Cardboard Spider (DIY Quadruped): 13 βήματα (με εικόνες)

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

Γεια και πάλι και καλώς ήρθατε στο νέο μου έργο.

Σε αυτό το διδακτικό προσπάθησα να κάνω ένα απλό τετράποδο από υλικά προσιτά σε όλους. Ξέρω ότι για να αποκτήσετε ένα όμορφο τελικό προϊόν χρειάζεστε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή και ίσως ένα CNC, αλλά δεν έχουν όλοι μια από αυτές τις φανταχτερές συσκευές, έτσι προσπάθησα να αποδείξω ότι με απλό υλικό μπορείτε ακόμα να φτιάξετε μερικά ωραία πράγματα.

Έτσι όπως προαναφέρθηκε θα προσπαθήσουμε να φτιάξουμε ένα Τετράποδο. Το πλαίσιο του τετράποδου θα είναι κατασκευασμένο απλώς από κυματοειδές χαρτοκιβώτιο και περιλαμβάνει το πλαίσιο, το μηριαίο οστό και την κνήμη του καθενός από τα τέσσερα πόδια.

Βήμα 1: Γιατί τετράποδο και πώς λειτουργεί;

Πρέπει να πω ότι τα ρομπότ είναι διασκεδαστικά και ενδιαφέροντα. Δεν έχω ξαναφτιάξει ποδομπότ με πόδια και έτσι σκέφτηκα ότι πρέπει να το δοκιμάσω.

Αποφάσισα να φτιάξω ένα τετράποδο πρώτα απ 'όλα επειδή δεν είχα αρκετά σερβο για ένα εξάποδο. Έχω φανταστεί ότι αν μπορείτε να χτίσετε ένα τετράποδο τότε το να χτίσετε ένα εξάποδο θα είναι μόνο ένα βήμα μπροστά. Δεδομένου ότι αυτό είναι το πρώτο μου έργο αυτού του τύπου, δεν ήξερα ακριβώς τι να περιμένω, έτσι σκέφτηκα ότι τα 4 πόδια θα είναι ευκολότερα από τα 6, αλλά όπως διαπίστωσα αργότερα αυτό δεν είναι πάντα αλήθεια.

Το τετράποδο έχει μόνο 4 πόδια για να μην πέσει κάτω όταν σηκωθεί το ένα από τα πόδια, το κέντρο βάρους του ρομπότ πρέπει να μετατοπιστεί στο εσωτερικό του τριγώνου που δημιουργείται ανάμεσα στις άκρες των άλλων τριών ποδιών.

Μια πολύ ωραία περιγραφή όλης αυτής της διαδικασίας μπορείτε να βρείτε εδώ:

Κάθε πόδι του τετράποδου έχει 3 αρθρώσεις για τον έλεγχο της άκρης του ποδιού στο διάστημα. Έτσι, οι αρθρώσεις θα είναι:

- Coxa servo - μεταξύ πλαισίου και μηριαίου οστού

- Σέρβο μηρού - έλεγχος μηριαίου οστού

- Tibia servo - μεταξύ μηριαίου οστού και κνήμης που ελέγχουν την κνήμη

Για να γνωρίζουμε τη γωνία κάθε σερβο για την απαραίτητη θέση της άκρης του ποδιού θα χρησιμοποιήσουμε κάτι που ονομάζεται αντίστροφη κινηματική. Μπορείτε να βρείτε πολλά έγγραφα στο Διαδίκτυο σχετικά με αυτό και πώς να υπολογίσετε τις γωνίες των servos για τη διαφορετική θέση της άκρης του ποδιού. Αλλά στην περίπτωσή μου πήρα τον κώδικα Arduino που δημιουργήθηκε από την RegisHsu (μπορείτε να βρείτε το λεπτομερές τετράποδο διδάσκοντάς του αν το αναζητήσετε) και άλλαξα τις διαστάσεις του ρομπότ και των ποδιών του ρομπότ για να ταιριάζει στο ρομπότ μου και επίσης άλλαξα πρόγραμμα για χρήση τηλεχειριστηρίου για τον έλεγχο του ρομπότ και αυτό είναι όλο.

