ale veľmi uľahčí pripojenie všetkých serv k nano doske.

- 12 ks Tower Pro Micro Servo 9 g SG90 - 4 nohy s 3 kĺbmi;

- LED - na svetlo (použil som starý vypálený farebný senzor)

- 1 x transceiver NRF24L01

Elektronické diely potrebné pre diaľkový ovládač

- mikrokontrolér Arduino Uno;

- 1 x transceiver NRF24L01;

- joystick;

- LED;

- Rôzne odpory;

- tlačidlo;

- Niektoré prepojovacie vodiče;

Pre rám:

- List z vlnitej lepenky

- rezačka

- skrutkovače

- dvojitá páska

- Trojuholníky

- Pravítko

- ceruzka

Začnime teda stavať.

Krok 4: Nastavenie serv na 90 stupňov

Pred začatím stavby rámu som musel vycentrovať všetky serva na 90 stupňov, aby bolo neskôr jednoduchšie ich umiestniť, keď bude rám pripravený. Preto som k štítu Nano najskôr pripevnil Arduino Nano určené pre Quadruped a potom všetky servá k štítu. Potom stačí nahrať kód a všetky serva budú vycentrované do 90 stupňových polôh.

Kód nájdete v poslednom kroku pokynu.

Krok 5: Zostavenie rámu

Ako už bolo spomenuté, rám je zostavený z vlnitého kartónu dodávaného z krabice od topánok. Šablónu rámu nájdete na priložených obrázkoch spolu s rozmermi rámu.

Najprv som odrezal boky kartónovej škatule, aby som vytvoril rám. Získal som tri dobré kusy, u ktorých som vzal do úvahy orientáciu vlnitej vrstvy, takže 2 kusy budú mať zvislú vlnitú vrstvu a jednu vodorovnú.

Akonáhle je kartón pripravený, nakreslím rámovú šablónu na list kartónu, ktorý má zvislé vlnité médium. Aby som získal silnejšiu a tuhšiu štruktúru, narezal som tri kusy, aby som ich spojil, aby som získal väčšiu pevnosť proti ohybu. Horné a dolné kartónové listy majú zvislú vlnitú vrstvu, zatiaľ čo sendvičové kartónové listy budú horizontálne zvlnené vrstvy.

Predtým, ako som zlepil tri kusy rámu, pripravil som rameno servomotorov a nakreslil som polohu každého servomotora coxa pre budúce správne umiestnenie.

Teraz, keď viem, kde treba umiestniť servá coxa, zlepil som tri kusy dohromady.

Teraz je rám hotový.

Krok 6: Pripojenie serva Coxa k rámu

Aby som najskôr pripevnil servá, vykopal som dieru vo vyznačenej polohe, aby prešla poistná skrutka ramena serva, a pripevnil servo k rámu.

Pomocou skrutiek dodaných zo servomotorov som pripevnil ramená servomotorov coxa k rámu. Coxa je tvorená dvoma servami zlepenými dvojitou páskou a pre každý prípad vystuženými gumičkou. Jedno servo bude orientované nadol s hriadeľom vo zvislej polohe a bude pripevnené k rámu a druhé bude orientované s hriadeľom v horizontálnej polohe a bude pripevnené k vnútornej strane stehennej kosti.

Nakoniec, aby sa servo coxa pripevnilo k rámu, je zaskrutkovaná zaisťovacia skrutka.

Krok 7: Budovanie stehennej kosti

Bol použitý rovnaký postup rezania kartónu. Každá stehenná kosť bude vytvorená z troch kartónových listov zlepených dohromady. Horizontálna vlnitá vrstva bude vložená medzi zvislé vlnité vrstvové kartónové listy.

Krok 8: Budovanie Tibie

Pre holennú kosť som vyrezal tri šablóny pre každú holennú kosť, ale tentoraz bola orientácia zvlnenej vrstvy zvislá, aby sa holennej kosti poskytla lepšia pozdĺžna pevnosť.

Akonáhle boli všetky tri šablóny narezané, zlepil som ich dohromady a vytvoril som tak otvor, do ktorého sa zmestí servo holennej kosti.

Posunul som servo do holennej kosti a rameno serva bolo zaistené k servu zaisťovacou skrutkou cez otvor vytvorený vo stehennej kosti takým spôsobom, aby sa stehenná kosť spojila s holennou kosťou.

