DIY Hexapod: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Σε αυτό το διδακτικό θα σας δώσω τον βήμα προς βήμα οδηγό για τη δημιουργία ενός bluetooth, τηλεχειριζόμενου Hexapod.

Πρώτον, αυτό είναι ένα μεγάλο εξάποδο και για να το μετακινήσετε θα χρειαστείτε 12 ισχυρούς σερβοκινητήρες (MG995) και για να χειριστείτε αυτήν την ποσότητα σημάτων PWM (για τον έλεγχο κάθε κινητήρα) ο ευκολότερος τρόπος για να το κάνετε είναι να χρησιμοποιήσετε ένα Arduino Mega 2560 Πρέπει να σημειωθεί ότι χρησιμοποιήθηκε επιπλέον εξοπλισμός, όπως τρισδιάστατοι εκτυπωτές και μηχανή κοπής WaterFlow. Τώρα θα βρείτε όλα τα υλικά που χρησιμοποιούνται και τα βήματα που θα χρειαστείτε για να φτιάξετε ένα από αυτά τα ρομπότ.

Βήμα 1: Τι θα χρειαστείτε

Εξοπλισμός

Συγκολλητικό σίδερο, μηχανή τρισδιάστατης εκτύπωσης, μηχανή κοπής νερού.

Υλικό

• Νήμα τρισδιάστατης εκτύπωσης PLA
• πυρίτιο,
• χαλύβδινο pedacer
• Βίδες M3X20
• Βίδες M3X10
• Μ3 καρύδια
• Μ3 ροδέλες
• Ρουλεμάν 623zz
• Λογισμικό CAD

Συστατικά

• (12) Σερβοκινητήρες MG995
• (2) μπαταρίες 9V
• (1) Μπαταρία 6V, 7Amps
• Κάμερα GoPro
• Arduino MEGA
• Arduino NANO
• (2) Joysticks
• (2) μονάδα Bluetooth HC-05
• (1) Ποτενσιόμετρο 10K

Βήμα 2: Μηχανική & Σχεδιασμός των εξαρτημάτων που θα χρειαστείτε

Μηχανικός σχεδιασμός

Ο μηχανικός σχεδιασμός ξεκινά από τον αριθμό των σερβοκινητήρων που θα χρησιμοποιηθούν ανά πόδι. Σε αυτό το έργο αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθούν 2 servos ανά σκέλος, δίνοντάς του μεγαλύτερο αριθμό ελευθερίας και κάνοντας τη φυσικότητά του αξιοσημείωτη. Είναι σαφές να αναφέρουμε ότι σε κάθε τύπο μηχανισμών, μηχανών ή ρομπότ όσο περισσότερους βαθμούς ελευθερίας έχετε, τόσο μεγαλύτερη είναι η φυσικότητα των κινήσεων και των ενεργειών σας. Στο πλαίσιο αυτού του έργου, απαιτήσεις και περιορισμοί, υπάρχουν 12 ενεργοποιητές που πρέπει να χρησιμοποιηθούν, 2 ανά σκέλος. Όπως αναφέρθηκε, οι κινητήρες servos θα είναι τα κύρια συστατικά των ποδιών, ας πούμε ότι είναι εκείνα τα σημεία που αντιπροσωπεύουν τις αρθρώσεις του ρομπότ. Με τον οποίο ενεργοποιούνται διαφορετικές κινήσεις προς το μηχάνημα που, μαζί, θα προσομοιώσουν την κίνηση κάνοντας το να περπατήσει. Με βάση τις διαστάσεις των προαναφερθέντων σερβοκινητήρων, σχεδιάζεται ένα περίβλημα στο οποίο είναι τοποθετημένος αυτός ο τύπος ενεργοποιητή. Οι διαστάσεις αυτού παρέχουν σημεία αναφοράς για το σχεδιασμό ενός συστήματος στερέωσης, για τα υποστηρικτικά στοιχεία και τους συνδετήρες για αυτό που θα αποτελεί το πόδι στο σύνολό του. Ο ένας από τους σερβοκινητήρες τοποθετείται κάθετα και ο άλλος οριζόντια, αυτό οφείλεται κυρίως στην κατεύθυνση προς την οποία ο άξονας του περιστρέφεται και ενεργοποιεί το στοιχείο στο οποίο βιδώνεται και έτσι αναπτύσσει την κίνηση σε x ή y, απαραίτητη για το περπάτημα το εξάποδο. Κοιτάζοντας τις φιγούρες και τις εικόνες, μπορείτε να δείτε τα σημεία όπου είναι συναρμολογημένα στην κύρια βάση, που είναι οι πλάκες, του ρομπότ. Αν ρίξετε μια ματιά στον σερβοκινητήρα σε όρθια θέση, θα δείτε ότι βρίσκεται ανάμεσα στις δύο πλάκες. Το ένα βιδώνεται στο πάνω μέρος και το άλλο στο κάτω. Από εκεί, οι σύνδεσμοι και οι ράβδοι θα διευκολύνουν την υποστήριξη του δεύτερου σερβοκινητήρα σε οριζόντια θέση, από την οποία λειτουργούν 4 διαφορετικοί τύποι συνδετήρων ως μέρος του ποδιού. Αυτά επιτρέπουν τη μηχανική κίνηση που προσομοιώνει και ενεργοποιεί την ανύψωση και κίνηση αυτού του στοιχείου. που περιλαμβάνει αυτές τις δύο ράβδους που συγκρατούν το μεγαλύτερο εξάρτημα του ποδιού, πάνω στο οποίο στηρίζεται και αφήνει σχεδόν όλο το βάρος του ρομπότ.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, υπάρχουν περιορισμοί που καθορίζουν το σχεδιασμό σας. Μπορούν να είναι διαφορετικοί τύποι είτε μηχανικοί, οικονομικοί είτε άλλοι βασικοί πόροι για τη λειτουργία του μηχανήματός σας. Αυτά τα μηχανικά στοιχεία. σε αυτή την περίπτωση οι σερβοκινητήρες, καθόρισαν τις διαστάσεις του ρομπότ. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο σχεδιασμός που προτείνεται σε αυτό το εγχειρίδιο έχει τέτοιες διαστάσεις, καθώς ξεκινούν κυρίως από τους επιλεγμένους ενεργοποιητές και χειριστή, στους οποίους προστέθηκε αργότερα μια μεγάλη μπαταρία.

