Walking Strandbeest, Java/Python and App Controlled: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Ακολουθήστε περισσότερα από τον συγγραφέα:

Αυτό το κιτ Strandbeest είναι ένα έργο DIY βασισμένο στο Strandbeest που εφευρέθηκε από τον Theo Jansen. Έκπληκτος από την ιδιοφυή μηχανική σχεδίαση, θέλω να τον εξοπλίσω με πλήρη ευελιξία, και στη συνέχεια, ευφυΐα υπολογιστών. Σε αυτό το διδακτικό, εργαζόμαστε στο πρώτο μέρος, την ευελιξία. Καλύπτουμε επίσης τη μηχανική δομή για τον υπολογιστή μεγέθους πιστωτικής κάρτας, έτσι ώστε να μπορούμε να παίξουμε με την όραση υπολογιστή και την επεξεργασία AI. Για να απλοποιήσω τις εργασίες και την εκτέλεση του κτιρίου, δεν χρησιμοποίησα arduino ή παρόμοιο προγραμματιζόμενο υπολογιστή, αντί αυτού, κατασκευάζω έναν ελεγκτή υλικού bluetooth. Αυτός ο ελεγκτής, που λειτουργεί ως τερματικό που αλληλεπιδρά με το ρομποτικό υλικό, ελέγχεται από πιο ισχυρό σύστημα, όπως μια εφαρμογή Android για τηλέφωνα ή RaspberryPi, κλπ. Ο έλεγχος μπορεί να είναι είτε έλεγχος διεπαφής χρήστη κινητού τηλεφώνου είτε προγραμματιζόμενος έλεγχος σε γλώσσα python ή Java. Ένα SDK για κάθε γλώσσα προγραμματισμού είναι ανοιχτού κώδικα που παρέχεται στη διεύθυνση

Δεδομένου ότι το εγχειρίδιο χρήσης του mini-Strandbeest είναι αρκετά σαφές στην εξήγηση των βημάτων κατασκευής, σε αυτό το διδακτικό, θα εστιάσουμε στις πληροφορίες που δεν καλύπτονται συνήθως στο εγχειρίδιο χρήσης και στα ηλεκτρικά/ηλεκτρονικά μέρη.

Εάν χρειαζόμαστε πιο διαισθητική ιδέα για τη μηχανική συναρμολόγηση αυτού του κιτ, είναι διαθέσιμα αρκετά καλά βίντεο σχετικά με το θέμα της συναρμολόγησης, όπως

Προμήθειες

Για την κατασκευή του μηχανικού τμήματος και την ολοκλήρωση της ηλεκτρικής σύνδεσης αυτού του Strandbeest, θα πρέπει να διαρκέσει λιγότερο από 1 ώρα για να ολοκληρωθεί εάν ο χρόνος αναμονής για την εκτύπωση 3D δεν υπολογίζεται. Απαιτεί τα ακόλουθα μέρη:

(1) 1x τυπικό κιτ Strandbeest (https://webshop.strandbeest.com/ordis-parvus)

(2) 2x DC μοτέρ με κιβώτιο ταχυτήτων (https://www.amazon.com/Greartisan-50RPM-Torque-Re…)

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

(4) 1x Μπαταρία LiPo (3.7V, η χωρητικότητα της επιλογής σας σε mAh)

(5) Βίδες ξύλου 12x M2x5,6mm

(6) ράβδος άνθρακα ή μπαμπού διαμέτρου 2 mm

Τρισδιάστατη εκτύπωση των παρακάτω μερών:

(1) 1x κύριο σώμα ρομποτικής

(Λήψη αρχείου σχεδίασης 3D εκτύπωσης με χειριστήριο bluetooth μόνο)

(Αρχείο σχεδίασης 3D εκτύπωσης με επιπλέον λήψη OrangePi Nano)

(2) φλάντζα άξονα κίνησης 2x (λήψη αρχείου σχεδιασμού 3D εκτύπωσης)

(3) Εξοπλισμός ισχύος 2x (λήψη αρχείου σχεδιασμού 3D εκτύπωσης)

Οι υπολοιποι:

Κινητό τηλέφωνο Android. Μεταβείτε στο playstore Google, αναζητήστε το M2ROBOTS και εγκαταστήστε την εφαρμογή ελέγχου.

