Картонный паук (четвероногий, сделай сам): 13 шагов (с картинками)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Еще раз привет и добро пожаловать в мой новый проект.

В этом руководстве я попытался сделать простого четвероногого животного из материалов, доступных для всех. Я знаю, что для получения красивого конечного продукта вам понадобится 3D-принтер и, возможно, ЧПУ, но не у всех есть одно из этих модных устройств, поэтому я попытался продемонстрировать, что с помощью простого материала вы все равно можете создавать хорошие вещи.

Итак, как упоминалось ранее, мы попытаемся построить четвероногого. Рама четвероногого будет сделана просто из гофрированного картона, включая раму, бедренную и большеберцовую кости каждой из четырех ног.

Шаг 1. Почему четвероногие и как они работают?

Я должен сказать, что роботы - это весело и интересно. Я никогда раньше не строил роботов на ножках, поэтому подумал, что стоит попробовать.

Я решил построить четвероногого в первую очередь, потому что у меня не было достаточно сервоприводов для гексапода. Я предполагал, что если вы сможете построить четвероногого животного, то создание гексапода будет всего лишь шагом вперед. Поскольку это мой первый проект такого типа, я не знал, чего ожидать, поэтому подумал, что 4 ноги будет легче, чем 6, но, как я позже выяснил, это не всегда так.

Четвероногий, у которого всего 4 ноги, чтобы не упасть после поднятия одной из ног, центр тяжести робота должен быть смещен внутри треугольника, образованного между кончиками трех других ног.

Очень красивое описание всего этого процесса вы можете найти здесь:

Каждая нога четвероногого имеет 3 сустава для управления кончиком ноги в пространстве. Итак, стыки будут:

- сервопривод Coxa - между рамкой и бедром

- Femur servo - управление бедренной костью голени

- Сервопривод большеберцовой кости - между бедренной и большеберцовой костью, контролирующий большеберцовую кость

Чтобы узнать угол каждого сервопривода для необходимого местоположения кончика ножки, мы воспользуемся так называемой обратной кинематикой. Вы можете найти много документации в Интернете об этом и о том, как рассчитать углы сервоприводов для различного расположения кончика ноги. Но в моем случае я просто взял код Arduino, созданный RegisHsu (вы можете найти его подробные инструкции для четвероногих, если выполните поиск), и я изменил размеры робота и ног робота, чтобы они соответствовали моему роботу, а также изменил программа использовать пульт для управления роботом и все.

Шаг 2. Зачем использовать гофрированный картон для каркаса и ножек?

Во-первых, он широко распространен, его можно найти где угодно и при желании купить очень дешево. Гофрированный картон - это жесткий, прочный и легкий материал, состоящий из трех слоев коричневой крафт-бумаги, из которой изготовлено большинство упаковочных коробок. Так что найти их очень легко.

В моем случае я использовал коробку для обуви, которую вырезал и сделал из нее каркас. Картонная коробка, предоставленная моей коробкой, была толщиной 2 мм, поэтому она очень тонкая. Поэтому для каждой части рамы мне пришлось вырезать три одинаковые части и склеить их вместе двойным скотчем. Так что на самом деле нам придется сделать 3 рамки, чтобы в итоге получилась коробка толщиной 6 мм.

Шаг 3: Требуемая часть:

Электронные компоненты, необходимые для четвероногих:

- микроконтроллер Arduino Nano;

- Deek Robot Nano V03 Shield - не обязательно, но он значительно упростит подключение всех сервоприводов к Nano Board.

- 12 шт. Tower Pro Micro Servo 9g SG90 - 4 ножки с 3 шарнирами на каждой;

- светодиод - на свет (использовал старый сгоревший датчик цвета)

- 1 трансивер NRF24L01

Электронные компоненты, необходимые для пульта дистанционного управления

- микроконтроллер Arduino Uno;

- 1 трансивер NRF24L01;

- Джойстик;

- ВЕЛ;

- Различные резисторы;

- Нажать кнопку;

- Некоторые перемычки;

Для рамы:

- гофрированный картонный лист

- резак

- отвертки

- Скотч с двойным скотчем

- Треугольники

- Правитель

- карандаш

Итак, приступим к строительству.

