Kartonski pauk (DIY četveronožac): 13 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Pozdrav još jednom i dobrodošli u moj novi projekt.

U ovom uputstvu pokušao sam napraviti jednostavnu četveronošku napravljenu od materijala dostupnu svima. Znam da za dobivanje konačnog proizvoda dobrog izgleda trebate 3D pisač, a možda i CNC, ali nemaju svi ovaj uređaj, pa sam pokušao pokazati da se jednostavnim materijalom ipak mogu napraviti lijepe stvari.

Dakle, kao što je već spomenuto, pokušat ćemo izgraditi četveronošca. Okvir četveronožaca bit će izrađen jednostavno od valovitog kartona, što uključuje okvir, bedrenu kost i potkoljenicu svake od četiri noge.

Korak 1: Zašto četveronožac i kako to funkcionira?

Moram reći da su roboti zabavni i zanimljivi. Nikada prije nisam napravio robota s nogama pa sam pomislio da bih trebao pokušati.

Odlučio sam prije svega izgraditi četveronožnog jer nisam imao dovoljno servomotora za šesteronožni. Zamislio sam da ako možete izgraditi četveronožac, onda će izgradnja šesteronožca biti samo korak naprijed. Budući da je ovo moj prvi projekt ove vrste, nisam točno znao što mogu očekivati pa sam mislio da će 4 noge biti lakše od 6, ali kako sam kasnije saznao, to nije uvijek točno.

Četveronožac koji ima samo 4 noge kako ne bi pao kad se jedna noga podigne, težište robota mora se pomaknuti u unutrašnjosti trokuta stvorenog između vrhova ostale tri noge.

Vrlo lijep opis cijelog ovog procesa možete pronaći ovdje:

Svaka noga četvorke ima 3 zgloba za kontrolu vrha noge u prostoru. Dakle, spojevi će biti:

- Coxa servo - između okvira i femura

- Servo femura - kontroliranje bedrene kosti noge

- Tibia servo - između femura i tibije koji kontroliraju tibiju

Kako bismo znali kut svakog servo servera za potrebno mjesto vrha noge, upotrijebit ćemo nešto što se naziva inverzna kinematika. Na internetu možete pronaći mnogo dokumentacije o tome i kako izračunati kutove servomotora za različito mjesto vrha noge. Ali u mom slučaju samo sam uzeo Arduino kôd koji je stvorio RegisHsu (njegove detaljne četveronožne upute možete pronaći ako ga pretražite) i promijenio sam dimenzije robota i nogu robota tako da odgovaraju mom robotu, a također sam promijenio i program koji koristi daljinski upravljač za upravljanje robotom i to je to.

Korak 2: Zašto koristiti valoviti karton za okvir i noge?

Prije svega, široko je rasprostranjen, možete ga pronaći bilo gdje, a ako volite kupiti vrlo je jeftin. Valoviti karton je kruti, čvrsti i lagani materijal koji se sastoji od tri sloja smeđeg kraft papira, a većina kutija za pakiranje izrađena je od njega. Stoga ih je vrlo lako pronaći.

U mom slučaju koristila sam kutiju za cipele koju sam izrezala i od nje napravila okvir. Karton koji sam dobio u kutiji bio je debljine 2 mm pa je vrlo tanak. Tako da sam za svaki dio okvira morao izrezati tri identična dijela i zalijepiti ih zajedno s dvostrukim trakom. Dakle, zapravo ćemo morati napraviti 3 okvira kako bismo na kraju imali karton debljine 6 mm.

Korak 3: Potreban dio:

Elektronički dijelovi potrebni za četvorku:

- Arduino Nano mikrokontroler;

- Deek Robot Nano V03 štit - nije bitan, ali će uvelike olakšati povezivanje svih servo pogona na Nano ploču.

