Арахноид: 16 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Първо, бихме искали да ви благодарим за отделеното време и внимание. Моят партньор Тио Марело и аз, Чейс Лийч, се забавлявахме много по работата по проекта и преодоляването на предизвикателствата, които той представи. В момента сме студенти от училищния район на Wilkes Barre S. T. E. M. Академия Аз съм младши, а Тио е второкурсник. Нашият проект, Arachnoid, е четириъгълен робот, който направихме с помощта на 3D принтер, дъска за хляб и дъска Arduino MEGA 2560 R3. Предвидената цел на проекта беше да се създаде ходещ четириног робот. След много работа и тестове успешно създадохме работещ четириног робот. Ние сме развълнувани и благодарни за тази възможност да ви представим нашия проект, Arachnoid.

Стъпка 1: Материали

Материалите, които използвахме за четириъгълния робот, включват: 3D принтера, шайба за поддържащ материал, тави за 3D печат, материал за 3D печат, ножове за тел, макет, държачи за батерии, компютър, батерии АА, електрическа лента, скоч, кула MG90S Pro Servo Motors, Crazy Glue, Arduino MEGA 2560 R3 платка, джъмперни проводници, софтуера Inventor 2018 и софтуера Arduino IDE. Използвахме компютъра, за да стартираме софтуера и 3D принтера, който използвахме. Използвахме софтуера Inventor главно за проектиране на частите, така че не е необходимо всеки да прави това у дома, защото всички файлове с части, които създадохме, са предоставени на тази инструкция. Софтуерът IDE на Arduino беше използван за програмиране на робота, което също не е необходимо за хората, които го правят у дома, защото ние също така предоставихме програмата, която използваме. 3D принтерът, шайбата за поддържащ материал, материалът за 3D печат и тавите за 3D печат бяха използвани за процеса на производство на частите, от които е направен арахноидът. Използвахме държачи за батерии, батерии тип АА, джъмперни проводници, електрическа лента и резачки за тел бяха използвани заедно за създаване на батерията. Батериите бяха поставени в държачите за батерии, а резачките за тел бяха използвани, за да отрежат края на проводниците както на батерията, така и на джъмперните проводници, така че да могат да бъдат оголени и усукани, след което залепени с електрическа лента. Планът, джъмперните проводници, батерията и Ardiuno бяха използвани за създаване на верига, която захранваше двигателите и ги свързваше към контролните щифтове на Arduino. Лудото лепило е използвано за закрепване на серво моторите към частите на робота. Свредлото и винтовете бяха използвани за монтаж на други елементи на робота. Винтовете трябва да изглеждат като тези на предоставената снимка, но размерът може да се основава на преценка. Скоч лентата и цип връзките се използват главно за управление на проводници. В крайна сметка похарчихме общо 51,88 долара за материалите, които нямахме наоколо.

Запаси, които имахме под ръка

1. (Количество: 1) 3D принтер
2. (Количество: 1) Шайба за поддържащ материал
3. (Количество: 5) Тави за 3D печат
4. (Количество: 27,39 инча^3) Материал за 3D печат
5. (Количество: 1) Резачки за тел
6. (Сума: 1) Свредло
7. (Количество: 24) Винтове
8. (Количество: 1) Платка
9. (Количество: 4) Поставки за батерии
10. (Количество: 1) Компютър
11. (Количество: 8) AA батерии
12. (Сума: 4) Връзки с цип
13. (Количество: 1) Електрическа лента
14. (Количество: 1) Скоч лента

Консумативи, които купихме

1. (Сума: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (Обща цена: $ 23.99)
2. (Сума: 2) Crazy Glue (Обща цена: $ 7.98)
3. (Сума: 1) Arduino MEGA 2560 R3 Board (Обща цена: $ 12.95)
4. (Сума: 38) Кабелни проводници (Обща цена: $ 6,96)

Изисква се софтуер

1. Inventor 2018 г.
2. Интегрирана среда за развитие на Arduino

Стъпка 2: Часове, прекарани в сглобяването

Прекарахме доста часове в създаването на нашия четириъгълен робот, но най -значителната част от времето, което използвахме, беше изразходвана за програмиране на арахноида. Отне ни приблизително 68 часа за програмиране на робота, 57 часа печат, 48 часа проектиране, 40 часа сглобяване и 20 часа тестване.

Стъпка 3: STEM приложения

Наука

Научният аспект на нашия проект влиза в действие при създаването на веригата, използвана за захранване на серво моторите. Ние приложихме нашето разбиране за схеми, по -конкретно свойството на паралелни схеми. Това свойство е, че паралелните вериги подават едно и също напрежение към всички компоненти във веригата.

