Αραχνοειδής: 16 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Αρχικά, θα θέλαμε να σας ευχαριστήσουμε για τον χρόνο και την προσοχή σας. Ο συνεργάτης μου Tio Marello και εγώ, ο Chase Leach, διασκεδάσαμε δουλεύοντας στο έργο και ξεπερνώντας τις προκλήσεις που παρουσίαζε. Αυτή τη στιγμή είμαστε μαθητές της σχολικής περιφέρειας Wilkes Barre Area S. T. E. M. Academy I am Junior και το Tio είναι Sophomore. Το έργο μας, το Arachnoid είναι ένα τετράποδο ρομπότ το οποίο φτιάξαμε χρησιμοποιώντας έναν 3D εκτυπωτή, Bread Board και έναν πίνακα Arduino MEGA 2560 R3. Ο στόχος του έργου ήταν να δημιουργήσει ένα τετράποδο ρομπότ που περπατά. Μετά από πολλή δουλειά και δοκιμές δημιουργήσαμε με επιτυχία ένα τετράποδο ρομπότ που λειτουργεί. Είμαστε ενθουσιασμένοι και ευγνώμονες για αυτήν την ευκαιρία να σας παρουσιάσουμε το έργο μας, το Arachnoid.

Βήμα 1: Υλικά

Τα υλικά που χρησιμοποιήσαμε για το τετράποδο ρομπότ περιλάμβαναν: τον τρισδιάστατο εκτυπωτή, το πλυντήριο υλικών υποστήριξης, τους δίσκους εκτύπωσης 3D, το υλικό εκτύπωσης 3D, τους κόφτες σύρματος, μια πλάκα ψωμιού, θήκες μπαταριών, έναν υπολογιστή, μπαταρίες ΑΑ, ηλεκτρική ταινία, scotch tape, MG90S Tower Pro Servo Motors, Crazy Glue, Arduino MEGA 2560 R3 board, jumper wires, το λογισμικό Inventor 2018 και το λογισμικό Arduino IDE. Χρησιμοποιήσαμε τον υπολογιστή για να τρέξουμε το λογισμικό και τον τρισδιάστατο εκτυπωτή που χρησιμοποιήσαμε. Χρησιμοποιήσαμε το λογισμικό Inventor κυρίως για το σχεδιασμό των εξαρτημάτων, επομένως δεν είναι απαραίτητο για κανέναν να το κατασκευάζει στο σπίτι, επειδή όλα τα αρχεία εξαρτημάτων που δημιουργήσαμε παρέχονται σε αυτό το εκπαιδευτικό εγχειρίδιο. Το λογισμικό Arduino IDE χρησιμοποιήθηκε για τον προγραμματισμό του ρομπότ, το οποίο είναι επίσης περιττό για τους ανθρώπους που το κατασκευάζουν στο σπίτι, επειδή έχουμε επίσης παράσχει το πρόγραμμα που χρησιμοποιούμε. Ο τρισδιάστατος εκτυπωτής, το πλυντήριο υλικών υποστήριξης, το υλικό εκτύπωσης 3D και οι δίσκοι εκτύπωσης 3D χρησιμοποιήθηκαν όλα για τη διαδικασία κατασκευής των τμημάτων από τα οποία κατασκευάστηκε το αραχνοειδές. Χρησιμοποιήσαμε τις θήκες μπαταριών, μπαταρίες ΑΑ, καλώδια βραχυκυκλωτήρων, ηλεκτρική ταινία και κόπτες σύρματος χρησιμοποιήθηκαν μαζί για τη δημιουργία της μπαταρίας. Οι μπαταρίες τοποθετήθηκαν στις θήκες της μπαταρίας και οι κόφτες σύρματος χρησιμοποιήθηκαν για να κόψουν το άκρο των καλωδίων τόσο της μπαταρίας όσο και των καλωδίων βραχυκυκλωτήρα, ώστε να μπορούν να απογυμνωθούν και να στριφτούν μεταξύ τους και στη συνέχεια να κολληθούν με ηλεκτρική ταινία. Η πλάκα ψωμιού, τα καλώδια άλματος, η μπαταρία και το Ardiuno χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία ενός κυκλώματος που τροφοδοτούσε τους κινητήρες και τους ένωνε με τις ακίδες ελέγχου του Arduino. Το Crazy Glue χρησιμοποιήθηκε για τη σύνδεση των σερβοκινητήρων στα μέρη του ρομπότ. Το τρυπάνι και οι βίδες χρησιμοποιήθηκαν για την τοποθέτηση άλλων στοιχείων του ρομπότ. Οι βίδες πρέπει να μοιάζουν με αυτές στην εικόνα αλλά το μέγεθος μπορεί να βασίζεται στην κρίση. Το Scotch Tape και το Zip Ties χρησιμοποιήθηκαν κυρίως για τη διαχείριση καλωδίων. Στο τέλος, ξοδέψαμε συνολικά 51,88 $ για τα υλικά που δεν είχαμε.

