Arachnoid: 16 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Trước tiên, chúng tôi muốn cảm ơn bạn đã dành thời gian và xem xét. Đối tác của tôi Tio Marello và tôi, Chase Leach, đã có rất nhiều niềm vui khi làm việc trong dự án và vượt qua những thách thức mà nó đưa ra. Chúng tôi hiện là học sinh của Học khu Wilkes Barre Area School S. T. E. M. Học viện Tôi là một thiếu niên và Tio là một năm hai. Dự án của chúng tôi, Arachnoid là một robot bốn chân mà chúng tôi đã tạo ra bằng máy in 3D, Bread Board và Arduino MEGA 2560 R3 Board. Mục tiêu dự kiến của dự án là tạo ra một robot bốn chân biết đi. Sau rất nhiều công việc và thử nghiệm, chúng tôi đã chế tạo thành công một robot bốn chân hoạt động được. Chúng tôi rất vui mừng và biết ơn cơ hội này để giới thiệu với các bạn dự án của chúng tôi, Arachnoid.

Bước 1: Vật liệu

Các vật liệu mà chúng tôi sử dụng cho rô bốt bốn chân bao gồm: máy in 3D, máy giặt vật liệu hỗ trợ, khay in 3D, vật liệu in 3D, máy cắt dây, bảng mạch, giá đỡ pin, máy tính, pin AA, băng dính điện, băng keo, Tháp MG90S Pro Servo Motors, Crazy Glue, bo mạch Arduino MEGA 2560 R3, dây nhảy, phần mềm Inventor 2018 và phần mềm Arduino IDE. Chúng tôi đã sử dụng máy tính để chạy phần mềm và máy in 3D mà chúng tôi đã sử dụng. Chúng tôi sử dụng phần mềm Inventor chủ yếu để thiết kế các bộ phận nên không cần thiết cho bất kỳ ai làm việc này ở nhà vì tất cả các tệp bộ phận mà chúng tôi đã tạo đều được cung cấp trên tài liệu hướng dẫn này. Phần mềm Arduino IDE được sử dụng để lập trình robot, điều này cũng không cần thiết đối với những người chế tạo nó ở nhà vì chúng tôi cũng đã cung cấp chương trình mà chúng tôi đang sử dụng. Máy in 3D, máy giặt vật liệu hỗ trợ, vật liệu in 3D và khay in 3D đều được sử dụng cho quá trình chế tạo các bộ phận mà Arachnoid được tạo ra. Chúng tôi đã sử dụng giá đỡ pin, pin AA, dây nhảy, băng dính điện và máy cắt dây được sử dụng cùng nhau để tạo ra bộ pin. Pin được đưa vào giá đỡ pin và máy cắt dây được sử dụng để cắt đầu dây của cả hộp pin và dây nhảy để chúng có thể được tước và xoắn lại với nhau, sau đó dán bằng băng dính điện. Bảng mạch, dây nhảy, bộ pin và Ardiuno được sử dụng để tạo mạch cung cấp năng lượng cho động cơ và kết nối chúng với các chân điều khiển của Arduino. Crazy Glue được sử dụng để gắn các động cơ servo vào các bộ phận của robot. Máy khoan và vít được sử dụng để lắp các bộ phận khác của robot. Các vít phải giống như trong hình được cung cấp nhưng kích thước có thể dựa trên nhận định. Scotch Tape và Zip Ties được sử dụng chủ yếu để quản lý dây. Cuối cùng, chúng tôi đã chi tổng cộng 51,88 đô la cho những vật liệu mà chúng tôi không có xung quanh.

Nguồn cung cấp mà chúng tôi có trong tay

1. (Số lượng: 1) Máy in 3D
2. (Số lượng: 1) Máy giặt vật liệu hỗ trợ
3. (Số lượng: 5) Khay In 3D
4. (Số lượng: 27,39 in ^ 3) Chất liệu in 3D
5. (Số lượng: 1) Máy cắt dây
6. (Số lượng: 1) Máy khoan
7. (Số lượng: 24) Vít
8. (Số lượng: 1) Breadboard
9. (Số lượng: 4) Người giữ pin
10. (Số lượng: 1) Máy tính
11. (Số lượng: 8) Pin AA
12. (Số lượng: 4) Zip Ties
13. (Số lượng: 1) Băng điện
14. (Số lượng: 1) Băng Scotch

