Kartonnen spin (doe-het-zelf viervoeter): 13 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Hallo en welkom bij mijn nieuwe project.

In deze instructable heb ik geprobeerd een eenvoudige viervoeter gemaakt van materialen voor iedereen toegankelijk te maken. Ik weet dat je een 3D-printer en misschien een CNC nodig hebt om een goed uitziend eindproduct te krijgen, maar niet iedereen heeft zo'n luxe apparaat, dus ik probeerde aan te tonen dat je met eenvoudig materiaal nog steeds leuke dingen kunt bouwen.

Dus zoals eerder vermeld zullen we proberen een Quadruped te bouwen. Het frame van de Quadruped wordt eenvoudig gemaakt van golfkarton, inclusief het frame, het dijbeen en het scheenbeen van elk van de vier poten.

Stap 1: Waarom Quadruped en hoe het werkt?

Ik moet zeggen dat robots leuk en interessant zijn. Ik heb nog nooit een robot met poten gebouwd, dus ik dacht dat ik het eens moest proberen.

Ik besloot eerst een viervoeter te bouwen omdat ik niet genoeg servo's had voor een hexapod. Ik heb me voorgesteld dat als je een viervoeter kunt bouwen, het bouwen van een hexapod slechts een stap voorwaarts is. Aangezien dit mijn eerste project van dit type is, wist ik niet precies wat ik kon verwachten, dus ik dacht dat 4 poten gemakkelijker zouden zijn dan 6, maar zoals ik later ontdekte, is dit niet altijd waar.

Viervoeter met slechts 4 poten om niet te vallen zodra een van de poten is opgetild, moet het zwaartepunt van de robot worden verplaatst naar het binnenste van de driehoek die tussen de uiteinden van de andere drie poten is gemaakt.

Een hele mooie beschrijving van al dit proces vind je hier:

Elk been van de viervoeter heeft 3 gewrichten om de punt van het been in de ruimte te controleren. Dus de gewrichten zullen zijn:

- Coxa servo - tussen het frame en het dijbeen

- Dijbeenservo - het besturen van het dijbeen van het been

- Tibia-servo - tussen het dijbeen en het scheenbeen dat het scheenbeen controleert

Om de hoek van elke servo te kennen voor de noodzakelijke locatie van de punt van het been, zullen we iets gebruiken dat inverse kinematica wordt genoemd. Je kunt op internet veel documentatie hierover vinden, en hoe je de hoeken van de servo's kunt berekenen voor de verschillende locatie van de punt van het been. Maar in mijn geval heb ik zojuist de Arduino-code genomen die door RegisHsu is gemaakt (je kunt zijn gedetailleerde viervoetige instructable vinden als je hem zoekt) en ik heb de afmetingen van de robot en de robotbenen aangepast aan mijn robot en ook de programma om een afstandsbediening te gebruiken om de robot te besturen en dat is alles.

Stap 2: Waarom golfkarton gebruiken voor het frame en de poten?

Allereerst is het wijd verspreid, je kunt het overal vinden en als je wilt kopen is het erg goedkoop. Golfkarton is een stijf, sterk en lichtgewicht materiaal dat bestaat uit drie lagen bruin kraftpapier en de meeste verpakkingsdozen zijn hiervan gemaakt. Het is dus heel gemakkelijk om er een paar te vinden.

In mijn geval heb ik een schoenendoos gebruikt die ik heb uitgesneden en er het frame van heb gemaakt. De doos die door mijn doos werd geleverd, was 2 mm dik, dus erg dun. Dus voor elk deel van het frame moest ik drie identieke delen snijden en aan elkaar lijmen met dubbel plakband. Dus eigenlijk zullen we 3 frames moeten maken om aan het einde een 6 mm dikke doos te hebben.

Stap 3: Onderdeel vereist:

Benodigde elektronische onderdelen voor de Quadruped:

- Arduino Nano-microcontroller;

- Deek Robot Nano V03 Shield - niet essentieel, maar het zal de aansluiting van alle servo's op het Nano Board veel gemakkelijker maken.

- 12 stuks Tower Pro Micro Servo 9g SG90 – 4 poten met elk 3 gewrichten;

- LED – voor licht (ik gebruikte een oude doorgebrande kleurensensor)

- 1 x NRF24L01-zendontvanger

Elektronische onderdelen die nodig zijn voor de afstandsbediening

- Arduino Uno-microcontroller;

- 1 x NRF24L01-zendontvanger;

- Joystick;

- LED;

- Diverse weerstanden;

- Druk op de knop;

- Enkele jumperdraden;

Voor het frame:

- Golfkartonvel

- Snijder

-Schroevendraaiers

- Scotch met dubbele tape

- Driehoeken

- Heerser

- Potlood

Dus laten we beginnen met bouwen.