Προμήθειες που είχαμε στο χέρι

1. (Ποσότητα: 1) 3D εκτυπωτής
2. (Ποσότητα: 1) Πλυντήριο Υλικού Υποστήριξης
3. (Ποσότητα: 5) Δίσκοι 3D εκτύπωσης
4. (Ποσότητα: 27,39 σε^3) Υλικό τρισδιάστατης εκτύπωσης
5. (Ποσό: 1) Συρματοκόπτες
6. (Ποσότητα: 1) Τρυπάνι
7. (Ποσότητα: 24) Βίδες
8. (Ποσότητα: 1) Breadboard
9. (Ποσότητα: 4) Θήκες μπαταρίας
10. (Ποσό: 1) Υπολογιστής
11. (Ποσότητα: 8) Μπαταρίες AA
12. (Ποσότητα: 4) Φερμουάρ
13. (Ποσότητα: 1) Ηλεκτρική ταινία
14. (Ποσό: 1) Σκωτσέζικη ταινία

Προμήθειες που αγοράσαμε

1. (Ποσό: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (Συνολικό κόστος: 23,99 $)
2. (Ποσό: 2) Τρελή κόλλα (Συνολικό κόστος: $ 7,98)
3. (Ποσό: 1) Arduino MEGA 2560 R3 Board (Συνολικό κόστος: $ 12,95)
4. (Ποσό: 38) Jumper Wires (Συνολικό κόστος: 6,96 $)

Απαιτείται λογισμικό

1. Εφευρέτης 2018
2. Ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης Arduino

Βήμα 2: entρες που δαπανήθηκαν για τη συναρμολόγηση

Ξοδέψαμε αρκετές ώρες για τη δημιουργία του τετράποδου ρομπότ μας, αλλά το μεγαλύτερο μέρος που χρησιμοποιήσαμε αφιερώθηκε στον προγραμματισμό του Arachnoid. Χρειάστηκαν περίπου 68 ώρες για τον προγραμματισμό του ρομπότ, 57 ώρες εκτύπωσης, 48 ώρες σχεδιασμού, 40 ωρών συναρμολόγησης και 20 ωρών δοκιμών.

Βήμα 3: Εφαρμογές STEM

Επιστήμη

Η επιστημονική πλευρά του έργου μας μπαίνει στο παιχνίδι δημιουργώντας το κύκλωμα που χρησιμοποιήθηκε για την τροφοδοσία των σερβοκινητήρων. Εφαρμόσαμε την κατανόησή μας για τα κυκλώματα, πιο συγκεκριμένα την ιδιότητα των παράλληλων κυκλωμάτων. Αυτή η ιδιότητα είναι ότι τα παράλληλα κυκλώματα παρέχουν την ίδια τάση σε όλα τα εξαρτήματα του κυκλώματος.

Τεχνολογία

Η χρήση της τεχνολογίας από εμάς ήταν πολύ σημαντική σε όλη τη διαδικασία σχεδιασμού, συναρμολόγησης και προγραμματισμού του αραχνοειδούς. Χρησιμοποιήσαμε το λογισμικό σχεδιασμού με τη βοήθεια υπολογιστή, Inventor για να δημιουργήσουμε ολόκληρο το τετράποδο ρομπότ που περιλαμβάνει: το σώμα, το καπάκι, τους μηρούς και τις γάμπες. Όλα τα μέρη που σχεδιάστηκαν εκτυπώθηκαν από έναν εκτυπωτή 3D. Χρησιμοποιώντας το Arduino I. D. E. λογισμικό, μπορέσαμε να χρησιμοποιήσουμε το Arduino και το σερβοκινητήρα για να κάνουμε τον αραχνοειδή να περπατήσει.

Μηχανική

Η μηχανική πτυχή του έργου μας είναι η επαναληπτική διαδικασία που χρησιμοποιείται για το σχεδιασμό των τμημάτων που κατασκευάζονται για το τετράποδο ρομπότ. Έπρεπε να σκεφτούμε τρόπους να συνδέσουμε τους κινητήρες και να στεγάσουμε το Arduino και το breadboard. Η πτυχή προγραμματισμού του έργου μας επέβαλε επίσης να σκεφτούμε δημιουργικά τις πιθανές λύσεις στα προβλήματα που συναντήσαμε. Στο τέλος η μέθοδος που χρησιμοποιήσαμε ήταν αποτελεσματική και μας βοήθησε να κάνουμε το ρομπότ να κινηθεί με τους τρόπους που το χρειαζόμασταν.

