Een op servo gebaseerde viervoeter: 12 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Bouw je eigen (onnodig technische) servomotor-aangedreven 4-benige rollator-robot! Ten eerste een waarschuwing: deze bot is in feite een microcontroller-hersenversie van de klassieke BEAM 4-poots rollator. De BEAM 4-legger is misschien gemakkelijker voor u om te maken als u nog niet bent ingesteld op het programmeren van microcontrollers en u gewoon een rollator wilt bouwen. Aan de andere kant, als u aan de slag gaat met microprocessorprogrammering en een paar servo's hebt schoppen, dit is uw ideale project! Je kunt spelen met walker-mechanica zonder dat je je zorgen hoeft te maken over de kieskeurige analoge BEAM-microcore-tweaking. Dus hoewel dit niet echt een BEAM-bot is, zijn de volgende twee webpagina's geweldige bronnen voor elke viervoeter: Bram van Zoelen's tutorial over viervoeters geeft een goed overzicht van de mechanica en theorie. website. Chiu-Yuan Fang's walker-site is ook redelijk goed voor BEAM-dingen en wat meer geavanceerde walker-ontwerpen. Klaar met lezen? Klaar om te gaan bouwen?

Stap 1: Verzamel onderdelen, meet, plan een beetje

Het maken van een 4-potige servowalker is vrij eenvoudig, qua onderdelen. Kortom, je hebt twee motoren nodig, poten, een batterij, iets om de motoren heen en weer te laten gaan, en een frame om ze allemaal vast te houden. Onderdelenlijst: 2x Tower Hobby's TS-53 Servo's 20 inch zware koperdraad: 12 inch voor voorpoten, 8 inch voor achter. Ik had 10-gauge. 12-gauge zou moeten werken, maar ik gok. Batterij is een 3.6v NiMH die online goedkoop werd verkocht. Het brein van de microcontroller is een AVR ATMega 8. Het frame is Sintra, wat heel cool is. Het is een plastic foamboard dat buigt als je het opwarmt in kokend water. Je kunt het snijden, doorboren, een mat mes snijden en het vervolgens in vorm buigen. Ik heb de mijne bij Solarbotics. Overige onderdelen:Geboord projectbord voor het circuitSnap-off headers (mannelijk en vrouwelijk) voor de servo- en batterijaansluitingenEen 28-pins aansluiting voor de ATMegaSuper-duper lijmSoldeerbout en soldeer, draadEnkele kleine boutjes om de motoren vast te houden onDrillMatte mesHier zie je me de onderdelen uitmeten, een schets maken voor het frame en dan een liniaal pakken om een papieren sjabloon te maken. Ik gebruikte de sjabloon als richtlijn om met een pen te markeren waar ik gaten in de Sintra zou boren.

Stap 2: Frame bouwen, motoren monteren

Eerst boorde ik gaten op de hoeken van de twee motoruitsparingen en kerfde toen langs de rand van een liniaal van gat tot gat met een mat mes. Het duurt ongeveer 20 passen met het mes om door de Sintra te komen. Ik werd lui en brak het na ongeveer 1/2 weg door te snijden.

Nadat ik de gaten had uitgesneden, testte ik de motoren om te zien hoe het werkte. (Een beetje te breed, maar ik heb de lengte precies goed.)

Stap 3: Buig het frame, bevestig de motoren

Helaas had ik niet genoeg handen om mezelf te fotograferen terwijl ik de Sintra buig, maar hier is hoe het ging:

1) Gekookte kleine pan water op het fornuis 2) Sintra een minuut of twee onder water gehouden met een houten lepel (Sintra drijft) 3) Hij trok het eruit en hield het met warme wanten en iets plats in de juiste hoek gebogen totdat het gekoeld. Voor het klassieke "Miller" rollator-ontwerp, wil je een hoek van ongeveer 30 graden op de voorpoten. Schroefgaten geboord en de motoren vastgeschroefd.