Σε περίπτωση που είναι δύσκολη η πρόσβαση στο Google playstore, επισκεφθείτε την προσωπική μου αρχική σελίδα για εναλλακτική μέθοδο λήψης εφαρμογής

Βήμα 1: Οργάνωση εξαρτημάτων

Σε αυτό το βήμα, θα οργανώσουμε όλα τα μέρη που πρόκειται να συναρμολογηθούν. Εικ.1. δείχνει όλα τα πλαστικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούμε για την κατασκευή του μοντέλου Strandbeest. Κατασκευάζονται με χύτευση με έγχυση, η οποία είναι πολύ υψηλή αποδοτικότητα, σε σύγκριση με άλλες μεθόδους κατασκευής κατεργασίας, όπως τρισδιάστατη εκτύπωση ή άλεση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο θέλουμε να αξιοποιήσουμε στο έπακρο το προϊόν μαζικής παραγωγής και να προσαρμόσουμε μόνο τη λιγότερη ποσότητα εξαρτημάτων.

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, κάθε κομμάτι πλαστικού χαρτονιού έχει μια ετικέτα αλφάβητο, το μεμονωμένο μέρος δεν φέρει την επισήμανση. Μόλις διαχωριστούν, δεν υπάρχει πλέον επισήμανση. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, μπορούμε να βάλουμε μέρη του ίδιου τύπου σε διαφορετικά πλαίσια ή απλά να επισημάνουμε πολλές περιοχές σε ένα κομμάτι χαρτί και να βάλουμε ένα είδος εξαρτημάτων σε μια περιοχή, βλέπε Εικ.3.

Για να κόψετε το πλαστικό μέρος από τη μεγαλύτερη πλαστική σανίδα, το ψαλίδι και το μαχαίρι μπορεί να μην είναι τόσο αποτελεσματικά όσο και τόσο ασφαλή όσο η πένσα που φαίνεται στα σχήματα 4 και 5.

Όλα εδώ είναι κατασκευασμένα από πλαστικό, εκτός από το υλικό των δακτύλων των ποδιών από καουτσούκ, βλέπε Εικ.6. Μπορούμε να κόψουμε σύμφωνα με τις προκατασκευασμένες κοπές. Η μαλακή φύση του ελαστικού υλικού παρέχει καλύτερη απόδοση πιασίματος του strandbeest. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν ανεβαίνετε σε μια πλαγιά. Σε μεταγενέστερα θέματα, μπορούμε να δοκιμάσουμε την ικανότητά του να σκαρφαλώνει σε διαφορετική γωνία κλίσης, με και χωρίς τα ελαστικά δάχτυλα. Όταν δεν υπάρχει ολίσθηση, ονομάζεται στατική τριβή. Μόλις χάσει το κράτημα, γίνεται κινητική τριβή. Ο συντελεστής τριβής εξαρτάται από τα υλικά που χρησιμοποιούνται, γι 'αυτό έχουμε τα ελαστικά δάχτυλα. Πώς να σχεδιάσετε ένα πείραμα, να σηκώσετε το χέρι σας και να μιλήσετε.

Το τελευταίο σχήμα περιέχει το "ECU", "Power train" και το πλαίσιο αυτού του μοντέλου Strandbeest.

Βήμα 2: Σημεία που αξίζουν προσοχή κατά τη μηχανική συναρμολόγηση

Το mini-Strandbeest διαθέτει ένα αρκετά καλό εγχειρίδιο χρήσης. Θα πρέπει να είναι εύκολο να ακολουθήσετε το εγχειρίδιο και να ολοκληρώσετε τη συναρμολόγηση. Θα παραλείψω αυτό το περιεχόμενο και θα επισημάνω μερικά ενδιαφέροντα σημεία που αξίζουν την προσοχή μας.