Шаг 4: установка сервоприводов на 90 градусов

Перед тем, как приступить к созданию рамы, мне нужно было центрировать все сервоприводы под углом 90 градусов, чтобы их было легче разместить позже, когда рама будет готова. Итак, я сначала прикрепил Arduino Nano, предназначенный для четвероногих, к Nano Shield, а после всех сервоприводов к экрану. Затем все, что вам нужно сделать, это загрузить код, и все сервоприводы будут отцентрированы под углом 90 градусов.

Код можно найти на последнем шаге инструкции.

Шаг 5: Создание каркаса

Как упоминалось ранее, рама изготавливается из гофрированного картона, поставляемого из коробки для обуви. Шаблон рамы вы можете найти на прикрепленных картинках вместе с размерами рамы.

Сначала я обрезаю стороны картонной коробки, чтобы получилась рамка. Я получил три хороших куска, для которых я принял во внимание ориентацию гофрированного слоя так, чтобы у двух частей был гофрированный слой с вертикальными ячейками, а у одного горизонтального.

Когда картонная коробка была готова, я рисую шаблон рамы на картонном листе, который имеет вертикально гофрированный материал. Чтобы получить более прочную и жесткую структуру, я вырезал три части, чтобы склеить их вместе для дополнительной прочности от изгиба. Верхний и нижний картонные листы имеют вертикальный гофрированный слой, в то время как прослоенный картонный лист представляет собой горизонтальный гофрированный слой.

Прежде чем я склеил три части рамы вместе, я подготовил рычаг серводвигателя и нарисовал положение каждого серводвигателя тазика для правильного позиционирования в будущем.

Теперь, когда я знаю, где нужно разместить сервоприводы тазика, я склеил три части вместе.

Теперь каркас готов.

Шаг 6: прикрепление сервоприводов Coxa к раме

Чтобы сначала прикрепить сервоприводы, я проделал отверстие в отмеченном месте, чтобы крепежный винт для сервопривода прошел, и закрепил сервопривод на раме.

Используя винты от серводвигателей, я прикрепил рычаги серводвигателей coxa к раме. Тазик состоит из двух сервоприводов, склеенных двойной лентой и на всякий случай усиленных резинкой. Один сервопривод будет ориентирован вниз с валом в вертикальном положении и будет прикреплен к раме, а другой будет ориентирован валом в горизонтальном положении и будет прикреплен к внутренней стороне бедра.

Наконец, чтобы закрепить сервопривод тазика на раме, ввинчивается фиксирующий винт.

Шаг 7: построение бедренной кости

Использовалась такая же процедура резки картонной коробки. Каждое бедро будет создано из трех склеенных вместе картонных листов. Горизонтальный гофрированный слой будет зажат между вертикальными гофрированными листами картонной коробки.

Шаг 8: построение большеберцовой кости

Для большеберцовой кости я вырезал по три шаблона для каждой большеберцовой кости, но на этот раз гофрированный слой ориентирован вертикально, чтобы обеспечить лучшую продольную прочность большеберцовой кости.

После того, как каждые три шаблона были вырезаны, я склеил их вместе, сделав также отверстие для сервопривода большеберцовой кости.

Я прикрепил сервопривод к большеберцовой кости, и рычаг сервопривода был закреплен на сервоприводе с помощью фиксирующего винта через отверстие, проделанное в бедренной кости, таким образом, чтобы соединить бедренную кость с большеберцовой костью.

Шаг 9: Собираем все вместе

Теперь, когда все части рамы и ног созданы, я соединил их все вместе, так что сборка стала выглядеть как четвероногая.

Шаг 10: Установка электроники и настройка подключений

Сначала Arduino Nano вместе с Deek Robot Shield должны поместиться на раме. Для этого я взял щит и проделал в раме 4 отверстия, чтобы прикрепить щит робота Deek к раме с помощью 4 болтов и гаек.

