Arachnoid: 16 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Allereerst willen we u bedanken voor uw tijd en aandacht. Mijn partner Tio Marello en ik, Chase Leach, hadden veel plezier bij het werken aan het project en het overwinnen van de uitdagingen die het met zich meebracht. We zijn momenteel studenten van het Wilkes Barre Area School District S. T. E. M. Academie Ik ben een Junior en Tio is een Tweedejaars. Ons project, de Arachnoid, is een viervoetige robot die we hebben gemaakt met behulp van een 3D-printer, Bread Board en een Arduino MEGA 2560 R3 Board. Het beoogde doel van het project was om een lopende viervoeter te maken. Na veel werk en testen hebben we met succes een werkende viervoetige robot gemaakt. We zijn verheugd en dankbaar voor deze kans om u ons project, de Arachnoid, voor te stellen.

Stap 1: Materialen

De materialen die we gebruikten voor de viervoetige robot waren: de 3D-printer, ondersteuningsmateriaalwasser, 3D-printtrays, 3D-printmateriaal, draadknippers, een breadboard, batterijhouders, een computer, AA-batterijen, elektrische tape, plakband, MG90S Tower Pro Servo Motors, Crazy Glue, Arduino MEGA 2560 R3-kaart, jumperdraden, de Inventor 2018-software en de Arduino IDE-software. We gebruikten de computer om de software en de 3D-printer die we gebruikten uit te voeren. We hebben de Inventor-software voornamelijk gebruikt voor het ontwerpen van de onderdelen, dus het is niet nodig dat iemand dit thuis maakt, omdat alle onderdeelbestanden die we hebben gemaakt op deze instructable staan. De Arduino IDE-software werd gebruikt voor het programmeren van de robot, wat ook niet nodig is voor de mensen die hem thuis maken, omdat we ook het programma hebben geleverd dat we gebruiken. De 3D-printer, ondersteunende materiaalwasser, 3D-printmateriaal en 3D-printtrays werden allemaal gebruikt voor het fabricageproces van de onderdelen waarvan de Arachnoid was gemaakt. We gebruikten de batterijhouders, AA-batterijen, jumperdraden, elektrische tape en draadknippers werden samen gebruikt om het batterijpakket te maken. De batterijen werden in de batterijhouders geplaatst en de draadknippers werden gebruikt om het uiteinde van de draden van zowel het batterijpakket als de jumperdraden door te knippen, zodat ze konden worden gestript en in elkaar gedraaid en vervolgens konden worden afgeplakt met isolatietape. Het breadboard, jumperdraden, batterijpakket en Ardiuno werden gebruikt om een circuit te creëren dat de motoren van stroom voorziet en deze verbond met de besturingspinnen van de Arduino. De Crazy Glue werd gebruikt om de servomotoren aan de onderdelen van de robot te bevestigen. De boor en schroeven werden gebruikt voor het monteren van andere elementen van de robot. De schroeven moeten eruitzien zoals op de afbeelding, maar de grootte kan op basis van oordeel worden bepaald. De Scotch Tape en Zip Ties werden voornamelijk gebruikt voor draadbeheer. Uiteindelijk hebben we in totaal $ 51,88 uitgegeven aan de materialen die we niet in de buurt hadden.

Benodigdheden die we bij de hand hadden

1. (Bedrag: 1) 3D-printer
2. (Bedrag: 1) Ondersteunende Materiaal Wasmachine
3. (Aantal: 5) 3D-afdrukladen
4. (Bedrag: 27,39 in ^ 3) 3D-afdrukmateriaal
5. (Aantal: 1) Draadknippers
6. (Aantal: 1) Boor
7. (Aantal: 24) Schroeven
8. (Aantal: 1) Breadboard
9. (Aantal: 4) Batterijhouders
10. (Bedrag: 1) Computer
11. (Aantal: 8) AA-batterijen
12. (Aantal: 4) Stropdassen
13. (Aantal: 1) Elektrische tape
14. (Hoeveelheid: 1) Scotch Tape

