Aracnoide: 16 passi

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

Innanzitutto, vorremmo ringraziarvi per il vostro tempo e la vostra considerazione. Io e il mio partner Tio Marello, Chase Leach, ci siamo divertiti molto a lavorare al progetto ea superare le sfide che presentava. Attualmente siamo studenti del distretto scolastico di Wilkes Barre Area S. T. E. M. Academy Io sono un Junior e Tio è un Sophomore. Il nostro progetto, l'Aracnoide, è un robot quadrupede che abbiamo realizzato utilizzando una stampante 3D, una Bread Board e una scheda Arduino MEGA 2560 R3. L'obiettivo previsto per il progetto era creare un robot quadrupede ambulante. Dopo molto lavoro e test abbiamo creato con successo un robot quadrupede funzionante. Siamo entusiasti e grati per questa opportunità di presentarvi il nostro progetto, l'Aracnoide.

Passaggio 1: materiali

I materiali che abbiamo utilizzato per il robot quadrupede includevano: la stampante 3D, la rondella del materiale di supporto, i vassoi per la stampa 3D, il materiale per la stampa 3D, le tronchesi, una breadboard, portabatterie, un computer, batterie AA, nastro isolante, scotch, MG90S Tower Pro Servo Motors, Crazy Glue, scheda Arduino MEGA 2560 R3, cavi di collegamento, il software Inventor 2018 e il software Arduino IDE. Abbiamo usato il computer per eseguire il software e la stampante 3D che abbiamo usato. Abbiamo utilizzato il software Inventor principalmente per progettare le parti, quindi non è necessario per nessuno che lo faccia a casa perché tutti i file delle parti che abbiamo creato sono forniti su questo istruibile. Il software Arduino IDE è stato utilizzato per programmare il robot, cosa non necessaria anche per le persone che lo realizzano a casa perché abbiamo fornito anche il programma che stiamo utilizzando. La stampante 3D, la rondella del materiale di supporto, il materiale di stampa 3D e i vassoi di stampa 3D sono stati tutti utilizzati per il processo di fabbricazione delle parti di cui era fatto l'Aracnoide. Abbiamo usato i portabatterie, le batterie AA, i cavi dei ponticelli, il nastro isolante e i tronchesi sono stati usati insieme per creare il pacco batteria. Le batterie sono state inserite nei portabatterie e le tronchesi sono state utilizzate per tagliare l'estremità dei fili sia del pacco batteria che dei cavi dei ponticelli in modo che potessero essere spellati e attorcigliati insieme, quindi fissati con nastro isolante. La breadboard, i cavi dei ponticelli, la batteria e l'Ardiuno sono stati utilizzati per creare un circuito che alimentasse i motori e li collegasse ai pin di controllo di Arduino. La Crazy Glue è stata utilizzata per collegare i servomotori alle parti del robot. Il trapano e le viti sono state utilizzate per montare altri elementi del robot. Le viti dovrebbero essere come quelle nell'immagine fornita, ma la dimensione può essere basata sul giudizio. Lo scotch tape e le fascette sono state utilizzate principalmente per la gestione dei cavi. Alla fine, abbiamo speso un totale di 51,88 dollari per i materiali che non avevamo in giro.

Forniture che avevamo a portata di mano

1. (Importo: 1) Stampante 3D
2. (Importo: 1) Rondella del materiale di supporto
3. (Importo: 5) Vassoi di stampa 3D
4. (Importo: 27,39 pollici^3) Materiale di stampa 3D
5. (Importo: 1) Tagliafili
6. (Importo: 1) Trapano
7. (Importo: 24) Viti
8. (Importo: 1) Tagliere
9. (Importo: 4) Portabatterie
10. (Importo: 1) Computer
11. (Importo: 8) Batterie AA
12. (Importo: 4) Fascette Zip
13. (Importo: 1) Nastro isolante
14. (Importo: 1) Scotch Tape

