BUGS el robot educativo: 11 pasos (con imágenes)

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

Durante el último año, he pasado prácticamente todo mi tiempo libre diseñando y aprendiendo sobre robótica imprimible en 3D de código abierto, así que cuando vi que Instructables había organizado un Concurso de Robótica, no había forma de que no pudiera participar en él.

Quería que el diseño de este robot fuera lo más educativo posible. Entonces, a medida que los maestros se forman en todo el mundo con pocas habilidades de diseño y programación y que tienen acceso a una impresora 3D, pueden construir y usar fácilmente los robots con muchas funciones diferentes en el aula.

Anteriormente había diseñado y publicado BORIS the Biped (enlace aquí) un Robot que también había diseñado con fines educativos y he decidido usar la misma electrónica en BORIS que en BUGS para que cualquiera de ustedes que decida construir BUGS en muy un pequeño costo adicional también puede construir BORIS

He tenido este proyecto en mente durante mucho tiempo y finalmente es el momento de compartirlo.

Me tomó alrededor de 3 semanas de diseño, creación de prototipos y documentación para realizar este proyecto.

Espero que disfrutes y encuentres útil este instructivo.

Cuánto cuestan los BUGS:

En general, los BUGS le costarán alrededor de 90 $ para construir Baterías y cargador incluidos

Cuáles son las características de BUGS:

• En primer lugar, quería que BUGS se destacara, a diferencia de muchos otros robots educativos con ruedas, que BUGS camina sobre 8 patas utilizando el enlace Klann, esto tiene la ventaja de reducir los servos necesarios a un servo por lado y, por lo tanto, reduce el costo.
• BUGS está equipado con una garra articulada que tiene el tamaño perfecto para atrapar una pelota de golf o tenis de mesa.
• Para llevar realmente las capacidades educativas de BUGS al límite, decidí agregarle una tonelada de sensores adicionales para que realmente pueda completar cualquier tarea de robótica que le pidas, estas características incluyen:

- Seguimiento de línea

- Rumbo de brújula digital

- Evitación de obstáculos

- zumbador

- Control manual con controlador Arduino impreso en 3D (enlace aquí)

Para qué está preprogramado BUGS:

BUGS se programa usando Arduino, hay 3 códigos arduino preprogramados que se pueden cargar en su cerebro:

- Modo de seguimiento de línea autónomo donde los BUGS pueden recoger una pelota, seguir una línea y soltar una pelota al final de la línea

- Brújula digital autónoma y modo de evitación de obstáculos donde BUGS puede mantener un rumbo fijo y esquivar los obstáculos que se colocan frente a él mientras mantiene el mismo rumbo.

- Modo manual donde los BUGS se pueden controlar manualmente y realizar los 2 modos autónomos anteriores con solo presionar un botón

Suministros

Para este instructable, necesitará:

INSTRUMENTOS:

Destornillador de cruz pequeño

SUMINISTROS PARA EL ROBOT:

3x Genuine Tower Pro MG90S analógico 180 grados servo (enlace aquí)

Puedes ir barato desde China en muchas cosas, ¡pero los servos no son una de ellas! Después de probar muchos tipos diferentes de servos towerpro falsificados, especialmente baratos, descubrí que los falsos baratos no son confiables y a menudo se rompen un día después de su uso, así que decidí que los servos towerpro genuinos serían los mejores.

1x placa de control de servo inalámbrico Sunfounder (enlace aquí)

No puede encontrar una placa de creación de prototipos mejor que esta para el servocontrol inalámbrico. Esta placa tiene un convertidor de potencia integrado de 5V 3A y 12 pines y pines de entrada de servo para un módulo transceptor inalámbrico nrf24L01 y Arduino NANO, todo en un paquete ordenado condensado, ¡así que no te preocupes más por los cables desordenados por todas partes!