Теперь «мозг прикреплен к телу»: D. Затем я подключил все сервоприводы к Deek Nano Shield.

Подключение сервоприводов очень простое, так как на щите специально построены три контакта (Signal, VCC, GND) для каждого цифрового и аналогового вывода Arduino Nano, что обеспечивает идеальное и простое подключение микросервоприводов. Обычно нам нужен драйвер двигателя для управления сервоприводами с Arduino, потому что он не способен справиться с усилителями, необходимыми для двигателей, но в моем случае это неверно, потому что микросервоприводы 9g достаточно малы, чтобы Arduino Nano могла с ними справиться.

Сервоприводы ног будут подключены следующим образом:

Нога 1: (вперед левая нога)

Coxa - цифровой вывод 4 Arduino Nano

Бедренная кость - цифровой контакт 2 Arduino Nano

Большеберцовая кость - цифровой контакт 3 Arduino Nano

Нога 2: (задняя левая нога)

Coxa - аналоговый вывод A3 Arduino Nano

Бедренная кость - аналоговый вывод Arduino Nano A5

Большеберцовая кость - аналоговый вывод Arduino Nano A4

Этап 3: (правая нога вперед)

Coxa - аналоговый вывод 10 Arduino Nano

Бедренная кость - аналоговый вывод 8 Arduino Nano

Большеберцовая кость - аналоговый вывод 9 Arduino Nano

Нога 4: (задняя правая нога)

Coxa - цифровой вывод A1 Arduino Nano

Бедренная кость - Arduino Nano Digital Pin A0

Большеберцовая кость - Arduino Nano Digital Pin A2

Подключение светодиода для светового эффекта

Я подумал, что было бы неплохо осветить четвероногого, поэтому у меня есть старый датчик цвета, который больше не работает (мне удалось его сжечь: D), но светодиоды все еще работают, так как они четыре светодиода включены небольшая доска, и они очень яркие, я решил использовать датчик цвета, чтобы дать четвероногому животному некоторый световой эффект. Также, будучи четырьмя, он кажется немного ближе к пауку.

Итак, я подключил VCC датчика цвета к контакту D5 Arduino Nano, а GND датчика - к GND Arduino Nano. Поскольку на маленькой плате уже есть резисторы, которые используются для светодиода, мне не нужно было подключать какой-либо другой резистор последовательно со светодиодом. Все остальные контакты не будут использоваться, так как датчик перегорел, а я просто использую светодиоды с маленькой платы.

Подключения для модуля NRF24L01.

- GND модуля идет на GND Arduino Nano Shield

- VCC идет на вывод Arduino Nano 3V3. Будьте осторожны, не подключайте VCC к 5 В на макетной плате, так как вы рискуете повредить модуль NRF24L01.

- вывод CSN идет на Arduino Nano D7;

- вывод CE идет на Arduino Nano D6;

- вывод SCK идет к Arduino Nano D13;

- вывод MOSI идет на Arduino Nano D11;

- вывод MISO идет на Arduino Nano D12;

- Вывод IRQ не будет подключен. Будьте осторожны, если вы используете другую плату, отличную от Arduino Nano или Arduino Uno, контакты SCK, MOSI и MISO будут другими.

- Вам также нужно будет загрузить библиотеку RF24 для этого модуля. Вы можете найти его на следующем сайте:

В качестве источника питания для паука я использовал сетевой адаптер 5В (1А). У меня нет доступных батарей, и это был мой единственный доступный сетевой адаптер, который, я думаю, будет лучше, более сильный, по крайней мере, 2А, но у меня его нет, поэтому мне пришлось использовать единственный, который у меня есть. Будет намного приятнее, если вы будете использовать литий-полимерный аккумулятор, чтобы робот мог быть свободным, без подключенного кабеля.

