BUGS il Robot Educativo: 11 Passi (con Immagini)

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

Nell'ultimo anno ho passato quasi tutto il mio tempo libero a progettare e conoscere la robotica stampabile 3D open source, quindi quando ho visto che Instructables aveva organizzato un concorso di robotica non potevo assolutamente non parteciparvi.

Volevo che il design di questo robot fosse il più educativo possibile. Quindi, poiché gli insegnanti di tutto il mondo si formano con poche capacità di progettazione e programmazione e che hanno accesso a una stampante 3D, possono facilmente costruire e utilizzare i robot per molte funzioni diverse in classe.

Avevo precedentemente progettato e postato BORIS il Bipede (link qui) un Robot che avevo progettato anche per scopi didattici e ho deciso di utilizzare la stessa elettronica in BORIS come in BUGS in modo che chiunque di voi decidesse di costruire BUGS a piccolo costo aggiuntivo può anche costruire BORIS

Ho questo progetto in mente da molto tempo ormai ed è finalmente arrivato il momento di condividerlo.

Mi ci sono volute circa 3 settimane di progettazione, prototipazione e documentazione per portare a termine questo progetto.

Spero che ti piaccia e che trovi utile questo istruibile

Quanto costa BUGS:

BUGS complessivi ti costeranno circa 90 $ per costruire batterie e caricabatterie inclusi

Quali sono le caratteristiche di BUG:

• Prima di tutto volevo che BUGS si distinguesse così, a differenza di molti altri robot educativi su ruote, BUGS cammina su 8 gambe utilizzando il collegamento Klann, questo ha il vantaggio di ridurre i servi necessari a un servo per lato e quindi riduce il costo.
• BUGS è dotato di un artiglio articolato delle dimensioni perfette per afferrare una pallina da golf o da ping pong.
• Per spingere davvero al limite le capacità educative di BUGS, ho deciso di aggiungere una tonnellata di sensori extra su di lui in modo che possa davvero prevalere su qualsiasi compito di robotica che gli chiedi, queste caratteristiche includono:

- Linea che segue

- Direzione bussola digitale

- Evitare gli ostacoli

- Cicalino

- Controllo manuale con controller Arduino stampato in 3D (link qui)

Che cosa è preprogrammato BUGS per fare:

BUGS è programmato usando Arduino ci sono 3 codici Arduino preprogrammati che possono essere caricati nel suo cervello:

- Modalità di inseguimento della linea autonoma in cui i BUG possono raccogliere una palla seguire una linea e far cadere una palla alla fine della linea

- Bussola digitale autonoma e modalità di evitamento degli ostacoli in cui i BUG possono attenersi a una rotta fissa e schivare gli ostacoli che si trovano di fronte a lui mantenendo la stessa rotta

- Modalità manuale in cui i BUG possono essere controllati manualmente ed eseguire le 2 modalità autonome di cui sopra con la semplice pressione di un pulsante

Forniture

Per questo istruibile avrai bisogno di:

UTENSILI:

Piccolo cacciavite a croce

FORNITURE PER IL ROBOT:

3x servo analogico a 180 gradi originale Tower Pro MG90S (link qui)

Puoi andare a buon mercato dalla Cina su molte cose, ma i servi non sono uno di questi! Dopo aver testato molti tipi diversi, in particolare i servo towerpro contraffatti economici, ho scoperto che quelli contraffatti economici sono così inaffidabili e spesso si rompono un giorno dopo l'uso, quindi ho deciso che i servo towerpro originali sarebbero stati i migliori!

1x scheda di controllo servo wireless Sunfounder (link qui)

Non è possibile trovare una scheda di prototipazione migliore di questa per il controllo del servo wireless. Questa scheda ha un convertitore di alimentazione 5V 3A integrato e 12 pin e pin di ingresso servo per un modulo ricetrasmettitore wireless nrf24L01 e Arduino NANO, il tutto in un pacchetto compatto e ordinato, quindi non preoccuparti più dei cavi disordinati ovunque!