Nguồn cung cấp mà chúng tôi đã mua

1. (Số tiền: 8) Động cơ Servo MG90S Tower Pro (Tổng chi phí: $ 23,99)
2. (Số tiền: 2) Keo Crazy (Tổng chi phí: $ 7,98)
3. (Số tiền: 1) Bo mạch Arduino MEGA 2560 R3 (Tổng chi phí: $ 12,95)
4. (Số lượng: 38) Dây nhảy (Tổng chi phí: $ 6,96)

Yêu cầu phần mềm

1. Nhà phát minh 2018
2. Môi trường phát triển tích hợp Arduino

Bước 2: Giờ dành cho lắp ráp

Chúng tôi đã dành khá nhiều giờ để tạo ra robot bốn chân của mình, nhưng phần lớn thời gian mà chúng tôi đã sử dụng là dành cho việc lập trình Arachnoid. Chúng tôi mất khoảng 68 giờ để lập trình robot, 57 giờ in, 48 giờ thiết kế, 40 giờ lắp ráp và 20 giờ thử nghiệm.

Bước 3: Ứng dụng STEM

Khoa học

Khía cạnh khoa học của dự án của chúng tôi phát huy tác dụng trong khi tạo ra mạch điện được sử dụng để cung cấp năng lượng cho động cơ servo. Chúng tôi đã áp dụng hiểu biết của mình về mạch, cụ thể hơn là tính chất của mạch song song. Tính chất này là các mạch song song cung cấp cùng một điện áp cho tất cả các thành phần trong mạch.

Công nghệ

Việc sử dụng công nghệ của chúng tôi là rất quan trọng trong suốt quá trình thiết kế, lắp ráp và lập trình Arachnoid. Chúng tôi đã sử dụng phần mềm thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính, Inventor để tạo ra toàn bộ robot bốn chân bao gồm: thân, nắp, đùi và bắp chân. Tất cả các bộ phận được thiết kế đều được in ra từ máy in 3D. Sử dụng Arduino I. D. E. phần mềm, chúng tôi đã có thể sử dụng Arduino và động cơ servo để thực hiện bước đi bộ Arachnoid.

Kỹ thuật

Khía cạnh kỹ thuật của dự án của chúng tôi là quy trình lặp đi lặp lại được sử dụng để thiết kế các bộ phận được chế tạo cho rô bốt bốn chân. Chúng tôi đã phải suy nghĩ tìm cách gắn các động cơ và chứa Arduino và breadboard. Khía cạnh lập trình của dự án cũng đòi hỏi chúng tôi phải suy nghĩ sáng tạo về các giải pháp khả thi cho các vấn đề mà chúng tôi gặp phải. Cuối cùng, phương pháp mà chúng tôi sử dụng đã có hiệu quả và giúp chúng tôi khiến robot di chuyển theo những cách mà chúng tôi cần.

toán học

Khía cạnh toán học của dự án của chúng tôi là việc sử dụng các phương trình để tính toán lượng điện áp và dòng điện mà chúng tôi cần để cung cấp năng lượng cho động cơ, yêu cầu áp dụng Định luật Ohm. Chúng tôi cũng sử dụng toán học để tính toán kích thước của tất cả các bộ phận riêng lẻ được tạo ra cho robot.

Bước 4: Lặp lại lần thứ 2 Nắp Robot bốn lần

Nắp của Arachnoid được thiết kế với bốn chốt ở đáy có kích thước và được đặt bên trong các lỗ được tạo trên thân. Những chiếc chốt này cùng với sự hỗ trợ của Crazy Glue đã có thể gắn nắp vào thân của robot. Phần này được tạo ra để giúp bảo vệ Ardiuno và mang đến cho robot một vẻ ngoài hoàn thiện hơn. Chúng tôi quyết định tiếp tục với thiết kế hiện tại nhưng nó đã trải qua hai lần lặp lại thiết kế trước khi thiết kế này được chọn.