- 12 kom Tower Pro Micro Servo 9g SG90 - 4 noge s po 3 spoja;

- LED - za svjetlo (koristio sam stari izgorjeli senzor boje)

- 1 x primopredajnik NRF24L01

Za daljinski upravljač potrebni su elektronički dijelovi

- Arduino Uno mikrokontroler;

- 1 x primopredajnik NRF24L01;

- joystick;

- LED;

- Razni otpornici;

- Pritisni gumb;

- neke kratkospojne žice;

Za okvir:

- List od valovitog kartona

- Rezač

- odvijači

- Scotch s dvostrukom trakom

- Trokuti

- Vladar

- Olovka

Pa počnimo graditi.

Korak 4: Postavljanje servomotora na 90 stupnjeva

Prije nego što sam započeo s izgradnjom okvira, morao sam centrirati sve servomotore na 90 stupnjeva kako bi ih kasnije bilo lakše postaviti kad okvir bude spreman. Tako sam prvo pričvrstio Arduino Nano namijenjen četveronošcu na Nano štit, a nakon svega servo pogone na štit. Zatim sve što trebate učiniti je učitati kôd i svi će servomotori biti centrirani na 90 stupnjeva.

Kôd se može pronaći u posljednjem koraku uputstava.

Korak 5: Izgradnja okvira

Kao što je već spomenuto, okvir je izrađen od valovitog kartona isporučenog iz kutije za cipele. Predložak okvira možete pronaći na priloženim slikama zajedno s dimenzijama okvira.

Prvo sam izrezao stranice kartonske kutije kako bih napravio okvir. Dobio sam tri dobra komada za koje sam uzeo u obzir orijentaciju valovitog sloja tako da će 2 komada imati okomiti ćelijski valoviti sloj i jedan vodoravno.

Kad je karton spreman, nacrtam predložak okvira na kartonski list koji ima okomiti valoviti medij. Da bih dobio čvršću strukturu, izrezao sam tri komada kako bih ih zalijepio radi dodatne čvrstoće protiv savijanja. Gornji i donji kartonski listovi imaju okomiti valoviti sloj, dok će sendvič kartonski lim biti vodoravni valoviti sloj.

Prije nego sam zalijepio tri dijela okvira, pripremio sam ruku servo motora i nacrtao položaj svakog coxa servo motora za buduće ispravno pozicioniranje.

Sad kad znam gdje se moraju postaviti coxa servomotori, zalijepila sam tri komada.

Sada je okvir gotov.

Korak 6: Pričvršćivanje Coxa servo uređaja na okvir

Za pričvršćivanje servomotora prvo sam probio rupu u označenom položaju tako da prođe pričvrsni vijak za servo krak i pričvrsti servo za okvir.

Pomoću vijaka iz servo motora pričvrstio sam ruke coxa servo motora na okvir. Coxa je formirana od dva servo pogona zalijepljena zajedno s dvostrukom trakom i pojačana gumicom za svaki slučaj. Jedan servo će biti usmjeren prema dolje s osovinom u okomitom položaju i bit će pričvršćen na okvir, a drugi će biti usmjeren s osovinom u vodoravnom položaju i bit će pričvršćen na unutarnju stranu bedrene kosti.

Na kraju, za pričvršćivanje coxa servo -a na okvir, uvija se pričvrsni vijak.

Korak 7: Izgradnja bedrene kosti

Korišten je isti postupak rezanja kartona. Svaka bedrena kost bit će izrađena od tri zalijepljena kartonska lista. Horizontalni valoviti sloj bit će stisnut između okomitih kartonskih listova valovitog sloja.

Korak 8: Izgradnja tibije

Za tibiju sam izrezao tri šablone za svaku potkoljenicu, no ovaj put je orijentacija valovitog sloja bila okomita kako bi tibija dobila bolju uzdužnu čvrstoću.

Nakon što su izrezana svaka tri predloška, zalijepila sam ih zajedno čineći i otvor za servo za tibije.

Pričvrstio sam servo u potkoljenicu, a krak serva je pričvršćen na servo pomoću pričvrsnog vijka kroz rupu napravljenu u bedrenoj kosti na način da poveže bedrenu kost s tibijom.

Korak 9: Spajanje svih

Sada kada su svi dijelovi okvira i nogu stvoreni, sve sam ih spojio tako da je sklop počeo izgledati kao četveronožac.