• 1x Arduino NANO (enlace aquí)
• 1x módulo transceptor NRF24L01 (enlace aquí) (no lo necesita si no está usando el controlador)
• 1x Magnómetro (brújula digital) QMC5883L GY-273 (enlace aquí)
• 1x sensor ultrasónico HC-SR04 (enlace aquí)
• 2x Módulo de sensor infrarrojo para evitar obstáculos por infrarrojos (enlace aquí)
• 1x zumbador pasivo (enlace aquí)
• 2x 18650 baterías de iones de litio de 3,7 V (enlace aquí)
• 1x 18650 soporte de batería (enlace aquí) (estas baterías le dan aproximadamente 30 minutos de tiempo de funcionamiento, las mejores le darán aproximadamente 2 h de tiempo de funcionamiento)
• 1x cargador de batería de iones de litio (enlace aquí)
• 1x cables de puente 120 piezas de 10 cm de largo (enlace aquí)
• 1x Tornillos de 2 mm x 8 mm paquete de 100 (enlace aquí)

Todos los productos electrónicos también se pueden encontrar en Amazon si no puede permitirse esperar la entrega, pero serán un poco más caros.

CONTROLADOR:

Para controlar este robot manualmente, necesitará el controlador Arduino impreso en 3D (enlace aquí). El robot también puede ser puramente autónomo, por lo que el controlador no es obligatorio.

PLÁSTICA:

Las piezas se pueden imprimir en PLA o PETG o ABS. !! ¡Tenga en cuenta que una bobina de 500 g es más que suficiente para imprimir 1 robot!

IMPRESORA 3D:

Plataforma de construcción mínima requerida: L150mm x W150mm x H100mm

Cualquier impresora 3D servirá.

Personalmente imprimí las piezas en la Creality Ender 3, que es una impresora 3D de bajo costo por debajo de 200 $. Las impresiones resultaron perfectas.

Paso 1: Impresión 3D de las piezas

Así que ahora es el momento de imprimir … Sí

Diseñé meticulosamente todas las piezas de BUGS para que se impriman en 3D sin necesidad de materiales de soporte o balsas durante la impresión.

Todas las piezas están disponibles para descargar en Pinshape (enlace aquí)

Todas las piezas han sido probadas impresas en la Creality Ender 3

Material: PETG

Altura de la capa: 0,3 mm

Relleno: 15%

Diámetro de la boquilla: 0,4 mm

La lista de piezas de BUGS es la siguiente:

• 1x CUERPO PRINCIPAL
• 1x CUERPO SUPERIOR
• 2x CUERPO LATERAL
• 1x BRAZO
• 1x ANTEBRAZO
• 1x mano
• 2x PINS DE BRAZO
• 1x PIN DE MANO
• 2x COGS
• 4X DIENTE DE ENLACE
• ENLACE DE PIN CUADRADO 4x
• UNIDAD DE ENLACE 4x
• 8x ENLACE EXTERIOR
• 8x PIERNA DE ENLACE
• 8x LINKAGE TOP PEQUEÑO
• 8x ENLACE INFERIOR PEQUEÑO
• 8x PIN CIRCULAR L1
• 4x PASADOR CIRCULAR L2
• 16x PASADOR CIRCULAR L3
• 8x PASADOR CIRCULAR L4
• 4x PASADOR CIRCULAR L5
• 4x CLIP CIRCULAR GRANDE
• 36x CLIPS CIRCULARES
• 12x CLIPS RECTANGULARES

Cada parte puede imprimirse en grupo o individualmente.

Para la impresión grupal, siga los siguientes pasos:

• Comience imprimiendo el GROUP ARM FOREARM.stl, estas partes son las más difíciles de imprimir y pueden requerir un borde para evitar deformaciones.
• Continúe imprimiendo el resto de las partes. Para imprimir todas las partes todo lo que tiene que hacer es imprimir cada archivo GROUP.stl y tendrá el conjunto completo de partes asegúrese de imprimir el archivo GROUP LEG LINKAGES AND PINS.stl 4 veces

Y ahí lo tenemos aproximadamente un día y medio de impresión después, debería tener todas las piezas de plástico de BUGS.

Paso 1 completo !!!

Paso 2: Instalar Arduino

BUGS usa la programación C ++ para funcionar. Para cargar programas en BUGS, usaremos Arduino IDE junto con algunas otras bibliotecas que deben instalarse en Arduino IDE.