Βήμα 2: Γιατί να χρησιμοποιήσετε κυματοειδές χαρτοκιβώτιο για το πλαίσιο και τα πόδια;

Πρώτα απ 'όλα είναι ευρέως διαδεδομένο, μπορείτε να το βρείτε οπουδήποτε και αν σας αρέσει να αγοράζετε είναι πολύ φθηνό. Το κυματοειδές χαρτόνι είναι ένα σκληρό, ισχυρό και ελαφρύ υλικό που αποτελείται από τρία στρώματα καφέ χαρτιού kraft και τα περισσότερα κουτιά συσκευασίας είναι κατασκευασμένα από αυτό. Έτσι είναι πολύ εύκολο να βρεις μερικά.

Στην περίπτωσή μου χρησιμοποίησα ένα κουτί παπουτσιών που έχω κόψει και φτιάχνω το πλαίσιο από αυτό. Το χαρτοκιβώτιο που παρέχεται από το κουτί μου είχε πάχος 2 mm, οπότε είναι πολύ λεπτό. Έτσι, για κάθε μέρος του πλαισίου έπρεπε να κόψω τρία πανομοιότυπα μέρη και να τα κολλήσω μαζί με διπλή ταινία. Έτσι, στην πραγματικότητα θα πρέπει να φτιάξουμε 3 πλαίσια για να έχουμε στο τέλος ένα χαρτοκιβώτιο πάχους 6 mm.

Βήμα 3: Απαιτείται μέρος:

Ηλεκτρονικά εξαρτήματα που απαιτούνται για το τετράποδο:

- Μικροελεγκτής Arduino Nano.

- Deek Robot Nano V03 Shield - δεν είναι απαραίτητο, αλλά θα κάνει τη σύνδεση όλων των servos με το Nano Board πολύ πιο εύκολη.

- 12 τεμάχια Tower Pro Micro Servo 9g SG90 - 4 πόδια με 3 αρθρώσεις το καθένα.

- LED - για φως (χρησιμοποίησα έναν παλιό αισθητήρα καμένου χρώματος)

- 1 πομποδέκτης NRF24L01

Απαιτούνται ηλεκτρονικά εξαρτήματα για το τηλεχειριστήριο

- Μικροελεγκτής Arduino Uno.

- 1 πομποδέκτης NRF24L01.

- Joystick

- LED.

- Διάφορες αντιστάσεις.

- Πιέστε το κουμπί.

- Μερικά καλώδια βραχυκυκλωτήρων.

Για το πλαίσιο:

Κυματοειδές φύλλο από χαρτόνι

- Κόφτης

- Βιδωτά προγράμματα οδήγησης

Σκοτ διπλής ταινίας

- Τρίγωνα

- Χάρακας

- Μολύβι

Ας ξεκινήσουμε λοιπόν να χτίζουμε.

Βήμα 4: Ρύθμιση των Servos στους 90 βαθμούς

Πριν ξεκινήσω την κατασκευή του πλαισίου, έπρεπε να συγκεντρώσω όλα τα servos σε 90 μοίρες, έτσι ώστε να είναι ευκολότερο να τα τοποθετήσω αργότερα όταν το πλαίσιο είναι έτοιμο. Έτσι, επισυνάπτω πρώτα το Arduino Nano που προορίζεται για τους Τετράποδους στην ασπίδα Nano και μετά όλα τα servos στην ασπίδα. Στη συνέχεια, το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να ανεβάσετε τον κώδικα και όλα τα servos θα επικεντρωθούν σε θέσεις 90 μοιρών.

Ο κώδικας μπορεί να βρεθεί στο τελευταίο βήμα του εκπαιδευτικού.

Βήμα 5: Δημιουργία πλαισίου

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το πλαίσιο είναι κατασκευασμένο από κυματοειδές χαρτοκιβώτιο που παρέχεται από κουτί παπουτσιών. Το πρότυπο του πλαισίου μπορείτε να το βρείτε στις συνημμένες εικόνες μαζί με τις διαστάσεις του πλαισίου.