Чтобы иметь более стабильный источник питания на плате, я подключил конденсатор 10 мкФ между контактами 5 В и GND Deek Robot Nano Shield, потому что я заметил, что когда все сервоприводы, находящиеся под нагрузкой, Arduino Nano просто перезапускаются, в то время как добавление конденсатора решило проблему.

Шаг 11: Создание обложки

Поскольку я хотел, чтобы крышка была как можно более легкой, я сделал ее только из одного слоя гофрокартона толщиной 2 мм, потому что он не нуждается в укреплении, так как никакие нагрузки на него не повлияют.

Я вырезал кусок картонной коробки по форме и размерам, как вы можете видеть на картинке, и прикрепил его к раме с помощью тех же гаек, которыми крепится Arduino Nano Shield под рамой. На верхней стороне две части приклеиваются друг к другу двойным скотчем. Я постарался обернуть все провода внутрь, чтобы четвероногий выглядел как можно лучше.

Теперь четвероногое животное готово. Перейдем к пульту дистанционного управления.

Шаг 12: Пульт дистанционного управления

В качестве пульта дистанционного управления я использую тот же пульт дистанционного управления из моего предыдущего проекта Maverick с дистанционным управлением автомобиля, только я зачеркнул график, который в этом проекте не нужен. Но если вы пропустили ту сборку, я написал ее здесь еще раз.

Поскольку я использую в качестве контроллера Arduino Uno, я прикрепил Uno к макету с помощью резиновых лент, чтобы он не двигался.

- Arduino Uno будет питаться от батареи 9В через джек;

- вывод 5V Arduino Uno на шину 5V макета;

-Arduino Uno GND вывод на шину GND макета;

Модуль NRF24L01.

- GND модуля идет на GND монтажной шины

- VCC идет на вывод Arduino Uno 3V3. Будьте осторожны, не подключайте VCC к 5 В на макете, так как вы рискуете повредить модуль NRF24L01.

- вывод CSN идет на Arduino Uno D8;

- Вывод CE идет на Arduino Uno D7;

- вывод SCK идет на Arduino Uno D13;

- вывод MOSI идет на Arduino Uno D11;

- вывод MISO идет на Arduino Uno D12;

- Вывод IRQ не будет подключен. Будьте осторожны, если вы используете другую плату, отличную от Arduino Nano или Arduino Uno, контакты SCK, MOSI и MISO будут другими.

Модуль джойстика

- Модуль джойстика состоит из 2 потенциометров, поэтому он очень похож на соединения;

- вывод GND на шину GND макета;

- вывод VCC на шину 5V макета;

- вывод VRX на вывод Arduino Uno A3;

- вывод VRY на вывод Arduino Uno A2;

ВЕЛ

- Красный светодиод будет подключен последовательно с резистором 330 Ом к контакту D4 Arduino Uno;

- Зеленый светодиод будет подключен последовательно с резистором 330 Ом к контакту D5 Arduino Uno;

Нажмите на кнопки

- Одна из кнопок будет использоваться для включения и выключения четвероногого света, а другая не будет использоваться;

- Кнопка LIGHT будет подключена к контакту D2 Arduino Uno. Кнопку нужно опускать резистором 1 кОм или 10 кОм, значение не имеет значения.

- Оставшаяся кнопка будет подключена к контакту D3 Arduino Uno. То же самое, кнопка должна быть опущена с помощью резистора 1 кОм или 10 кОм. (не будет использоваться в этом проекте)

Вот и все электрические части мы соединили.

Шаг 13: коды IDE Arduino

Для этой части я использовал несколько кодов.

Leg_Initialization - использовался для центрирования сервоприводов в положение 90 градусов.

Spider_Test - использовался для тестирования правильных функций, таких как ходьба вперед, назад, поворот

Паук - будет использоваться для Паука

Пульт дистанционного управления Spider - для использования с контроллером Spider

Я должен упомянуть, что код для Spider был адаптирован и изменен после кода от RegisHsu [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED), и поэтому я хотел бы поблагодарить RegisHsu за его хорошую работу.

В общем, надеюсь, вам понравился мой Паук.