Stap 4: Bevestig de poten aan stervormige servomotorhoorns

Ik sneed een stuk dik koperdraad van 12" en 8" met blikjes om respectievelijk de voor- en achterpoten te maken. Daarna heb ik ze schuin gebogen om aan de servohoorns te bevestigen.

Een klassieke BEAM-truc wanneer je dingen moet bevestigen, is om ze vast te binden met aansluitdraad. In dit geval heb ik wat aansluitdraad gestript, het door de hoorns en rond de benen gehaald en veel opgedraaid. Sommige mensen solderen de draad op dit punt vast. De mijne houdt het nog steeds stevig vast zonder. Voel je vrij om het overtollige af te knippen en de gedraaide delen naar beneden te buigen.

Stap 5: Bevestig de benen aan het lichaam, buig ze precies goed

Schroef de servo-sterren (met de poten erop) weer op de motoren en buig dan.

Symmetrie is hier het sleutelwoord. Een tip om de zijkanten gelijk te houden, is door slechts in één richting tegelijk te buigen, zodat het gemakkelijker is om het op te merken als je te veel aan de ene of de andere kant doet. Dat gezegd hebbende, ik heb de mijne nu vele malen gebogen en opnieuw gebogen, en je kunt opnieuw vanaf het rechte stuk beginnen als je later te ver van de baan raakt nadat je hem een keer te vaak hebt aangepast. Copper is geweldig op die manier. Bekijk de webpagina's die ik heb vermeld voor meer tips hier, of vleugel het gewoon. Ik denk niet dat het echt zo belangrijk is, tenminste niet als het gaat om het lopen. Je gaat het later afstemmen. Het enige kritieke punt is om het zwaartepunt voldoende in het midden te krijgen zodat het goed loopt. In het ideale geval, wanneer één voorbeen in de lucht is, zullen de achterpoten die draaien de bot naar voren kantelen op het hoge / voorwaartse voorbeen, dat dan het lopen zal doen. Je zult zien wat ik bedoel in een video of twee die eraan komen.

Stap 6: Hersenen

Het hersenbord is vrij eenvoudig, dus je zult mijn schetsmatige schakelschema moeten vergeven. Omdat het servo's gebruikt, zijn er geen ingewikkelde motorstuurprogramma's of wat dan ook nodig. Sluit eenvoudig +3,6 volt en aarde aan (rechtstreeks van de batterij) om de motoren te laten werken, en raak ze met een pulsbreedte gemoduleerd signaal van de microcontroller om ze te vertellen waar ze heen moeten. (Zie de wikipedia-servopagina als servomotoren nieuw voor je zijn.) Ik sneed een stuk geboord, leeg pcb-materiaal uit en plakte de headers erop. Twee 3-pins headers voor de servo's, een 2-pins header voor de batterij, een 5-pins header voor mijn AVR-programmeur (die ik ooit eens een instructable zou moeten maken), en de 28-pins aansluiting voor de ATMega 8-chip. Nadat alle sockets en headers waren vastgelijmd, heb ik ze gesoldeerd. De meeste bedrading zit aan de onderkant van het bord. Het zijn eigenlijk maar een paar draden.