Πρώτα έκοψα τις πλευρές του κουτιού για να φτιάξω το πλαίσιο. Έχω πάρει τρία καλά κομμάτια για τα οποία έλαβα υπόψη τον προσανατολισμό του κυματοειδούς στρώματος, έτσι ώστε 2 κομμάτια να έχουν κυματοειδή στρώση κάθετης κυψέλης και ένα οριζόντιο.

Μόλις το χαρτοκιβώτιο ήταν έτοιμο, σχεδιάζω το πρότυπο πλαισίου στο φύλλο χαρτοκιβωτίου που έχει το κάθετο κυματοειδές μέσο. Για να αποκτήσω μια ισχυρότερη πιο άκαμπτη δομή, έκοψα τρία κομμάτια για να τα κολλήσω μεταξύ τους για επιπλέον αντοχή στην κάμψη. Το άνω και το κάτω φύλλο χαρτοκιβωτίου έχουν κάθετο κυματοειδές στρώμα, ενώ το φύλλο χαρτιού από χαρτόνι θα είναι οριζόντιο κυματοειδές στρώμα.

Πριν κολλήσω τα τρία κομμάτια πλαισίου μαζί, ετοίμασα τον βραχίονα σερβοκινητήρων και σχεδιάζω τη θέση κάθε σερβοκινητήρα coxa για μελλοντική σωστή τοποθέτηση.

Τώρα που ξέρω πού πρέπει να τοποθετηθούν τα σερβο coxa κόλλησα τα τρία κομμάτια μεταξύ τους.

Τώρα το πλαίσιο έχει τελειώσει.

Βήμα 6: Προσάρτηση του Coxa Servos στο πλαίσιο

Για να στερεώσω πρώτα τα servos, έκανα μια τρύπα στην επισημασμένη θέση έτσι ώστε να περάσει η βίδα στερέωσης για τον βραχίονα σερβο, και να ασφαλίσω το σερβο στο πλαίσιο.

Χρησιμοποιώντας τις βίδες που παρέχονται από τους σερβοκινητήρες, έχω συνδέσει τους βραχίονες των σερβοκινητήρων coxa στο πλαίσιο. Το coxa σχηματίζεται από δύο servos κολλημένα μεταξύ τους με διπλή ταινία και ενισχυμένα με λάστιχο για κάθε περίπτωση. Το ένα σερβο θα είναι προσανατολισμένο προς τα κάτω με τον άξονα σε κάθετη θέση και θα είναι προσαρτημένο στο πλαίσιο και το άλλο θα είναι προσανατολισμένο με τον άξονα σε οριζόντια θέση και θα είναι προσαρτημένο στην εσωτερική πλευρά του μηριαίου οστού.

Τέλος, για να στερεώσετε το σερβο coxa στο πλαίσιο, βιδώνεται η βίδα στερέωσης.

Βήμα 7: Χτίζοντας το μηριαίο οστό

Χρησιμοποιήθηκε η ίδια διαδικασία κοπής χαρτοκιβωτίων. Κάθε μηριαίο οστό θα δημιουργηθεί από τρία φύλλα χαρτοκιβωτίων κολλημένα μεταξύ τους. Το οριζόντιο κυματοειδές στρώμα θα τοποθετηθεί μεταξύ των φύλλων από χαρτόνι του κάθετου κυματοειδούς στρώματος.

Βήμα 8: Χτίζοντας την κνήμη

Για την ίδια κνήμη έκοψα τρία πρότυπα για κάθε κνήμη, αλλά αυτή τη φορά ο προσανατολισμός του κυματοειδούς στρώματος ήταν κάθετος για να δώσει καλύτερη διαμήκη αντοχή στην κνήμη.

Μόλις κόπηκαν τα τρία πρότυπα, τα κόλλησα μαζί κάνοντας επίσης την τρύπα για να χωρέσει το σερβο της κνήμης.

Τοποθέτησα το σερβο στην κνήμη και ο βραχίονας του σερβού στερεώθηκε στο σερβο με τη βίδα στερέωσης μέσω της οπής που έγινε στο μηριαίο οστό με τέτοιο τρόπο ώστε να συνδέεται το μηριαίο οστό με την κνήμη.