Stap 4: De servo's instellen op 90 graden

Voordat ik begon met het bouwen van het frame, moest ik alle servo's op 90 graden centreren, zodat het later gemakkelijker zal zijn om ze te positioneren als het frame klaar is. Dus ik heb eerst de Arduino Nano, bedoeld voor de Quadruped, aan het Nano-schild bevestigd en tenslotte de servo's aan het schild. Dan hoef je alleen maar de code te uploaden en alle servo's worden gecentreerd op 90 graden posities.

De code is te vinden in de laatste stap van de instructable.

Stap 5: Het frame bouwen

Zoals eerder vermeld is het frame opgebouwd uit het golfkarton dat uit een schoenendoos wordt geleverd. Het sjabloon van de lijst vindt u in de bijgevoegde foto's samen met de afmetingen van de lijst.

Eerst sneed ik de zijkanten van de kartonnen doos om het frame te maken. Ik heb drie goede stukken verkregen waarvoor ik rekening heb gehouden met de oriëntatie van de gegolfde laag, zodat 2 stukken een verticale celgegolfde laag en een horizontale hebben.

Toen de doos klaar was, teken ik de framesjabloon op de kartonnen plaat met het verticale gegolfde medium. Om een sterkere, stijvere structuur te krijgen, heb ik drie stukken gesneden om ze aan elkaar te lijmen voor extra sterkte tegen buigen. De bovenste en onderste kartonnen vellen hebben een verticale gegolfde laag, terwijl het ingeklemde kartonnen vel een horizontale gegolfde laag zal zijn.

Voordat ik de drie framedelen aan elkaar lijmde, bereidde ik de arm van de servomotoren voor en teken ik de positie van elke coxa-servomotor voor toekomstige correcte positionering.

Nu ik weet waar de coxa servo's moeten komen heb ik de drie stukken aan elkaar gelijmd.

Nu is het frame klaar.

Stap 6: De Coxa-servo's aan het frame bevestigen

Om de servo's eerst te bevestigen, heb ik een gat in de gemarkeerde positie geslagen zodat de bevestigingsschroef voor de servo-arm passeert en de servo aan het frame vastzet.

Met behulp van de meegeleverde schroeven van de servomotoren heb ik de armen van de coxa-servomotoren aan het frame bevestigd. De coxa is gevormd uit twee servo's die aan elkaar zijn gelijmd met dubbele tape en versterkt met rubberen band voor het geval dat. Eén servo zal naar beneden gericht zijn met de schacht in verticale positie en zal worden bevestigd aan het frame, en de andere zal worden georiënteerd met de schacht in horizontale positie en zal worden bevestigd aan de binnenkant van het dijbeen.

Om de coxa-servo aan het frame te bevestigen, wordt tenslotte de bevestigingsschroef ingeschroefd.

Stap 7: Het dijbeen bouwen

Dezelfde procedure voor het snijden van dozen werd gebruikt. Elk dijbeen wordt gemaakt van drie kartonnen vellen die aan elkaar zijn gelijmd. De horizontale golflaag wordt ingeklemd tussen de verticale golfkartonvellen.

Stap 8: Het scheenbeen bouwen

Voor de tibia heb ik voor elke tibia drie mallen gesneden, maar deze keer was de oriëntatie van de gegolfde laag verticaal om een betere longitudinale sterkte aan de tibia te geven.

Nadat elke drie sjablonen waren gesneden, heb ik ze aan elkaar gelijmd en maakte ook het gat voor de tibia-servo om erin te passen.

Ik heb de servo in het scheenbeen bevestigd en de arm van de servo werd aan de servo bevestigd met de bevestigingsschroef door het gat in het dijbeen op een zodanige manier dat het dijbeen met het scheenbeen werd verbonden.

Stap 9: Alles bij elkaar zetten

Nu alle delen van het frame en de poten zijn gemaakt, heb ik ze allemaal met elkaar verbonden, zodat het geheel eruit begon te zien als een viervoeter.