Korak 10: Instaliranje elektronike i postavljanje veza

Najprije Arduino Nano zajedno s Deek Robot Shieldom mora stati na okvir. U tu svrhu uzeo sam štit i nasrnuo na okvir s 4 rupe da pričvrstim Deek Robot Shield na okvir pomoću 4 vijka i matica.

Sada je "mozak vezan za tijelo": D. Zatim sam spojio sve servomotore na Deek Nano Shield.

Spajanje servo pogona vrlo je jednostavno jer štit ima posebno izgrađena tri pina (signal, VCC, GND) za svaki Arduino Nano digitalni i analogni pin, što omogućuje savršeno i jednostavno povezivanje mikro servosa. Obično nam je potreban upravljački program za pogon servo pogona s Arduinom jer nije sposoban nositi se s pojačanjima koja su potrebna motorima, ali u mom slučaju to ne vrijedi jer su mikro servo motori od 9 g dovoljno mali da ih Arduino Nano može nositi.

Servo pogoni za noge bit će povezani na sljedeći način:

Noga 1: (Naprijed lijeva noga)

Coxa - Arduino Nano digitalni pin 4

Butna kost - Arduino Nano digitalni pin 2

Tibija - Arduino Nano digitalni pin 3

Noga 2: (stražnja lijeva noga)

Coxa - Arduino Nano analogni pin A3

Femur - Arduino Nano analogni pin A5

Tibija - Arduino Nano analogni pin A4

Noga 3: (naprijed desna noga)

Coxa - Arduino Nano analogni pin 10

Femur - Arduino Nano analogni pin 8

Tibija - Arduino Nano analogni pin 9

Noga 4: (stražnja desna noga)

Coxa - Arduino Nano digitalni pin A1

Butna kost - Arduino Nano digitalni pin A0

Tibija - Arduino Nano digitalni pin A2

Spajanje LED diode za svjetlosni efekt

Mislio sam da bi bilo lijepo staviti malo svjetla na četveronožac pa imam i stari senzor boje koji više ne radi (uspio sam ga izgorjeti: D) ali LED diode i dalje rade pa su četiri LED uključene mala ploča i jako su svijetle. Odlučio sam upotrijebiti senzor boje kako bih četveronošcu dao svjetlosni efekt. S četiri godine čini se da se čini malo bliže pauku.

Tako sam spojio VCC senzora boje na Arduino Nano Pin D5 i GND senzora na GND Arduino Nano. Kako mala ploča već ima neke otpornike koji se koriste za LED diode, nije mi bilo potrebno stavljati bilo koji drugi otpornik u nizu sa LED -om. Svi ostali pinovi neće se koristiti jer je senzor izgorio, a ja samo koristim LED diode s male ploče.

Priključci za modul NRF24L01.

- GND Modula ide u GND Arduino Nano štita

- VCC ide na pin Arduino Nano 3V3. Pazite da ne priključite VCC na 5V matične ploče jer riskirate uništenje NRF24L01 modula

- CSN pin ide na Arduino Nano D7;

- CE pin ide na Arduino Nano D6;

- SCK pin ide na Arduino Nano D13;

- MOSI pin ide na Arduino Nano D11;

- MISO pin ide na Arduino Nano D12;

- IRQ pin neće biti spojen. Budite oprezni ako koristite drugu ploču od Arduino Nano ili Arduino Uno, igle SCK, MOSI i MISO bit će različite.

- Također ćete morati preuzeti RF24 biblioteku za ovaj modul. Možete ga pronaći na sljedećoj web stranici:

Kao izvor napajanja za pauka koristio sam zidni adapter 5V (1A). Nemam na raspolaganju nikakve vrste baterija, a ovo je bio moj jedini dostupni zidni adapter za koji mislim da će biti bolji jači od najmanje 2A, ali nemam ga pa sam morao koristiti jedini koji imam. Bit će puno ljepše ako koristite li-po bateriju kako bi robot mogao biti slobodan, bez kabela.