Βήμα 9: Τοποθέτηση όλων μαζί

Τώρα που δημιουργήθηκαν όλα τα μέρη του πλαισίου και των ποδιών, τα ένωσα όλα μαζί έτσι ώστε το συγκρότημα άρχισε να μοιάζει με τετράποδο.

Βήμα 10: Εγκατάσταση των ηλεκτρονικών και ρύθμιση των συνδέσεων

Πρώτα το Arduino Nano μαζί με το Deek Robot Shield πρέπει να χωρέσουν στο πλαίσιο. Για αυτό πήρα την ασπίδα και έσπρωξα το πλαίσιο με 4 οπές για να στερεώσω το Deek Robot Shield στο πλαίσιο χρησιμοποιώντας 4 μπουλόνια και παξιμάδια.

Τώρα «ο εγκέφαλος είναι προσκολλημένος στο σώμα»: D. Στη συνέχεια, ένωσα όλα τα servos στο Deek Nano Shield.

Η σύνδεση των servos είναι πολύ εύκολη αφού η ασπίδα έχει δημιουργήσει ειδικά τρεις ακίδες (Signal, VCC, GND) για κάθε ψηφιακή και αναλογική ακίδα Arduino Nano, επιτρέποντας μια τέλεια και εύκολη σύνδεση των micro servos. Κανονικά χρειαζόμαστε έναν οδηγό κινητήρα για να εξυπηρετεί servos με το Arduino επειδή δεν είναι σε θέση να αντιμετωπίσει τους ενισχυτές που απαιτούνται από τους κινητήρες, αλλά στην περίπτωσή μου αυτό δεν ισχύει επειδή τα μικρο σερβο 9g είναι αρκετά μικρά για να τα χειριστεί το Arduino Nano.

Τα servos ποδιών θα συνδεθούν ως εξής:

Πόδι 1: (Εμπρός αριστερό πόδι)

Coxa - Arduino Nano Digital Pin 4

Femur - Arduino Nano Digital Pin 2

Tibia - Arduino Nano Digital Pin 3

Πόδι 2: (Πίσω αριστερό πόδι)

Coxa - Arduino Nano Analog Pin A3

Femur - Arduino Nano Analog Pin A5

Tibia - Arduino Nano Analog Pin A4

Πόδι 3: (Εμπρός δεξί πόδι)

Coxa - Arduino Nano Analog Pin 10

Femur - Arduino Nano Analog Pin 8

Tibia - Arduino Nano Analog Pin 9

Πόδι 4: (Πίσω δεξί πόδι)

Coxa - Arduino Nano Digital Pin A1

Femur - Arduino Nano Digital Pin A0

Tibia - Arduino Nano Digital Pin A2

Σύνδεση του LED για εφέ φωτισμού

Σκέφτηκα ότι θα ήταν ωραίο να βάζω λίγο φως στο τετράποδο, ώστε να έχω και παλιό αισθητήρα χρώματος που δεν λειτουργεί πια (κατάφερα να το κάψω: D), αλλά τα LED εξακολουθούν να λειτουργούν, αφού είναι τέσσερα LED μια μικρή σανίδα και είναι πολύ φωτεινά αποφάσισα να χρησιμοποιήσω τον αισθητήρα χρώματος για να δώσω στο τετράποδο κάποιο εφέ φωτός. Επίσης, τέσσερα, το κάνει να φαίνεται λίγο πιο κοντά σε μια αράχνη.

Έτσι, έχω συνδέσει το VCC του αισθητήρα χρώματος στο Arduino Nano Pin D5 και το GND του αισθητήρα στο GND του Arduino Nano. Καθώς ο μικρός πίνακας έχει ήδη κάποιες αντιστάσεις που χρησιμοποιούνται για το LED, δεν χρειάστηκε να βάλω άλλη αντίσταση σε σειρά με το LED. Όλες οι άλλες καρφίτσες δεν θα χρησιμοποιηθούν αφού ο αισθητήρας έχει καεί και χρησιμοποιώ απλώς τα LED από τη μικρή πλακέτα.

Συνδέσεις για μονάδα NRF24L01.