Benodigdheden die we hebben gekocht

1. (Bedrag: 8) MG90S Tower Pro-servomotoren (totale kosten: $ 23,99)
2. (Bedrag: 2) Crazy Glue (totale kosten: $ 7,98)
3. (Bedrag: 1) Arduino MEGA 2560 R3-bord (totale kosten: $ 12,95)
4. (Bedrag: 38) Jumper-draden (totale kosten: $ 6,96)

Software vereist

1. Uitvinder 2018
2. Arduino geïntegreerde ontwikkelomgeving

Stap 2: Uren besteed aan montage

We hebben heel wat uren besteed aan het maken van onze viervoeter, maar het grootste deel van de tijd die we gebruikten, werd besteed aan het programmeren van de Arachnoid. Het kostte ons ongeveer 68 uur om de robot te programmeren, 57 uur printen, 48 uur ontwerpen, 40 uur assembleren en 20 uur testen.

Stap 3: STEM-toepassingen

Wetenschap

Het wetenschappelijke aspect van ons project komt in het spel bij het maken van het circuit dat werd gebruikt om de servomotoren aan te drijven. We hebben ons begrip van circuits toegepast, meer specifiek de eigenschap van parallelle circuits. Deze eigenschap is dat parallelle circuits dezelfde spanning leveren aan alle componenten binnen het circuit.

Technologie

Ons gebruik van technologie was erg belangrijk tijdens het ontwerp, de montage en de programmering van de Arachnoid. We gebruikten de computerondersteunde ontwerpsoftware, Inventor, om de volledige robot voor viervoeters te maken, inclusief: het lichaam, het deksel, de dijen en de kuiten. Alle ontworpen onderdelen zijn geprint uit een 3D-printer. Met behulp van de Arduino I. D. E. software konden we de Arduino en servomotoren gebruiken om de Arachnoid te laten lopen.

Engineering

Het technische aspect van ons project is het iteratieve proces dat wordt gebruikt om de onderdelen voor de viervoetige robot te ontwerpen. We moesten brainstormen over manieren om de motoren te bevestigen en de Arduino en het breadboard te huisvesten. Het programmeeraspect van het project vereiste ook dat we creatief moesten nadenken over mogelijke oplossingen voor problemen die we tegenkwamen. Uiteindelijk was de methode die we gebruikten effectief en hielp ons om de robot te laten bewegen op de manier die we nodig hadden.

Wiskunde

Het wiskundige aspect van ons project is het gebruik van vergelijkingen om de hoeveelheid spanning en stroom te berekenen die we nodig hadden om de motor van stroom te voorzien, wat de toepassing van de wet van Ohm vereiste. We hebben ook wiskunde gebruikt om de grootte te berekenen van alle afzonderlijke onderdelen die voor de robot zijn gemaakt.

Stap 4: 2e Iteratie Quadruped Robot Deksel

Het deksel voor de Arachnoid is ontworpen met vier pinnen aan de onderkant die op maat zijn gemaakt en in gaten op het lichaam zijn geplaatst. Deze pinnen konden, samen met de hulp van Crazy Glue, het deksel aan het lichaam van de robot bevestigen. Dit onderdeel is gemaakt om de Ardiuno te beschermen en de robot een meer afgewerkte look te geven. We besloten verder te gaan met het huidige ontwerp, maar het had twee ontwerpiteraties ondergaan voordat dit werd gekozen.

Stap 5: 2e iteratie Quadruped Robot Body

Dit onderdeel is gemaakt om de vier motoren te huisvesten die worden gebruikt om de dijdelen, de Arduino en het breadboard te verplaatsen. De compartimenten aan de zijkanten van de carrosserie zijn groter gemaakt dan de motoren die we momenteel gebruiken voor het project, dat is gedaan met het afstandsgedeelte in gedachten. Dit ontwerp zorgde uiteindelijk voor voldoende warmteverspreiding en maakte het mogelijk om de motoren met schroeven te bevestigen zonder mogelijke schade aan het lichaam te veroorzaken, wat veel langer zou duren om opnieuw te printen. De gaten aan de voorkant en het ontbreken van een muur aan de achterkant van het lichaam zijn doelbewust gedaan zodat draden in de Arduino en het breadboard konden worden geleid. De ruimte in het midden van het lichaam is ontworpen om de Arduino, het breadboard en de batterijen in te huisvesten. Er zijn ook vier gaten ontworpen in de onderkant van het onderdeel dat speciaal bedoeld is om de draden van de servomotoren door en in de achterkant van de robot. Dit onderdeel is een van de belangrijkste omdat het dient als basis waarvoor elk ander onderdeel is ontworpen. We hebben twee iteraties doorlopen voordat we de weergegeven versie hebben gekozen.