Είναι σημαντικό να πούμε ότι ο μηχανικός σχεδιασμός δεν έχει οριστεί να επαναληφθεί όπως προτείνεται. Αυτό μπορεί ακόμη και να βελτιστοποιηθεί μέσω προσομοιώσεων τάσης και κόπωσης των κύριων στοιχείων, ράβδων και / ή συνδετήρων. Λαμβάνοντας υπόψη την επιλεγμένη μέθοδο κατασκευής, την πρόσθετη κατασκευή, μπορείτε να αξιοποιήσετε στο έπακρο το σχεδιασμό, την προσομοίωση και την εκτύπωση του στερεού που ταιριάζει καλύτερα στα φορτία και την εφαρμογή σας. Λαμβάνοντας πάντα υπόψη τα βασικά στοιχεία στήριξης, συνδετήρες και ρουλεμάν, για ό, τι χρειάζεστε. Αυτό ανάλογα με τον ρόλο που παίζουν στον μηχανισμό. Θα πρέπει λοιπόν να σκεφτείτε τις προδιαγραφές αυτών των στοιχείων ώστε να έχουν την κατάλληλη θέση σε συνδυασμό με τα άλλα κομμάτια του ποδιού.

Βήμα 3: Σχεδιασμός ηλεκτρονικών

2 PCB όπου έχουν σχεδιαστεί για το ρομπότ.

1 είναι η κύρια πλακέτα που θα τοποθετηθεί στο ρομπότ και η δεύτερη είναι για τα ηλεκτρονικά στο τηλεχειριστήριο. Το PCB σχεδιάστηκε χρησιμοποιώντας το λογισμικό Fritzing και στη συνέχεια κατεργάστηκε χρησιμοποιώντας CNC Router για χάραξη PCB.

Το κύριο PCB περιλαμβάνει το Arduino Mega καθώς και τη μονάδα bluetooth, όλα τα σερβο είναι επίσης συνδεδεμένα και χρησιμοποιώντας δύο γραμμές τροφοδοσίας που προέρχονται απευθείας από την μπαταρία σε 2 βιδωτούς ακροδέκτες.

Το τηλεχειριστήριο PCB έχει περισσότερα εξαρτήματα αλλά είναι πιο συμπαγές, ξεκινώντας από την τοποθέτηση του Arduino Nano, σε αυτό συνδέονται τα δύο χειριστήρια για τον έλεγχο της κατεύθυνσης και των κινήσεων του Hexapod, ένα κουμπί με την κατάλληλη αντίσταση 220Ohms, ένα ποτενσιόμετρο για να ρυθμίσετε το ύψος του ρομπότ και τη μονάδα bluetooth του HC05. Όλος ο πίνακας τροφοδοτείται με μπαταρία 9V και τα στοιχεία σε αυτό τροφοδοτούνται με την έξοδο 5v της πλακέτας Arduino.

Μετά το σχεδιασμό, το PCB μπορεί να κατασκευαστεί με το ειδικό εργαλείο επεξεργασίας CNC PCB και στη συνέχεια να προχωρήσετε στην εγκατάσταση όλων των εξαρτημάτων στις σανίδες.