Forniture che abbiamo acquistato

1. (Importo: 8) Servomotori Tower Pro MG90S (costo totale: $ 23,99)
2. (Importo: 2) Colla pazza (Costo totale: $ 7,98)
3. (Importo: 1) Scheda Arduino MEGA 2560 R3 (Costo totale: $ 12,95)
4. (Importo: 38) Ponticelli (costo totale: $ 6,96)

Software richiesto

1. Inventore 2018
2. Ambiente di sviluppo integrato Arduino

Passaggio 2: ore spese per l'assemblaggio

Abbiamo impiegato parecchie ore per la creazione del nostro robot quadrupede, ma la parte più considerevole del tempo che abbiamo impiegato è stata spesa per programmare l'Aracnoide. Ci sono volute circa 68 ore per programmare il robot, 57 ore di stampa, 48 ore di progettazione, 40 ore di assemblaggio e 20 ore di test.

Passaggio 3: applicazioni STEM

Scienza

L'aspetto scientifico del nostro progetto entra in gioco durante la creazione del circuito che è stato utilizzato per alimentare i servomotori. Abbiamo applicato la nostra comprensione dei circuiti, più specificamente la proprietà dei circuiti paralleli. Questa proprietà è che i circuiti paralleli forniscono la stessa tensione a tutti i componenti all'interno del circuito.

Tecnologia

Il nostro uso della tecnologia è stato molto importante durante il processo di progettazione, assemblaggio e programmazione dell'Aracnoide. Abbiamo utilizzato il software di progettazione assistita da computer, Inventor, per creare l'intero robot quadrupede, inclusi: il corpo, il coperchio, le cosce e i polpacci. Tutte le parti progettate sono state stampate con una stampante 3D. Utilizzando Arduino I. D. E. software, siamo stati in grado di utilizzare Arduino e servomotori per far camminare l'Aracnoide.

Ingegneria

L'aspetto ingegneristico del nostro progetto è il processo iterativo utilizzato per progettare le parti realizzate per il robot quadrupede. Abbiamo dovuto pensare a come collegare i motori e ospitare l'Arduino e la breadboard. L'aspetto della programmazione del progetto ci ha anche richiesto di pensare in modo creativo alle possibili soluzioni ai problemi che abbiamo incontrato. Alla fine il metodo che abbiamo usato è stato efficace e ci ha aiutato a far muovere il robot nel modo in cui ne avevamo bisogno.

Matematica

L'aspetto matematico del nostro progetto è l'uso di equazioni per calcolare la quantità di tensione e corrente di cui abbiamo bisogno per alimentare il motore che ha richiesto l'applicazione della legge di Ohm. Abbiamo anche usato la matematica per calcolare le dimensioni di tutte le singole parti create per il robot.

Passaggio 4: coperchio del robot quadruplo della seconda iterazione

Il coperchio per l'Aracnoide è stato progettato con quattro pioli nella parte inferiore che sono stati dimensionati e posizionati all'interno di fori praticati sul corpo. Questi pioli, insieme all'assistenza di Crazy Glue, sono stati in grado di attaccare il coperchio al corpo del robot. Questa parte è stata creata per aiutare a proteggere l'Ardiuno e dare al robot un aspetto più rifinito. Abbiamo deciso di andare avanti con il design attuale, ma ha attraversato due iterazioni di design prima che questo fosse scelto.

Passaggio 5: corpo del robot quadruplo di seconda iterazione

Questa parte è stata creata per ospitare i quattro motori utilizzati per spostare le parti della coscia, l'Arduino e la breadboard. I vani ai lati della scocca sono stati realizzati più grandi rispetto ai motori che stiamo attualmente utilizzando per il progetto che è stato fatto pensando alla parte distanziale. Questo design alla fine ha consentito un'adeguata dispersione del calore e ha permesso di fissare i motori tramite viti senza causare possibili danni al corpo che richiederebbe molto più tempo per la ristampa. I fori nella parte anteriore e la mancanza di una parete nella parte posteriore del corpo sono stati appositamente realizzati in modo che i cavi potessero essere inseriti nell'Arduino e nella breadboard. Lo spazio al centro del corpo è stato progettato per l'Arduino, la breadboard e le batterie da alloggiare. Ci sono anche quattro fori progettati nella parte inferiore della parte pensati appositamente per far passare i fili dei servomotori attraverso e dentro il retro del robot. Questa parte è una delle più importanti in quanto funge da base per la quale ogni altra parte è stata progettata. Abbiamo attraversato due iterazioni prima di decidere su quella visualizzata.