Stap 6: 2e iteratie servomotor spacer

De servomotor spacer is speciaal ontworpen voor de compartimenten aan de zijkanten van het lichaam van de Arachnoid. Deze afstandhouders zijn ontworpen met het idee in gedachten dat boren in de zijkant van het lichaam potentieel gevaarlijk kan zijn en ertoe kan leiden dat we materiaal en tijd verspillen aan het opnieuw afdrukken van het grotere deel. Daarom hebben we in plaats daarvan gekozen voor de spacer die niet alleen dit probleem oploste, maar ons ook in staat stelde om een grotere ruimte voor de motoren te creëren die oververhitting helpt voorkomen. De spacer ging door twee iteraties. Het oorspronkelijke idee omvatte: twee dunne wanden aan weerszijden die verbonden waren met een tweede afstandhouder. Dit idee werd geschrapt omdat we dachten dat het gemakkelijker zou zijn om elke kant afzonderlijk te boren, zodat als de ene beschadigd zou raken, de andere niet ook hoefde te worden weggegooid. We hebben 8 van deze stukken geprint, wat genoeg was om aan de boven- en onderkant van het motorcompartiment op de carrosserie te lijmen. Vervolgens gebruikten we een boor die gecentreerd was op de lange zijde van het stuk om een geleidegat te maken dat vervolgens werd gebruikt voor een schroef aan weerszijden van de motor voor montage.

Stap 7: 2e iteratie Quadruped Robot Been Dij Gedeelte

Dit deel is de dij of de bovenste helft van het been van de robot. Het is ontworpen met een gat aan de binnenkant van het onderdeel dat speciaal is gemaakt voor het anker dat bij de motor is geleverd en dat is aangepast voor onze robot. We hebben ook een gleuf toegevoegd aan de onderkant van het onderdeel dat was gemaakt voor de motor die zou worden gebruikt om de onderste helft van het been te verplaatsen. Dit deel verwerkt het grootste deel van de belangrijkste beweging van het been. De huidige versie van dit deel dat we gebruiken is het tweede, omdat het eerste een grover ontwerp had waarvan we besloten dat het niet nodig was.

Stap 8: 5e iteratie van quadruped robot kniegewricht

Het kniegewricht was een van de lastigere onderdelen om te ontwerpen. Er waren verschillende berekeningen en tests voor nodig, maar het huidige ontwerp dat wordt getoond, werkt best goed. Dit onderdeel is ontworpen om rond de motor te gaan om de beweging van de motor efficiënt over te brengen op beweging op de kuit of het onderbeen. Er waren vijf iteraties van ontwerp en herontwerp nodig om te creëren, maar de specifieke vorm die rond de gaten werd gecreëerd, maximaliseerde de mogelijke mate van beweging zonder de kracht te verliezen die we ervan nodig hadden. We hebben de motoren ook bevestigd met meer armaturen die in de gaten aan de zijkanten passen en perfect op de motor passen, waardoor we schroeven kunnen gebruiken om hem op zijn plaats te houden. Het geleidegat aan de onderkant van het stuk maakte het mogelijk om boren en mogelijke schade te voorkomen.

Stap 9: 3e iteratie Quadruped robotbeenkuit

De tweede helft van het been van de robot is zo gemaakt dat het niet uitmaakt hoe de robot zijn voet neerzet, hij altijd dezelfde hoeveelheid tractie zou behouden. Dit is te danken aan het halfronde ontwerp van de voet en het schuimkussen dat we hebben uitgesneden en op de bodem hebben gelijmd. Het dient uiteindelijk zijn doel goed, namelijk dat de robot de grond kan raken en lopen. Met dit ontwerp hebben we drie iteraties doorlopen, waarbij het vooral ging om veranderingen in lengte en voetontwerp.

