GorillaBot, il robot quadrupede con Arduino stampato in 3D: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Ogni anno a Tolosa (Francia) si svolge la Toulouse Robot Race #TRR2021

La gara consiste in uno sprint autonomo di 10 metri per robot bipedi e quadrupedi.

Il record attuale che raccolgo per i quadrupedi è di 42 secondi per uno sprint di 10 metri.

Quindi con questo in mente ho dovuto elaborare un piano per progettare un robot che pensavo potesse batterlo per diventare il nuovo campione in carica!!!

Cerco un po' di ispirazione da un collega membro di Instructables "jegatheesan.soundarapandian" e vincitore lo scorso anno della Toulouse Robot Race "Oracid 1" che sembrano amare entrambi progettare e condividere tutorial su come costruire quadrupedi. Ho iniziato praticamente copiando il design e rendendolo un po' più grande!

Il design si basa su un meccanismo di collegamento a cinque barre per ogni gamba 2 servi alimentano ogni gamba per un totale di 8 servi.

Il regolamento prevede che a parte il segnale di partenza tutta la gara debba essere svolta dal robot in autonomia quindi ho dovuto escogitare un sistema leggero per mantenere il robot in carreggiata in questo caso ho utilizzato un magnetometro QMC5883L (bussola digitale) quindi potrebbe rimanere fedele al suo orientamento, un sensore a ultrasuoni HC-SR04 nel caso in cui il robot si incasini davvero e inizi a colpire il muro con un angolo di 90 gradi e ho appena usato un contapassi nel codice per dirgli quanti passi dovrebbe fare per 10 metri.

Nel caso tu sia interessato a costruire questo robot, non preoccuparti, questa scimmia ha pensato a tutto!

Corpo stampabile in 3D gratuito al 100%:

Tutto tranne l'elettronica e le viti per fissare l'elettronica sono stampabili in 3D, le stesse piccole viti a croce sono le uniche utilizzate, tutto ciò di cui avrai bisogno è un piccolo cacciavite a croce per assemblare il robot

Elettronica plug and play facile:

nessuna saldatura complessa richiesta

Tempo di stampa ragionevole:

Può sembrare grande e imponente ma è solo una stampa di 15 ore (ok molto tempo per alcuni:D)

Requisiti di volume di build ragionevoli:

Può essere stampato su una stampante relativamente piccola che richiede un volume di costruzione di soli L: 150 mm x L: 150 mm x A: 25 mm

Costo totale del robot:

Il solo robot costa circa 75$ per costruire il caricatore incluso

È necessario un controller stampato in 3D (opzionale) se si desidera la stessa configurazione che ho io.

AVVERTIMENTO:

L'alimentatore 5V 3A che ho usato non è la soluzione migliore in quanto per far funzionare questo robot tutti gli 8 servi devono funzionare contemporaneamente e quindi assorbono molta corrente non preoccuparti non ho avuto il robot prendere fuoco o altro ma mi aspetto che il transistor di potenza si riscaldi un po', non consiglierei di utilizzare il robot per più di 2 minuti alla volta lasciandolo raffreddare tra una corsa e l'altra per evitare danni indesiderati allo scudo del servo.

Se qualcuno di voi ha una soluzione a questo problema, il suo contributo sarebbe molto apprezzato!

Forniture

FORNITURE PER IL ROBOT:

• 8x Tower Pro MG90S analogico 180 gradi servo (Aliexpress/Amazon)
• 1x scheda di controllo servo wireless Sunfounder (Sunfounder Store/ RobotShop)
• 1x Arduino NANO (Aliexpress/Amazon)
• 1x modulo ricetrasmettitore NRF24L01 (non è necessario se non si utilizza il controller) (Aliexpress/Amazon)
• 1x magnetometro (bussola digitale) QMC5883L GY-273 (Aliexpress/Amazon)
• 1x sensore a ultrasuoni HC-SR04 (Aliexpress/Amazon)
• 2x 18650 batterie agli ioni di litio da 3,7 V (Aliexpress/Amazon)
• 1x 18650 doppio portabatteria con interruttore on/off (Aliexpress/Amazon)
• 1x 18650 caricabatteria agli ioni di litio (Aliexpress/Amazon)
• 4 cavi jumper Dupont da femmina a femmina lunghi 10 cm (Aliexpress/Amazon)
• 4 cavi jumper Dupont da femmina a femmina lunghi 20 cm (Aliexpress/Amazon)
• 10x viti 2 mm x 8 mm (uguali alle viti in un pacchetto di servi) (Aliexpress/Amazon)

CONTROLLORE:

Per controllare manualmente questo robot avrai bisogno del controller Arduino stampato in 3D (link qui)

Il Robot può anche essere puramente autonomo quindi il controller non è obbligatorio.