Bước 5: Cơ thể robot bốn lần lặp lại lần thứ hai

Bộ phận này được tạo ra để chứa bốn động cơ được sử dụng để di chuyển các bộ phận đùi, Arduino và breadboard. Các khoang ở hai bên thân máy được làm lớn hơn so với các động cơ mà chúng tôi hiện đang sử dụng cho dự án được thực hiện có lưu ý đến phần đệm. Thiết kế này cuối cùng đã cho phép phân tán nhiệt đầy đủ và giúp bạn có thể gắn các động cơ bằng vít mà không gây ra thiệt hại có thể xảy ra cho thân máy vốn sẽ mất nhiều thời gian để in lại. Các lỗ ở phía trước và không có tường ở phía sau thân máy được thực hiện có chủ đích để dây có thể chạy vào Arduino và breadboard. Khoảng trống ở giữa thân máy được thiết kế để chứa Arduino, breadboard và pin. Ngoài ra còn có bốn lỗ được thiết kế ở dưới cùng của bộ phận có nghĩa là dành riêng cho các dây của động cơ servo chạy qua và vào mặt sau của robot. Phần này là một trong những phần quan trọng nhất vì nó đóng vai trò là cơ sở cho mọi phần khác được thiết kế. Chúng tôi đã trải qua hai lần lặp lại trước khi quyết định cái được hiển thị.

Bước 6: Bộ đệm động cơ Servo lặp lại lần 2

Bộ đệm động cơ servo được thiết kế đặc biệt cho các ngăn ở các bên của thân Arachnoid. Những miếng đệm lót này được thiết kế với ý tưởng rằng bất kỳ mũi khoan nào vào phần bên của cơ thể đều có thể gây nguy hiểm và khiến chúng ta lãng phí vật liệu và thời gian để in lại phần lớn hơn. Đó là lý do tại sao chúng tôi sử dụng miếng đệm không chỉ giải quyết vấn đề này mà còn cho phép chúng tôi tạo ra một không gian lớn hơn cho các động cơ giúp ngăn quá nhiệt. Bộ đệm trải qua hai lần lặp lại. Ý tưởng ban đầu bao gồm: hai bức tường mỏng ở hai bên kết nối với một miếng đệm thứ hai. Ý tưởng này đã bị loại bỏ vì mặc dù chúng tôi sẽ dễ dàng hơn khi khoan từng mặt riêng biệt, vì vậy nếu một bên bị hư hỏng, cái còn lại cũng không cần phải vứt bỏ. Chúng tôi đã in 8 miếng trong số này đủ để dán vào phần trên và dưới của khoang động cơ trên thân máy. Sau đó, chúng tôi sử dụng một mũi khoan được căn giữa vào cạnh dài của mảnh để tạo ra một lỗ thí điểm, sau đó được sử dụng cho một con vít ở hai bên của động cơ để lắp.

Bước 7: Lặp lại lần thứ 2 Phần đùi chân robot bốn chân

Phần này là đùi hoặc nửa trên của chân robot. Nó được thiết kế với một lỗ ở bên trong của bộ phận được chế tạo đặc biệt cho phần ứng đi kèm với động cơ được sửa đổi cho robot của chúng tôi. Chúng tôi cũng đã thêm một khe ở dưới cùng của bộ phận được tạo cho động cơ sẽ được sử dụng để di chuyển nửa dưới của chân. Phần này xử lý phần lớn chuyển động chính của chân. Lần lặp lại hiện tại của phần này mà chúng tôi đang sử dụng là phần thứ hai vì phần đầu tiên có thiết kế phức tạp hơn mà chúng tôi quyết định là không cần thiết.

Bước 8: Lặp lại lần thứ 5 của khớp gối robot bốn chân

Khớp gối là một trong những bộ phận khó thiết kế. Phải mất nhiều tính toán và thử nghiệm nhưng thiết kế hiện tại hoạt động khá đẹp. Bộ phận này được thiết kế để xoay quanh mô-tơ nhằm truyền chuyển động của mô-tơ sang chuyển động ở bắp chân hoặc cẳng chân một cách hiệu quả. Phải mất năm lần thiết kế và thiết kế lại để tạo ra nhưng hình dạng cụ thể được tạo ra xung quanh các lỗ đã tối đa hóa mức độ chuyển động có thể trong khi không làm mất đi sức mạnh mà chúng tôi yêu cầu từ nó. Chúng tôi cũng gắn các động cơ bằng cách sử dụng nhiều tay đòn hơn phù hợp với các lỗ ở hai bên và vừa khít với động cơ cho phép chúng tôi sử dụng vít để giữ nó ở đúng vị trí. Lỗ thí điểm ở dưới cùng của mảnh giúp tránh được việc khoan và những thiệt hại có thể xảy ra.

