Gjarpër robotik i frymëzuar nga bio: 16 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:26

Unë u frymëzova për të filluar këtë projekt pasi pashë video kërkimore të gjarpërinjve robotikë të ngjitjes në pemë dhe ngjalave robotike. Kjo është përpjekja ime e parë dhe krijimi i robotëve duke përdorur lëvizje gjarpri, por nuk do të jetë e fundit! Regjistrohuni në YouTube nëse dëshironi të shihni zhvillimet e ardhshme.

Më poshtë unë përshkruaj ndërtimin e 2 gjarpërinjve të ndryshëm së bashku me skedarët për printim 3D dhe një diskutim rreth kodit dhe algoritmeve për të arritur lëvizje të ngjashme me gjarpërinjtë. Nëse dëshironi të vazhdoni të mësoni më shumë, pasi të keni lexuar këtë udhëzues do të sugjeroja të lexoni lidhjet në pjesën e referencave në fund të faqes.

Ky udhëzues është teknikisht një 2 në 1, në atë që unë shpjegoj se si të bëni 2 versione të ndryshme të një gjarpri robotik. Nëse jeni të interesuar vetëm për ndërtimin e njërit prej gjarpërinjve injoroni udhëzimet për gjarprin tjetër. Këta 2 gjarpërinj të ndryshëm do të referohen nga këtu duke përdorur frazat e mëposhtme në mënyrë të ndërsjellë:

1. Gjarpër me një aks, gjarpër 1D, ose gjarpër i verdhë dhe i zi
2. Gjarpër me bosht të dyfishtë, gjarpër 2D ose gjarpër të bardhë

Sigurisht që mund t'i printoni gjarpërinjtë në çdo fije me ngjyrë që dëshironi. Dallimi i vetëm midis dy gjarpërinjve është se në gjarprin 2D çdo motor rrotullohet 90 gradë në krahasim me atë të mëparshëm, ndërsa në gjarprin 1D të gjithë motorët janë të rreshtuar në një aks të vetëm.

Një parathënie e fundit është se ndërsa secili prej gjarpërinjve të mi ka vetëm 10 servo, është e mundur të bësh gjarpërinjtë me më shumë ose më pak servo. Një gjë për t'u marrë parasysh është se me më pak servos do të arrini lëvizje më pak të suksesshme, dhe me më shumë servos ju ndoshta do të jeni më të suksesshëm me lëvizjen gjarpri, por do t'ju duhet të merrni parasysh koston, barazimin aktual (shih vërejtjet e mëvonshme) dhe numrin e kunjave në dispozicion në Arduino. Ndjehuni të lirë të ndryshoni gjatësinë e gjarprit, megjithatë mbani në mend se do t'ju duhet gjithashtu të ndryshoni kodin për të llogaritur këtë ndryshim.

Hapi 1: Përbërësit

Kjo është një listë pjesësh për një gjarpër të vetëm, nëse doni të bëni të dy gjarpërinjtë do t'ju duhet të dyfishoni vëllimin e përbërësve.

• 10 servos MG996R*
• Filament i printimit 3D 1.75mm
• 10 kushineta topi, pjesa numër 608 (unë e shpëtova timen nga buza e jashtme e rrotulluesve të Fidget Jitterspin)
• 20 kushineta të vogla me top, pjesa numër r188, për rrotat ** (Unë e shpëtova timen nga pjesa e brendshme e rrotulluesve të Fidget Jitterspin)
• 40 vida kokë Philip 6-32 x 1/2 "(ose të ngjashme)
• 8 vida më të gjata (nuk kam një numër pjese, por ato janë me të njëjtin diametër si vidhat e mësipërme)
• Të paktën 20 copë zipi 4 inç (varet nga ju sa doni të përdorni)
• 5m secila prej telave të kuq e zi 20 matës ose më të trashë ***
• Teli standard 22 matës
• 30 kunjat e kokës për meshkuj (të ndarë në 10 shumë nga 3)
• Arduino Nano
• Pjesë të printuara 3D (shiko pjesën tjetër)
• Disa forma të energjisë (shiko pjesën: "Fuqizimi i gjarprit" për më shumë informacion), unë personalisht kam përdorur një furnizim me energji të modifikuar ATX
• Kondensator elektrolitik 1000uF 25V
• Tub i tkurrjes së nxehtësisë me madhësi të ndryshme, ngjitës, ngjitës dhe mjete të tjera të ndryshme