Stap 7: Programmeer de chip

Programmeren kan met zo'n geavanceerde setup als je hebt. Ikzelf, dat is gewoon de (afgebeelde) getto-programmeur - slechts enkele draden gesoldeerd aan een parallelle poortstekker. Dit instructable beschrijft de programmeur en software die je nodig hebt om alles draaiende te krijgen. Niet doen! Niet doen! Gebruik deze programmeerkabel niet met apparaten die zelfs maar in de buurt komen van spanningen boven 5v. De spanning kan de kabel doen oplopen en de parallelle poort van uw computer doen frituren, waardoor uw computer kapot gaat. Elegantere ontwerpen hebben begrenzingsweerstanden en/of diodes. Voor dit project is getto prima. Het is slechts een 3.6v batterij aan boord. Maar wees voorzichtig. De code die ik gebruik is hier bijgevoegd. Meestal is het overdreven om slechts twee motoren heen en weer te laten zwaaien, maar ik had plezier. De kern hiervan is dat de servo's elke 20 ms pulsen nodig hebben. De lengte van de puls vertelt de servo waar de benen moeten worden gedraaid. 1,5 ms is rond het midden en het bereik is ongeveer 1 ms tot 2 ms. De code gebruikt de ingebouwde 16-bits pulsgenerator voor zowel de signaalpuls als de vertraging van 20 ms en geeft een resolutie van microseconden op de standaardsnelheid. De resolutie van de servo ligt ergens in de buurt van 5-10 microseconden, dus 16-bits is voldoende. Moet er een instructie voor microcontroller-programmering zijn? Daar zal ik mee aan de slag moeten. Laat het me weten in de reacties.

Stap 8: Baby's eerste stapjes

Ik heb de voorpoten in beide richtingen ongeveer 40 graden zwaaien en de achterbenen ongeveer 20 graden. Zie de eerste video voor een voorbeeld van het lopen van onderaf.

(Let op de mooie vertraging van een paar seconden wanneer ik op de resetknop druk. Erg handig bij het herprogrammeren om het een paar seconden stil te laten zitten met de stroom aan. Het is ook handig om de benen te centreren voor als je klaar bent spelen en je wilt gewoon dat het opstaat.) Het liep bij de eerste poging! Zie het 2e filmpje. Bekijk in de video hoe het voorste been omhoog gaat, en dan draaien de achterpoten om het naar voren op het voorste been te laten vallen. Dat is lopen! Speel met je zwaartepunt en beenbuigingen totdat je die beweging krijgt. Ik merkte dat het veel naar één kant draaide, hoewel ik er vrij zeker van was dat ik de motoren mechanisch en in de code had gecentreerd. Bleek te komen door een scherpe rand aan een van de voeten. Dus maakte ik robo-booties. Is er niets dat krimpkous niet kan?!

Stap 9: tweaken

Dus het loopt goed. Ik speel nog steeds met de gang en de vorm van de benen en de timing om te zien hoe snel ik hem in een rechte lijn kan laten gaan en hoe hoog ik hem kan laten klimmen.

Voor klimmen is het voorbeen buigen net voor de voeten cruciaal - het helpt voorkomen dat het aan de randen blijft haken. In plaats daarvan rijdt het been over het obstakel als het onder de 'knie' komt. Ik probeerde de voeten in ongeveer dezelfde hoek van 30 graden als het frame te laten raken. Dus hoe hoog kan het klimmen?

Stap 10: Dus hoe hoog kan het klimmen?

Op dit moment ongeveer 1 inch, wat beter is dan de meeste eenvoudige robots op wielen die ik heb gemaakt, dus ik klaag niet. Bekijk de video om het in actie te zien. Het springt nooit zomaar over. Het zal een paar pogingen kosten om beide voorpoten op en neer te krijgen. Eerlijk gezegd lijkt het meer dan wat dan ook op een tractieprobleem. Of het zwaartepunt kan een beetje hoog zijn voor de lange zwaai van het voorbeen. Je kunt het bijna zien verliezen als het voorste been het lichaam de lucht in duwde. Een hint van wat komen gaat…

Stap 11: Dus wat kan het niet beklimmen?

Tot nu toe is het me niet gelukt om de kunst van het Franse koken (deel 2) betrouwbaar onder de knie te krijgen. Het lijkt erop dat 1 1/2 inch de huidige limiet is voor hoe hoog het kan gaan. Misschien helpt het om de voorste beenrotatie te verminderen? Misschien het lichaam een beetje op de grond laten zakken? Bekijk de video. Wees getuige van de pijn van de nederlaag. Verdomme, Julia Child!