- Το GND της ενότητας πηγαίνει στο GND της ασπίδας Arduino Nano

- Το VCC πηγαίνει στην ακίδα Arduino Nano 3V3. Προσέξτε να μην συνδέσετε το VCC με τα 5V του ψωμιού, καθώς κινδυνεύετε να καταστρέψετε τη μονάδα NRF24L01

- Η καρφίτσα CSN πηγαίνει στο Arduino Nano D7.

- Η καρφίτσα CE πηγαίνει στο Arduino Nano D6.

- Ο πείρος SCK πηγαίνει στο Arduino Nano D13.

- Η καρφίτσα MOSI πηγαίνει στο Arduino Nano D11.

- Ο πείρος MISO πηγαίνει στο Arduino Nano D12.

- Ο πείρος IRQ δεν θα συνδεθεί. Να είστε προσεκτικοί εάν χρησιμοποιείτε διαφορετικό πίνακα από το Arduino Nano ή το Arduino Uno, οι ακίδες SCK, MOSI και MISO θα είναι διαφορετικές.

- Θα χρειαστεί επίσης να κατεβάσετε τη βιβλιοθήκη RF24 για αυτήν την ενότητα. Μπορείτε να το βρείτε στον ακόλουθο ιστότοπο:

Ως τροφοδοτικό για την αράχνη χρησιμοποίησα έναν προσαρμογέα τοίχου 5V (1A). Δεν έχω καμία διαθέσιμη μπαταρία και αυτός ήταν ο μόνος διαθέσιμος προσαρμογέας τοίχου, ο οποίος πιστεύω ότι θα είναι καλύτερος και ισχυρότερος τουλάχιστον από 2Α, αλλά δεν έχω, οπότε έπρεπε να χρησιμοποιήσω τη μόνη που έχω Το Θα είναι πολύ πιο ωραίο αν χρησιμοποιείτε μπαταρία li-po έτσι ώστε το ρομπότ να είναι ελεύθερο, χωρίς συνδεδεμένο καλώδιο.

Προκειμένου να έχω ένα πιο σταθερό τροφοδοτικό στον πίνακα, έχω συνδέσει έναν πυκνωτή 10microF μεταξύ ακίδων 5V και GND του Deek Robot Nano Shield, γιατί παρατήρησα ότι όταν όλα τα servos όπου είναι υπό φόρτωση το Arduino Nano θα επανεκκινηθεί, ενώ η προσθήκη του πυκνωτή έλυσε το πρόβλημα.

Βήμα 11: Χτίζοντας το εξώφυλλο

Καθώς ήθελα το κάλυμμα όσο το δυνατόν ελαφρύτερο, το έκανα μόνο από ένα στρώμα από κυματοειδές φύλλο χαρτοκιβωτίου 2 mm επειδή δεν χρειάζεται καμία ενίσχυση, καθώς κανένα φορτίο δεν θα το επηρεάσει.

Έκοψα ένα κομμάτι χαρτοκιβώτιο σε σχήμα και διαστάσεις όπως μπορείτε να δείτε στην εικόνα και το έχω προσαρτήσει στο πλαίσιο με τα ίδια παξιμάδια που ασφαλίζουν το Arduino Nano Shield κάτω από το πλαίσιο. Στην επάνω πλευρά τα δύο κομμάτια θα έρθουν κολλημένα το ένα πάνω στο άλλο με διπλή ταινία. Προσπάθησα να τυλίξω όλα τα καλώδια μέσα, έτσι ώστε τα τετράποδα να φαίνονται όσο το δυνατόν καλύτερα.

Τώρα το τετράποδο έχει τελειώσει. Ας περάσουμε στο τηλεχειριστήριο.

Βήμα 12: Τηλεχειριστήριο

Για το τηλεχειριστήριο χρησιμοποιώ το ίδιο τηλεχειριστήριο από το προηγούμενο έργο μου Maverick τηλεχειριζόμενο αυτοκίνητο, μόνο που έβγαλα το γράφημα το οποίο σε αυτό το έργο δεν χρειάζεται. Αλλά απλώς αν χάσατε αυτήν την κατασκευή, το έγραψα ξανά εδώ.