Stap 10: De elektronica installeren en de verbindingen instellen

Eerst moeten de Arduino Nano samen met het Deek Robot Shield op het frame passen. Hiervoor nam ik het schild en besprong ik het frame met 4 gaten om het Deek Robot Shield aan het frame te bevestigen met 4 bouten en moeren.

Nu zijn "de hersenen aan het lichaam gehecht":D. Vervolgens heb ik alle servo's aangesloten op het Deek Nano Shield.

De aansluiting van de servo's is heel eenvoudig omdat het schild speciaal drie pinnen (Signaal, VCC, GND) heeft gebouwd voor elke Arduino Nano digitale en analoge pin, waardoor een perfecte en gemakkelijke aansluiting van de microservo's mogelijk is. Normaal gesproken hebben we een motorstuurprogramma nodig om servo's met Arduino aan te sturen, omdat het niet in staat is om de versterkers aan te kunnen die de motoren nodig hebben, maar in mijn geval is dit niet geldig omdat de 9g microservo's klein genoeg zijn voor Arduino Nano om ze aan te kunnen.

De benen servo's worden als volgt aangesloten:

Been 1: (Vooruit linkerbeen)

Coxa – Arduino Nano Digitale Pin 4

Dijbeen – Arduino Nano Digitale Pin 2

Tibia – Arduino Nano Digitale Pin 3

Been 2: (achterste linkerbeen)

Coxa – Arduino Nano analoge pin A3

Dijbeen - Arduino Nano Analoge Pin A5

Tibia – Arduino Nano analoge pin A4

Been 3: (Vooruit rechterbeen)

Coxa – Arduino Nano Analoge Pin 10

Dijbeen - Arduino Nano Analoge Pin 8

Tibia – Arduino Nano Analoge Pin 9

Been 4: (achterste rechterbeen)

Coxa – Arduino Nano digitale pin A1

Dijbeen – Arduino Nano Digitale Pin A0

Tibia – Arduino Nano digitale pin A2

Aansluiting van de LED voor lichteffect

Ik dacht dat het leuk zou zijn om wat licht op de viervoeter te zetten, dus ik heb een oude kleurensensor die het niet meer doet (ik heb hem uitgebrand:D) maar de LED's werken nog steeds, dus omdat ze vier LED's aan hebben een klein bord en ze zijn erg helder. Ik besloot de kleurensensor te gebruiken om de viervoeter wat lichteffect te geven. Omdat het vier is, lijkt het een beetje dichter bij een spin.

Dus ik heb de VCC van de kleurensensor aangesloten op de Arduino Nano Pin D5 en de GND van de sensor op de GND van de Arduino Nano. Omdat het kleine bord al enkele weerstanden heeft die voor de LED worden gebruikt, hoefde ik geen andere weerstand in serie met de LED te plaatsen. Alle andere pinnen worden niet gebruikt omdat de sensor is doorgebrand en ik alleen de LED's van het kleine bord gebruik.

Aansluitingen voor NRF24L01-module.

- GND van de module gaat naar de GND van het Arduino Nano Shield

- VCC gaat naar de Arduino Nano 3V3-pin. Zorg ervoor dat u de VCC niet aansluit op de 5V van het breadboard, omdat u het risico loopt de NRF24L01-module te vernietigen

- CSN-pin gaat naar de Arduino Nano D7;

- CE-pin gaat naar de Arduino Nano D6;

- SCK-pin gaat naar de Arduino Nano D13;

- MOSI-pin gaat naar de Arduino Nano D11;

- MISO-pin gaat naar de Arduino Nano D12;

- IRQ-pin wordt niet aangesloten. Wees voorzichtig als u een ander bord gebruikt dan Arduino Nano of Arduino Uno, de SCK-, MOSI- en MISO-pinnen zullen anders zijn.

- U moet ook de RF24-bibliotheek voor deze module downloaden. Je kunt het vinden op de volgende site:

Als voeding voor de spider heb ik een muuradapter 5V (1A) gebruikt. Ik heb geen enkele soort batterijen beschikbaar, en dit was mijn enige beschikbare muuradapter waarvan ik denk dat een sterkere van minimaal 2A beter zal zijn, maar ik heb er geen, dus ik moest de enige gebruiken die ik heb. Het zal veel prettiger zijn als je een li-po-batterij gebruikt, zodat de robot vrij kan zijn, zonder kabel.

Om een stabielere voeding op het bord te hebben, heb ik een 10microF-condensator tussen 5V en GND-pinnen van het Deek Robot Nano Shield bevestigd, omdat ik merkte dat wanneer alle servo's onder belasting staan, de Arduino Nano gewoon opnieuw start, terwijl het toevoegen van de condensator loste het probleem op.

