GorillaBot - автономный четырехногий спринтерский робот Arduino, напечатанный на 3D-принтере: 9 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Каждый год в Тулузе (Франция) проходит гонка Toulouse Robot Race # TRR2021.

Гонка состоит из 10-метрового автономного спринта для двуногих и четвероногих роботов.

Текущий рекорд, который я собираю для четвероногих, - 42 секунды на 10-метровый спринт.

Помня об этом, я должен был разработать план создания робота, который, как я думал, сможет победить его, чтобы стать новым действующим чемпионом !!!

Ищу немного вдохновения у другого участника Instructables «jegatheesan.soundarapandian» и прошлогоднего победителя Тулузской гонки роботов «Oracid 1», которые оба, кажется, любят разрабатывать и делиться учебными пособиями по созданию четвероногих. Я начал с того, что копировал этот дизайн и делал его немного больше!

Конструкция основана на механизме соединения с пятью стержнями для каждой ноги 2 сервопривода приводят в действие каждую ногу, всего 8 сервоприводов.

Правила гласят, что кроме сигнала старта вся гонка должна проводиться роботом автономно, поэтому мне пришлось придумать легкую систему, чтобы держать робота на ходу, в этом случае я использовал магнитометр QMC5883L (цифровой компас), поэтому он мог сохранять верность своей ориентации, ультразвуковой датчик HC-SR04 на случай, если робот действительно испортится и начнет ударяться о стену под углом 90 градусов, и я просто использовал счетчик шагов в коде, чтобы сказать ему, сколько шагов он должен сделать на 10 метров.

Если вы заинтересованы в создании этого робота, не волнуйтесь, у этой обезьяны все продумано!

100% поддержка бесплатного 3D-печати Body:

Все, кроме электроники и винтов для крепления электроники, можно распечатать на 3D-принтере, используются те же маленькие винты с крестообразным шлицем, все, что вам понадобится, это небольшая крестовая отвертка для сборки робота.

Простая электроника plug and play:

не требуется сложная пайка

Разумное время печати:

Он может выглядеть большим и внушительным, но у него всего 15 часов печати (хорошо, для некоторых это долгое время: D)

Разумные требования к объему сборки:

Его можно напечатать на относительно небольшом принтере, требующем всего объема сборки L: 150 мм x W: 150 мм x H: 25 мм.

Общая стоимость робота:

Один только робот стоит около 75 долларов, чтобы собрать включенное зарядное устройство.

Контроллер, напечатанный на 3D-принтере (необязательно), необходим, если вы хотите такую же настройку, как и я.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ:

Источник питания 5V 3A, который я использовал, не лучшее решение, так как для этого робота, чтобы ходить, все 8 сервоприводов должны работать одновременно, и, следовательно, они потребляют довольно много тока, не волнуйтесь, у меня робот не загорелся или что-то еще но ожидайте, что силовой транзистор довольно сильно нагреется, я бы не рекомендовал использовать робота более 2 минут за раз, давая ему остыть между запусками, чтобы избежать нежелательного повреждения сервозащиты.

Если у кого-то из вас есть решение этой проблемы, ваш вклад будет очень признателен!

Запасы

ПРИНАДЛЕЖНОСТИ ДЛЯ РОБОТА:

• 8x Tower Pro MG90S аналоговый сервопривод 180 градусов (Aliexpress / Amazon)
• 1x беспроводная плата управления сервоприводом Sunfounder (Sunfounder Store / RobotShop)
• 1x Arduino NANO (Aliexpress / Amazon)
• 1x модуль приемопередатчика NRF24L01 (вам это не нужно, если вы не используете контроллер) (Aliexpress / Amazon)
• 1x магнитометр (цифровой компас) QMC5883L GY-273 (Aliexpress / Amazon)
• 1x ультразвуковой датчик HC-SR04 (Aliexpress / Amazon)
• 2 литий-ионных аккумулятора 18650 3,7 В (Aliexpress / Amazon)
• 1x 18650 двойной держатель батареи с выключателем (Aliexpress / Amazon)
• 1x 18650 литий-ионное зарядное устройство (Aliexpress / Amazon)
• 4x соединительных кабеля dupont между женщинами и женщинами длиной 10 см (Aliexpress / Amazon)
• 4x соединительных кабеля dupont между женщинами и женщинами длиной 20 см (Aliexpress / Amazon)
• 10 винтов 2 мм x 8 мм (такие же, как винты в пакете сервоприводов) (Aliexpress / Amazon)

КОНТРОЛЛЕР:

Чтобы управлять этим роботом вручную, вам понадобится 3D-печатный контроллер Arduino (ссылка здесь)

Робот также может быть полностью автономным, поэтому контроллер не является обязательным.