Βήμα 4: Βήμα 4: Συναρμολόγηση

Αφού διαθέσετε όλα τα τυπωμένα μέρη, βίδες και ρουλεμάν καθώς και τα εργαλεία για τη συναρμολόγηση του ρομπότ, μπορείτε να ξεκινήσετε με τη συναρμολόγηση των αντίστοιχων τμημάτων, λαμβάνοντας υπόψη ότι οι βάσεις των κάθετων σερβιτόρων συναρμολογούνται με επάνω και κάτω πλάκα., 6 από αυτά τα κομμάτια με ένα σερβοκινητήρα μέσα τους. Τώρα η σύζευξη στον άξονα του σερβοκινητήρα είναι βιδωμένη και σε αυτό συνδέεται το κομμάτι: "JuntaServos" που στο αντίστοιχο του θα είχε το αντίστοιχο ρουλεμάν για να διευκολύνει την περιστροφή μεταξύ των δύο μερών. Στη συνέχεια, θα συνδεθεί με το δεύτερο σερβο, το οριζόντιο σερβο και το αντίστοιχο σετ ράβδων που συνδέονται με τα άλλα 2 τμήματα, συνδέοντας απευθείας με το χαλύβδινο άκρο. Και οι δύο βιδώθηκαν με τις υποδεικνυόμενες βίδες. Για να τελειώσετε με το πόδι, το άκρο που είναι τυπωμένο σε PLA εισάγεται υπό πίεση.

Αυτή η διαδικασία πρέπει να επαναληφθεί 6 φορές για να συναρμολογηθούν τα 6 πόδια που υποστηρίζουν και ενεργοποιούν το ρομπότ. Τελικά; τοποθετήστε την κάμερα στην επάνω πλάκα, προσαρμόζοντάς την όπως επιθυμεί ο χρήστης.

Βήμα 5: Βήμα 5: Κωδικοποίηση

Σε αυτήν την ενότητα θα περιγραφεί λίγο πώς λειτουργεί ο κώδικας. και πρόκειται να χωριστεί σε δύο μέρη, τον κωδικό του τηλεχειριστηρίου και τον κωδικό του εξάποδου.

Πρώτα ο ελεγκτής. Θέλετε να διαβάσετε τις αναλογικές τιμές των ποτενσιόμετρων στα χειριστήρια, Συνιστάται αυτές οι τιμές να φιλτράρονται και να επαρκούν για να ληφθούν οι τιμές μόνο όταν αυτές αλλάζουν εκτός του εύρους που καθορίζεται στον κώδικα. Όταν συμβεί αυτό, μια τιμή τύπου συστοιχίας χαρακτήρων αποστέλλεται χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση Arduino Serial.write μέσω bluetooth για να υποδείξει ότι μία από τις τιμές έχει αλλάξει για να είναι σε θέση να κάνει κάτι μόλις το λάβει η άλλη μονάδα bluetooth.

Τώρα ο κωδικός Hexapod μπορεί επίσης να χωριστεί σε 2 μέρη.

Το πρώτο μέρος είναι εκεί όπου ορίζονται οι λειτουργίες που θα γίνουν σύμφωνα με τα μηνύματα που λαμβάνει το bluetooth και το άλλο μέρος είναι όπου γίνεται το απαραίτητο για να δημιουργηθούν οι λειτουργίες που εκτελεί το εξάποδο, όπως το βάδισμα προς τα εμπρός, πίσω, στροφή, άλλα Το πρώτο Αυτό που θέλετε να κάνετε στον κώδικα είναι να ορίσετε τις απαραίτητες μεταβλητές για τη λειτουργία τόσο της επικοινωνίας bluetooth όσο και των λειτουργιών των servos και των κινήσεών τους σε κάθε πόδι.

η συνάρτηση Serial.readBytesUntil χρησιμοποιείται για την απόκτηση ολόκληρου του πίνακα χαρακτήρων, που είναι 6, όλες οι εντολές έχουν 6 χαρακτήρες, κάτι που είναι πολύ σημαντικό να ληφθεί υπόψη. Στα φόρουμ του Arduino μπορείτε να βρείτε αναφορές σχετικά με τον τρόπο επιλογής των βέλτιστων παραμέτρων έτσι ώστε να λαμβάνεται σωστά το μήνυμα. Μετά τη λήψη ολόκληρου του μηνύματος, συγκρίνεται με τη συνάρτηση strcmp () και ένα σύνολο συναρτήσεων if που αποδίδουν τιμές σε μια μεταβλητή χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την εκχώρηση της συνάρτησης ενός εξάποδου σε μια λειτουργία διακοπτών.

Υπάρχουν επιπλέον λειτουργίες, οι οποίες μία από αυτές όταν λαμβάνει την εντολή "POTVAL" αλλάζει το ύψος του ρομπότ, μια άλλη λειτουργία αλλάζει το σχετικό ύψος κάθε ποδιού και τη στατική περιστροφή του, αυτό επιτυγχάνεται με το χειριστήριο και όταν πατηθεί το κουμπί στο χειριστήριο, η εντολή "BOTTON" λαμβάνεται στον κωδικό εξάποδου και αλλάζει την ταχύτητα κίνησης του εξάποδου.

Βήμα 6: Δοκιμή

Στο παρακάτω βίντεο φαίνεται πώς εξελίχθηκε το Hexapod με την πάροδο του χρόνου και να δείτε τις δοκιμές και το τελικό αποτέλεσμα.