*mund të përdorni lloje të tjera, por do t'ju duhet të ridizajnoni skedarët 3D për t'u përshtatur me servos tuaj. Gjithashtu nëse provoni të përdorni servo më të vegjël si sg90, mund të zbuloni se ato nuk janë mjaft të forta (nuk e kam testuar këtë dhe ju takon juve të eksperimentoni).

** nuk keni nevojë të përdorni kushineta të vogla topi për rrotat, unë thjesht kisha shumë shtrirje përreth. Përndryshe, mund të përdorni rrota LEGO ose rrota të tjera lodrash.

*** Ky tel mund të ketë deri në 10 amper duke kaluar nëpër të, shumë i hollë dhe rryma do ta shkrijë atë. Shikoni këtë faqe për më shumë informacion.

Hapi 2: Komponentët e printimit 3D

Nëse jeni duke bërë gjarprin 1D printoni këto pjesë.

Nëse jeni duke bërë gjarprin 2D printoni këto pjesë.

Shënim i rëndësishëm: Shkalla mund të jetë e gabuar! Unë i dizajnoj komponentët e mi në Fusion 360 (në njësi mm), e eksportova modelin si një skedar.stl në programin MakerBot dhe më pas e printova në një printer Qidi Tech (një version klon i MakerBot Replicator 2X). Diku përgjatë kësaj rrjedhe pune ka një defekt dhe të gjitha printimet e mia dalin shumë të vogla. Unë nuk kam qenë në gjendje të identifikoj vendndodhjen e gabimit, por kam një rregullim të përkohshëm të shkallëzimit të secilës printim në madhësinë 106% në softuerin MakerBot, kjo rregullon problemin.

Duke pasur parasysh këtë, paralajmërohuni që nëse printoni skedarët e mësipërm ato mund të shkallëzohen gabimisht. Unë sugjeroj të printoni vetëm një copë dhe të kontrolloni nëse përshtatet me servo -në tuaj MG996R para se t'i printoni të gjitha.

Nëse printoni ndonjë nga skedarët, ju lutem më tregoni se cili është rezultati: nëse printimi është shumë i vogël, ashtu siç duhet, shumë i madh dhe sa për qind. Duke punuar së bashku si një komunitet, ne mund të zgjidhim vendndodhjen e defektit duke përdorur printera të ndryshëm 3D dhe prerës.stl. Pasi të zgjidhet çështja, unë do të azhurnoj këtë pjesë dhe lidhjet e mësipërme.

Hapi 3: Montimi i gjarpërinjve

Procesi i montimit është kryesisht i njëjtë për të dy versionet e gjarprit. Dallimi i vetëm është se në gjarprin 2D çdo motor rrotullohet 90 gradë në krahasim me atë të mëparshëm, ndërsa në gjarprin 1D të gjithë motorët janë të rreshtuar në një aks të vetëm.

Filloni duke hequr servo, ruani vidhat dhe hiqni pjesët e sipërme dhe të poshtme të kornizës plastike të zezë dhe kini kujdes të mos humbni asnjë nga ingranazhet! Rrëshqisni servo në kornizën e printuar 3D, të orientuar si në fotot e mësipërme. Zëvendësoni pjesën e sipërme të kutisë së servos dhe vidhoseni në vend me katër vida 6-32 1/2 . Ruani pjesën e poshtme të kornizës servo (në rast se dëshironi ta përdorni përsëri në projektet e mëvonshme) dhe zëvendësojeni atë me 3D rast i shtypur, i vetmi ndryshim është çelësi shtesë që një kushinetë të rrëshqasë. Vidhoseni servon përsëri së bashku, përsëriteni 10 herë.