Технология

Използването на технологиите ни беше много важно през целия процес на проектиране, сглобяване и програмиране на арахноида. Използвахме софтуера за компютърно проектиране Inventor, за да създадем целия четириног робот, включително: тялото, капака, бедрата и прасците. Всички проектирани части са отпечатани от 3D принтер. Използване на Arduino I. D. E. софтуер, успяхме да използваме Arduino и серво моторите, за да направим арахноида да ходи.

Инженерство

Инженерният аспект на нашия проект е итеративен процес, използван за проектиране на частите, направени за четириъгълния робот. Трябваше да обмислим начини за свързване на двигателите и поставяне на Arduino и макет. Програмиращият аспект на проекта също изискваше от нас да мислим творчески за възможните решения на проблемите, на които се натъкнахме. В крайна сметка методът, който използвахме, беше ефективен и ни помогна да накараме робота да се движи по начините, по които се нуждаем.

Математика

Математическият аспект на нашия проект е използването на уравнения за изчисляване на количеството напрежение и ток, от които се нуждаем за захранване на двигателя, което изисква прилагането на закона на Ом. Използвахме и математика, за да изчислим размера на всички отделни части, създадени за робота.

Стъпка 4: Втори итерационен капак на четириъгълен робот

Капакът за арахноида е проектиран с четири колчета на дъното, които са оразмерени и поставени вътре в дупки, направени на тялото. Тези колчета, заедно с помощта на Crazy Glue, успяха да прикрепят капака към тялото на робота. Тази част е създадена, за да защити Ardiuno и да придаде на робота по -завършен вид. Решихме да продължим напред с настоящия дизайн, но той беше преминал през две повторения на дизайна, преди да бъде избран този.

Стъпка 5: Второ итерационно четворно тяло на робота

Тази част е създадена за настаняване на четирите двигателя, използвани за преместване на бедрените части, Arduino и макета. Отделенията отстрани на тялото бяха направени по -големи от двигателите, които в момента използваме за проекта, който беше направен с помощта на дистанционната част. Този дизайн в крайна сметка позволи адекватно разсейване на топлината и направи възможно монтирането на двигателите с помощта на винтове, без да причинява евентуални повреди на тялото, което ще отнеме много повече време за препечатване. Дупките в предната част и липсата на стена в задната част на тялото бяха направени целенасочено, така че проводниците да могат да бъдат прокарани в Arduino и дъската. Пространството в средата на корпуса е проектирано за Arduino, макет и батерии, в които да се поставят. Има и четири отвора, проектирани в долната част на частта, предназначени специално за проводниците на серво моторите да преминават през и в задната част на робота. Тази част е една от най -важните, тъй като служи като основа, за която е проектирана всяка друга част. Преминахме през две итерации, преди да вземем решение за показаната.

Стъпка 6: 2 -ри итерационен сервомоторен дистанционер

Разделителят на серво мотора е проектиран специално за отделенията отстрани на тялото на арахноида. Тези дистанционни елементи са проектирани с идеята, че всяко пробиване отстрани на тялото може потенциално да бъде опасно и да ни накара да губим материал и време за препечатване на по -голямата част. Ето защо вместо това отидохме с дистанционера, който не само реши този проблем, но и ни позволи да създадем по -голямо пространство за двигателите, което помага да се предотврати прегряването. Разделителят премина през две итерации. Първоначалната идея включва: две тънки стени от двете страни, които се свързват с втори дистанционер. Тази идея беше отхвърлена, тъй като ние, въпреки че би било по -лесно да пробием всяка страна поотделно, така че ако едната се повреди, другата не би трябвало също да бъде изхвърлена. Отпечатахме 8 от тези парчета, което беше достатъчно, за да се залепи за горната и долната част на отделението за двигатели на тялото. След това използвахме бормашина, центрирана от дългата страна на парчето, за да създадем пилотен отвор, който след това се използва за винт от двете страни на двигателя за монтаж.

Стъпка 7: Втора итерационна четворна част на бедрото на крака на робота

Тази част е бедрото или горната половина на крака на робота. Той е проектиран с отвор от вътрешната страна на частта, който е направен специално за котвата, доставена с двигателя, който е модифициран за нашия робот. Също така добавихме слот в долната част на частта, която е направена за двигателя, която ще се използва за преместване на долната половина на крака. Тази част обработва по -голямата част от основното движение на крака. Настоящата итерация на тази част, която използваме, е втората, тъй като първата имаше по -дебел дизайн, който решихме, че е ненужен.