Μαθηματικά

Η μαθηματική πτυχή του έργου μας είναι η χρήση εξισώσεων για τον υπολογισμό της ποσότητας τάσης και ρεύματος που χρειαζόμασταν για να τροφοδοτήσουμε τον κινητήρα που απαιτούσε την εφαρμογή του νόμου του Ohm. Χρησιμοποιήσαμε επίσης μαθηματικά για να υπολογίσουμε το μέγεθος όλων των μεμονωμένων τμημάτων που δημιουργήθηκαν για το ρομπότ.

Βήμα 4: Καπάκι ρομπότ 2ης επανάληψης τετράποδο

Το καπάκι για το αραχνοειδές σχεδιάστηκε με τέσσερα μανταλάκια στο κάτω μέρος που είχαν μέγεθος και τοποθετήθηκαν στο εσωτερικό των οπών που έγιναν στο σώμα. Αυτά τα μανταλάκια, μαζί με τη βοήθεια της Crazy Glue μπόρεσαν να στερεώσουν το καπάκι στο σώμα του ρομπότ. Αυτό το μέρος δημιουργήθηκε για να βοηθήσει στην προστασία του Ardiuno και να δώσει στο ρομπότ μια πιο τελειωμένη εμφάνιση. Αποφασίσαμε να προχωρήσουμε με το τρέχον σχέδιο, αλλά είχε περάσει από δύο επαναλήψεις σχεδιασμού πριν επιλεγεί αυτό.

Βήμα 5: Σώμα ρομπότ 2ης επανάληψης τετράποδο

Αυτό το τμήμα δημιουργήθηκε για να φιλοξενήσει τους τέσσερις κινητήρες που χρησιμοποιήθηκαν για τη μετακίνηση των μηρών, το Arduino και το ψωμί. Τα διαμερίσματα στα πλάγια του αμαξώματος έγιναν μεγαλύτερα από τους κινητήρες που χρησιμοποιούμε αυτήν τη στιγμή για το έργο, το οποίο έγινε με το διαχωριστικό. Αυτός ο σχεδιασμός επέτρεψε τελικά επαρκή διασπορά θερμότητας και επέτρεψε την τοποθέτηση των κινητήρων χρησιμοποιώντας βίδες χωρίς να προκαλέσει πιθανή ζημιά στο σώμα που θα χρειαζόταν πολύ περισσότερο χρόνο για την ανατύπωση. Οι τρύπες στο μπροστινό μέρος και η έλλειψη τοίχου στο πίσω μέρος του σώματος έγιναν σκόπιμα, έτσι ώστε να μπορούν να περάσουν σύρματα στο Arduino και στο breadboard. Ο χώρος στη μέση του αμαξώματος σχεδιάστηκε για να τοποθετηθεί το Arduino, το breadboard και οι μπαταρίες. Υπάρχουν επίσης τέσσερις οπές σχεδιασμένες στο κάτω μέρος του τμήματος που προορίζονται ειδικά για τα καλώδια των σερβοκινητήρων να περνούν μέσα και μέσα πίσω από το ρομπότ. Αυτό το μέρος είναι ένα από τα πιο σημαντικά καθώς χρησιμεύει ως βάση για την οποία σχεδιάστηκε κάθε άλλο μέρος. Περάσαμε δύο επαναλήψεις πριν αποφασίσουμε για αυτήν που εμφανίζεται.