Στο Σχήμα 1, η μία πλευρά της υποδοχής που κρατά τα ελαστικά δάχτυλα είναι 90 μοιρών γωνία, ενώ η άλλη πλευρά έχει κλίση 45 βαθμών, η οποία επίσημα ονομάζεται λοξοτομή. Μια τέτοια κλίση οδηγεί το ελαστικό δάχτυλο να ταιριάζει στο πλαστικό πόδι. Δοκιμάστε να εγκαταστήσετε τα δάχτυλα των ποδιών από το πλάι με λοξοτομή, δείτε το Σχήμα 2 και, στη συνέχεια, δοκιμάστε την άλλη πλευρά. Η διαφορά είναι πολύ αισθητή. Η δεξιά πλευρά του Σχ. 3 είναι ο στρόφαλος στο Stranbeest. Είναι πολύ παρόμοιο με το στρόφαλο σε κινητήρα, κινητήρα αυτοκινήτου, κινητήρα μοτοσυκλέτας, όλα μοιράζονται την ίδια δομή. Σε ένα Strandbeest, όταν ο στρόφαλος γυρίζει, ωθεί τα πόδια να κινούνται. Για έναν κινητήρα, είναι η κίνηση του εμβόλου που οδηγεί το στρόφαλο να στρίβει. Ένας τέτοιος διαχωρισμός 120 βαθμών σε έναν κύκλο οδηγεί επίσης σε έναν τριφασικό κινητήρα ή γεννήτρια, η ηλεκτρική ισχύς απέχει 120 βαθμούς, όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Μόλις συγκεντρώσουμε όλα τα μηχανικά μέρη για τα αριστερά και δεξιά σώματα, τώρα αρχίζουμε να δουλεύουμε τα μέρη που προσθέτουμε στο Strandbeest, βλέπε Εικ. 5. Το σχήμα 6 είναι το βήμα που χρησιμοποιούμε τον τρισδιάστατο σφιγκτήρα κινητήρα για να στερεώσουμε τον κινητήρα στο τρισδιάστατο τυπωμένο πλαίσιο. Σε αυτό το βήμα, το κόλπο είναι ότι καμία από τις βίδες δεν πρέπει να σφίγγεται πριν ρυθμιστεί η θέση του κινητήρα έτσι ώστε η πλευρική επιφάνεια του πλαισίου να είναι ίδια με την επιφάνεια του κινητήρα. Μόλις είμαστε ικανοποιημένοι με την ευθυγράμμιση, μπορούμε να σφίξουμε όλες τις βίδες. Προχωρήστε στο Σχ.7, εργαζόμαστε στην εγκατάσταση της ζεύξης φλάντζας, συνδέοντας την έξοδο του κινητήρα με το στρόφαλο. Η πλευρά του κινητήρα είναι πιο δύσκολο να εγκατασταθεί από τη σύνδεση της μανιβέλας, βλέπε Εικ.8. Συνεπώς, συνδέουμε πρώτα την πλευρική φλάντζα του κινητήρα. Μόλις εγκατασταθεί ο σύνδεσμος φλάντζας και για τους δύο κινητήρες, όπως φαίνεται στο Σχ. 9, χρησιμοποιούμε δύο κομμάτια ράβδων άνθρακα διαμέτρου 2mm για να συνδέσουμε το πλαίσιο και τη δομή βάδισης αριστερά/δεξιά. Αυτό συμβαίνει στο εικ. 10. Συνολικά, χρησιμοποιούμε 3 κομμάτια ράβδων άνθρακα για να συνδέσουμε αυτές τις οντότητες. Αλλά σε αυτό το βήμα, συνδέουμε μόνο δύο από αυτά, επειδή πρέπει να γυρίσουμε τη μανιβέλα και να προσαρμόσουμε τη σύνδεση μεταξύ της φλάντζας και του στροφάλου. Εάν έχουν τοποθετηθεί 3 κομμάτια ράβδων άνθρακα, θα είναι πιο δύσκολο να προσαρμόσετε τη σχετική θέση και να τα συνδέσετε. Τέλος, έχουμε το τελικό συναρμολογημένο μηχανικό σύστημα, στο Σχ. 11. Επόμενο βήμα, ας δουλέψουμε στα ηλεκτρονικά.