Стъпка 8: 5 -та итерация на четиринога роботска колянна става

Колянната става беше една от най -сложните части за проектиране. Бяха необходими няколко изчисления и тестове, но настоящият показан дизайн работи доста добре. Тази част е проектирана да заобикаля двигателя, за да прехвърли ефективно движението на двигателя към движение по прасеца или подбедрицата. За създаването бяха необходими пет повторения на дизайна и препроектирането, но специфичната форма, която беше създадена около дупките, увеличи максимално възможните степени на движение, като същевременно не загуби силата, която изисквахме от нея. Също така прикрепихме двигателите, използвайки повече арматури, които се вписват в отворите отстрани и перфектно прилепват към двигателя, което ни позволява да използваме винтове, за да го задържим на място. Пилотният отвор в долната част на парчето направи възможно избягването на пробиване и възможни повреди.

Стъпка 9: Трето итерационно четирикратно роботизирано теле за крака

Втората половина на крака на робота е създадена по такъв начин, че независимо от това как роботът поставя крака си, той винаги ще поддържа същото сцепление. Това е благодарение на полукръглия дизайн на стъпалото и подложката от пяна, която изрязахме и залепихме за дъното. В крайна сметка той служи добре за целта си, което позволява на робота да докосне земята и да ходи. Минахме през три итерации с този дизайн, които основно включват промени в дизайна на дължината и краката.

Стъпка 10: Изтегляне на файловете за изобретатели на части

Тези файлове са от Inventor. Те са конкретно файлове с части за всички готови части, които проектирахме за този проект.

Стъпка 11: Монтаж

Видеото, което сме предоставили, обяснява как сглобихме арахноида, но един момент, който не беше споменат в него, е, че ще трябва да премахнете пластмасовата скоба от двете страни на двигателя, като я отрежете и шлайфате там, където е била. Останалите предоставени снимки са взети по време на сглобяването.

Стъпка 12: Програмиране

Езикът за програмиране arduiono е базиран на езика за програмиране C. В редактора на кода на Arduino той ни дава две функции.

• void setup (): Целият код в тази функция се изпълнява веднъж в началото
• void loop (): Кодът във функцията се затваря без край.

Проверете по -долу, като щракнете върху оранжевата връзка, за да видите повече информация за кода!

Това е кодът за ходене

#включва

classServoManager {

публично:

Серво FrontRightThigh;

Серво FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Серво FrontLeftThigh;

Серво FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

Серво BackLeftKnee;

voidsetup () {

FrontRightThigh.attach (2);

BackRightThigh.attach (3);

FrontLeftThigh.attach (4);

BackLeftThigh.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) {

FrontRightThigh.write (FRT);

BackRightThigh.write (BRT);

FrontLeftThigh.write (FLT);

BackLeftThigh.write (BLT);

FrontRightKnee.write (FRK);

BackRightKnee.write (BRK);

FrontLeftKnee.write (FLK);

BackLeftKnee.write (BLK);

}

};

ServoManager Manager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

забавяне (1000);

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

забавяне (5000);

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

забавяне (1000);

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

забавяне (1000);

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

забавяне (1000);

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

забавяне (1000);

}

вижте rawQuad.ino, хоствано с ❤ от GitHub

Стъпка 13: Тестване

Видеоклиповете, които добавихме тук, показват, че тестваме арахноида. Точките, в които го виждате да ходи, са малко кратки, но вярваме, че това трябва да ви даде представа как е било извършено ходенето на четириногия робот. Към края на нашия проект го накарахме да върви, но доста бавно, така че целта ни беше постигната. Видеоклиповете преди това са тестване на двигателите, които сме прикрепили за горната част на крака.

Стъпка 14: По време на процеса на проектиране и печат

Видеоклиповете, които добавихме тук, са предимно проверки на напредъка по време на процеса на проектиране и отпечатване на частите, които направихме.

Стъпка 15: Възможни подобрения

Отделихме време да помислим как ще продължим напред с арахноида, ако имаме повече време с него и измислим някои идеи. Ние бихме потърсили по -добър начин за захранване на Arachnoid, включително: намиране на по -добра, по -лека батерия, която може да се презареди. Бихме търсили и по -добър начин да прикрепим серво моторите към горната половина на крака, който сме проектирали, като преработим частта, която създадохме. Друго съображение, което направихме, е да прикачим камера към робота, така че да може да се използва за влизане в зони, които иначе са недостъпни за хората. Всички тези съображения минаваха през ума ни, докато проектирахме и сглобявахме робота, но не успяхме да ги преследваме поради ограничения във времето.

Стъпка 16: Окончателен дизайн

В крайна сметка ние сме доста доволни от начина, по който се получи окончателният ни дизайн и се надяваме, че и вие се чувствате по същия начин. Благодаря ви за отделеното време и внимание.