Арахноид: 16 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Во-первых, мы хотели бы поблагодарить вас за ваше время и внимание. Мой партнер Тио Марелло и я, Чейз Лич, получили массу удовольствия, работая над проектом и преодолевая проблемы, которые он поставил. В настоящее время мы учимся в школьном округе Уилкс-Барре S. T. E. M. Академия Я младший, а Тио второкурсник. Наш проект, Arachnoid, - это четвероногий робот, который мы создали с помощью 3D-принтера, доски для хлеба и платы Arduino MEGA 2560 R3. Предполагаемой целью проекта было создание шагающего четвероногого робота. После долгой работы и тестирования мы успешно создали работающего четвероногого робота. Мы взволнованы и благодарны за эту возможность представить вам наш проект - Арахноид.

Шаг 1: материалы

Материалы, которые мы использовали для четвероногого робота, включали: 3D-принтер, опорную шайбу для материала, лотки для 3D-печати, материал для 3D-печати, кусачки, макет, держатели для батарей, компьютер, батарейки AA, изолента, скотч, MG90S Tower. Pro Servo Motors, Crazy Glue, плата Arduino MEGA 2560 R3, перемычки, программное обеспечение Inventor 2018 и программное обеспечение Arduino IDE. Мы использовали компьютер для запуска программного обеспечения и 3D-принтер, который мы использовали. Мы использовали программное обеспечение Inventor в основном для проектирования деталей, поэтому никому не нужно делать это дома, потому что все файлы деталей, которые мы создали, представлены в этом руководстве. Программное обеспечение Arduino IDE использовалось для программирования робота, который также не нужен людям, создающим его дома, потому что мы также предоставили программу, которую мы используем. 3D-принтер, промыватель вспомогательного материала, материал для 3D-печати и лотки для 3D-печати - все это использовалось в процессе изготовления деталей, из которых был сделан арахноид. Мы использовали держатели для батареек, батарейки АА, перемычки, изоленту и кусачки, которые мы использовали вместе, чтобы создать батарейный блок. Батареи были вставлены в держатели для батарей, и кусачки были использованы для обрезки концов проводов как аккумуляторной батареи, так и перемычек, чтобы их можно было обнажить и скрутить вместе, а затем обмотать изолентой. Макетная плата, перемычки, аккумулятор и Ardiuno использовались для создания схемы, которая подавала питание на двигатели и соединяла их с выводами управления Arduino. Crazy Glue использовался для прикрепления серводвигателей к частям робота. Сверло и винты использовались для крепления других элементов робота. Винты должны выглядеть так, как показано на картинке, но их размер можно определить по собственному усмотрению. Скотч и застежки-молнии использовались в основном для проводки. В итоге мы потратили 51,88 доллара на материалы, которых у нас не было.

Принадлежности, которые были у нас под рукой

1. (Количество: 1) 3D-принтер
2. (Количество: 1) Шайба опорного материала
3. (Количество: 5) Лотки для 3D-печати
4. (Количество: 27,39 дюймов ^ 3) Материалы для 3D-печати
5. (Количество: 1) Кусачки
6. (Количество: 1) Дрель
7. (Количество: 24) Винты
8. (Количество: 1) Макетная плата
9. (Количество: 4) Держатели для батарей
10. (Количество: 1) Компьютер
11. (Количество: 8) батарейки типа AA
12. (Количество: 4) Застежки-молнии
13. (Количество: 1) Изолента
14. (Количество: 1) Скотч

Принадлежности, которые мы купили

1. (Количество: 8) Сервомоторы MG90S Tower Pro (Общая стоимость: $ 23,99)
2. (Количество: 2) Сумасшедший клей (Общая стоимость: 7,98 долларов США)
3. (Количество: 1) Плата Arduino MEGA 2560 R3 (Общая стоимость: 12,95 долларов США)
4. (Количество: 38) Проволочные перемычки (Общая стоимость: 6,96 долларов США)

Требуется программное обеспечение

1. Изобретатель 2018
2. Интегрированная среда разработки Arduino

Шаг 2: часы, потраченные на сборку

Мы потратили немало часов на создание нашего четвероногого робота, но большую часть времени мы потратили на программирование арахноида. На программирование робота у нас ушло примерно 68 часов, 57 часов на печать, 48 часов на проектирование, 40 часов на сборку и 20 часов на тестирование.