Βήμα 3: Ηλεκτρική σύνδεση

Όλα τα ηλεκτρονικά συστήματα χρειάζονται τροφοδοσία. Μπορούμε να βάλουμε μια μπαταρία 1 κυψέλης κάπου βολικά, για παράδειγμα, κάτω από την πλακέτα κυκλώματος στο Σχ. 1. Η πολικότητα του τροφοδοτικού είναι τόσο κρίσιμη που αξίζει να συζητήσουμε για μια ειδική φιγούρα. Το Σχ.2 επισημαίνει τη σύνδεση της μπαταρίας. Στην πλακέτα ελεγκτή, η πολικότητα επισημαίνεται με "+" και "GND", βλέπε Εικ.3. Όταν εξαντληθεί η μπαταρία, ένα καλώδιο USB χρησιμοποιείται για την επαναφόρτιση της μπαταρίας, δείτε Εικ. 4. Η λυχνία LED που υποδεικνύει "επαναφόρτιση σε εξέλιξη" θα απενεργοποιηθεί αυτόματα όταν η μπαταρία γεμίσει ξανά. Το τελευταίο βήμα είναι να συνδέσετε τις πρίζες του κινητήρα με τους συνδετήρες του κινητήρα στην πλακέτα του ελεγκτή. Υπάρχουν 3 συνδετήρες κινητήρα, επισημασμένοι με τον αριθμό 16 στο Σχ. 3. Στο Σχήμα 5, ο αριστερός κινητήρας συνδέεται με τον αριστερότερο σύνδεσμο με την ένδειξη PWM12 και ο δεξιός κινητήρας συνδέεται με τον μεσαίο συνδετήρα. Επί του παρόντος, η στροφή αριστερά μιας δεξαμενής (διαφορικού οχήματος) είναι σκληρή ως μείωση της ισχύος εισόδου του κινητήρα που συνδέεται με τη θύρα κινητήρα PWM12. Επομένως, ο κινητήρας που είναι συνδεδεμένος στη θύρα PWM12 πρέπει να κινεί τα αριστερά πόδια. Αργότερα θα μετατρέψω όλη τη λειτουργία μίξης σε παραμετροποιήσιμη από το χρήστη. Αν αλλάζουμε την επιλογή του συνδετήρα κινητήρα ή αντιστρέψουμε την κατεύθυνση του συνδετήρα κινητήρα, μπορούμε να διορθώσουμε το πρόβλημα, όπως το Strandbeest που κινείται προς τα πίσω όταν έχει εντολή να προχωρήσει προς τα εμπρός, στρίβοντας λάθος κατεύθυνση, θυμηθείτε ότι ο κινητήρας DC αλλάζει την κατεύθυνση περιστροφής του εάν το καλώδιο εισόδου είναι συνδεδεμένο στην ισχύ ελέγχου με αντίστροφη σειρά.

Βήμα 4: Ρυθμίσεις και λειτουργία εφαρμογής

Κατεβάζουμε πρώτα μια εφαρμογή Android από το Google Play Store, δείτε Εικ.1. Αυτή η εφαρμογή έχει πολλές άλλες λειτουργίες τις οποίες δεν μπορούμε να καλύψουμε σε αυτό το διδακτικό, θα επικεντρωθούμε μόνο στα άμεσα συναφή θέματα για το Strandbeest.