Stap 11: De dekking bouwen

Omdat ik de hoes zo licht mogelijk wilde hebben, heb ik hem alleen gemaakt van een laag van 2 mm golfkarton, omdat er geen versterking nodig is, omdat er geen belasting op van invloed is.

Ik heb een stuk karton gesneden in de vorm en afmetingen zoals je op de afbeelding kunt zien en ik heb het aan het frame bevestigd met dezelfde moeren die het Arduino Nano Shield onder het frame bevestigen. Aan de bovenzijde worden de twee stukken op elkaar gelijmd met dubbele tape. Ik heb geprobeerd alle draden erin te wikkelen, zodat de viervoeter er zo goed mogelijk uitziet.

Nu is de viervoeter klaar. Laten we verder gaan met de afstandsbediening.

Stap 12: Afstandsbediening

Voor de afstandsbediening gebruik ik dezelfde afstandsbediening van mijn vorige project Maverick op afstand bestuurbare auto, alleen heb ik de grafiek uitgestreept die in dit project niet nodig is. Maar voor het geval je die build hebt gemist, heb ik hem hier nog een keer geschreven.

Omdat ik voor de controller een Arduino Uno gebruik, heb ik de Uno met wat elastiekjes op een breadboard bevestigd om niet te bewegen.

- Arduino Uno wordt gevoed door een 9V-batterij via de aansluiting;

- Arduino Uno 5V-pin naar de 5V-rail van het breadboard;

-Arduino Uno GND-pin naar de GND-rail van het breadboard;

NRF24L01-module.

- GND van de module gaat naar de GND van de breadboard-rail

- VCC gaat naar de Arduino Uno 3V3-pin. Zorg ervoor dat u de VCC niet aansluit op de 5V van het breadboard, omdat u het risico loopt de NRF24L01-module te vernietigen

- CSN-pin gaat naar de Arduino Uno D8;

- CE-pin gaat naar de Arduino Uno D7;

- SCK-pin gaat naar de Arduino Uno D13;

- MOSI-pin gaat naar de Arduino Uno D11;

- MISO-pin gaat naar de Arduino Uno D12;

- IRQ-pin wordt niet aangesloten. Wees voorzichtig als u een ander bord gebruikt dan Arduino Nano of Arduino Uno, de SCK-, MOSI- en MISO-pinnen zullen anders zijn.

Joystick-module

- De joystick module bestaat uit 2 potentiometers dus lijkt erg op de aansluitingen;

- GND-pin naar de GND-rail van het breadboard;

- VCC-pin naar de 5V-rail van het breadboard;

- VRX-pin naar de Arduino Uno A3-pin;

- VRY-pin naar de Arduino Uno A2-pin;

LED

- Rode LED wordt in serie geschakeld met een 330Ω-weerstand op Arduino Uno-pin D4;

- Groene LED wordt in serie geschakeld met een weerstand van 330Ω naar Arduino Uno pin D5;

Drukknoppen

- Een van de drukknoppen wordt gebruikt om het viervoetige licht AAN en UIT te schakelen, en de andere wordt niet gebruikt;

- De LIGHT-drukknop wordt aangesloten op pin D2 van de Arduino Uno. De knop moet naar beneden worden getrokken met een weerstand van 1k of 10k, de waarde is niet belangrijk.

- De resterende drukknop wordt aangesloten op pin D3 van de Arduino Uno. Hetzelfde moet de knop worden ingedrukt met een weerstand van 1k of 10k. (het wordt niet gebruikt voor dit project)

Dat is het, we hebben nu alle elektrische onderdelen aangesloten.

Stap 13: Arduino IDE-codes

Voor dit deel zijn er weinig code die ik heb gebruikt.

Leg_Initialisatie - werd gebruikt om de servo's in een positie van 90 graden te centreren.

Spider_Test – werd gebruikt voor het testen van de juiste functies, zoals vooruit, achteruit, draaien

Spider – te gebruiken voor de Spider

Spider Remote Controller – te gebruiken voor de Spider Controller

Ik moet vermelden dat de code voor Spider is aangepast en gewijzigd na de code van RegisHsu [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED) en daarom wil ik RegisHsu bedanken voor zijn goede werk.

Nou, dat gezegd hebbende, ik hoop dat je mijn Spider leuk vond.