Βήμα 6: Διαχωριστής Servo Motor 2ης Επανάληψης

Ο διαχωριστής σερβοκινητήρα σχεδιάστηκε ειδικά για τα διαμερίσματα στις πλευρές του σώματος του αραχνοειδούς. Αυτοί οι αποστάτες σχεδιάστηκαν με την ιδέα ότι κάθε διάτρηση στο πλάι του σώματος μπορεί να είναι επικίνδυνη και να μας κάνει να σπαταλήσουμε υλικό και χρόνο για την επανεκτύπωση του μεγαλύτερου τμήματος. Γι 'αυτό πήγαμε με το διαχωριστικό το οποίο όχι μόνο έλυσε αυτό το ζήτημα αλλά μας επέτρεψε να δημιουργήσουμε έναν μεγαλύτερο χώρο για τους κινητήρες που βοηθά στην αποφυγή υπερθέρμανσης. Ο αποστάτης πέρασε δύο επαναλήψεις. Η αρχική ιδέα περιελάμβανε: δύο λεπτούς τοίχους εκατέρωθεν που συνδέονταν με ένα δεύτερο διαχωριστικό. Αυτή η ιδέα απορρίφθηκε επειδή παρόλο που θα ήταν ευκολότερο να τρυπήσουμε κάθε πλευρά ξεχωριστά, έτσι ώστε εάν η μία καταστραφεί, η άλλη δεν θα χρειαστεί επίσης να πεταχτεί. Εκτυπώσαμε 8 από αυτά τα κομμάτια που ήταν αρκετά για να κολλήσουν στο πάνω και κάτω μέρος του χώρου του κινητήρα στο σώμα. Στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε ένα τρυπάνι που επικεντρώθηκε στη μακριά πλευρά του τεμαχίου για να δημιουργήσουμε μια πιλοτική τρύπα η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε για βίδα εκατέρωθεν του κινητήρα για τοποθέτηση.

Βήμα 7: 2η Επανάληψη Τετράποδο Ρομπότ Πόδι Μηρών Μερίδα

Αυτό το μέρος είναι ο μηρός ή το πάνω μισό του ποδιού του ρομπότ. Σχεδιάστηκε με μια τρύπα στο εσωτερικό του τμήματος που κατασκευάστηκε ειδικά για τον οπλισμό που συνοδεύει τον κινητήρα που τροποποιήθηκε για το ρομπότ μας. Προσθέσαμε επίσης μια υποδοχή στο κάτω μέρος του τμήματος που ήταν φτιαγμένο για τον κινητήρα και θα χρησιμοποιηθεί για να μετακινήσετε το κάτω μισό του ποδιού. Αυτό το μέρος χειρίζεται την πλειοψηφία της μείζονος κίνησης του ποδιού. Η τρέχουσα επανάληψη αυτού του τμήματος που χρησιμοποιούμε είναι η δεύτερη καθώς το πρώτο είχε πιο χοντρό σχέδιο που αποφασίσαμε ότι δεν ήταν απαραίτητο.

Βήμα 8: 5η επανάληψη της τετράποδης άρθρωσης του γόνατος ρομπότ

Η άρθρωση του γόνατος ήταν ένα από τα πιο δύσκολα μέρη για σχεδιασμό. Χρειάστηκαν αρκετοί υπολογισμοί και δοκιμές, αλλά ο τρέχων σχεδιασμός που παρουσιάζεται λειτουργεί αρκετά όμορφα. Αυτό το μέρος σχεδιάστηκε για να περιστρέφεται τον κινητήρα προκειμένου να μεταφέρει αποτελεσματικά την κίνηση του κινητήρα σε κίνηση στο μοσχάρι ή στο κάτω πόδι. Χρειάστηκαν πέντε επαναλήψεις σχεδιασμού και επανασχεδιασμού για να δημιουργηθεί, αλλά το συγκεκριμένο σχήμα που δημιουργήθηκε γύρω από τις τρύπες μεγιστοποίησε τους πιθανούς βαθμούς κίνησης ενώ δεν έχασε τη δύναμη που απαιτούσαμε από αυτό. Συνδέσαμε επίσης τους κινητήρες χρησιμοποιώντας περισσότερους οπλισμούς που ταιριάζουν στις οπές στα πλάγια και ταιριάζουν τέλεια στον κινητήρα επιτρέποντάς μας να χρησιμοποιήσουμε βίδες για να τον κρατήσουμε στη θέση του. Η πιλοτική τρύπα στο κάτω μέρος του τεμαχίου επέτρεψε την αποφυγή διάτρησης και πιθανών ζημιών.

Βήμα 9: 3η Επανάληψη Τετράποδο Ρομπότ Πόδι Μοσχάρι

Το δεύτερο μισό του ποδιού του ρομπότ δημιουργήθηκε με τέτοιο τρόπο ώστε, ανεξάρτητα από το πώς το ρομπότ ακουμπάει το πόδι του, θα διατηρούσε πάντα την ίδια ποσότητα πρόσφυσης. Αυτό οφείλεται στον ημικυκλικό σχεδιασμό του ποδιού και το αφρώδες μαξιλάρι το οποίο κόψαμε και κολλήσαμε στο κάτω μέρος. Τελικά εξυπηρετεί τον σκοπό του, που επιτρέπει στο ρομπότ να αγγίξει το έδαφος και να περπατήσει. Περάσαμε τρεις επαναλήψεις με αυτό το σχέδιο που αφορούσε κυρίως αλλαγές στο σχέδιο μήκους και ποδιού.

