Aracnoides: 16 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Primero, nos gustaría agradecerle su tiempo y consideración. Mi socio Tio Marello y yo, Chase Leach, nos divertimos mucho trabajando en el proyecto y superando los desafíos que presentaba. Actualmente somos estudiantes del Distrito Escolar del Área de Wilkes Barre S. T. E. M. Academia Soy un Junior y Tio es un Sophomore. Nuestro proyecto, el Arachnoid es un robot cuadrúpedo que hicimos usando una impresora 3D, Bread Board y un Arduino MEGA 2560 R3 Board. El objetivo previsto del proyecto era crear un robot cuadrúpedo andante. Después de mucho trabajo y pruebas, hemos creado con éxito un robot cuadrúpedo que funciona. Estamos emocionados y agradecidos por esta oportunidad de presentarles nuestro proyecto, Arachnoid.

Paso 1: Materiales

Los materiales que usamos para el robot cuadrúpedo incluyeron: la impresora 3D, la lavadora de material de soporte, bandejas de impresión 3D, material de impresión 3D, cortadores de alambre, una placa de pruebas, portapilas, una computadora, baterías AA, cinta aislante, cinta adhesiva, torre MG90S Pro Servo Motors, Crazy Glue, placa Arduino MEGA 2560 R3, cables de puente, el software Inventor 2018 y el software Arduino IDE. Usamos la computadora para ejecutar el software y la impresora 3D que usamos. Usamos el software Inventor principalmente para diseñar las piezas, por lo que no es necesario que nadie lo haga en casa porque todos los archivos de piezas que creamos se proporcionan en este instructivo. El software Arduino IDE se usó para programar el robot, que también es innecesario para las personas que lo hacen en casa porque también proporcionamos el programa que estamos usando. La impresora 3D, la lavadora de material de soporte, el material de impresión 3D y las bandejas de impresión 3D se utilizaron para el proceso de fabricación de las piezas de las que estaba hecho el Arachnoid. Usamos los portapilas, las baterías AA, los cables de puente, la cinta aislante y los cortadores de alambre se usaron juntos para crear el paquete de baterías. Las baterías se colocaron en los portapilas y los cortadores de alambre se usaron para cortar el extremo de los cables tanto del paquete de baterías como de los cables de puente para que pudieran pelarse y retorcerse juntos, luego pegarlos con cinta aislante. La placa de pruebas, los cables de puente, el paquete de baterías y Ardiuno se utilizaron para crear un circuito que suministraba energía a los motores y los conectaba a los pines de control de Arduino. El Crazy Glue se utilizó para conectar los servomotores a las partes del robot. El taladro y los tornillos se utilizaron para montar otros elementos del robot. Los tornillos deben verse como los de la imagen proporcionada, pero el tamaño puede basarse en el criterio. Las cintas Scotch Tape y Zip Ties se utilizaron principalmente para la gestión de cables. Al final, gastamos un total de $ 51,88 en los materiales que no teníamos.

Suministros que teníamos a mano

1. (Cantidad: 1) Impresora 3D
2. (Cantidad: 1) Arandela de material de soporte
3. (Cantidad: 5) Bandejas de impresión 3D
4. (Cantidad: 27,39 in ^ 3) Material de impresión 3D
5. (Cantidad: 1) Cortadores de alambre
6. (Cantidad: 1) Taladro
7. (Cantidad: 24) Tornillos
8. (Cantidad: 1) Protoboard
9. (Cantidad: 4) Soportes de batería
10. (Cantidad: 1) Computadora
11. (Cantidad: 8) Pilas AA
12. (Cantidad: 4) Lazos de cremallera
13. (Cantidad: 1) Cinta aislante
14. (Cantidad: 1) Cinta adhesiva

Suministros que compramos

1. (Cantidad: 8) Servomotores MG90S Tower Pro (Costo total: $ 23.99)
2. (Cantidad: 2) Crazy Glue (Costo total: $ 7.98)
3. (Cantidad: 1) Placa Arduino MEGA 2560 R3 (Costo total: $ 12.95)
4. (Cantidad: 38) Cables de puente (Costo total: $ 6,96)

Software requerido

1. Inventor 2018
2. Entorno de desarrollo integrado Arduino

Paso 2: Horas dedicadas al montaje

Pasamos bastantes horas en la creación de nuestro robot cuadrúpedo, pero la mayor parte del tiempo que usamos se dedicó a programar el Arachnoid. Nos tomó aproximadamente 68 horas programar el robot, 57 horas de impresión, 48 horas de diseño, 40 horas de ensamblaje y 20 horas de prueba.