Ενεργοποιήστε τον ελεγκτή bluetooth υλικού, θα εμφανιστεί στη λίστα συσκευών ανακάλυψης. Το μακρύ κλικ θα μας οδηγήσει στη λειτουργία λήψης μέσω αέρα για να "διδαχθούμε" αργότερα. Πριν κάνουμε κλικ και ξεκινήσουμε τον έλεγχο, ας κάνουμε μερικές διαμορφώσεις πρώτα κάνοντας κλικ στην επάνω δεξιά γωνία "Ρυθμίσεις". Στο Σχ.2, είναι κρυμμένο κάτω από το εικονίδιο…. Το σχήμα 3 δείχνει πολλαπλές κατηγορίες ρυθμίσεων. Αυτές οι ρυθμίσεις, που έχουν διαμορφωθεί στην Εφαρμογή, τίθενται σε δράση με τρεις τρόπους: 1) ορισμένες ρυθμίσεις επηρεάζουν μόνο τη λειτουργία της Εφαρμογής, όπως η αριθμητική για να λάβετε την εντολή ελέγχου ισχύος κάθε κινητήρα από την εντολή διεύθυνσης και γκαζιού. Ζουν στην εφαρμογή. Σε μερικές μεταγενέστερες οδηγίες, θα δείξουμε πώς τα αντικαθιστούμε με τα προγράμματα Python/Java. 2) κάποια ρύθμιση αποστέλλεται στο υλικό ως μέρος του πρωτοκόλλου ελέγχου στον αέρα, όπως η εναλλαγή μεταξύ του άμεσου ελέγχου (ο σερβο στρέφει ακριβώς τη γωνία που διατάσσεται) και η πτήση μέσω καλωδίου (η ενσωματωμένη μονάδα λειτουργίας αυτόνομου ελεγκτή λειτουργεί το σερβο κανάλι σύμφωνα με την εντολή του χρήστη και την τρέχουσα στάση) 3) κάποια ρύθμιση θα σταλεί στη Μη-πτητική μνήμη στον ελεγκτή υλικού. Επομένως, το υλικό θα ακολουθεί αυτές τις ρυθμίσεις κάθε φορά που ενεργοποιείται χωρίς να διαμορφώνεται. Ένα παράδειγμα θα είναι το όνομα μετάδοσης bluetooth της συσκευής. Αυτού του είδους οι ρυθμίσεις χρειάζονται έναν κύκλο ισχύος για να τεθούν σε ισχύ. Η πρώτη κατηγορία στην οποία καταδυόμαστε είναι οι "Γενικές ρυθμίσεις" στο Σχήμα 4. Η "Λειτουργία ελέγχου εφαρμογής" στο Σχήμα 5 καθορίζει τι ρόλο παίζει αυτή η εφαρμογή, ένας ελεγκτής για τη συσκευή υλικού μέσω απευθείας σύνδεσης bluetooth. μια γέφυρα μέσω intranet/internet για έλεγχο τηλεπαρουσίας. κλπ. Στη συνέχεια, η σελίδα "Τύπος HW" στο Σχήμα 6 λέει στην εφαρμογή ότι εργάζεστε με διαφορικό όχημα οδήγησης, οπότε πρέπει να επιλεγεί η λειτουργία "δεξαμενή". Διαθέτουμε συνολικά 6 εξόδους PWM. Για το Strandbeest, πρέπει να διαμορφώσουμε το κανάλι 1 έως 4 σύμφωνα με το Σχ. 7. Κάθε κανάλι PWM λειτουργεί σε μία από τις ακόλουθες λειτουργίες: 1) κανονικό σερβο: σερβο RC που ελέγχεται από 1 έως 2ms σήμα PWM 2) σερβο αντίστροφο: ο ελεγκτής θα αντιστρέψει τον έλεγχο χρήστη για την έξοδό του 3) κύκλος λειτουργίας κινητήρα DC: a DC κινητήρα ή κάποια ηλεκτρική συσκευή ισχύος, μπορεί να λειτουργήσει σε λειτουργία κύκλου λειτουργίας, το 0% είναι απενεργοποιημένο, το 100% είναι πάντα ενεργοποιημένο. 4) Αντίστροφος κύκλος λειτουργίας κινητήρα DC: πάλι ο ελεγκτής θα αντιστρέψει τον έλεγχο χρήστη για την έξοδό του Δεδομένου ότι χρησιμοποιούμε τον κινητήρα DC και φροντίζουμε για την κατεύθυνση περιστροφής του κινητήρα κατά σειρά καλωδίωσης υλικού, θα επιλέξουμε τον "κύκλο λειτουργίας κινητήρα DC" για το κανάλι 1 έως 4, βλέπε Εικ.8. Πρέπει επίσης να συγχωνεύσουμε 2 κανάλια PWM σε 1 γέφυρα H, έτσι ώστε να ενεργοποιηθεί ο αμφίδρομος έλεγχος. Αυτό το βήμα φαίνεται στο Σχ. 9. Στη λειτουργία "2 κανάλια PWM σε 1 γέφυρα H", τα κανάλια 1, 3 και 5 χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο και των δύο συσχετισμένων καναλιών. Εισάγει την ανάγκη να επανασχεδιάσετε το χειριστήριο του γκαζιού, τον έλεγχο προς τα κάτω του χειριστηρίου από το προεπιλεγμένο κανάλι του 2 στο κανάλι 3. Επιτυγχάνεται στις ρυθμίσεις του σχήματος 10. Όπως φαίνεται στο Σχ. 11, κάθε κανάλι έχει ρυθμιστεί ώστε να λαμβάνει μία αυθαίρετη πηγή εισόδου.