Passaggio 6: distanziatore del servomotore di seconda iterazione

Il distanziale del servomotore è stato studiato appositamente per i vani sui lati del corpo dell'Aracnoide. Questi distanziatori sono stati progettati con l'idea che qualsiasi perforazione sul lato del corpo potrebbe essere potenzialmente pericolosa e farci sprecare materiale e tempo nella ristampa della parte più grande. Ecco perché abbiamo optato invece per il distanziale che non solo ha risolto questo problema, ma ci ha anche permesso di creare uno spazio più ampio per i motori che aiuta a prevenire il surriscaldamento. Il distanziatore ha attraversato due iterazioni. L'idea originale prevedeva: due pareti sottili su entrambi i lati che si collegavano a un secondo distanziatore. Questa idea è stata scartata perché pensavamo che sarebbe stato più facile forare ciascun lato separatamente, quindi se uno si fosse danneggiato, anche l'altro non avrebbe avuto bisogno di essere gettato via. Abbiamo stampato 8 di questi pezzi che sono stati sufficienti per incollare la parte superiore e inferiore del vano motore sulla carrozzeria. Abbiamo quindi utilizzato un trapano centrato sul lato lungo del pezzo per creare un foro pilota che è stato poi utilizzato per una vite su entrambi i lati del motore per il montaggio.

Passaggio 7: porzione di coscia della gamba del robot quadrupede di seconda iterazione

Questa parte è la coscia o la metà superiore della gamba del robot. È stato progettato con un foro all'interno della parte che è stato realizzato appositamente per l'armatura fornita con il motore che è stato modificato per il nostro robot. Abbiamo anche aggiunto una fessura sul fondo della parte che è stata realizzata per il motore che sarebbe stata utilizzata per spostare la metà inferiore della gamba. Questa parte gestisce la maggior parte del movimento principale della gamba. L'attuale iterazione di questa parte che stiamo usando è la seconda poiché la prima aveva un design più grosso che abbiamo deciso non fosse necessario.

Passaggio 8: quinta iterazione dell'articolazione del ginocchio del robot quadruplo

L'articolazione del ginocchio era una delle parti più difficili da progettare. Ci sono voluti diversi calcoli e test, ma il design attuale mostrato funziona abbastanza bene. Questa parte è stata progettata per aggirare il motore al fine di trasferire in modo efficiente il movimento del motore al movimento sul polpaccio o sulla parte inferiore della gamba. Ci sono volute cinque iterazioni di progettazione e riprogettazione per creare, ma la forma specifica che è stata creata attorno ai fori ha massimizzato i possibili gradi di movimento senza perdere la forza che richiedevamo da essa. Abbiamo anche fissato i motori utilizzando più armature che si inseriscono nei fori sui lati e si adattano perfettamente al motore permettendoci di utilizzare viti per tenerlo in posizione. Il foro pilota sul fondo del pezzo ha permesso di evitare forature e possibili danni.

Passaggio 9: polpaccio della gamba del robot quadrupede di terza iterazione

La seconda metà della gamba del robot è stata creata in modo tale che, indipendentemente da come il robot poggi il piede, manterrebbe sempre la stessa quantità di trazione. Questo grazie al design semicircolare del piede e al cuscinetto in gommapiuma che abbiamo tagliato e incollato sul fondo. Alla fine serve bene il suo scopo che è quello di consentire al robot di toccare il suolo e camminare. Abbiamo attraversato tre iterazioni con questo design che riguardavano principalmente cambiamenti nella lunghezza e nel design del piede.