E RORTNDSISHME: Para se të vazhdoni, duhet të ngarkoni kodin në Arduino dhe të zhvendosni çdo servo në 90 gradë. Dështimi për ta bërë këtë mund të rezultojë në prishjen e një ose më shumë servo dhe/ose kornizave të printuara 3D. Nëse nuk jeni të sigurt se si të lëvizni një servo në 90 gradë, shihni këtë faqe. Në thelb lidhni telin e kuq të servo në 5V në Arduino, tela ngjyrë kafe në GND dhe tela të verdhë në pinin dixhital 9, pastaj ngarkoni kodin në lidhje.

Tani që çdo servo është në 90 gradë, vazhdoni:

Lidhni 10 segmentet duke futur çelësin e printuar 3D nga një rast servo në vrimën e një pjese të segmentit të dytë, pastaj me pak forcë shtyjeni boshtin e servo -së në vrimën e tij (shikoni fotot më sipër dhe videon për qartësi). Nëse jeni duke bërë gjarprin 1D, të gjithë segmentet duhet të rreshtohen, nëse jeni duke bërë gjarprin 2D, secili segment duhet të rrotullohet 90 gradë në segmentin e mëparshëm. Vini re se korniza e bishtit dhe kokës janë vetëm gjysma e gjatësisë së segmenteve të tjera, lidheni ato, por mos i komentoni pjesët në formë piramide deri pasi të kemi përfunduar instalimet elektrike.

Bashkojeni krahun servo në formë x dhe vidhoseni në pozicion. Rrëshqiteni topin mbi çelësin e printuar 3D, kjo do të kërkojë shtrëngimin e butë të dy shtyllave gjysmë-rrethi së bashku. Në varësi të markës së filamentit që përdorni dhe dendësisë së mbushjes, shtyllat mund të jenë shumë të brishta dhe të parakohshme, nuk mendoj se ky do të jetë rasti, por megjithatë mos përdorni forcë të tepërt. Unë personalisht kam përdorur filamentin PLA me mbushje 10%. Pasi topi të jetë ndezur, ai duhet të qëndrojë i kyçur nga daljet në çelës.

Hapi 4: Qarku

Qarku është i njëjtë për të dy gjarpërinjtë robotikë. Gjatë procesit të instalimeve elektrike sigurohuni që ka hapësirë të mjaftueshme për secilin segment që të rrotullohet plotësisht, veçanërisht në gjarprin 2D.

Më sipër është një diagram qark për instalime elektrike me vetëm 2 servos. Unë u përpoqa të bëja një vizatim qarkor me 10 servos, por ai u mbipopullua shumë. Dallimi i vetëm midis kësaj fotografie dhe jetës reale është se ju duhet të lidhni paralelisht 8 servos të tjerë dhe të lidhni telat e sinjalit PWM me kunjat në Arduino Nano.

Gjatë instalimit të linjave të energjisë, unë përdori një pjesë të vetme të telit 18 matës (mjaft i trashë për të përballuar 10 amps) si vija kryesore 5V që kalon gjatësinë e gjarprit. Duke përdorur shiritat e telave, unë hoqa një pjesë të vogël të izolatorit në 10 intervale të rregullta dhe bashkova një copë teli të shkurtër nga secila prej këtyre intervaleve një grup prej 3 kunjash të kokës mashkullore. Përsëriteni këtë për herë të dytë për tela GND me matës të zi 18 dhe një kunj të dytë mashkull. Më në fund lidhni një tel më të gjatë te kunja e 3 -të e kokës mashkullore, kjo kunj do të mbajë sinjalin PWM në servo nga Arduino Nano në kokën e gjarprit (tela duhet të jetë mjaft e gjatë për të arritur, edhe kur segmentet përkulen). Bashkangjisni tubin e tkurrjes së nxehtësisë sipas kërkesës. Lidhni 3 kunjat e kokës mashkullore me 3 kunjat e kokës femërore të telave servo. Përsëriteni 10 herë për secilën prej 10 servove. Në fund të fundit, ajo që arrin është lidhja e servove paralelisht dhe drejtimi i telave të sinjalit PWM në Nano. Arsyeja për kunjat e kokës mashkull/femër ishte kështu që ju mund të ndani me lehtësi segmente dhe të zëvendësoni servot nëse ato prishen pa pjekur gjithçka.