Krok 9: Dajte všetko dohromady

Teraz, keď sú všetky časti rámu a nôh vytvorené, spojil som ich všetky dohromady, takže zostava začala vyzerať ako štvornásobok.

Krok 10: Inštalácia elektroniky a nastavenie pripojení

Na rám sa najskôr musí zmestiť Arduino Nano spolu s Deek Robot Shield. Na to som vzal štít a vysunul som rám do 4 otvorov, aby som štít Deek Robot Shield zaistil k rámu pomocou 4 skrutiek a matíc.

Teraz „mozog je pripevnený k telu“: D. Ďalej som pripojil všetky serva k Deek Nano Shield.

Pripojenie serva je veľmi jednoduché, pretože štít špeciálne postavil tri piny (signál, VCC, GND) pre každý digitálny a analógový pin Arduino Nano, čo umožňuje dokonalé a jednoduché pripojenie mikro serv. Bežne potrebujeme ovládač motora na pohon serva s Arduino, pretože nie je schopný zvládnuť zosilňovače požadované motormi, ale v mojom prípade to nie je platné, pretože 9g mikro servá sú dostatočne malé na to, aby ich Arduino Nano zvládol.

Serva nôh budú spojené nasledovne:

Noha 1: (Predná ľavá noha)

Coxa - digitálny pin Arduino Nano 4

Femur - digitálny pin Arduino Nano 2

Tibia - digitálny pin Arduino Nano 3

Noha 2: (zadná ľavá noha)

Coxa - analógový pin Arduino Nano A3

Stehenná kosť - Arduino Nano analógový kolík A5

Tibia - Arduino Nano analógový kolík A4

Noha 3: (Pravá noha vpred)

Coxa - analógový pin Arduino Nano 10

Femur - analógový pin Arduino Nano 8

Tibia - analógový pin Arduino Nano 9

Noha 4: (Pravá zadná noha)

Coxa - Arduino Nano Digital Pin A1

Stehenná kosť - Arduino Nano Digital Pin A0

Tibia - Arduino Nano Digital Pin A2

Pripojenie LED pre svetelný efekt

Myslel som si, že by bolo pekné dať trochu svetla na štvornásobný, takže mám starý farebný senzor, ktorý už nefunguje (podarilo sa mi to vypáliť: D), ale LED diódy stále fungujú, pretože sú zapnuté štyri LED diódy malá doska a sú veľmi svetlé Rozhodol som sa použiť farebný senzor, aby štvornásobný mal nejaký svetelný efekt. Keďže má štyri roky, vyzerá to trochu bližšie k pavúkovi.

Pripojil som VCC farebného senzora k Arduino Nano Pin D5 a GND senzora k GND Arduino Nano. Pretože malá doska už má na sebe niekoľko rezistorov, ktoré sa používajú pre LED diódy, nepotreboval som do série s LED zapojiť žiadny iný odpor. Všetky ostatné kolíky sa nepoužijú, pretože snímač je vypálený a ja používam iba diódy LED z malej dosky.

Pripojenia pre modul NRF24L01.

- GND modulu prechádza na GND Arduino Nano Shield

- VCC ide na pin Arduino Nano 3V3. Dávajte pozor, aby ste nepripájali VCC k 5V nepájivej dosky, pretože riskujete zničenie modulu NRF24L01.

- PIN CSN ide do Arduino Nano D7;

- CE pin smeruje k Arduino Nano D6;

- pin SCK ide do Arduino Nano D13;

- MOSI pin ide do Arduino Nano D11;

- MISO pin ide do Arduino Nano D12;

- IRQ pin nebude pripojený. Buďte opatrní, ak používate inú dosku ako Arduino Nano alebo Arduino Uno, piny SCK, MOSI a MISO budú odlišné.

- Pre tento modul budete tiež musieť stiahnuť knižnicu RF24. Nájdete ho na nasledujúcom webe:

Ako zdroj energie pre pavúka som použil nástenný adaptér 5V (1A). Nemám k dispozícii žiadny druh batérií a toto bol môj jediný dostupný adaptér na stenu, ktorý si myslím, že bude lepší, silnejší s najmenej 2A, ale nemám ho, takže som musel použiť jedinú, ktorú mám.. Oveľa krajšie bude, ak použijete li-po batériu, aby mohol byť robot voľný, bez pripojeného kábla.