Passaggio 10: download per i file di Parts Inventor

Questi file provengono da Inventor. Sono file di parti specifici per tutte le parti finite che abbiamo progettato per questo progetto.

Passaggio 11: assemblaggio

Il video che abbiamo fornito spiega come abbiamo assemblato l'Aracnoide, ma un punto che non è stato menzionato è che dovrai rimuovere la staffa di plastica da entrambi i lati del motore tagliandola e levigando dove si trovava. Le altre foto fornite sono prese durante il montaggio.

Passaggio 12: programmazione

Il linguaggio di programmazione arduiono si basa sul linguaggio di programmazione C. All'interno dell'editor di codice Arduino, ci offre due funzioni.

• void setup(): tutto il codice all'interno di questa funzione viene eseguito una volta all'inizio
• void loop(): il codice all'interno della funzione si ripete senza fine.

Controlla di seguito facendo clic sul collegamento arancione per visualizzare ulteriori informazioni sul codice!

Questo è il codice per camminare

#includere

classServoManager{

pubblico:

Servo Anteriore Destra Coscia;

Servo Anteriore Destro Ginocchio;

Servo IndietroDestraCoscia;

Servo BackRightKnee;

Servo Anteriore Sinistra Coscia;

Servo Anteriore Sinistro Ginocchio;

Servo IndietroSinistraCoscia;

Servo BackLeftKnee;

voidsetup(){

FrontRightThigh.attach(2);

BackRightThigh.attach(3);

FrontLeftThigh.attach(4);

BackLeftThigh.attach(5);

FrontRightKnee.attach(8);

BackRightKnee.attach(9);

FrontLeftKnee.attach(10);

IndietroLeftKnee.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);

}

};

Gestore ServoManager;

voidsetup(){

Manager.setup();

}

voidloop(){

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

ritardo(1000);

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

ritardo (5000);

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

ritardo(1000);

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

ritardo(1000);

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

ritardo(1000);

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

ritardo(1000);

}

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Passaggio 13: test

I video che abbiamo aggiunto qui sono di noi che proviamo l'Aracnoide. I punti in cui lo vedi camminare sono un po' brevi ma crediamo che dovrebbe darti un'idea di come è stato fatto il camminare del robot quadrupede. Verso la fine del nostro progetto siamo riusciti a farlo camminare, ma piuttosto lentamente, quindi il nostro obiettivo è stato raggiunto. I video precedenti sono di noi che proviamo i motori che abbiamo attaccato per la parte superiore della gamba.

Passaggio 14: durante il processo di progettazione e stampa

I video che abbiamo aggiunto qui sono principalmente controlli di avanzamento durante il processo di progettazione e stampa delle parti che abbiamo realizzato.

Passaggio 15: possibili miglioramenti

Ci siamo presi del tempo per pensare a come saremmo andati avanti con l'Aracnoide se avessimo avuto più tempo con esso e avessimo avuto alcune idee. Cercheremmo un modo migliore per alimentare l'Aracnoide, incluso: trovare una batteria migliore e più leggera che possa essere ricaricata. Cercheremmo anche un modo migliore per collegare i servomotori alla metà superiore della gamba che abbiamo progettato ridisegnando la parte che abbiamo creato. Un'altra considerazione che abbiamo fatto è collegare una telecamera al robot in modo che possa essere utilizzata per entrare in aree altrimenti irraggiungibili dalle persone. Tutte queste considerazioni ci erano passate per la mente mentre stavamo progettando e assemblando il robot, ma non siamo stati in grado di portarle avanti a causa dei limiti di tempo.

Passaggio 16: progettazione finale

Alla fine, siamo abbastanza contenti del modo in cui il nostro progetto finale si è rivelato e speriamo che tu la pensi allo stesso modo. Grazie per il vostro tempo e considerazione.