Bước 9: Lặp lại lần 3 Bắp chân robot bốn chân

Nửa sau của chân robot được tạo ra theo cách mà bất kể robot đặt chân xuống như thế nào, nó sẽ luôn duy trì cùng một lượng lực kéo. Đó là nhờ vào thiết kế hình bán nguyệt của chân và phần đệm mút được chúng tôi cắt và dán vào phía dưới. Cuối cùng, nó phục vụ tốt mục đích của nó là cho phép robot chạm đất và đi bộ. Chúng tôi đã trải qua ba lần lặp lại với thiết kế này, chủ yếu liên quan đến những thay đổi về chiều dài và thiết kế chân.

Bước 10: Tải xuống các tệp của nhà phát minh bộ phận

Các tệp này là từ Inventor. Chúng là các tệp bộ phận cụ thể cho tất cả các bộ phận đã hoàn thiện mà chúng tôi thiết kế cho dự án này.

Bước 11: Lắp ráp

Video mà chúng tôi đã cung cấp giải thích cách chúng tôi lắp ráp Arachnoid, nhưng một điểm không được đề cập trong đó là bạn sẽ phải tháo khung nhựa ra khỏi cả hai bên của động cơ bằng cách cắt nó ra và chà nhám nơi nó từng là.. Các bức ảnh khác được cung cấp được chụp trong quá trình lắp ráp.

Bước 12: Lập trình

Ngôn ngữ lập trình arduiono dựa trên ngôn ngữ lập trình C. Bên trong trình biên tập mã Arduino, nó cung cấp cho chúng ta hai chức năng.

• void setup (): Tất cả mã bên trong hàm này chạy một lần khi bắt đầu
• void loop (): Đoạn mã bên trong hàm lặp không kết thúc.

Kiểm tra bên dưới bằng cách nhấp vào liên kết màu cam để xem thêm thông tin về mã!

Đây là mã để đi bộ

#bao gồm

classServoManager {

công cộng:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo FrontLeftThigh;

Servo FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

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);

}

};

Trình quản lý ServoManager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

chậm trễ (1000);

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

chậm trễ (5000);

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

chậm trễ (1000);

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

chậm trễ (1000);

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

chậm trễ (1000);

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

chậm trễ (1000);

}

xem rawQuad.ino được lưu trữ với ❤ bởi GitHub

Bước 13: Kiểm tra

Các video mà chúng tôi đã thêm ở đây là chúng tôi đang thử nghiệm Arachnoid. Các điểm mà bạn thấy nó đi bộ hơi ngắn nhưng chúng tôi tin rằng nó sẽ cung cấp cho bạn ý tưởng về cách bước đi của rô bốt bốn chân được thực hiện. Đến cuối dự án, chúng tôi đã bắt đầu thực hiện nhưng khá chậm nên mục tiêu của chúng tôi đã hoàn thành. Các video trước đó là chúng tôi kiểm tra các động cơ mà chúng tôi đã gắn cho phần trên của chân.

Bước 14: Trong quá trình thiết kế và in ấn

Các video mà chúng tôi thêm vào đây chủ yếu là kiểm tra tiến độ trong suốt quá trình thiết kế và in các bộ phận mà chúng tôi đã thực hiện.

Bước 15: Cải tiến có thể

Chúng tôi đã dành thời gian để suy nghĩ về cách chúng tôi sẽ tiến về phía trước với Arachnoid nếu chúng tôi có nhiều thời gian hơn với nó và chúng tôi đã nảy ra một số ý tưởng. Chúng tôi sẽ tìm kiếm một cách tốt hơn để cung cấp năng lượng cho Arachnoid bao gồm: tìm một bộ pin tốt hơn, nhẹ hơn có thể sạc lại được. Chúng tôi cũng sẽ tìm cách tốt hơn để gắn động cơ servo vào nửa trên của chân mà chúng tôi đã thiết kế bằng cách thiết kế lại phần mà chúng tôi đã tạo. Một cân nhắc khác mà chúng tôi thực hiện là gắn một máy ảnh vào robot để nó có thể được sử dụng để đi vào các khu vực mà con người không thể tiếp cận. Tất cả những cân nhắc này đã lướt qua tâm trí của chúng tôi khi chúng tôi thiết kế và lắp ráp robot nhưng chúng tôi không thể theo đuổi chúng vì thời gian hạn chế.

Bước 16: Thiết kế cuối cùng

Cuối cùng, chúng tôi rất hài lòng với cách thiết kế cuối cùng của chúng tôi và hy vọng bạn cũng cảm thấy như vậy. Cảm ơn bạn đã dành thời gian và sự quan tâm của bạn.