• 1x Arduino NANO (link qui)
• 1x modulo ricetrasmettitore NRF24L01 (link qui) (non è necessario se non si utilizza il controller)
• 1x Magnometro (bussola digitale) QMC5883L GY-273 (link qui)
• 1x sensore a ultrasuoni HC-SR04 (link qui)
• 2x IR Modulo sensore di prevenzione degli ostacoli a infrarossi (link qui)
• 1x cicalino passivo (link qui)
• 2x 18650 batterie agli ioni di litio da 3,7 V (link qui)
• 1x Portabatterie 18650 (link qui) (queste batterie ti danno circa 30 minuti di autonomia, quelle migliori ti daranno circa 2 ore di autonomia)
• 1x caricabatteria agli ioni di litio (link qui)
• 1x cavi jumper 120 pezzi lunghi 10 cm (link qui)
• 1x Viti 2mm x 8mm confezione da 100 (link qui)

Tutta l'elettronica può essere trovata anche su Amazon se non puoi permetterti di aspettare la consegna ma sarà un po' più costosa.

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 H100 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 di stampare… Sì

Ho progettato meticolosamente tutte le parti di BUGS per essere stampate in 3D senza materiali di supporto o zattere richiesti durante la stampa.

Tutte le parti sono disponibili per il download su Pinshape (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 per BUG è il seguente:

• 1x CORPO PRINCIPALE
• 1x CORPO SUPERIORE
• 2x CORPO LATERALE
• 1x BRACCIO
• 1x avambraccio
• 1x MANO
• 2x PERNI BRACCIO
• 1x PIN A MANO
• 2x COG
• 4x COG DI COLLEGAMENTO
• 4x COLLEGAMENTO PERNO QUADRATO
• 4x TRASMISSIONE DI COLLEGAMENTO
• 8x COLLEGAMENTO ESTERNO
• 8x GAMBA DI COLLEGAMENTO
• 8x COLLEGAMENTO SUPERIORE PICCOLO
• 8x COLLEGAMENTO INFERIORE PICCOLO
• 8x PIN CIRCOLARE L1
• 4x PERNO CIRCOLARE L2
• 16x PERNO CIRCOLARE L3
• 8x PERNO CIRCOLARE L4
• 4x PERNO CIRCOLARE L5
• 4x GRANDE CLIP CIRCOLARE
• 36x CLIP CIRCOLARI
• 12x CLIP RETTANGOLARI

Ogni parte può essere stampata come gruppo o individualmente.

Per la stampa di gruppo seguire i seguenti passaggi:

• Inizia stampando il GROUP ARM FOREARM.stl queste parti sono le più difficili da stampare e potrebbero richiedere un bordo per evitare deformazioni
• Procedi con la stampa del resto delle parti. Per stampare tutte le parti non devi far altro che stampare ogni singolo file GROUP.stl e avrai il set completo delle parti assicurati di stampare il file GROUP LEG LINKAGES AND PINS.stl 4 volte

E ce l'abbiamo dopo circa un giorno e mezzo di stampa, dovresti avere tutte le parti in plastica di BUGS.

Passaggio 1 completato!!!

Passaggio 2: installazione di Arduino

BUGS utilizza la programmazione C++ per funzionare. Per caricare programmi su BUGS 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 su Clona o Scarica
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 (Robot Controller & Autonomous.ino o Robot Autonomous Compass.ino o Robot Autonomous Line follower.ino) (per qualche motivo non sono riuscito a caricare il codice su Instructables, per favore mandami un PM a seb.coddington@ gmail.com per il codice fino a quando non risolvo il problema)
2. Aprilo in Arduino IDE
3. Seleziona Strumenti:
4. Seleziona scheda:
5. Seleziona Arduino Nano
6. Seleziona Strumenti:
7. Seleziona processore:
8. Seleziona ATmega328p (vecchio bootloader)
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.

E questo è tutto, ora hai completato il passaggio 2 !!!

Passaggio 3: programmare i BUG

Ora è il momento di caricare il codice nel cervello di BUGS, 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.

E questo è tutto per il passaggio 3.

Passaggio 4: assemblaggio delle gambe di BUGS

Tutti i passaggi seguenti sono illustrati nel video di assemblaggio sopra.