PLASTICHE:

Le parti possono essere stampate in PLA o PETG o ABS.

!! Si prega di notare che una bobina da 500 g è più che sufficiente per stampare 1 Robot!!

STAMPANTE 3D:

Piattaforma di costruzione minima richiesta: L150 mm x L150 mm x H25 mm

Va bene qualsiasi stampante 3D. Ho stampato personalmente le parti su Creality Ender 3 che è una stampante 3D a basso costo sotto i 200 $ Le stampe sono venute perfettamente.

Passaggio 1: stampa 3D delle parti

Quindi ora è il momento della stampa… Sì!

Ho progettato meticolosamente tutte le parti per essere stampate in 3D senza alcun materiale di supporto richiesto durante la stampa.

Tutte le parti sono disponibili per il download su whativerse (link qui)

Tutte le parti sono state stampate di prova su Creality Ender 3

• Materiale: PETG
• Altezza strato: 0,3 mm
• Riempimento: 15%
• Diametro ugello: 0,4 mm

L'elenco delle parti è il seguente:

• 1x ELETTRONICA DI BASE
• 1x BASE INDIETRO
• 1x BASE ANTERIORE
• 8x PERNO CIRCOLARE L1
• 4x PERNO CIRCOLARE L2
• 4x PERNO CIRCOLARE L3
• 4x PERNO CIRCOLARE L4
• 8x COSCIA SERVO
• 8x COSCIA
• 8x ESTENSIONE VITELLO
• 8x VITELLO INT
• 8x PIEDE
• 4x CLIP QUADRATI
• 44x CLIP CIRCOLARE

I file sono disponibili come parti singole e parti di gruppo.

Per una stampa veloce è sufficiente stampare ogni singolo file GROUP.stl una volta.

Passaggio 2: assemblaggio del corpo di GorillaBot

Tutte le istruzioni di montaggio sono illustrate nel video di montaggio sopra:

1. Posizionare un PIN CIRCOLARE L1 nel foro del supporto servo anteriore sinistro BASE FRONT
2. Fai passare il cavo di uno dei servi MG90S attraverso la fessura nel supporto del servo anteriore sinistro BASE FRONT
3. Inserire il servo MG90S in posizione
4. Fissare il servo MG90S in posizione con 2 viti (non serrare eccessivamente poiché ciò potrebbe danneggiare la BASE)
5. Ripetere lo stesso processo per i supporti dei servi BASE FRONT posteriore sinistro, anteriore destro e posteriore destro
6. Ripetere lo stesso processo per i supporti dei servi BASE BACK anteriore sinistro, posteriore sinistro, anteriore destro e posteriore destro
7. Fissare il Portabatterie alla BASE ELETTRONICA con 2 viti in diagonale o 4 viti
8. Fissare la scheda di controllo servo wireless alla BASE ELECTRONICS con 2 viti in diagonale o 4 viti
9. Aggancia il ricetrasmettitore Arduino nano e NRF24L01 alla scheda di controllo servo wireless
10. Far scorrere la BASE FRONTE sull'ELETTRONICA DELLA BASE attraverso la porta USB a 2 fori quadrati rivolta verso il retro
11. Fissare in posizione con 2 CLIP QUADRATE
12. Far scorrere la BASE INDIETRO sull'ELETTRONICA DELLA BASE attraverso la porta USB a 2 fori quadrati rivolta verso il retro
13. Fissare in posizione con 2 CLIP QUADRATE
14. Fissare il Magnetometro alla BASE FRONT con 2 viti
15. Agganciare il sensore a ultrasuoni alla BASE FRONT
16. Guidare i cavi del servo verso la scheda di controllo del servo wireless come mostrato

Passaggio 3: collegare l'elettronica

Tutti i collegamenti sono rappresentati nell'immagine sopra:

