Hexapod: 14 krokov (s obrázkami)

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

Mám záujem už niekoľko rokov hrať sa a vytvárať roboty a veľmi ma inšpirovala Zenta, tu nájdete jeho kanál Youtube https://www.youtube.com/channel/UCmCZ-oLEnCgmBs_T a jeho webovú stránku https://zentasrobots.com.

Na internete nájdete množstvo súprav od rôznych predajcov, ale sú veľmi nákladné, až 1 500 USD+ za šesťapodový modul DoF a súpravy z Číny nemajú dobrú kvalitu. Preto som sa rozhodol vytvoriť v hexapode svojim spôsobom. Inšpirovaný Zentiným hexapodom Phoenix, nájdete ho na jeho kanáli Youtube (a súpravu, ktorú nájdete na adrese https://www.lynxmotion.com/c-117-phoenix.aspx, som začal vytvárať svoj vlastný úplne od začiatku.

Na vytváranie, ak si stanovím nasledujúce vlastné ciele/požiadavky:

1.) Užite si veľa zábavy a učte sa nové veci.

2.) Nákladovo orientovaný dizajn (sakra, moja spoločnosť ma úplne rozmaznávala)

3.) Diely vyrobené z preglejky (pretože rezanie dreva je pre väčšinu ľudí a aj pre mňa jednoduchšie)

4.) Použitie bezplatných dostupných nástrojov (softvér)

Čo som teda doteraz používal?

a) SketchUp, pre mechanické prevedenie.

b) Bukové vrstvené drevo 4 mm a 6 mm (1/4 ).

c) Arduino Uno, Mega, IDE.

d) Digitálne štandardné serva (nájdete ich v Amazone za dobrú cenu).

e) Dosuki a pásová píla, vŕtačka, brúsny papier a pilník.

Krok 1: Konštrukcia nôh a servopohonov

Najprv som robil malý prieskum na internete, aby som zistil, ako sa robí robot, ale nepodarilo sa mi nájsť dobré informácie o tom, ako vytvoriť mechanický dizajn. Veľa som sa teda trápil a nakoniec som sa rozhodol použiť SketchUp.

Po niekoľkých hodinách učenia sa pomocou SketchUp som skončil s prvým návrhom nôh. Stehenná kosť je optimalizovaná na veľkosť servorohov, ktoré používam. Ako som prišiel na to, originál vyzerá, že má priemer asi 1 palec, ale moje servo rohy majú 21 mm.

Vytvorenie výtlačku so správnou mierkou nefungovalo v programe SketchUp v počítači správne, preto som ho uložil ako PDF, urobil výtlačok so 100%, vykonal nejaké meranie a nakoniec sa znova vytlačil so správnym faktorom mierky.

Na prvý pokus som tvoril iba umenie pre dve nohy. Za týmto účelom som poukladal dve dosky, nalepil (na papier na stenu) a vytlačil som na ne diely.

Použitý materiál: bukové drevo 6 mm (1/2 )

Potom som urobil niekoľko experimentov, ktoré som nezdokumentoval, a urobil som niekoľko optimalizácií. Ako vidíte, holenná kosť je trochu nadrozmerná, rovnako ako stehenná kosť.

Na upevnenie servorozvodov cez stehennú kosť je potrebné odrezať 2 mm materiálu. To sa dá urobiť rôznymi spôsobmi. So smerovačom alebo s vrtákom Forstner. Forstner mal priemer iba 200 mm, takže som musel urobiť povojnovú akciu ručne dlátom.

Krok 2: Optimalizácia stehennej kosti a holennej kosti

Trochu som zmenil dizajn.

1.) Tibia teraz oveľa lepšie nasadzuje servo, ktoré používam.

2.) Stehenná kosť je teraz o niečo menšia (asi 3 palce od osi k osi) a zapadá do rohov serva (priemer 21 mm).

Použil som 6 dosiek zo 6 mm preglejky a zlepil ich obojstrannou páskou. Ak to nie je dostatočne silné, môžete vyvŕtať dieru cez všetky dosky a pomocou skrutky ich upevniť dohromady. potom sa pásovou pílou naraz vyrežú časti. Ak ste dostatočne tvrdí, môžete použiť aj skladačku:-)

Krok 3: Navrhnutie servopohonu

Teraz je načase navrhnúť servopohon. Toto je silne navrhnuté vzhľadom na použité servo, ktoré som použil. Všetky diely sú vyrobené z bukového dreva 6 mm, viď ďalší krok.

Krok 4: Rezanie a montáž servopohonov

Na pásovej píle som opäť rezal šesť častí súčasne. Metóda je rovnaká ako predtým.

1.) Pomocou obojstrannej pásky lepte dosky k sebe.

2.) Skrutky, aby mali väčšiu stabilitu pri rezaní (tu nie sú zobrazené).

Potom som použil lepidlo na modelovanie remesiel na ich zlepenie a dve skrutky SPAX (na fotografii ešte nie sú nanesené).

V porovnaní s pôvodným šesťhranom ešte nepoužívam guľkové ložiská, namiesto toho používam neskôr iba 3 mm skrutky, podložky a samočinné matice na montáž nôh s karosériou/podvozkom.