Instale Arduino IDE en su computadora

Arduino IDE (enlace aquí)

Para instalar las bibliotecas en Arduino IDE, debe hacer lo siguiente con todas las bibliotecas en los enlaces a continuación

1. Haga clic en los enlaces a continuación (esto lo llevará a la página de bibliotecas de GitHub)
2. Haga clic en Clonar o Descargar
3. Haga clic en descargar ZIP (la descarga debería comenzar en su navegador web)
4. Abra la carpeta de la biblioteca descargada
5. Descomprima la carpeta de la biblioteca descargada
6. Copie la carpeta de la biblioteca descomprimida
7. Pegue la carpeta de la biblioteca descomprimida en la carpeta de la biblioteca de Arduino (C: / Documentos / Arduino / bibliotecas)

Bibliotecas:

• Biblioteca Varspeedservo (enlace aquí)
• Biblioteca QMC5883L (enlace aquí)
• Biblioteca RF24 (enlace aquí)

Y ahí lo tenemos, debe estar listo para comenzar. Para asegurarse de haber configurado correctamente el IDE de Arduino, siga los siguientes pasos

1. Descargue el código Arduino deseado a continuación (Robot Controller & Autonomous.ino o Robot Autonomous Compass.ino o Robot Autonomous Line follower.ino) (por alguna razón no pude cargar el código en Instructables, por favor envíeme un mensaje de correo electrónico a seb.coddington @ gmail.com para obtener el código hasta que resuelva el problema)
2. Ábrelo en Arduino IDE
3. Seleccionar herramientas:
4. Seleccionar tablero:
5. Seleccione Arduino Nano
6. Seleccionar herramientas:
7. Seleccionar procesador:
8. Seleccione ATmega328p (antiguo gestor de arranque)
9. Haga clic en el botón Verificar (botón Tick) en la esquina superior izquierda de Arduino IDE

Si todo va bien, debería recibir un mensaje en la parte inferior que diga Compilación terminada.

¡¡¡Y eso es todo, ahora has completado el Paso 2 !!!

Paso 3: Programación de BUGS

Ahora es el momento de cargar el código en el cerebro de BUGS, el Arduino Nano.

1. Conecte el Arduino Nano a su computadora mediante un cable USB
2. Haga clic en el botón de carga (botón de flecha derecha)

Si todo va bien, debería recibir un mensaje en la parte inferior que diga Terminado de cargar.

Y eso es todo para el Paso 3.

Paso 4: Ensamblar las patas de BUGS

Todos los pasos siguientes se describen en el video de ensamblaje anterior.

Montaje de los piñones del cuerpo del lado izquierdo

Piezas electrónicas necesarias:

1x servo de rotación continua Fitech FS90R

Piezas de plástico necesarias:

• 1x cuerpo lateral
• 1x engranaje
• 2x engranaje de enlace
• 2x varillaje de pasador cuadrado
• 2x unidad de enlace
• 2x clips cuadrados
• 4x Pin circular L4

Se necesitan tornillos y servo cuernos:

• 2x tornillos autoajustantes largos
• 1x tornillos cortos para Servo Horn
• 1x Servo Horn de doble brazo

Instrucciones de montaje:

1. Inserte el FS90R Servo en el cuerpo lateral
2. Asegúrelo en su lugar con 2 tornillos largos autoajustables.
3. Inserte la bocina del servo en el Cog
4. Inserte el Cog en el Servo
5. Asegúrelo en su lugar con 1 tornillo de bocina de servo corto
6. Deslice los pines circulares L4 en los engranajes de enlace y las unidades de enlace
7. Deslice los pasadores de enlace cuadrados en los engranajes de enlace (asegúrese de deslizarlos de la manera correcta)
8. Deslice los engranajes de enlace en el cuerpo lateral, asegúrese de colocar los engranajes en imágenes de espejo entre sí como se muestra en el video de ensamblaje de arriba
9. Deslice la unidad de enlace sobre el lado opuesto del pasador de enlace cuadrado, asegúrese de que los pasadores circulares L4 estén en direcciones opuestas entre sí
10. Asegure el pasador de enlace cuadrado en su lugar con 2 clips cuadrados

Montaje de los piñones del cuerpo del lado derecho

Proceda de la misma forma que con los engranajes del lado izquierdo del cuerpo.