Шаг 3: приложения STEM

Наука

Научный аспект нашего проекта играет важную роль при создании схемы, которая использовалась для питания серводвигателей. Мы применили наше понимание цепей, в частности свойство параллельных цепей. Это свойство заключается в том, что параллельные цепи подают одинаковое напряжение на все компоненты в цепи.

Технология

Использование нами технологий было очень важным в процессе проектирования, сборки и программирования арахноида. Мы использовали программу автоматизированного проектирования Inventor для создания всего четвероногого робота, включая тело, крышку, бедра и икры. Все разработанные детали были распечатаны на 3D-принтере. Используя Arduino I. D. E. программного обеспечения, мы смогли использовать Arduino и серводвигатели, чтобы заставить пауков ходить.

Инженерное дело

Инженерный аспект нашего проекта - это итеративный процесс, используемый для разработки деталей, изготовленных для четвероногого робота. Нам пришлось продумать способы крепления двигателей и размещения Arduino и макета. Программный аспект проекта также потребовал от нас творческого мышления о возможных решениях проблем, с которыми мы столкнулись. В конце концов, метод, который мы использовали, оказался эффективным и помог нам заставить робота двигаться так, как нам было нужно.

Математика

Математический аспект нашего проекта - это использование уравнений для расчета количества напряжения и тока, необходимых для питания двигателя, что требует применения закона Ома. Мы также использовали математику для расчета размеров всех отдельных частей, созданных для робота.

Шаг 4: Крышка четвероногого робота 2-й итерации

Крышка для арахноида была спроектирована с четырьмя штифтами внизу, размер которых был определен и помещен внутрь отверстий, сделанных на корпусе. Эти колышки с помощью Crazy Glue смогли прикрепить крышку к корпусу робота. Эта деталь была создана, чтобы защитить Ardiuno и придать роботу более законченный вид. Мы решили продолжить работу с текущим дизайном, но он прошел через две итерации дизайна, прежде чем был выбран этот.

Шаг 5: 2-я итерация тела четвероногого робота

Эта часть была создана для размещения четырех двигателей, используемых для движения бедра, Arduino и макета. Отсеки по бокам корпуса были больше, чем у двигателей, которые мы сейчас используем для проекта, который был разработан с учетом проставочной части. Эта конструкция в конечном итоге позволила адекватно рассеивать тепло и прикрепить двигатели с помощью винтов, не вызывая возможных повреждений корпуса, на перепечатку которых потребовалось бы гораздо больше времени. Отверстия в передней части и отсутствие стены в задней части корпуса были сделаны специально, чтобы провода можно было пропустить в Arduino и макетную плату. Пространство в середине корпуса было разработано для размещения Arduino, макета и батарей. В нижней части детали также есть четыре отверстия, предназначенных специально для проводов серводвигателей, проходящих через них и в них. спина робота. Эта часть является одной из самых важных, поскольку она служит базой, для которой были разработаны все остальные части. Мы прошли две итерации, прежде чем остановились на отображаемой.

Шаг 6: Проставка серводвигателя 2-й итерации

Прокладка серводвигателя была разработана специально для отсеков по бокам корпуса Arachnoid. Эти прокладки были разработаны с учетом того, что любое сверление в боковой части корпуса может быть потенциально опасным и заставит нас тратить материал и время на перепечатку большей части. Вот почему вместо этого мы выбрали проставку, которая не только решила эту проблему, но и позволила нам создать большее пространство для двигателей, что помогает предотвратить перегрев. Прокладка прошла две итерации. Первоначальная идея заключалась в следующем: две тонкие стенки по бокам, соединенные со второй распоркой. Эта идея была отброшена, потому что мы думали, что было бы легче просверлить каждую сторону по отдельности, чтобы в случае повреждения одной из них не пришлось выбрасывать и другую. Мы напечатали 8 таких деталей, которых хватило, чтобы приклеить к верхней и нижней части моторного отсека на кузове. Затем мы использовали сверло, которое было отцентрировано на длинной стороне детали, чтобы создать пилотное отверстие, которое затем использовалось для винта с обеих сторон двигателя для установки.

Шаг 7: 2-я итерация бедра четвероногого робота

Эта часть - бедро или верхняя половина ноги робота. Он был спроектирован с отверстием на внутренней стороне детали, которое было сделано специально для якоря, поставляемого с двигателем, который был модифицирован для нашего робота. Мы также добавили прорезь в нижней части детали, которая была сделана для двигателя, который будет использоваться для перемещения нижней половины ноги. Эта часть обрабатывает большую часть основных движений ноги. Текущая итерация этой части, которую мы используем, является второй, поскольку первая имела более объемный дизайн, который, как мы решили, не нужен.