Krok 5: Zostavenie nôh a test

Na prvých dvoch obrázkoch vidíte prvú verziu nohy. Ďalej uvidíte porovnanie starých a nových dielov a porovnanie nových dielov (verzia dva) s pôvodnými (fotografia na pozadí).

Nakoniec absolvujete prvý pohybový test.

Krok 6: Konštrukcia a montáž karosérie

Telo, ktoré som sa pokúsil zrekonštruovať z fotografií. Ako referenciu som použil servo roh, ktorý som predpokladal s priemerom 1 ". Predná strana má teda šírku 4,5" a strednú 6,5 ". Pre dĺžku som predpokladal 7". Neskôr som si kúpil originálny bodykit a porovnal som ho. Dostával som sa veľmi blízko k originálu. Nakoniec som urobil tretiu verziu, ktorá je kópiou originálu 1: 1.

Prvá karoséria, ktorú som vyrobil zo 6 mm preglejky, tu vidíte druhú verziu zo 4 mm preglejky, o ktorej som zistil, že je dostatočne pevná a pevná. Na rozdiel od pôvodnej súpravy som namontoval servo roh hore, resp. cez materiál (vidíte to aj na stehennej kosti). Dôvod je, že nemám náladu kupovať drahé hliníkové rohy, namiesto toho chcem použiť už dodávané plastové rohy. Ďalším dôvodom je, že sa dostávam bližšie k servu, takže priečne sily sú menšie. Vďaka tomu je stabilnejšie pripojenie.

Mimochodom, niekedy je dobré mať na palube Ganesh. Ďakujem môjmu priateľovi Tejasovi:-)

Krok 7: Prvé testy elektroniky

Všetky umenia sú teraz spojené. Dobre, viem, že to nevyzerá veľmi krásne, ale v skutočnosti veľa experimentujem. Vo videu môžete vidieť prehrávanie jednoduchých preddefinovaných sekvencií, v skutočnosti nie je implementovaná žiadna inverzná kinematika. Preddefinovaná chôdza nefunguje správne, pretože je navrhnutá pre 2 DoF.

V tomto prípade používam servo radič SSC-32U od Lynxmotion, nájdete ho tu:

Pred niekoľkými dňami som používal aj iný ovládač PWM (16-kanálový ovládač PWM Adafruit, https://www.adafruit.com/product/815), ale SCC má v skutočnosti niekoľko príjemných funkcií, ako napríklad spomalenie serv.

Tak a to je zatiaľ všetko. Ďalej musím zistiť, ako funguje inverzná kinematika (IK), možno naprogramujem jednoduchú chôdzu, ako je preddefinovaná v ovládači SSC. Už som našiel príklad pripravený na použitie tu https://github.com/KurtE/Arduino_Phoenix_Parts, ale ešte som ho nespustil. Neviem prečo, ale pracujem na tom.

Tu je teda krátky zoznam úloh.

1.) Naprogramujte jednoduchú chôdzu, ako je napríklad zabudovanie v SSC.

2.) Naprogramujte triedu/obal ovládača PS3 pre Arduino Phoenix.

3.) Získajte kód z KurtE spustený alebo napíšte svoj vlastný kód.

Servá, ktoré používam, som našiel na Amazone https://www.amazon.de/dp/B01N68G6UH/ref=pe_3044161_189395811_TE_dp_1. Cena je celkom dobrá, ale kvalita by mohla byť oveľa lepšia.

Krok 8: Prvý jednoduchý test chôdze

Ako som už spomenul v poslednom kroku, pokúsil som sa naprogramovať vlastnú sekvenciu chôdze. Je to veľmi jednoduchá mechanická hračka a nie je prispôsobená telu, ktoré tu používam. Jednoduché rovné telo by bolo oveľa lepšie.

Tak vám prajem veľa zábavy. Teraz sa musím naučiť IK;-)

Poznámky: Keď budete pozorne sledovať nohy, uvidíte, že niektoré serva sa správajú zvláštne. Mám na mysli to, že sa nepohybujú vždy hladko, možno ich budem musieť nahradiť inými servami.

Krok 9: Portovanie ovládača PS3

Dnes ráno som pracoval na napísaní obálky pre kód Phoenix. Trvalo mi to asi 2 až 3 hodiny. kód nie je konečne odladený a do konzoly som pridal ďalšie ladenie. Zatiaľ to funguje:-)

Ale mimochodom, keď som používal kód Phoenix, vyzerá to tak, že všetky serva bežia obrátene (v opačnom smere).

Ak si to chcete vyskúšať sami, potrebujete kód od KurtE ako základ https://github.com/KurtE/Arduino_Phoenix_Parts. Pri inštalácii kódu postupujte podľa pokynov. Skopírujte priečinok Phoenix_Input_PS do priečinka knižnice Arduino (zvyčajne podpriečinok priečinka s náčrtkami) a priečinok Phoenix_PS3_SSC32 do priečinka so skicami.

