Hexápodo de bricolaje: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

En este instructivo, le daré la guía paso a paso para crear un Hexapod con control remoto bluetooth.

En primer lugar, este es un hexápodo grande, y para moverlo necesitará 12 servomotores potentes (MG995) y para manejar esta cantidad de señales PWM (para controlar cada motor) la forma más fácil de hacerlo es usando un Arduino Mega 2560 Cabe señalar que se utilizó algún equipo extra, como impresoras 3D y máquina de corte WaterFlow. Ahora encontrará todos los materiales utilizados y los pasos que necesitará para construir uno de estos robots.

Paso 1: lo que necesitará

Equipo

Soldador, máquina de impresión 3D, máquina de corte por chorro de agua.

Material

• Filamento de impresión PLA 3D
• silicio,
• pedacer de acero
• Tornillos M3X20
• Tornillos M3X10
• Tuercas M3
• Arandelas M3
• Rodamientos de bolas 623zz
• Software CAD

Componentes

• (12) Servomotores MG995
• (2) baterías de 9V
• (1) batería de 6 V, 7 amperios
• Cámara GoPro
• Arduino MEGA
• Arduino NANO
• (2) Joysticks
• (2) Módulo Bluetooth HC-05
• (1) Potenciómetro de 10K

Paso 2: Mecánica y diseño de las piezas que necesitará

Diseño mecanico

El diseño mecánico parte del número de servomotores que se utilizarán por pata. En este proyecto se decidió utilizar 2 servos por pierna, lo que le otorga un mayor número de grados de libertad y hace que su naturalidad sea notable. Es claro mencionar que en cualquier tipo de mecanismos, máquinas o robots a más grados de libertad tienes, mayor es la naturalidad de tus movimientos y acciones. Dentro del plan para este proyecto, requisitos y limitaciones, se utilizarán 12 actuadores, 2 por pierna. Como se mencionó, los servomotores serán los componentes principales de las piernas, digamos que son esos puntos que representan las articulaciones del robot. Mediante el cual se activan diferentes movimientos a la máquina que, en conjunto, simularán el movimiento que la hace caminar. En base a las dimensiones de los servomotores mencionados anteriormente, se diseña una carcasa en la que se instala este tipo de actuador. Las dimensiones de éste proporcionan puntos de referencia para diseñar un sistema de sujeción, para los elementos de soporte y conectores para lo que conformará la pierna en su conjunto. Uno de los servomotores está posicionado en vertical y el otro en horizontal, esto se debe principalmente a la dirección en la que su eje girará y activará el elemento al que está atornillado y así desarrollar el movimiento en xoy, necesario para la marcha de el hexápodo. Al mirar las figuras e imágenes, puedes ver los puntos donde se ensamblan a la base principal, que son las placas, del robot. Si miras el servomotor en posición vertical, verás que está entre ambas placas. Uno de ellos atornillado en la parte superior y el otro en la inferior. A partir de ahí, conectores y barras facilitarán el soporte del segundo servomotor en posición horizontal, desde el que trabajan 4 tipos diferentes de conectores como parte de la pata. Estos permiten el movimiento mecánico que simula y activa el levantamiento y movimiento de este elemento; que incluye estas dos barras que sujetan el componente más grande de la pierna, sobre la que descansa y deja casi todo el peso del robot.

Como se mencionó anteriormente, existen limitaciones que definen su diseño. Pueden ser de diferentes tipologías ya sean mecánicas, económicas o cualquier otro recurso imprescindible para el funcionamiento de su máquina. Estos elementos mecánicos; en este caso los servomotores, establecieron las dimensiones del robot. Es por ello que el diseño propuesto en este manual es de tales dimensiones, ya que parten principalmente de los actuadores y controlador seleccionados, a los que posteriormente se agregó una gran batería.

Es importante decir que el diseño mecánico no está definido para ser replicado como se propone. Esto incluso se puede optimizar mediante simulaciones de tensión y fatiga de los elementos principales, barras y / o conectores. Teniendo en cuenta el método de fabricación seleccionado, fabricación aditiva, podrás aprovechar al máximo el diseño, simulación e impresión del sólido que mejor se adapte a tus cargas y aplicación. Siempre considerando los elementos básicos de soporte, tornillería y cojinetes, para lo que necesite. Esto de acuerdo con el papel que juegan en el mecanismo. Entonces debes pensar en las especificaciones de estos elementos para que tengan el lugar apropiado en conjunto con las otras piezas de la pierna.

Paso 3: diseño de la electrónica

2 PCB donde se diseñaron para el robot.

1 es la placa principal que se montará en el robot y la segunda es para la electrónica en el control remoto. La PCB se diseñó con el software Fritzing y luego se mecanizó con un enrutador CNC para el grabado de PCB.

La PCB principal incluye el Arduino Mega así como el módulo bluetooth, todos los servos también están conectados y usan dos líneas de energía que vienen directamente de la batería a 2 terminales de tornillo.

El PCB del control remoto tiene más componentes pero es más compacto, comenzando con el montaje del Arduino Nano, a él se le conectan los dos joysticks para controlar la dirección y movimientos del Hexapod, un pulsador con su correspondiente resistencia de 220Ohms, un potenciómetro para ajustar la altura del robot y su módulo bluetooth HC05. Toda la placa se alimenta con una batería de 9 V y los elementos en ella se alimentan con la salida de 5 V de la placa Arduino.

Después del diseño, el PCB se puede fabricar con la herramienta especial de mecanizado de PCB CNC y luego se puede proceder a instalar todos los componentes en los tableros.

Paso 4: Paso 4: Montaje

Luego de tener disponibles todas las partes impresas, tornillos y rodamientos así como las herramientas para ensamblar el robot, se puede comenzar con el ensamblaje de las partes correspondientes, considerando que las bases de los servos verticales se ensamblan teniendo una placa superior y una inferior., 6 de estas piezas con un servomotor en su interior. Ahora se atornilla el acoplamiento al eje del servomotor y a este se conecta la pieza: "JuntaServos" que en su contraparte tendría su correspondiente rodamiento para facilitar la rotación entre ambas partes. Luego se conectaría al segundo servo, el servo horizontal y su respectivo conjunto de barras que enlazan con los otros 2 segmentos, haciendo un acoplamiento directo a la punta de acero. Ambos atornillados con los tornillos indicados. Para terminar con la pierna, se inserta bajo presión la punta impresa en PLA.

Este procedimiento debe repetirse 6 veces para montar las 6 patas que soportan y activan el robot. Finalmente; Coloque la cámara en la placa superior, ajustándola como desee el usuario.

Paso 5: Paso 5: Codificación

En esta sección se describirá un poco cómo funciona el código. y se va a dividir en dos partes, el código del mando a distancia y el código del hexápodo.

Primero el controlador. Quieres leer los valores analógicos de los potenciómetros en los joysticks, se recomienda que estos valores estén filtrados y sean adecuados para obtener únicamente los valores cuando estos cambien fuera del rango establecido en el código. Cuando esto sucede, se envía un valor de tipo de matriz de caracteres utilizando la función Arduino Serial.write a través de bluetooth para indicar que uno de los valores ha cambiado esto para poder hacer algo una vez que el otro módulo bluetooth los reciba.

Ahora el código Hexapod también se puede dividir en 2 partes.

La primera parte es donde se designan las funciones que se realizarán según los mensajes recibidos por bluetooth y la otra parte es donde se hace lo necesario para crear las funciones que realiza el hexápodo, como caminar hacia adelante, hacia atrás, girar, otras. Lo que se quiere hacer en el código es designar las variables necesarias para el funcionamiento tanto de la comunicación bluetooth como de las funciones de los servos y sus movimientos en cada pata.

la función Serial.readBytesUntil se usa para obtener el arreglo completo de caracteres, que son 6, todos los comandos tienen 6 caracteres, eso es algo muy importante a tener en cuenta. En los foros de Arduino puedes encontrar referencias sobre cómo seleccionar los parámetros óptimos para que el mensaje se reciba correctamente. Después de obtener el mensaje completo, se compara con la función strcmp (), y luego se usa un conjunto de funciones if que asignan valores a una variable para asignar la función de un hexápodo en una función de cambio.

Hay funciones extra, una de ellas al recibir el comando "POTVAL" cambia la altura del robot, otra función cambia la altura relativa de cada pierna y su rotación estática, esto se logra con el joystick, y cuando se presiona el botón en el control, el comando "BOTÓN" se recibe en el código hexápodo y cambia la velocidad de movimiento del hexápodo.

Paso 6: prueba

En el siguiente video se muestra cómo evolucionó el Hexapod con el tiempo y para ver las pruebas y el resultado final.