Βήμα 10: Λήψεις για τα Αρχεία εφευρέτη μερών

Αυτά τα αρχεία προέρχονται από την Inventor. Είναι συγκεκριμένα αρχεία μερών για όλα τα τελικά μέρη που σχεδιάσαμε για αυτό το έργο.

Βήμα 11: Συναρμολόγηση

Το βίντεο που παρέχουμε εξηγεί πώς συναρμολογήσαμε το Arachnoid, αλλά ένα σημείο που δεν αναφέρθηκε σε αυτό είναι ότι θα πρέπει να αφαιρέσετε το πλαστικό στήριγμα και από τις δύο πλευρές του κινητήρα κόβοντάς το και τρίβοντας εκεί που ήταν παλιά Το Οι υπόλοιπες φωτογραφίες που λαμβάνονται προέρχονται από τη συναρμολόγηση.

Βήμα 12: Προγραμματισμός

Η γλώσσα προγραμματισμού arduiono βασίζεται στη γλώσσα προγραμματισμού C. Μέσα στον επεξεργαστή κώδικα Arduino, μας δίνει δύο λειτουργίες.

• void setup (): Όλος ο κώδικας μέσα σε αυτήν τη λειτουργία εκτελείται μία φορά στην αρχή
• void loop (): Ο κώδικας μέσα στη λειτουργία βρόγχος χωρίς τέλος.

Ελέγξτε παρακάτω κάνοντας κλικ στον πορτοκαλί σύνδεσμο για να δείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον κώδικα!

Αυτός είναι ο κώδικας για το περπάτημα

#περιλαμβάνω

classServoManager {

δημόσιο:

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);

}

};

ServoManager Manager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

καθυστέρηση (1000)?

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

καθυστέρηση (5000)?

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

καθυστέρηση (1000)?

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

καθυστέρηση (1000)?

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

καθυστέρηση (1000)?

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

καθυστέρηση (1000)?

}

προβολή rawQuad.ino που φιλοξενείται με ❤ από το GitHub

Βήμα 13: Δοκιμή

Τα βίντεο που προσθέσαμε εδώ είναι να δοκιμάζουμε το Arachnoid. Τα σημεία όπου το βλέπετε να περπατά είναι λίγο σύντομα, αλλά πιστεύουμε ότι θα πρέπει να σας δώσει μια ιδέα για το πώς έγινε το περπάτημα του τετράποδου ρομπότ. Προς το τέλος του έργου μας το κάναμε να περπατήσει, αλλά αρκετά αργά, έτσι ο στόχος μας ολοκληρώθηκε. Τα προηγούμενα βίντεο δείχνουν να δοκιμάζουμε τους κινητήρες που συνδέσαμε για το πάνω μέρος του ποδιού.

Βήμα 14: Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού και εκτύπωσης

Τα βίντεο που προσθέσαμε εδώ είναι κυρίως έλεγχοι προόδου σε όλη τη διαδικασία σχεδιασμού και εκτύπωσης των τμημάτων που φτιάξαμε.

Βήμα 15: Πιθανές βελτιώσεις

Πήραμε χρόνο για να σκεφτούμε πώς θα προχωρούσαμε με τον Αραχνοειδή αν είχαμε περισσότερο χρόνο μαζί του και είχαμε κάποιες ιδέες. Θα αναζητούσαμε έναν καλύτερο τρόπο για να τροφοδοτήσουμε το Arachnoid, όπως: να βρούμε μια καλύτερη, ελαφρύτερη μπαταρία που θα μπορούσε να επαναφορτιστεί. Θα αναζητούσαμε επίσης έναν καλύτερο τρόπο σύνδεσης των σερβοκινητήρων στο πάνω μισό του ποδιού που σχεδιάσαμε επανασχεδιάζοντας το μέρος που δημιουργήσαμε. Μια άλλη σκέψη που κάναμε είναι η τοποθέτηση μιας κάμερας στο ρομπότ, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εισέλθει σε περιοχές που αλλιώς δεν είναι προσβάσιμοι από τους ανθρώπους. Όλοι αυτοί οι προβληματισμοί είχαν περάσει από το μυαλό μας ενώ σχεδιάζαμε και συναρμολογούσαμε το ρομπότ αλλά δεν μπορέσαμε να τα ακολουθήσουμε λόγω χρονικών περιορισμών.

Βήμα 16: Τελικός σχεδιασμός

Τελικά, είμαστε αρκετά ευχαριστημένοι με τον τρόπο που προέκυψε ο τελικός μας σχεδιασμός και ελπίζουμε να νιώθετε το ίδιο. Σας ευχαριστούμε για το χρόνο και την προσοχή σας.