1. Collegare i 4 cavi dupont da 20 cm alle schede di controllo del servo wireless Pin ultrasonici
2. Collegare l'altra estremità dei 4 cavi al sensore a ultrasuoni (assicurarsi che siano nella direzione giusta)
3. Collegare i 4 cavi dupont da 10 cm alle schede di controllo del servo wireless Pin magnetometro
4. Collegare l'altra estremità dei 4 cavi al magnetometro (assicurarsi che siano nel modo giusto)
5. Collega tutti i servi ai loro pin dedicati nella scheda di controllo del servo wireless
6. Avvitare i cavi VIN e GND della batteria alla scheda di controllo del servo wireless assicurando la corretta polarità

Passaggio 4: assemblaggio delle gambe di GorillaBot

Tutte le fasi di montaggio sono illustrate nel video di montaggio sopra:

1. Far scorrere 1 PIEDE su 1 PERNO CIRCOLARE L4
2. Far scorrere l'estremità più spessa di 1 CALF EXT sul PIN CIRCOLARE L4 con il lato sporgente rivolto verso il piede
3. Far scorrere 2 CALF INT sul PIN CIRCOLARE L4
4. Far scorrere l'estremità più spessa di 1 CALF EXT sul PIN CIRCOLARE L4 con il lato sporgente rivolto verso il piede
5. Far scorrere 1 PIEDE sul PERNO CIRCOLARE L4
6. Fissare in posizione con 3 CLIP CIRCOLARI
7. Far scorrere 1 PIN CIRCOLARE L3 attraverso 1 del CALF EXT. assemblato
8. Far scorrere 1 THIGH SERVO sul PIN CIRCOLARE L3 con il lato sporgente rivolto verso il CALF EXT
9. Far scorrere 1 COSCIA sul PIN CIRCOLARE L3
10. Far scorrere il PIN CIRCOLARE L3 attraverso l'altro CALF EXT. assemblato
11. Fissare in posizione con 3 CLIP CIRCOLARI
12. Far scorrere 1 THIGH SERVO su 1 PIN CIRCOLARE L2 con il lato sporgente rivolto verso la testa del PIN CIRCOLARE L2
13. Far scorrere il PERNO CIRCOLARE L2 attraverso entrambi i CALF INTS assembled assemblati
14. Far scorrere 1 COSCIA attraverso il PIN CIRCOLARE L2
15. Fissare in posizione con 3 CLIP CIRCOLARI
16. Ripeti tutti i processi per le restanti 3 gambe tenendo presente che quando le gambe sono assemblate al robot le teste dei perni sono rivolte verso l'esterno e i CALF EXTS sono davanti ai CALF INTS quindi l'assemblaggio sarà identico davanti a dietro ma simmetrico da sinistra a destra.

Passaggio 5: installazione di Arduino

GorillaBot utilizza la programmazione C++ per funzionare. Per caricare programmi su GorillaBot utilizzeremo l'IDE di Arduino insieme ad alcune altre librerie che devono essere installate nell'IDE di Arduino.

Installa Arduino IDE sul tuo computer: Arduino IDE (link qui)

Per installare le librerie nell'IDE di Arduino è necessario eseguire le seguenti operazioni con tutte le librerie nei collegamenti seguenti

1. Fai clic sui collegamenti sottostanti (questo ti porterà alla pagina GitHub delle librerie)
2. Fare clic sul pulsante verde che dice Codice
3. Fare clic su download ZIP (il download dovrebbe iniziare nel browser Web)
4. Apri la cartella della libreria scaricata
5. Decomprimi la cartella della libreria scaricata
6. Copia la cartella della libreria decompressa
7. Incolla la cartella della libreria decompressa nella cartella della libreria Arduino (C:\Documents\Arduino\libraries)

Biblioteche:

• Libreria Varspeedservo (link qui)
• Libreria QMC5883L (link qui)
• Libreria RF24 (link qui)

E ce l'abbiamo, dovresti essere pronto per partire Per assicurarti di aver configurato correttamente l'IDE di Arduino, segui i seguenti passaggi

1. Scarica il codice Arduino desiderato di seguito (Controller GorillaBot e Autonomous.ino)
2. Aprilo in Arduino IDE
3. Seleziona Strumenti:
4. Seleziona scheda:
5. Seleziona Arduino Nano
6. Seleziona Strumenti:
7. Seleziona processore:
8. Seleziona ATmega328p o ATmega328p (vecchio bootloader) a seconda di quale Arduino nano hai acquistato
9. Fare clic sul pulsante Verifica (pulsante di spunta) nell'angolo in alto a sinistra di Arduino IDE

Se tutto va bene dovresti ricevere un messaggio in fondo che dice Compilazione completata.