Paso 3: Aplicaciones STEM

Ciencias

El aspecto científico de nuestro proyecto entra en juego al crear el circuito que se utilizó para alimentar los servomotores. Aplicamos nuestra comprensión de los circuitos, más específicamente la propiedad de los circuitos en paralelo. Esta propiedad es que los circuitos en paralelo suministran el mismo voltaje a todos los componentes dentro del circuito.

Tecnología

Nuestro uso de la tecnología fue muy importante durante todo el proceso de diseño, montaje y programación del Arachnoid. Usamos Inventor, el software de diseño asistido por computadora, para crear el robot cuadrúpedo completo, incluido el cuerpo, el párpado, los muslos y las pantorrillas. Todas las piezas diseñadas se imprimieron con una impresora 3D. Usando el Arduino I. D. E. software, pudimos usar el Arduino y los servomotores para hacer caminar el Arachnoid.

Ingenieria

El aspecto de ingeniería de nuestro proyecto es el proceso iterativo utilizado para diseñar las piezas hechas para el robot cuadrúpedo. Tuvimos que pensar en formas de conectar los motores y alojar el Arduino y la placa de pruebas. El aspecto de programación del proyecto también requería que pensáramos de manera creativa sobre las posibles soluciones a los problemas que encontrábamos. Al final, el método que usamos fue efectivo y nos ayudó a hacer que el robot se moviera de la manera que lo necesitábamos.

Matemáticas

El aspecto matemático de nuestro proyecto es el uso de ecuaciones para calcular la cantidad de voltaje y corriente que necesitábamos para alimentar el motor, lo que requería la aplicación de la Ley de Ohm. También usamos matemáticas para calcular el tamaño de todas las partes individuales creadas para el robot.

Paso 4: Tapa del robot cuadrúpedo de segunda iteración

La tapa del Arachnoid fue diseñada con cuatro clavijas en la parte inferior que fueron dimensionadas y colocadas dentro de los agujeros hechos en el cuerpo. Estas clavijas, junto con la ayuda de Crazy Glue, pudieron sujetar la tapa al cuerpo del robot. Esta pieza fue creada para ayudar a proteger el Ardiuno y darle al robot un aspecto más acabado. Decidimos seguir adelante con el diseño actual, pero había pasado por dos iteraciones de diseño antes de que se eligiera este.

Paso 5: Cuerpo de robot cuadrúpedo de segunda iteración

Esta parte fue creada para albergar los cuatro motores utilizados para mover las partes del muslo, el Arduino y la placa de pruebas. Los compartimentos a los lados de la carrocería se hicieron más grandes que los motores que estamos usando actualmente para el proyecto, que se hizo teniendo en cuenta la parte del espaciador. Este diseño permitió en última instancia una adecuada dispersión del calor y posibilitó la fijación de los motores mediante tornillos sin causar posibles daños a la carrocería, que tardarían mucho más en imprimirse. Los agujeros en la parte delantera y la falta de una pared en la parte posterior del cuerpo se hicieron a propósito para que los cables pudieran pasar al Arduino y al tablero. El espacio en el medio del cuerpo fue diseñado para alojar el Arduino, la placa de pruebas y las baterías. También hay cuatro orificios diseñados en la parte inferior de la parte destinados específicamente para que los cables de los servomotores pasen a través y dentro del parte trasera del robot. Esta pieza es una de las más importantes, ya que sirve como base para la que se diseñaron todas las demás piezas. Pasamos por dos iteraciones antes de decidirnos por la que se muestra.

Paso 6: Espaciador del servomotor de segunda iteración

El espaciador del servomotor fue diseñado específicamente para los compartimentos en los lados del cuerpo del Arachnoid. Estos espaciadores se diseñaron con la idea en mente de que cualquier perforación en el costado del cuerpo podría ser potencialmente peligrosa y hacer que desperdiciemos material y tiempo en reimprimir la parte más grande. Es por eso que optamos por el espaciador que no solo resolvió este problema, sino que también nos permitió crear un espacio más grande para los motores que ayuda a evitar el sobrecalentamiento. El espaciador pasó por dos iteraciones. La idea original incluía: dos paredes delgadas a cada lado que se conectaban a un segundo espaciador. Esta idea fue descartada porque pensamos que sería más fácil perforar cada lado por separado, por lo que si uno se dañaba, el otro no tendría que ser desechado también. Imprimimos 8 de estas piezas, lo que fue suficiente para pegar en la parte superior e inferior del compartimiento del motor en el cuerpo. Luego usamos un taladro que estaba centrado en el lado largo de la pieza para crear un orificio piloto que luego se usó para un tornillo a cada lado del motor para el montaje.