Lidhni telat GND dhe 5V në një pllakë perf të vrimës 3x7 në bisht me një kondensator dhe terminale vidë. Qëllimi i kondensatorit është të heqë çdo goditje aktuale të shkaktuar nga fillimi i servos, që mund të rivendosë Arduino Nano (nëse nuk keni një kondensator, ndoshta mund të largoheni pa të, por është më mirë të jeni të sigurt) Me Mos harroni se priza e gjatë e kondensatorëve elektrolitikë duhet të lidhet me linjën 5V dhe kunja më e shkurtër me linjën GND. Lidhni tela GND në kunjin GND të Nano dhe tela 5V në kunjin 5V. Vini re nëse jeni duke përdorur një tension të ndryshëm, (shihni pjesën tjetër), thoni një bateri Lipo me 7.4V, pastaj lidhni tela të kuq në kunjin Vin, JO pin 5V, duke bërë kështu do të shkatërrojë kunjin.

Ngjitini telat e sinjalit 10 PWM në kunjat në Arduino Nano. Unë e lidha telin sipas rendit të mëposhtëm, ju mund të zgjidhni të lidhni ndryshe tuajin, por vetëm mos harroni se atëherë do t'ju duhet të ndryshoni linjat servo.attach () në kod. Nëse nuk jeni të sigurt për çfarë po flas thjesht lidhni atë në të njëjtën mënyrë si unë dhe nuk do të keni probleme. Në mënyrë që nga servo në bishtin e gjarprit në kokën e gjarprit, unë i lidhja të dy gjarpërinjtë e mi në rendin e mëposhtëm. Lidhja e kunjave të sinjalit në: A0, A1, A2, A3, A4, A5, D4, D3, D8, D7.

Përdorni zipties për të pastruar instalimet elektrike. Para se të vazhdoni kontrolloni që të gjithë segmentet mund të lëvizin me hapësirë të mjaftueshme që telat të lëvizin pa u ndarë. Tani që instalimet elektrike janë bërë, ne mund të vidhosim kapakët në formë piramide në kokë dhe bisht. Vini re se bishti ka një vrimë që lidhja të dalë dhe koka ka një vrimë për kabllon e programimit Arduino.

Hapi 5: Fuqizimi i gjarprit

Për shkak se servos janë të lidhur paralelisht, të gjithë marrin të njëjtin tension, por rryma duhet të shtohet. Duke parë fletën e të dhënave për servos MG996r ato mund të tërheqin deri në 900mA secila gjatë funksionimit (duke supozuar se nuk ka ngecje). Kështu tërheqja totale aktuale nëse të 10 servot lëvizin në të njëjtën kohë është 0.9A*10 = 9A. Si një përshtatës normal i prizës në mur 5V, 2A nuk do të funksionojë. Vendosa të modifikoj një furnizim me energji ATX, të aftë për 5v në 20A. Unë nuk do të shpjegoj se si ta bëj këtë, pasi është diskutuar shumë në Instructables dhe YouTube tashmë. Një kërkim i shpejtë në internet do t'ju tregojë se si të modifikoni një nga këto furnizime me energji elektrike.

Duke supozuar se keni modifikuar furnizimin me energji elektrike, është thjesht një rast i lidhjes së një lidhjeje të gjatë midis furnizimit me energji dhe terminaleve të vidave në gjarpër.

Një tjetër mundësi është të përdorni një paketë lipo baterie në bord. Unë nuk e kam provuar këtë kështu që do të varet nga ju që të krijoni një montues për bateritë dhe t'i lidhni ato. Mbani në mend tensionet e funksionimit, tërheqjen aktuale të servos dhe Arduino (mos lidhni asgjë tjetër përveç 5v në pin 5v në Arduino, shkoni te kunja Vin nëse keni një tension më të lartë).