Καθώς χρησιμοποιώ για το χειριστήριο ένα Arduino Uno, έχω συνδέσει το Uno σε μια σανίδα ψωμιού με μερικά λαστιχάκια για να μην κινούμαι.

- Το Arduino Uno θα τροφοδοτείται από μπαταρία 9V μέσω της υποδοχής.

- Καρφίτσα Arduino Uno 5V στη ράγα 5V του ψωμιού

-Καρφίτσα Arduino Uno GND στη ράγα GND της σανίδας ψωμιού.

Ενότητα NRF24L01.

- Το GND της ενότητας πηγαίνει στο GND της σιδηροτροχιάς

- Το VCC πηγαίνει στην ακίδα Arduino Uno 3V3. Προσέξτε να μην συνδέσετε το VCC με τα 5V του ψωμιού, καθώς κινδυνεύετε να καταστρέψετε τη μονάδα NRF24L01

- Η καρφίτσα CSN πηγαίνει στο Arduino Uno D8.

- Η καρφίτσα CE πηγαίνει στο Arduino Uno D7.

- Ο πείρος SCK πηγαίνει στο Arduino Uno D13.

- Η καρφίτσα MOSI πηγαίνει στο Arduino Uno D11.

- Ο πείρος MISO πηγαίνει στο Arduino Uno D12.

- Ο πείρος IRQ δεν θα συνδεθεί. Να είστε προσεκτικοί εάν χρησιμοποιείτε διαφορετικό πίνακα από το Arduino Nano ή το Arduino Uno, οι ακίδες SCK, MOSI και MISO θα είναι διαφορετικές.

Ενότητα Joystick

- Η μονάδα χειριστηρίου αποτελείται από 2 ποτενσιόμετρα, οπότε είναι πολύ παρόμοια με τις συνδέσεις.

- καρφίτσα GND στη ράγα GND της σανίδας ψωμιού.

- Καρφίτσα VCC στη ράγα 5V της σανίδας ψωμιού.

- Καρφίτσα VRX στην ακίδα Arduino Uno A3.

- Καρφίτσα VRY στην καρφίτσα Arduino Uno A2.

LED

- Το κόκκινο LED θα συνδεθεί σε σειρά με αντίσταση 330Ω στο Arduino Uno pin D4.

- Το πράσινο LED θα συνδεθεί σε σειρά με αντίσταση 330Ω στο Arduino Uno pin D5.

Κουμπιά ώθησης

- Το ένα από τα κουμπιά θα χρησιμοποιηθεί για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του τετράποδου φωτός και το άλλο δεν θα χρησιμοποιηθεί.

- Το κουμπί LIGHT θα συνδεθεί στην ακίδα D2 του Arduino Uno. Το κουμπί πρέπει να τραβηχτεί με αντίσταση 1k ή 10k η τιμή δεν είναι σημαντική.

- Το υπόλοιπο κουμπί θα συνδεθεί με τον ακροδέκτη D3 του Arduino Uno. Το ίδιο το κουμπί πρέπει να τραβηχτεί με αντίσταση 1k ή 10k. (δεν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για αυτό το έργο)

Αυτό είναι που έχουμε συνδέσει όλα τα ηλεκτρικά μέρη.

Βήμα 13: Κωδικοί IDE Arduino

Για αυτό το μέρος υπάρχουν λίγοι κώδικες που έχω χρησιμοποιήσει.

Leg_Initialization - χρησιμοποιήθηκε για το κέντρο των servos σε θέση 90 μοιρών.

Spider_Test - χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο των σωστών λειτουργιών, όπως περπάτημα προς τα εμπρός, πίσω, στροφή

Αράχνη - θα χρησιμοποιηθεί για την Αράχνη

Τηλεχειριστήριο αράχνης - θα χρησιμοποιηθεί για τον ελεγκτή αράχνης

Πρέπει να αναφέρω ότι ο κώδικας για το Spider προσαρμόστηκε και τροποποιήθηκε μετά τον κώδικα από το RegisHsu [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED) και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο θα ήθελα να ευχαριστήσω τον RegisHsu για την καλή του δουλειά.

Λοιπόν, όλα λέγονται ελπίζω να σας άρεσε η Αράχνη μου.