Bingo, τώρα έχουμε ολοκληρώσει την ελάχιστη απαιτούμενη διαμόρφωση και μπορούμε να επιστρέψουμε στη σελίδα που εμφανίζει ορατή συσκευή bluetooth και να την συνδέσουμε. Στο Σχ. 12, δοκιμάστε να παίξετε το χειριστήριο και μπορούμε να διασκεδάσουμε με αυτό το Strandbeest. Δοκιμάστε να ανεβείτε κάποια κλίση, θυμηθείτε την ανάλυση τριβής μεταξύ τύπων υλικών και διαβάστε την εκτιμώμενη στάση του χειριστηρίου πτήσης, η οποία εμφανίζεται στη σειρά με την ένδειξη "RPY (deg)", οι τέσσερις καταχωρήσεις σε αυτήν τη σειρά είναι ρολό, κλίση, γωνία περιστροφής εκτιμάται από το γυροσκόπιο και το επιταχυνσιόμετρο επί του σκάφους. η τελευταία καταχώρηση είναι η έξοδος πυξίδας με αντιστάθμιση κλίσης.

Μελλοντική εργασία: στις παρακάτω οδηγίες, θα καλύψουμε σταδιακά τη διεπαφή προγραμματισμού, θα επιλέξουμε την αγαπημένη σας γλώσσα Java ή Python για να αλληλεπιδράσετε με το Strandbeest και δεν θα διαβάζετε πλέον την κατάσταση strandbeest από την οθόνη του κινητού τηλεφώνου. Θα ξεκινήσουμε επίσης τον προγραμματισμό στον υπολογιστή linux τύπου RaspberryPi για πιο προηγμένα θέματα προγραμματισμού, δείτε το τελευταίο σχήμα. Checkout https://xiapeiqing.github.io/doc/kits/strandbeest/roboticKits_strandbeest/ για τα μηχανικά μέρη τρισδιάστατης εκτύπωσης και https://github.com/xiapeiqing/m2robots.git για SDK και παράδειγμα κώδικα αν θέλετε να ξεκινήσετε αμέσως Το Ενημερώστε με ποια είναι η γλώσσα προγραμματισμού που επιθυμείτε, αν όχι Java ή Python, μπορώ να προσθέσω νέα έκδοση SDK.

Διασκεδάστε με το hacking και μείνετε συντονισμένοι για τις παρακάτω οδηγίες.