Ensamblar las piernas

Piezas de plástico necesarias:

• 2x varillaje exterior
• 2x Linkage Top pequeño
• 2x Fondo de varillaje pequeño
• 2x pata de enlace
• 2x Pin circular L1
• 1x pin circular L2
• 4x Pin circular L3
• 1x pin circular L5
• 1x clip grande
• Clip circular 9x

Instrucciones de montaje:

1. Deslice el pasador circular L5 hacia el cuerpo lateral
2. Asegure el pasador circular L5 en su lugar con Big Clip
3. Deslice una de las piezas pequeñas de la parte superior del varillaje sobre el pasador circular L2
4. Deslice el pasador circular L2 a través del cuerpo lateral
5. Deslice la otra pieza pequeña superior del varillaje sobre el pasador circular L2
6. Asegure con Clip Circular
7. Deslice las dos piezas del pasador circular L1 a través de las dos piezas pequeñas de la parte inferior del varillaje
8. Deslice ambas piezas pequeñas de la parte inferior del varillaje sobre el pasador circular L5
9. Deslice las dos piezas exteriores del varillaje sobre el pasador circular L4 y el pasador circular L1 como se muestra en el video de ensamblaje anterior
10. Asegure ambas piezas exteriores del enlace con 2 clips circulares cada una
11. Deslice 2 pasadores circulares L3 a través de las dos piezas pequeñas de la parte superior del varillaje
12. Deslice ambos enlaces de las patas sobre el otro lado del pasador circular L3
13. Asegure ambos enlaces de patas en su lugar con 2 clips circulares
14. Deslice los últimos 2 pasadores circulares L3 a través de los enlaces de las 2 patas
15. Deslice el otro extremo de los pasadores circulares L3 a través del enlace exterior
16. Asegure con 2 clips circulares

Realice el mismo proceso con las tres esquinas restantes del Robot.

Paso 5: Montaje de la garra de BUGS

Todos los pasos siguientes se describen en el video de ensamblaje anterior.

Piezas electrónicas necesarias:

3x Servo Towerpro MG90S genuino

Piezas de plástico necesarias:

• 1x cuerpo superior
• 1x brazo
• 1x antebrazo
• 1x mano
• 2x pasadores de brazo
• 1x pin de mano

Tornillos necesarios:

2x tornillos autoajustantes largos

Instrucciones de montaje:

1. Inserte uno de los pasadores del brazo en el orificio superior del cuerpo
2. Inserte uno de los servos en el cuerpo superior
3. Asegure el servo con 2 tornillos autoajustables largos
4. Inserte el otro pasador del brazo en el orificio inferior del antebrazo.
5. Inserte el pasador de mano en el orificio del antebrazo superior (lado de la mano)
6. Inserte los 2 Servos restantes en el antebrazo
7. Inserte el brazo sobre el servo y el pasador del cuerpo superior (lado más ancho) asegúrese de colocarlo de la manera correcta
8. Inserte el brazo sobre el servo del antebrazo y el pasador (lado más delgado) asegúrese de colocarlo de la manera correcta
9. Inserte la mano sobre el otro servo del antebrazo y el pin

Paso 6: Montaje de la electrónica de BUGS

Todos los pasos siguientes se describen en el video de ensamblaje anterior.

Piezas electrónicas necesarias:

• 1x Arduino NANO
• 1x transceptor NRF24L01 (opcional)
• 1x escudo servo
• 1x zumbador
• 1x sensor ultrasónico
• 1x Magnómetro (brújula digital)
• 2x sensores de infrarrojos
• 1x soporte de batería
• 2x 18650 baterías

Piezas de plástico necesarias:

1x cuerpo principal

Tornillos necesarios:

9 tornillos autoperforantes largos

Instrucciones de montaje:

1. Enganche el transceptor Arduino NANO y NRF24L01 al servo shield
2. Atornille los cables del soporte de la batería al blindaje del servo (verifique la polaridad)
3. Atornille el soporte de la batería al cuerpo principal con 2 tornillos en diagonal
4. Atornille el zumbador al cuerpo principal con 1 tornillo
5. Atornille el escudo del servo al cuerpo principal con 2 tornillos en diagonal
6. Atornille el Magnómetro (brújula digital) al cuerpo principal con 2 tornillos
7. Sujete el sensor ultrasónico en su lugar en el cuerpo principal
8. Atornille ambos sensores IR al cuerpo principal con 1 tornillo cada uno
9. Inserte las baterías en el soporte de la batería

Paso 7: Montaje de las patas y la garra de BUGS en el cuerpo

Todos los pasos siguientes se describen en el video de ensamblaje anterior.