Stap 10: Downloads voor de Parts Inventor-bestanden

Deze bestanden zijn van Inventor. Het zijn specifiek onderdeelbestanden voor alle voltooide onderdelen die we voor dit project hebben ontworpen.

Stap 11: Montage

In de video die we hebben geleverd, wordt uitgelegd hoe we de Arachnoid hebben gemonteerd, maar een punt dat er niet in werd genoemd, is dat je de plastic beugel aan beide zijden van de motor moet verwijderen door deze af te snijden en te schuren waar hij was. De overige foto's zijn gemaakt tijdens de montage.

Stap 12: Programmeren

De Arduino-programmeertaal is gebaseerd op de programmeertaal C. Binnen de Arduino-code-editor geeft het ons twee functies.

• void setup(): Alle code in deze functie wordt één keer aan het begin uitgevoerd
• void loop(): De code in de functie loopt door zonder einde.

Kijk hieronder door op de oranje link te klikken voor meer informatie over code!

Dit is de code voor wandelen

#erbij betrekken

classServoManager{

openbaar:

Servo VoorRechtsDij;

Servo VoorRechtsKnie;

Servo AchterRechtsDij;

Servo AchterRechtsKnie;

Servo VoorLinksDij;

Servo VoorLinksKnie;

Servo AchterLinksDij;

Servo AchterLinksKnie;

voidsetup(){

FrontRightDij.attach(2);

BackRightDij.attach(3);

FrontLeftThigh.attach(4);

BackLeftDij.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){

FrontRightDhigh.write(FRT);

BackRightDij.write(BRT);

FrontLeftThigh.write(FLT);

BackLeftDij.write(BLT);

FrontRightKnee.write(FRK);

BackRightKnee.write(BRK);

FrontLeftKnee.write(FLK);

BackLeftKnee.write(BLK);

}

};

ServoManager-beheerder;

voidsetup(){

Beheerder.setup();

}

voidloop(){

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

vertraging (1000);

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

vertraging (5000);

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

vertraging (1000);

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

vertraging (1000);

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

vertraging (1000);

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

vertraging (1000);

}

bekijk rawQuad.ino gehost met ❤ door GitHub

Stap 13: Testen

De video's die we hier hebben toegevoegd, zijn van het testen van de Arachnoid. De punten waar je het ziet lopen zijn een beetje kort, maar we denken dat het je een idee moet geven van hoe het lopen van de viervoetige robot werd gedaan. Tegen het einde van ons project kregen we het wel aan het lopen, maar vrij langzaam, dus ons doel was bereikt. De video's daarvoor zijn van ons die de motoren testen die we voor het bovenste deel van het been hebben bevestigd.

Stap 14: Tijdens het proces van ontwerpen en afdrukken

De video's die we hier hebben toegevoegd, zijn voornamelijk voortgangscontroles tijdens het ontwerp en het afdrukken van de onderdelen die we hebben gemaakt.

Stap 15: Mogelijke verbeteringen

We namen de tijd om na te denken over hoe we verder zouden gaan met de Arachnoid als we er meer tijd mee zouden hebben en we kwamen met enkele ideeën. We zouden op zoek gaan naar een betere manier om de Arachnoid van stroom te voorzien, waaronder: het vinden van een betere, lichtere batterij die kan worden opgeladen. We zouden ook zoeken naar een betere manier om de servomotoren te bevestigen aan de bovenste helft van het been dat we hebben ontworpen door het onderdeel dat we hebben gemaakt opnieuw te ontwerpen. Een andere overweging die we hebben gemaakt, is het bevestigen van een camera aan de robot, zodat deze kan worden gebruikt om gebieden te betreden die anders onbereikbaar zijn voor mensen. Al deze overwegingen waren door ons hoofd gegaan tijdens het ontwerpen en monteren van de robot, maar vanwege tijdgebrek konden we ze niet uitvoeren.

Stap 16: definitief ontwerp

Uiteindelijk zijn we best tevreden met de manier waarop ons uiteindelijke ontwerp is geworden en we hopen dat u er ook zo over denkt. Dank u voor uw tijd en aandacht.