Aby som mal na doske stabilnejšie napájanie, pripojil som kondenzátor 10microF medzi 5V a GND piny Deek Robot Nano Shield, pretože som si všimol, že keď sú všetky servá pod zaťažením, Arduino Nano sa len reštartuje, zatiaľ čo pridanie kondenzátora problém vyriešilo.

Krok 11: Zostavenie krytu

Keďže som chcel kryt čo najľahší, vyrobil som ho iba z jednej vrstvy 2 mm vlnitej lepenky, pretože nepotrebuje žiadne spevnenie, pretože ho neovplyvní žiadne zaťaženie.

Odrezal som kus kartónu v tvare a rozmeroch, ako vidíte na obrázku, a pripevnil som ho k rámu rovnakými maticami, ktoré zaisťujú Arduino Nano Shield pod rámom. Na hornej strane budú dva kusy prilepené k sebe dvojitou páskou. Pokúsil som sa zabaliť všetky drôty dovnútra, aby štvornožci vyzerali čo najlepšie.

Teraz je štvornásobok hotový. Prejdeme k diaľkovému ovládaču.

Krok 12: Diaľkový ovládač

Pre diaľkový ovládač používam rovnaký diaľkový ovládač z môjho predchádzajúceho projektu diaľkovo ovládaného auta Maverick, ale iba som prečiarkol graf, ktorý v tomto projekte nie je potrebný. Ale ak vám táto zostava chýbala, znova som ju sem napísal.

Keďže pre ovládač používam Arduino Uno, pripevnil som Uno na dosku na chlieb niekoľkými gumičkami, aby som sa nepohol.

- Arduino Uno bude napájané 9V batériou cez konektor;

- Arduino Uno 5V pin na 5V lištu nepájivého poľa;

-Arduino Uno GND pin na GND lištu nepájivého poľa;

Modul NRF24L01.

- GND modulu prechádza na GND nepájivej lišty

- VCC ide na pin Arduino Uno 3V3. Dávajte pozor, aby ste nepripájali VCC k 5V nepájivej dosky, pretože riskujete zničenie modulu NRF24L01.

- PIN CSN ide do Arduino Uno D8;

- CE pin smeruje k Arduino Uno D7;

- Pin SCK ide do Arduino Uno D13;

- MOSI pin ide do Arduino Uno D11;

- MISO pin ide do Arduino Uno D12;

- IRQ pin nebude pripojený. Buďte opatrní, ak používate inú dosku ako Arduino Nano alebo Arduino Uno, piny SCK, MOSI a MISO budú odlišné.

Modul joysticku

- Modul joysticku sa skladá z 2 potenciometrov, takže je to veľmi podobné so spojeniami;

- kolík GND na lištu GND nepájivého poľa;

- kolík VCC na 5V lištu nepájivého poľa;

- kolík VRX na kolík Arduino Uno A3;

- Kolík VRY na kolík Arduino Uno A2;

LED

- Červená LED bude zapojená do série s odporom 330Ω k pinu Arduino Uno pin D4;

- Zelená LED bude zapojená do série s odporom 330Ω k pinu Arduino Uno D5;

Tlačidlá

- Jedno z tlačidiel bude použité na zapnutie a vypnutie štvornásobného svetla a druhé nebude použité;

- Tlačidlo LIGHT bude pripojené k pinu D2 Arduino Uno. Tlačidlo by malo byť zatiahnuté nadol 1k alebo 10k odporom, hodnota nie je dôležitá.

- Zostávajúce tlačidlo bude pripojené k pinu D3 Arduino Uno. To isté by malo byť tlačidlo stiahnuté pomocou rezistora 1k alebo 10k. (na tento projekt sa nepoužije)

To je všetko, teraz sme prepojili všetky elektrické časti.

Krok 13: Kódy Arduino IDE

V tejto časti je niekoľko kódov, ktoré som použil.

Leg_Initialization - slúžilo na vycentrovanie serva do polohy 90 stupňov.

Spider_Test - slúžil na testovanie správnych funkcií, ako chôdza vpred, vzad, otáčanie

Spider - používa sa pre Spider

Diaľkový ovládač Spider - používa sa ako ovládač Spider

Musím spomenúť, že kód pre Spider bol upravený a upravený podľa kódu od RegisHsu [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED), a preto by som chcel poďakovať RegisHsu za jeho dobrú prácu.

Všetko je povedané, dúfam, že sa vám môj Spider páčil.