Passaggio 6: caricamento del codice

Ora è il momento di caricare il codice nel cervello di GorillaBot, Arduino Nano.

1. Collega Arduino Nano al tuo computer tramite cavo USB
2. Fare clic sul pulsante di caricamento (pulsante freccia destra)

Se tutto va bene dovresti ricevere un messaggio in fondo che dice Caricamento completato.

Passaggio 7: calibrazione dei servi

Per assemblare correttamente le gambe dobbiamo portare i servi nella loro posizione iniziale.

1. Inserire 2 batterie agli ioni di litio nel portabatterie
2. Accendi il robot e attendi 5 secondi che i servi raggiungano la loro posizione iniziale
3. Spegni il robot

Passaggio 8: assemblaggio delle gambe al corpo

Collegare le gambe ai servi è abbastanza semplice, ricordate semplicemente che i CALF EXT devono essere posizionati davanti al CALF INT durante il montaggio con le teste dei perni rivolte verso l'esterno.

1. Infilare la COSCIA del lato CALF EXT di una delle gambe sopra il PERNO CIRCOLARE L1 sul supporto del servo anteriore sinistro
2. Fissare in posizione con 1 CLIP CIRCOLARE
3. Far scorrere il THIGH SERVO del lato CALF EXT della stessa gamba sopra la testa del servo sul supporto del servo anteriore sinistro anteriore (assicurarsi che il THIGH SERVO sia a un angolo di 90 gradi rispetto al corpo)
4. Fissare il THIGH SERVO in posizione con un angolo di 90 gradi rispetto al corpo con una squadretta del servo a braccio singolo e una piccola vite del servo
5. Ripeti lo stesso processo per il supporto del servo anteriore posteriore sinistro con i restanti THIGH e THIGH SERVO di quella gamba
6. Ripeti tutti i processi precedenti per le restanti 3 gambe

Passaggio 9: pronti per la gara!

Quindi questo è tutto, dovresti essere pronto per partire!!!

Modalità manuale:

• Accendi il robot e il controller e controlla che il robot cammini correttamente utilizzando le direzioni su, giù, sinistra e destra del Joystick.
• Premi il pulsante giù e il robot dovrebbe eseguire una piccola danza

Se tutto funziona bene i servi sono ben calibrati e ora puoi provare la modalità autonoma.

Modalità autonoma

La modalità Autonomous Sprint utilizza il magnetometro per far funzionare il robot in una direzione costante per 2,5 metri. È possibile programmare la posizione e l'angolo di correzione desiderati utilizzando il controller

1. Accendi il robot e il controller
2. Muovi il robot in tutte le direzioni per calibrare il Magnetometro per 5 secondi
3. Posiziona il robot a terra nella posizione desiderata in cui vorresti che entrasse
4. Premi il pulsante su per memorizzare quell'intestazione
5. Ruota il robot di 30-45 gradi a sinistra della direzione desiderata
6. Premi il pulsante sinistro per memorizzare quella posizione
7. Ruota il robot di 30-45 gradi a destra della direzione desiderata
8. Premi il tasto destro per memorizzare quella posizione
9. Riposiziona il robot nella direzione desiderata
10. Premi il pulsante del joystick per avviare il robot

Il robot correrà in una direzione costante per 2,5 metri, quindi si fermerà a sedersi ed eseguirà una danza della vittoria.

Il mio robot è riuscito a fare i 2,5 metri in 7,5 secondi.

Il che mi dà un tempo teorico di 10 metri in 30 secondi che spero sarà sufficiente per farmi divertire alla Toulouse Robot Race

Auguratemi buona fortuna e per quelli di voi che decidono di costruire questo robot mi piacerebbe sentire il vostro feedback e potenziali miglioramenti che pensate si possano fare!!!

Secondo classificato al concorso Robot