Hapi 6: Testoni se gjithçka po funksionon

Para se të vazhdoni, le të provoni se gjithçka po funksionon. Ngarko këtë kod. Gjarpri juaj duhet të lëvizë secilin servo individualisht midis 0-180 dhe pastaj të përfundojë duke u shtruar në një vijë të drejtë. Nëse jo, atëherë diçka nuk është në rregull, ka shumë të ngjarë që instalimet elektrike të jenë të pasakta ose servot fillimisht nuk ishin përqendruar në 90 gradë siç u përmend në seksionin "Kuvendi i gjarpërinjve".

Hapi 7: Kodi

Aktualisht nuk ka telekomandë për gjarprin, e gjithë lëvizja është e programuar paraprakisht dhe ju mund të zgjidhni atë që dëshironi. Unë do të krijoj një telekomandë në versionin 2, por nëse doni ta kontrolloni nga distanca, unë do të sugjeroja të shikoni mësime të tjera mbi Instructables dhe të përshtatni gjarprin të jetë i pajtueshëm me bluetooth.

Nëse jeni duke bërë gjarprin 1D ngarkoni këtë kod.

Nëse jeni duke bërë gjarpërin 2D ngarkoni këtë kod.

Unë ju inkurajoj të luani me kodin, të bëni ndryshimet tuaja dhe të krijoni algoritme të reja. Lexoni disa seksionet e ardhshme për një shpjegim të detajuar të secilit lloj lëvizjeje dhe si funksionon kodi për të.

Hapi 8: Peshore Vs Rrota

Një nga mënyrat kryesore që gjarpërinjtë janë në gjendje të ecin përpara është përmes formës së peshores së tyre. Peshoret lejojnë lëvizje më të lehtë përpara. Për një shpjegim të mëtejshëm shikoni këtë video nga 3:04 e tutje për të parë se si peshoret ndihmojnë gjarprin të ecë përpara. Shikimi i 3:14 në të njëjtën video tregon efektin kur gjarpërinjtë janë në mëngë, duke hequr fërkimin e peshores. Siç tregohet në videon time në YouTube kur gjarpri robotik 1D përpiqet të rrëshqasë në bar pa peshore, ai nuk lëviz as përpara as mbrapa pasi forcat arrijnë në një zero neto. Si e tillë ne duhet të shtojmë disa peshore artificiale në pjesën e poshtme të robotit.

Hulumtimi në rikrijimin e lëvizjes përmes peshoreve u bë në Universitetin e Harvardit dhe u demonstrua në këtë video. Unë nuk isha në gjendje të shpikja një metodë të ngjashme për të lëvizur peshoren lart e poshtë në robotin tim dhe në vend të kësaj u vendosa për të bashkuar peshore pasive të printuara 3D në pjesën e poshtme të barkut.

Fatkeqësisht kjo doli e paefektshme (shiko në videon time në YouTube në 3:38) pasi peshoret ende kaluan mbi sipërfaqen e qilimit në vend që të kapnin fijet dhe të rrisnin fërkimin.

Nëse dëshironi të eksperimentoni me shkallët që kam bërë ju mund të printoni skedarë 3D nga GitHub im. Nëse e bëni tuajin me sukses më tregoni në komentet më poshtë!

Duke përdorur një qasje të ndryshme, unë u përpoqa të përdor rrota të bëra nga kushineta topi r188 me tuba të tkurrjes së nxehtësisë nga jashtë si "goma". Ju mund të printoni 3D boshtet e rrotave plastike nga skedarët.stl në GitHub tim. Ndërsa rrotat nuk janë biologjikisht të sakta, ato janë analoge me peshoret në atë që rrotullimi përpara është i lehtë, por lëvizja krah për krah është dukshëm më e vështirë. Ju mund ta shihni rezultatin e suksesshëm të rrotave në videon time në YouTube.

Hapi 9: Lëvizje rrëshqitëse (gjarpër i vetëm me bosht)

Çmimi i parë në konkursin Make it Move