Piezas de plástico necesarias:

• 2x piernas ensambladas
• 1x garra ensamblada
• 1x cuerpo principal ensamblado
• Clips cuadrados 8x

Instrucciones de montaje:

1. Deslice el lado de la garra ensamblada en los orificios cuadrados superiores de una de las patas ensambladas
2. Deslice el lado del cuerpo principal ensamblado en los orificios cuadrados inferiores de la misma pata ensamblada
3. Asegure en su lugar con 4 clips cuadrados
4. Deslice la pata ensamblada restante sobre el otro lado de la garra ensamblada y el cuerpo ensamblado
5. Asegure en su lugar con 4 clips cuadrados

Paso 8: Cableado de la electrónica de BUGS

Utilice el diagrama de cableado anterior para determinar las conexiones de cableado

Prepare los cables de puente hembra a hembra necesarios

• 5x rojo o naranja para 5V positivo
• 5x marrón o negro para tierra negativa
• 1x azul para pin de E / S del zumbador
• 2x verde para los dos pines de SALIDA de los sensores IR
• 2x amarillo para pines de disparo ultrasónico y eco
• 2x púrpura para los magnómetros (brújula digital) pines SDA y SCL

Instrucciones de cableado:

1. Enchufe el servo manual en el pin número 1 de la placa de control del servo (asegúrese de realizar las conexiones correctamente)
2. Enchufe el servo del antebrazo en el pin número 2 de la placa de control del servo (asegúrese de que las conexiones sean correctas)
3. Enchufe el servo del brazo en el pin número 3 de la placa de control del servo (asegúrese de realizar las conexiones correctamente)
4. Enchufe el servo de las patas izquierdas en el pin número 4 de la placa de control del servo (asegúrese de que las conexiones sean correctas)
5. Enchufe el servo de las patas derechas en el pin número 5 de la placa de control del servo (asegúrese de realizar las conexiones correctamente)
6. Conecte el cable de puente azul hembra a hembra al pin de señal número 6 en la placa de control del servo
7. Conecte un cable de puente hembra a hembra rojo o naranja al pin número 6 de VCC en la placa de control del servo
8. Conecte un cable de puente hembra a hembra marrón o negro al pin número 6 de GND en la placa de control del servo
9. Enchufe 2 cables de puente hembra a hembra verdes a los pines de señal número 7 y 8 en la placa de control del servo
10. Enchufe 2 cables de puente hembra a hembra rojo o naranja a los pines número 7 y 8 de VCC en la placa de control del servo
11. Enchufe 2 cables de puente hembra a hembra de color marrón o negro a los pines GND número 7 y 8 de la placa de control del servo.
12. Enchufe 2 cables de puente hembra a hembra amarillos a los pines de señal número 9 y 10 en la placa de control del servo
13. Enchufe 1 cable de puente hembra a hembra rojo o naranja al pin número 9 de VCC en la placa de control del servo
14. Enchufe 1 cable de puente hembra a hembra marrón o negro al pin número 9 de GND en la placa de control del servo
15. Enchufe 2 cables de puente púrpura hembra a hembra a los pines de señal número 11 y 12 en la placa de control del servo
16. Enchufe 1 cable de puente hembra a hembra rojo o naranja al pin número 10 de VCC en la placa de control del servo
17. Enchufe 1 cable de puente hembra a hembra marrón o negro al pin número 10 de GND en la placa de control del servo
18. Conecte el cable de puente azul hembra a hembra en el pin 6 al pin de E / S en el zumbador
19. Enchufe el cable de puente hembra a hembra rojo o naranja en el pin 6 al pin VCC en el zumbador
20. Enchufe el cable de puente marrón o negro hembra a hembra en el pin 6 al pin GND en el zumbador
21. Conecte el cable de puente verde hembra a hembra en el pin 7 al pin OUT en el sensor de infrarrojos izquierdo
22. Conecte el cable de puente hembra a hembra rojo o naranja en el pin 7 al pin VCC en el sensor de infrarrojos izquierdo
23. Enchufe el cable de puente marrón o negro hembra a hembra en el pin 7 al pin GND en el sensor de infrarrojos izquierdo
24. Conecte el cable de puente verde hembra a hembra en el pin 8 al pin OUT del sensor de infrarrojos derecho
25. Enchufe el cable de puente hembra a hembra rojo o naranja en el pin 8 al pin VCC en el sensor de infrarrojos derecho
26. Enchufe el cable de puente marrón o negro hembra a hembra en el pin 8 al pin GND en el sensor de infrarrojos derecho
27. Conecte el cable de puente amarillo hembra a hembra en el pin 9 al pin Trig en el sensor ultrasónico
28. Conecte el cable de puente amarillo hembra a hembra en el pin 10 al pin Echo en el sensor ultrasónico
29. Conecte el cable de puente hembra a hembra rojo o naranja en el pin 9 al pin VCC en el sensor ultrasónico
30. Conecte el cable de puente marrón o negro hembra a hembra en el pin 9 al pin GND en el sensor ultrasónico
31. Conecte el cable de puente púrpura hembra a hembra en el pin 11 al pin SDA en el Magnómetro
32. Conecte el cable de puente púrpura hembra a hembra en el pin 12 al pin SCL en el Magnómetro
33. Conecte el cable de puente hembra a hembra rojo o naranja en el pin 10 al pin VCC en el Magnómetro
34. Conecte el cable de puente marrón o negro hembra a hembra en el pin 10 al pin GND en el Magnómetro