Kako bih imao stabilnije napajanje na ploči, priključio sam 10microF kondenzator između 5V i GND pinova Deek Robot Nano Shielda, jer sam primijetio da će se svi servomotori pod opterećenjem ponovno pokrenuti, dok dodavanjem kondenzatora problem je riješen.

Korak 11: Izrada pokrova

Budući da sam želio što lakši pokrov, napravio sam ga samo od jednog sloja 2 mm valovitog kartonskog lima jer ne treba nikakvo učvršćivanje jer na njega neće utjecati nikakva opterećenja.

Izrezao sam komad kartona u obliku i dimenzijama kao što možete vidjeti na slici i pričvrstio sam ga na okvir istim maticama koje pričvršćuju Arduino nano štit ispod okvira. Na gornjoj strani dva komada bit će zalijepljeni jedan na drugi dvostrukom trakom. Pokušao sam umotati sve žice unutra kako bi četveronožac izgledao što je moguće bolje.

Sada je četveronožac gotov. Prijeđimo na daljinski upravljač.

Korak 12: Daljinski upravljač

Za daljinski upravljač koristim isti daljinski upravljač iz svog prethodnog projekta Maverick auto na daljinsko upravljanje, samo što sam ja izbrisao grafikon koji u ovom projektu nije potreban. Ali ako ste propustili tu gradnju, opet sam je napisao ovdje.

Kako za kontroler koristim Arduino Uno, pričvrštio sam Uno na ploču s nekim gumicama kako se ne bi pomaknuo.

- Arduino Uno će se napajati 9V baterijom kroz utičnicu;

- Arduino Uno 5V pin na 5V tračnicu matične ploče;

-Arduino Uno GND pin na GND šinu matične ploče;

Modul NRF24L01.

- GND Modula ide do GND vodilice

- VCC ide na pin Arduino Uno 3V3. Pazite da ne priključite VCC na 5V matične ploče jer riskirate uništenje NRF24L01 modula

- CSN pin ide na Arduino Uno D8;

- CE pin ide na Arduino Uno D7;

- SCK pin ide na Arduino Uno D13;

- MOSI pin ide na Arduino Uno D11;

- MISO pin ide na Arduino Uno D12;

- IRQ pin neće biti spojen. Budite oprezni ako koristite drugu ploču od Arduino Nano ili Arduino Uno, igle SCK, MOSI i MISO bit će različite.

Modul joystick

- Modul upravljačke palice sastoji se od 2 potenciometra pa je vrlo sličan s priključcima;

- GND pin na GND vodilicu matične ploče;

- VCC pin na 5V vodilici matične ploče;

- VRX pin na pin Arduino Uno A3;

- VRY pin na pin Arduino Uno A2;

LED

- Crvena LED dioda će biti spojena serijski sa 330Ω otpornikom na Arduino Uno pin D4;

- Zelena LED dioda će biti spojena serijski sa 330Ω otpornikom na Arduino Uno pin D5;

Pritisnuti gumbe

- Jedan gumb će se koristiti za uključivanje i isključivanje četveronožnog svjetla, a drugi se neće koristiti;

- Tipka LIGHT bit će spojena na pin D2 Arduino Uno. Gumb treba povući prema dolje s 1k ili 10k otpornikom vrijednost nije važna.

- Preostali gumb bit će spojen na pin D3 Arduino Uno. Isti gumb treba povući prema dolje s 1k ili 10k otpornikom. (neće se koristiti za ovaj projekt)

To je to, sada smo povezali sve električne dijelove.

Korak 13: Arduino IDE kodovi

Za ovaj dio postoji nekoliko kodova koje sam koristio.

Leg_Initialization - koristi se za centriranje servomotora u položaj od 90 stupnjeva.

Spider_Test - koristio se za testiranje ispravnih funkcija, kao što su hodanje naprijed, natrag, okretanje

Pauk - koristi se za pauka

Spider daljinski upravljač - koristi se za Spider kontroler

Moram napomenuti da je kod za Spider prilagođen i izmijenjen nakon koda iz RegisHsu -a [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED) i zato želim zahvaliti RegisHsu -u na njegovom dobrom poslu.

Sve u svemu, nadam se da vam se svidio moj Pauk.