Шаг 8: 5-я итерация коленного сустава четвероногого робота

Коленный сустав был одной из самых сложных частей при проектировании. Потребовалось несколько расчетов и тестов, но показанный в настоящее время дизайн работает довольно хорошо. Эта часть была разработана для вращения двигателя, чтобы эффективно передавать движение двигателя движению на икре или голени. Для создания потребовалось пять итераций дизайна и переделки, но конкретная форма, созданная вокруг отверстий, максимизировала возможные степени перемещения, не теряя при этом прочности, которая нам от этого требовалась. Мы также прикрепили двигатели, используя дополнительные якоря, которые входят в отверстия по бокам и идеально подходят к двигателю, что позволяет нам использовать винты, чтобы удерживать его на месте. Пилотное отверстие на дне детали позволило избежать высверливания и возможных повреждений.

Шаг 9: Третья итерация четвероногого робота-голенища

Вторая половина ноги робота была создана таким образом, что независимо от того, как робот ставит ногу, она всегда будет поддерживать одинаковую силу сцепления. Это благодаря полукруглой форме стопы и пенопласту, который мы вырезали и приклеили к основанию. В конечном итоге это хорошо служит своей цели, позволяя роботу касаться земли и ходить. Мы прошли три итерации этого дизайна, которые в основном включали изменения длины и конструкции стопы.

Шаг 10. Загрузки файлов Parts Inventor

Эти файлы принадлежат Inventor. Это специальные файлы деталей для всех готовых деталей, которые мы разработали для этого проекта.

Шаг 11: Сборка

Видео, которое мы предоставили, объясняет, как мы собрали Arachnoid, но один момент, который не был упомянут в нем, заключается в том, что вам придется снять пластиковый кронштейн с обеих сторон двигателя, отрезав его и отшлифуя там, где он был раньше.. Остальные фотографии сделаны во время сборки.

Шаг 12: Программирование

Язык программирования arduiono основан на языке программирования C. Внутри редактора кода Arduino он дает нам две функции.

• void setup (): весь код внутри этой функции запускается один раз в начале
• void loop (): код внутри функции зацикливается без конца.

Проверьте ниже, нажав на оранжевую ссылку, чтобы увидеть дополнительную информацию о коде!

Это код для ходьбы

#включают

classServoManager {

общественность:

Сервопривод FrontRightThigh;

Сервопривод FrontRightKnee;

Сервопривод BackRightThigh;

Сервопривод BackRightKnee;

Сервопривод FrontLeftThigh;

Сервопривод FrontLeftKnee;

Сервопривод BackLeftThigh;

Сервопривод 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);

задержка (1000);

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

задержка (5000);

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

задержка (1000);

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

задержка (1000);

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

задержка (1000);

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

задержка (1000);

}

просмотреть rawQuad.ino, размещенный на ❤ на GitHub

Шаг 13: тестирование

Видео, которые мы добавили сюда, показывают, как мы тестируем арахноид. Точки, где вы видите, как он идет, немного короткие, но мы считаем, что это должно дать вам представление о том, как проходил четвероногий робот. Ближе к концу нашего проекта мы заставили его двигаться, но довольно медленно, так что наша цель была достигнута. В видеороликах перед этим мы тестируем двигатели, которые мы прикрепили к верхней части ноги.

Шаг 14: В процессе проектирования и печати

Видео, которые мы добавили сюда, в основном являются проверками прогресса в процессе проектирования и печати деталей, которые мы сделали.

Шаг 15: Возможные улучшения

Нам потребовалось время, чтобы подумать о том, как мы будем двигаться дальше с арахноидом, если бы у нас было больше времени с ним, и мы пришли к некоторым идеям. Мы будем искать лучший способ питания арахноида, в том числе: найти лучший и более легкий аккумулятор, который можно было бы перезаряжать. Мы также будем искать лучший способ прикрепить серводвигатели к верхней половине спроектированной нами ноги, изменив конструкцию созданной нами детали. Еще одно соображение, которое мы сделали, - это прикрепить камеру к роботу, чтобы ее можно было использовать для входа в области, в противном случае недоступные для людей. Все эти соображения приходили нам в голову при проектировании и сборке робота, но мы не могли их реализовать из-за нехватки времени.

Шаг 16: Окончательный дизайн

В конце концов, мы вполне довольны тем, как получился наш окончательный дизайн, и надеемся, что вы чувствуете то же самое. Спасибо за ваше время и внимание.