Paso 9: Calibración de los servos de garra de BUGS

Todos los pasos siguientes se describen en el video de ensamblaje anterior.

Se necesitan tornillos y bocinas servo:

• 3x cuernos servo de un solo brazo
• 3 tornillos cortos para bocinas servo

Instrucciones de montaje:

1. Encienda el robot durante 5 segundos hasta que los servos alcancen su posición inicial y luego apague el robot
2. Coloque el brazo en un ángulo de 90 grados con respecto al cuerpo
3. Inserte la bocina del servo del brazo / cuerpo
4. Asegúrelo en su lugar con un tornillo de bocina de servo corto
5. Coloque el antebrazo en un ángulo de 90 grados con respecto al brazo.
6. Inserte la bocina del servo del antebrazo / brazo
7. Asegúrelo en su lugar con un tornillo de bocina servo corto
8. Coloque la mano en la posición cerrada
9. Inserte la bocina del servo de mano / antebrazo
10. Asegúrelo en su lugar con un tornillo de bocina de servo corto

Paso 10: Calibración de los sensores de infrarrojos para seguimiento de línea

Para que los sensores de infrarrojos detecten una línea negra, debe ajustar el tornillo del potenciómetro en cada sensor de infrarrojos de modo que los 2 LED rojos estén encendidos cuando el sensor esté cerca de una superficie blanca y que solo un LED rojo esté encendido cuando el sensor esté encendido. cerca de una superficie negra.

Paso 11: uso de BUGS

Usando BUGS en el modo de seguimiento de línea:

• Coloque el robot en el suelo al principio de la línea.
• Coloque una pelota de golf a 3 cm delante del robot.
• ¡Enciende el Robot y míralo ir!

Uso de BUGS en el modo de evitación de obstáculos y brújula:

• Coloque el robot en la dirección en la que desea que se dirija
• Enciende el robot y míralo irse

Usando BUGS con un controlador:

• Usa el Joystick para mover el Robot
• Utilice el botón Arriba para abrir y cerrar la garra.
• Utilice el botón Abajo para levantar el brazo hacia arriba y hacia abajo.
• Utilice el botón izquierdo para activar el modo de evitación de obstáculos y brújula
• Mantén pulsado el botón izquierdo para desactivar el modo de evitación de obstáculos de la brújula
• Utilice el botón derecho para activar el modo de seguimiento de línea
• Mantenga presionado el botón derecho para desactivar el modo de seguimiento de línea

Segundo premio en el concurso de robótica