ПЛАСТИКА:

Детали могут быть напечатаны из PLA, PETG или ABS.

!! Обратите внимание: катушки 500 г более чем достаточно для печати 1 робота !!

3Д ПРИНТЕР:

Минимальная необходимая платформа для сборки: Д150мм x Ш150мм x В25мм

Подойдет любой 3d-принтер. Я лично распечатал детали на Creality Ender 3, недорогом 3D-принтере стоимостью менее 200 $. Распечатки получились идеально.

Шаг 1: 3D-печать деталей

Итак, пришло время для печати … Ага!

Я тщательно спроектировал все детали для 3D-печати без каких-либо вспомогательных материалов, необходимых для печати.

Все части доступны для скачивания на сайте thingiverse (ссылка здесь)

Все детали были напечатаны на Creality Ender 3

• Материал: ПЭТГ
• Высота слоя: 0,3 мм
• Заполнение: 15%
• Диаметр сопла: 0,4 мм

Список запчастей выглядит следующим образом:

• 1x БАЗОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
• 1x БАЗА НАЗАД
• 1x БАЗА ПЕРЕДНЯЯ ЧАСТЬ
• 8x ЦИРКУЛЯРНЫЙ ПИН L1
• 4x ЦИРКУЛЯРНЫЙ КОНТАКТ L2
• 4x ЦИРКУЛЯРНЫЙ ПИН L3
• 4x ЦИРКУЛЯРНЫЙ ПИН L4
• 8x БЕДРО СЕРВО
• 8x БЕДРО
• 8x CALF EXT
• 8x ИНТ.
• 8x НОЖКА
• 4x КВАДРАТНЫЙ ЗАЖИМ
• 44x ЦИРКУЛЯРНЫЙ ЗАЖИМ

Файлы доступны в виде отдельных частей и групповых частей.

Для быстрой печати просто распечатайте каждый файл GROUP.stl один раз.

Шаг 2: Сборка корпуса GorillaBot

Все инструкции по сборке изображены на видео по сборке выше:

1. Поместите ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ШТИФТ L1 в отверстие переднего левого держателя сервопривода BASE FRONT.
2. Пропустите кабель одного из сервоприводов MG90S через прорезь в переднем левом держателе сервопривода BASE FRONT.
3. Установите сервопривод MG90S на место.
4. Закрепите сервопривод MG90S на месте 2 винтами (не затягивайте слишком сильно, так как это может повредить ОСНОВАНИЕ)
5. Повторите тот же процесс для заднего левого, переднего правого и заднего правого держателей сервопривода BASE FRONT.
6. Повторите тот же процесс для переднего левого, заднего левого, переднего правого и заднего правого держателей сервопривода BASE BACK.
7. Закрепите держатель батареи на BASE ELECTRONICS 2 винтами по диагонали или 4 винтами.
8. Прикрепите плату беспроводного сервоуправления к BASE ELECTRONICS 2 винтами по диагонали или 4 винтами.
9. Прикрепите трансивер Arduino nano и NRF24L01 к плате беспроводного сервоуправления.
10. Наденьте ПЕРЕДНЮЮ ОСНОВУ на БАЗОВУЮ ЭЛЕКТРОНИКУ через 2 квадратных отверстия порта USB, обращенных назад.
11. Закрепите с помощью 2 КВАДРАТНЫХ ЗАЖИМОВ
12. Сдвиньте БАЗУ НАЗАД на БАЗУ ЭЛЕКТРОНИКИ через 2 квадратных отверстия порта USB, обращенных назад.
13. Закрепите с помощью 2 КВАДРАТНЫХ ЗАЖИМОВ
14. Закрепите магнитометр на ПЕРЕДНЕЙ ОСНОВАНИИ 2 винтами.
15. Закрепите ультразвуковой датчик на ПЕРЕДНЕЙ ОСНОВАНИИ.
16. Проведите сервокабели к плате беспроводного сервоуправления, как показано на рисунке.