Informácie: Ak nemáte skúsenosti s Arduino a nástrojmi a máte nejaké problémy, kontaktujte komunitu Arduino (www.arduino.cc). Ak máte problém s kódom Phoenix od spoločnosti KurtE, kontaktujte ho. Vďaka.

Varovanie: Pochopenie kódu nie je podľa mňa nič pre začiatočníkov, takže sa musíte veľmi dobre vyznať v C/C ++, programovaní a algoritme. Kód má tiež veľa podmienene skompilovaných kódov riadených #defines, čo sťažuje čítanie a porozumenie.

Hardwarelist:

• Arduino Mega 2560
• Hostiteľský štít USB (pre Arduino)
• Ovládač PS3
• Servo radič LynxMotion SSC-32U
• Batéria 6 V (prečítajte si prosím požiadavky na celom vašom HW, inak by ste ho mohli poškodiť)
• Arduino IDE
• Niektoré káble USB, prepínače a ďalšie malé časti podľa potreby.

Ak máte radi ovládač PS2, na internete nájdete veľa informácií o tom, ako sa pripojiť k Arduinu.

Buďte teda trpezliví. Tento krok aktualizujem, keď softvér funguje správne.

Krok 10: Prvý test IK

Našiel som iný port kódu Phoenix, ktorý funguje oveľa lepšie (https://github.com/davidhend/Hexapod), možno mám s iným kódom problém s konfiguráciou. Zdá sa, že kód je trochu chybný a chody nevyzerajú veľmi hladko, ale pre mňa je to veľký krok vpred.

Vezmite prosím na vedomie, že kód je v skutočnosti experimentálny. Musím veľa vyčistiť a opraviť a nasledujúce dni zverejním aktualizáciu. Port PS3 je založený na už publikovanom porte PS3 a súbory PS2 a XBee som zahodil.

Krok 11: Druhý test IK

Riešenie bolo také jednoduché. Musel som opraviť niektoré konfiguračné hodnoty a invertovať všetky uhly serva. Teraz to funguje:-)

Krok 12: Tibia a Coxa EV3

Neodolal som, a tak som vyrobil nové tibie a coxa (držiaky serva). Toto je teraz tretia verzia, ktorú som urobil. Nové majú okrúhlejší tvar a majú organickejší/bionický vzhľad.

Skutočný stav teda je. Hexapod funguje, ale stále má problémy s niekoľkými vecami.

1.) Nenašli ste, prečo má BT oneskorenie 2..3 sekundy.

2.) Kvalita serva je nízka.

Veci na práci:

* Je potrebné zlepšiť zapojenie serv.

* Potrebujete dobrý držiak batérie.

* Musíte nájsť spôsob, ako namontovať elektroniku.

* Prekalibrujte serva.

* Pridanie senzorov a monitora napätia pre batériu.

Krok 13: Femur s hladkým tvarom

Pred niekoľkými dňami som si už urobil novú stehennú kosť, pretože som nebol úplne spokojný s predchádzajúcim. Na prvom obrázku uvidíte rozdiely. Staré mali na koncoch priemer 21 mm, nové mali priemer 1 palec. Svojou frézou som jednoduchým frézovacím nástrojom urobil otvory do stehennej kosti, ako môžete vidieť na nasledujúcich troch obrázkoch.

Pred ponorením do stehennej kosti má zmysel vyvŕtať všetky otvory, inak to môže byť ťažké. Servo klaksón veľmi dobre sedí, ďalším krokom, ktorý tu nie je zobrazený, je dať hranám okrúhly tvar. Na tento účel som použil frézu s polomerom 3 mm.

Na poslednom obrázku uvidíte porovnanie starého a nového. Neviem, čo si myslíte, ale ten nový sa mi páči oveľa viac.

Krok 14: Posledné kroky

Tento tutoriál teraz dokončím, inak sa z neho stane nekonečný príbeh:-).

Vo videu uvidíte Phoenixov kód KurtE spustený s niektorými z mojich úprav. Robot sa nepohybuje dokonale, ospravedlňujeme sa za to, ale lacné servá majú zlú kvalitu. Objednal som si ďalšie servá, práve som testoval dve z nich s dobrými výsledkami a stále čakám na dodanie. Prepáčte, nemôžem vám ukázať, ako robot funguje s novými servami.

Pohľad zozadu: Snímač prúdu 20 ampérov, vľavo od 10 k potenciometra. Keď robot kráča, ľahko spotrebuje 5 ampérov. Vpravo od 10 k banku uvidíte OLED 128 x 64 pixelov, ktoré zobrazujú niektoré informácie o stave.

Pohľad spredu: Jednoduchý ultrazvukový snímač HC-SR04, ktorý ešte nie je integrovaný do SW.

Pohľad sprava: akcelerátor a žirafa MPU6050 (6-osový).

Pohľad zľava: Piezo reproduktor.

Mechanická konštrukcia je teraz viac -menej hotová, okrem serv. Ďalšími úlohami bude teda integrácia niektorých senzorov do SW. Za týmto účelom som si vytvoril účet GitHub pomocou softvéru, ktorý používam a ktorý je založený na snímke programu Phoenix SW spoločnosti KurtE.

OLED:

Môj GitHub: