Un caminante de 4 patas basado en servo: 12 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

¡Construya su propio robot caminante de 4 patas impulsado por servomotor (innecesariamente tecnológico)! Primero, una advertencia: este bot es básicamente una versión con microcontrolador-cerebro del clásico caminante de 4 patas BEAM. El BEAM de 4 patas puede ser más fácil de hacer si aún no está configurado para la programación de microcontroladores y solo desea construir un andador, por otro lado, si está comenzando con la programación de microprocesadores y tiene un par de servos. dando vueltas, este es tu proyecto ideal! Puedes jugar con la mecánica del caminante sin tener que preocuparte por los quisquillosos ajustes del microcore BEAM analógico. Entonces, aunque este no es realmente un robot BEAM, las siguientes dos páginas web son excelentes recursos para cualquier caminante de 4 patas: el tutorial del caminante de 4 patas de Bram van Zoelen tiene una buena descripción general de la mecánica y la teoría. El sitio de caminantes de Chiu-Yuan Fang también es bastante bueno para cosas de BEAM y algunos diseños de caminantes más avanzados. ¿Terminaste de leer? ¿Listo para empezar a construir?

Paso 1: Reúna las piezas, mida, planifique un poco

Hacer un servoalvador de 4 patas es bastante simple, en términos de partes. Básicamente, necesita dos motores, patas, una batería, algo para hacer que los motores vayan hacia adelante y hacia atrás, y un marco para sostenerlos a todos. Lista de piezas: 2x Tower Hobbies TS-53 Servos 20 pulgadas de alambre de cobre pesado: 12 pulgadas para patas delanteras, 8 pulgadas para la parte trasera. Tenía calibre 10. El calibre 12 debería funcionar, pero supongo. La batería es una NiMH de 3.6v que se vendía barato en línea. El cerebro del microcontrolador es un AVR ATMega 8. El marco es Sintra, que es genial. Es un cartón pluma de plástico que se dobla cuando se calienta en agua hirviendo. Puede cortarlo, perforarlo, matizarlo con un cuchillo y luego doblarlo para darle forma. Conseguí el mío en Solarbotics. Otras partes: Tablero de proyecto perforado para el circuito. Conectores a presión (macho y hembra) para las conexiones del servo y la batería. Un enchufe de 28 pines para el ATMega. onDrillMatte knife Aquí, me ves midiendo las partes, haciendo un boceto para el marco y luego agarrando una regla para hacer una plantilla de papel. Utilicé la plantilla como guía para marcar con un bolígrafo donde perforaría agujeros en Sintra.

Paso 2: construya el marco, ajuste los motores

Primero taladré agujeros en las esquinas de los dos recortes del motor, luego marqué a lo largo del borde de una regla de agujero en agujero con un cuchillo mate. Se necesitan como 20 pases con el cuchillo para atravesar Sintra. Me volví perezoso y lo rompí después de cortar aproximadamente la mitad.

Después de cortar los orificios, realizo una prueba de ajuste de los motores solo para ver cómo funcionaban. (Un poco demasiado ancho, pero tengo el largo perfecto).

Paso 3: Doblar el marco, conectar los motores

Desafortunadamente, no tuve suficientes manos para fotografiarme doblando el Sintra, pero así es como sucedió:

1) Olla pequeña con agua hervida en la estufa 2) Mantuvo Sintra bajo el agua durante uno o dos minutos con una cuchara de madera (Sintra flota) 3) La sacó y, con guantes calientes y algo plano, la sostuvo doblada en el ángulo correcto hasta que enfriado. Para el diseño clásico de andador "Miller", desea un ángulo de aproximadamente 30 grados en las patas delanteras. Taladró agujeros para tornillos y atornilló los motores.

Paso 4: coloque las patas en las bocinas del servomotor en forma de estrella

Corté una sección de 12 "y 8" de alambre de cobre grueso con tijeras para hacer las patas delanteras y traseras, respectivamente. Luego los doblé en ángulo para unirlos a los cuernos del servo.

Un truco clásico de BEAM cuando necesitas unir cosas es atarlas con alambre de conexión. En este caso, quité un cable de conexión, lo pasé por los cuernos y alrededor de las patas y lo retorcí mucho. Algunas personas sueldan el cable sólido en este punto. El mío todavía está apretado por fuera. Siéntase libre de recortar el exceso y doblar las partes torcidas hacia abajo.

Paso 5: Conecte las piernas al cuerpo, dóblelas a la derecha

Vuelva a atornillar las servo estrellas (con las patas puestas) a los motores y luego dóblelas.

La simetría es clave aquí. Un consejo para mantener los lados uniformes es doblar en una sola dirección a la vez, de modo que sea más fácil mirarlo si estás haciendo demasiado en un lado o en el otro. Dicho esto, he doblado y vuelto a doblar el mío muchas veces, y puedes volver a empezar desde recto si te desvías demasiado de la pista más adelante después de ajustarlo demasiadas veces. El cobre es genial de esa manera. Eche un vistazo a las páginas web que enumeré para obtener más consejos aquí, o simplemente improvise. No creo que sea realmente tan crítico, al menos en términos de hacer que camine. Lo afinarás más tarde. La única parte crítica es colocar el centro de gravedad lo suficiente en el medio para que camine correctamente. Idealmente, cuando una pierna delantera está en el aire, las patas traseras girando inclinarán al bot hacia adelante sobre la pierna delantera alta / delantera, que luego hará la caminata. Verás lo que quiero decir en uno o dos videos que vienen.

Paso 6: ¡Cerebro

El tablero de cerebro es bastante simple, así que tendrás que perdonar mi diagrama de circuito incompleto. Porque usa servos, no hay necesidad de controladores de motor complicados o lo que sea. Simplemente conecte +3.6 voltios y tierra (directamente desde la batería) para hacer funcionar los motores, y golpéelos con una señal modulada por ancho de pulso del microcontrolador para indicarles adónde ir. (Consulte la página de servomotores de wikipedia si es nuevo en el uso de servomotores). Corté un trozo de material de PCB en blanco perforado y los encabezados superpegados en él. Dos encabezados de 3 pines para los servos, un encabezado de 2 pines para la batería, un encabezado de 5 pines para mi programador AVR (que debería hacer un instructivo para algún día) y el zócalo de 28 pines para el chip ATMega 8. Una vez que todos los enchufes y encabezados estuvieron pegados, los soldé. La mayor parte del cableado se encuentra en la parte inferior de la placa. Realmente son solo unos pocos cables.

Paso 7: programe el chip

La programación se puede realizar con la configuración más sofisticada que tenga. Yo mismo, ese es solo el programador del ghetto (en la imagen), solo algunos cables soldados a un enchufe de puerto paralelo. Este instructivo detalla el programador y el software que necesita para que todo funcione. ¡No! ¡No! No utilice este cable de programación con ningún dispositivo que incluso se acerque a voltajes superiores a 5v. El voltaje podría subir el cable y freír el puerto paralelo de su computadora, arruinando su computadora. Los diseños más elegantes tienen resistencias y / o diodos limitadores. Para este proyecto, el gueto está bien. Es solo una batería de 3.6v a bordo. Pero ten cuidado, el código que utilizo se adjunta aquí. En general, es exagerado solo hacer que dos motores se balanceen hacia adelante y hacia atrás, pero me estaba divirtiendo. La esencia es que los servos necesitan pulsos cada 20 ms aproximadamente. La longitud del pulso le dice al servo dónde girar las piernas. 1,5 ms está alrededor del centro y el rango es de 1 ms a 2 ms aproximadamente. El código utiliza el generador de pulsos de 16 bits incorporado tanto para el pulso de señal como para el retardo de 20 ms, y proporciona una resolución de microsegundos a la velocidad estándar. La resolución del servo está en algún lugar cerca de 5-10 microsegundos, por lo que 16 bits es suficiente. ¿Es necesario que haya un instructable de programación de microcontroladores? Tendré que hacer eso. Házmelo saber en los comentarios.

Paso 8: ¡Los primeros pasos del bebé

Conseguí que las patas delanteras se balancearan unos 40 grados en ambos sentidos, y las patas traseras unos 20 grados. Vea el primer video para ver un ejemplo de la marcha desde abajo.

(Tenga en cuenta el agradable retraso de un par de segundos cuando presiono el botón de reinicio. Es muy útil cuando se vuelve a programar para que se quede quieto durante un par de segundos con la alimentación encendida. Además, es conveniente centrar las piernas para cuando haya terminado jugando y solo quieres que se ponga de pie.) ¡Caminó en el primer intento! Vea el segundo video. En el video, observe la forma en que la pierna delantera se levanta, luego las patas traseras giran para hacerla caer hacia adelante sobre la pierna delantera. ¡Eso es caminar! Juega con tu centro de gravedad y flexiones de piernas hasta que obtengas ese movimiento. Noté que giraba mucho hacia un lado, aunque estaba bastante seguro de que había centrado los motores mecánicamente y en el código. Resultó ser debido a un borde afilado en uno de los pies. Así que hice botines robóticos. ¿No hay nada que los tubos termorretráctiles no puedan hacer?

Paso 9: retocar

Entonces camina bien. Todavía estoy jugando con el paso y la forma de las piernas y el tiempo para ver qué tan rápido puedo hacerlo ir en línea recta y qué tan alto puedo hacerlo subir.

Para escalar, la pierna delantera se dobla justo antes de que los pies sean cruciales, lo que ayuda a evitar que se enganche en los bordes. En cambio, la pierna sube sobre el obstáculo si golpea debajo de la "rodilla". Traté de hacer que los pies golpearan aproximadamente en el mismo ángulo de 30 grados que el marco. Entonces, ¿qué tan alto puede subir?

Paso 10: Entonces, ¿qué tan alto puede subir?

Aproximadamente 1 pulgada en este momento, que supera a la mayoría de los robots con ruedas simples que he hecho, así que no me quejo. Mire el video para verlo en acción. Nunca salta directamente. Hará falta un par de intentos para levantar ambas patas delanteras. Honestamente, parece un problema de tracción más que nada. O el centro de gravedad puede estar un poco alto para el swing largo de la pierna delantera. Se puede ver que casi se pierde cuando la pierna delantera empujó el cuerpo hacia arriba en el aire. Un indicio de lo que vendrá …

Paso 11: Entonces, ¿qué no puede escalar?

Hasta ahora, no he podido lograr que Domine el arte de la cocina francesa (volumen 2) de manera confiable. Parece que 1 1/2 pulgadas es el límite actual de lo alto que puede llegar. ¿Quizás ayudaría reducir la rotación de la pierna delantera? ¿Quizás bajar un poco el cuerpo al suelo? Ver el vídeo. Sea testigo de la agonía de la derrota. ¡Maldita Julia Child!