Шаг 3: Подключение электроники

Все соединения изображены на изображении выше:

1. Подключите 4 20-сантиметровых кабеля dupont к платам беспроводного сервоуправления Ультразвуковые контакты
2. Подключите другой конец 4 кабелей к ультразвуковому датчику (убедитесь, что они проложены правильно)
3. Подключите 4 10-сантиметровых кабеля dupont к платам беспроводного сервоуправления, к контактам магнитометра.
4. Подключите другой конец 4 кабелей к магнитометру (убедитесь, что они проложены правильно)
5. Подключите все сервоприводы к соответствующим контактам на плате беспроводного сервоуправления.
6. Прикрутите провода VIN и GND аккумулятора к плате беспроводного сервоуправления, соблюдая полярность.

Шаг 4: Сборка ног GorillaBot

Все этапы сборки изображены на видео сборки выше:

1. Сдвиньте 1 ЛАПУ на 1 ЦИРКУЛЯЦИОННУЮ ШТИФТУ L4
2. Наденьте более толстый конец 1 CALF EXT на ЦИРКУЛЯЦИОННУЮ ШТИФТУ L4 так, чтобы выступающая сторона была обращена в сторону от ступни.
3. Наденьте 2 CALF INT на ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КОНТАКТ L4.
4. Наденьте более толстый конец 1 CALF EXT на ЦИРКУЛЯЦИОННУЮ ШТИФТУ L4 так, чтобы выступающая сторона была обращена к ступне.
5. Наденьте ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ШТИФТ L4 на 1 ЛАПУ.
6. Закрепите на месте 3 ЦИРКУЛЯРНЫМИ ЗАЖИМАМИ
7. Сдвиньте 1 ЦИРКУЛЯРНЫЙ ПИН L3 через 1 собранного CALF EXT.
8. Наденьте 1 THIGH SERVO на ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ШТИФТ L3 так, чтобы выступающая сторона была обращена к CALF EXT.
9. Наденьте 1 БЕДРО на ЦИРКУЛЯЦИОННУЮ ШТИФТУ L3.
10. Проденьте ЦИРКУЛЯРНЫЙ ПИН L3 через другой собранный CALF EXT.
11. Закрепите на месте с помощью 3-х ЦИРКУЛЯРНЫХ ЗАЖИМОВ
12. Наденьте 1 СЕРВОБЕДРО на 1 ЦИРКУЛЯРНЫЙ ПИН L2 так, чтобы выступающая сторона была обращена к головке ЦИРКУЛЯРНОГО ПИН L2.
13. Пропустите ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ ШТИФТ L2 через обе собранные ЧАСЫ ДЛЯ ЧАСОВ
14. Проденьте 1 БЕДРО через ЦИРКУЛЯЦИОННУЮ ШТИФТУ L2.
15. Закрепите на месте с помощью 3-х ЦИРКУЛЯРНЫХ ЗАЖИМОВ
16. Повторите все процессы для оставшихся 3-х опор, но помните, что при сборке опор к роботу головки штифтов обращены наружу, а НАПРАВЛЯЮЩИЕ НАПРАВЛЯЮЩИЕ находятся перед ОТСЕКАМИ ТЕЛЕЖКИ, поэтому сборка будет идентичной спереди назад, но симметричной слева направо..

Шаг 5: установка Arduino

GorillaBot использует программирование на C ++ для своей работы. Чтобы загружать программы в GorillaBot, мы будем использовать Arduino IDE вместе с несколькими другими библиотеками, которые необходимо установить в Arduino IDE.

Установите Arduino IDE на свой компьютер: Arduino IDE (ссылка здесь)

Чтобы установить библиотеки в Arduino IDE, вы должны сделать следующее со всеми библиотеками, указанными ниже.

1. Нажмите на ссылки ниже (это приведет вас на страницу библиотек GitHub)
2. Нажмите зеленую кнопку с надписью "Код".
3. Нажмите "Загрузить ZIP" (загрузка должна начаться в вашем браузере)
4. Откройте папку загруженной библиотеки
5. Разархивируйте папку с загруженной библиотекой
6. Скопируйте распакованную папку библиотеки
7. Вставьте распакованную папку библиотеки в папку библиотеки Arduino (C: / Documents / Arduino / libraries)

Библиотеки:

• Библиотека Varspeedservo (ссылка здесь)
• Библиотека QMC5883L (ссылка здесь)
• Библиотека РФ24 (ссылка здесь)

Вот и все, вы должны быть готовы к работе. Чтобы убедиться, что вы правильно настроили Arduino IDE, выполните следующие действия.