Paso 7: Parte del muslo de la pierna del robot cuadrúpedo de la segunda iteración

Esta parte es el muslo o la mitad superior de la pierna del robot. Fue diseñado con un agujero en el interior de la pieza que se hizo específicamente para la armadura que venía con el motor que fue modificado para nuestro robot. También agregamos una ranura en la parte inferior de la pieza que se hizo para el motor que se usaría para mover la mitad inferior de la pierna. Esta parte maneja la mayor parte del movimiento principal de la pierna. La iteración actual de esta parte que estamos usando es la segunda, ya que la primera tenía un diseño más grueso que decidimos que era innecesario.

Paso 8: Quinta iteración de la articulación de la rodilla del robot cuadrúpedo

La articulación de la rodilla fue una de las partes más difíciles de diseñar. Se necesitaron varios cálculos y pruebas, pero el diseño actual que se muestra funciona bastante bien. Esta parte fue diseñada para girar alrededor del motor con el fin de transferir eficientemente el movimiento del motor al movimiento en la pantorrilla o la parte inferior de la pierna. Se necesitaron cinco iteraciones de diseño y rediseño para crear, pero la forma específica que se creó alrededor de los orificios maximizó los posibles grados de movimiento sin perder la fuerza que necesitábamos. También conectamos los motores con más armaduras que encajan en los orificios de los lados y encajan perfectamente en el motor, lo que nos permite usar tornillos para mantenerlo en su lugar. El orificio piloto en la parte inferior de la pieza permitió evitar perforaciones y posibles daños.

Paso 9: Tercera pierna robot cuadrúpeda iteración

La segunda mitad de la pierna del robot se creó de tal manera que no importa cómo el robot ponga su pie, siempre mantendrá la misma cantidad de tracción. Esto es gracias al diseño semicircular del pie y la almohadilla de espuma que cortamos y pegamos en la parte inferior. En última instancia, cumple bien su propósito, que es permitir que el robot toque el suelo y camine. Pasamos por tres iteraciones con este diseño que involucró principalmente cambios en la longitud y el diseño del pie.

Paso 10: Descargas de los archivos de Inventor de piezas

Estos archivos son de Inventor. Son específicamente archivos de piezas para todas las piezas terminadas que diseñamos para este proyecto.

Paso 11: Montaje

El video que hemos proporcionado explica cómo ensamblamos el Arachnoid, pero un punto que no se mencionó en él es que tendrá que quitar el soporte de plástico de ambos lados del motor cortándolo y lijándolo donde solía estar.. Las otras fotos proporcionadas son tomadas durante el montaje.

Paso 12: Programación

El lenguaje de programación arduiono se basa en el lenguaje de programación C. Dentro del editor de código Arduino, nos da dos funciones.

• void setup (): todo el código dentro de esta función se ejecuta una vez al principio
• void loop (): el código dentro de la función se repite sin fin.

¡Consulte a continuación haciendo clic en el enlace naranja para ver más información sobre el código!

Este es el código para caminar

#incluir

classServoManager {

público:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo FrontLeftThigh;

Servo FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

Servo 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);

retraso (1000);

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

retraso (5000);

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

retraso (1000);

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

retraso (1000);

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

retraso (1000);

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

retraso (1000);

}

ver rawQuad.ino alojado con ❤ por GitHub

Paso 13: Prueba

Los videos que agregamos aquí son de nosotros probando el Arachnoid. Los puntos donde lo ves caminando son un poco cortos pero creemos que deberían darte una idea de cómo se hacía el caminar del robot cuadrúpedo. Hacia el final de nuestro proyecto lo hicimos caminar, pero bastante lento, por lo que nuestro objetivo se logró. Los videos anteriores son de nosotros probando los motores que conectamos para la parte superior de la pierna.

Paso 14: durante el proceso de diseño e impresión

Los videos que agregamos aquí son principalmente verificaciones de progreso a lo largo del proceso de diseño e impresión de las piezas que hicimos.

Paso 15: posibles mejoras

Nos tomamos un tiempo para pensar en cómo avanzaríamos con el Arachnoid si tuviéramos más tiempo con él y se nos ocurrieran algunas ideas. Buscaríamos una mejor manera de alimentar el Arachnoid, que incluye: encontrar un paquete de baterías mejor y más liviano que pueda recargarse. También buscaríamos una mejor manera de conectar los servomotores a la mitad superior de la pata que diseñamos rediseñando la pieza que creamos. Otra consideración que hicimos fue conectar una cámara al robot para que pudiera usarse para ingresar a áreas que de otro modo serían inalcanzables para las personas. Todas estas consideraciones habían pasado por nuestras mentes mientras diseñábamos y ensamblamos el robot, pero no pudimos seguirlas debido a limitaciones de tiempo.

Paso 16: Diseño final

Al final, estamos bastante contentos con la forma en que resultó nuestro diseño final y esperamos que usted sienta lo mismo. Gracias por su tiempo y consideración.