1. Загрузите желаемый код Arduino ниже (Контроллер GorillaBot и Autonomous.ino)
2. Откройте его в Arduino IDE.
3. Выберите Инструменты:
4. Выберите доску:
5. Выберите Arduino Nano
6. Выберите Инструменты:
7. Выберите процессор:
8. Выберите ATmega328p или ATmega328p (старый загрузчик) в зависимости от того, какой Arduino nano вы приобрели.
9. Нажмите кнопку Проверить (Отметить) в левом верхнем углу Arduino IDE.

Если все пойдет хорошо, внизу должно появиться сообщение Готово.

Шаг 6: загрузка кода

Пришло время загрузить код в мозг GorillaBot - Arduino Nano.

1. Подключите Arduino Nano к компьютеру через USB-кабель.
2. Нажмите кнопку загрузки (кнопка со стрелкой вправо)

Если все пойдет хорошо, внизу должно появиться сообщение Готово.

Шаг 7: калибровка сервоприводов

Чтобы правильно собрать ножки, мы должны вернуть сервоприводы в исходное положение.

1. Вставьте 2 литий-ионные батареи в держатель для батареек.
2. Включите робота и подождите 5 секунд, пока сервоприводы вернутся в исходное положение.
3. Выключите робота

Шаг 8: Сборка ног к телу

Подключить ножки к сервоприводам довольно просто, просто помните, что CALF EXT должен быть помещен перед CALF INT во время сборки, головки штифтов должны быть обращены наружу.

1. Наденьте БЕДРО одной из ножек на ЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ КОНТАКТ L1 на переднем переднем левом держателе сервопривода.
2. Закрепите на месте с помощью 1 ЦИРКУЛЯРНОГО ЗАЖИМА.
3. Наденьте БЕДРО на стороне CALF EXT той же ноги над сервоголовкой на переднем переднем левом держателе сервопривода (убедитесь, что БЕДРО СЕРВО находится под углом 90 градусов к телу)
4. Закрепите БЕДРО СЕРВО на месте под углом 90 градусов к корпусу с помощью одинарного рычага сервопривода и небольшого винта сервопривода.
5. Повторите тот же процесс для переднего заднего левого держателя сервопривода с оставшимися БЕДРА и БЕДРО СЕРВО этой ноги.
6. Повторите все предыдущие процессы для оставшихся 3 ножек.

Шаг 9: Готовы к гонке !

Итак, вы должны быть готовы к работе !!!

Ручной режим:

• Включите робота и контроллер и убедитесь, что робот ходит правильно, используя джойстик вверх-вниз влево и вправо.
• Нажмите кнопку вниз, и робот должен немного танцевать

Если все работает хорошо, сервоприводы хорошо откалиброваны, и теперь вы можете попробовать автономный режим.

Автономный режим

В автономном режиме Sprint используется магнитометр, чтобы робот двигался в постоянном направлении на 2,5 метра. Вы можете запрограммировать желаемое положение и желаемый угол коррекции с помощью контроллера.

1. Включите робот и контроллер
2. Перемещайте робота во всех направлениях, чтобы откалибровать магнитометр в течение 5 секунд.
3. Поместите робота на землю в желаемое положение, в котором он должен находиться.
4. Нажмите кнопку вверх, чтобы запомнить этот заголовок
5. Поверните робота на 30-45 градусов влево от желаемого направления.
6. Нажмите левую кнопку, чтобы запомнить эту позицию
7. Поверните робота на 30-45 градусов вправо от желаемого направления.
8. Нажмите правую кнопку, чтобы запомнить эту позицию
9. Верните робота в желаемое направление.
10. Нажмите кнопку джойстика, чтобы запустить робота

Робот побежит в постоянном направлении 2,5 метра, затем перестанет сидеть и исполнит победный танец.

Моему роботу удалось преодолеть 2,5 метра за 7,5 секунды.

Это дает мне теоретическое время 10 метров за 30 секунд, что, надеюсь, будет достаточно, чтобы хорошо провести время на Toulouse Robot Race.

Пожелайте мне удачи, и тем из вас, кто решит создать этого робота, я хотел бы услышать ваши отзывы и возможные улучшения, которые, по вашему мнению, могут быть сделаны !!!

Финалист конкурса роботов