Assemblaggio dei pignoni lato sinistro

Parti elettroniche necessarie:

1x servo a rotazione continua Fitech FS90R

Parti in plastica necessarie:

• 1x corpo laterale
• 1x ingranaggio
• 2x ingranaggio di collegamento
• 2x collegamento a perno quadrato
• 2x unità di collegamento
• 2x clip quadrate
• 4x Perno circolare L4

Viti e squadrette servo necessarie:

• 2x viti autoaffilanti lunghe
• 1x viti corte per Servo Horn
• 1x Servo Horn a doppio braccio

Istruzioni di montaggio:

1. Inserisci il servo FS90R nel corpo laterale
2. Fissare in posizione con 2 viti lunghe autoaffilanti
3. Inserire la squadretta del servo nell'ingranaggio
4. Inserire l'ingranaggio sul servo
5. Fissare in posizione con 1 vite corta della squadretta del servo
6. Far scorrere i perni circolari L4 negli ingranaggi di collegamento e nelle unità di collegamento
7. Fai scorrere i perni di collegamento quadrati negli ingranaggi di collegamento (assicurati di farli scorrere nel modo giusto)
8. Far scorrere gli ingranaggi del collegamento nel corpo laterale assicurarsi di posizionare gli ingranaggi in immagini speculari l'uno dell'altro come mostrato nel video di montaggio sopra
9. Far scorrere l'unità di collegamento sul lato opposto del perno di collegamento quadrato assicurarsi che i perni circolari L4 siano in direzioni opposte l'uno rispetto all'altro
10. Fissare il perno di collegamento quadrato in posizione con 2 clip quadrate

Assemblaggio degli ingranaggi del corpo del lato destro

Procedere come con gli ingranaggi del corpo del lato sinistro

Assemblare le gambe

Parti in plastica necessarie:

• 2x collegamento esterno
• 2x collegamento superiore piccolo
• 2x collegamento inferiore piccolo
• 2x gamba di collegamento
• 2x pin circolare L1
• 1x Perno circolare L2
• 4x Perno circolare L3
• 1x Perno circolare L5
• 1x clip grande
• 9x clip circolare

Istruzioni di montaggio:

1. Inserire il perno circolare L5 nel corpo laterale
2. Fissare il perno circolare L5 in posizione con Big Clip
3. Far scorrere uno dei piccoli pezzi superiori del collegamento sul perno circolare L2
4. Far scorrere il perno circolare L2 attraverso il corpo laterale
5. Far scorrere l'altro pezzo piccolo superiore del collegamento sul perno circolare L2
6. Fissare con clip circolare
7. Far scorrere entrambi i pezzi del perno circolare L1 attraverso entrambi i pezzi piccoli del fondo di collegamento
8. Far scorrere entrambi i piccoli pezzi inferiori del collegamento sul perno circolare L5
9. Far scorrere entrambi i pezzi esterni del collegamento sul perno circolare L4 e sul perno circolare L1 come mostrato nel video di montaggio sopra
10. Fissare entrambi i pezzi esterni del collegamento con 2 clip circolari ciascuno
11. Far scorrere 2 perni circolari L3 attraverso entrambi i piccoli pezzi superiori del collegamento
12. Far scorrere entrambi i collegamenti delle gambe sull'altro lato del perno circolare L3
13. Fissare entrambi i collegamenti delle gambe in posizione con 2 clip circolari
14. Far scorrere gli ultimi 2 perni circolari L3 attraverso i 2 collegamenti delle gambe
15. Far scorrere l'altra estremità del perno circolare L3 attraverso il collegamento esterno
16. Fissare con 2 clip circolari

Procedere allo stesso modo con i restanti tre angoli del Robot.

Passaggio 5: assemblaggio dell'artiglio di BUGS

Tutti i passaggi seguenti sono illustrati nel video di assemblaggio sopra.

Parti elettroniche necessarie:

3 servocomandi originali Towerpro MG90S

Parti in plastica necessarie:

• 1x corpo superiore
• 1x braccio
• 1x avambraccio
• 1x mano
• 2x perni del braccio
• 1x spilla a mano

Viti necessarie:

2x viti autoaffilanti lunghe

Istruzioni di montaggio:

1. Inserire uno dei perni del braccio nel foro superiore del corpo
2. Inserisci uno dei servi nel Top Body
3. Fissare il servo con 2 viti lunghe autofilettanti
4. Inserire l'altro perno del braccio nel foro dell'avambraccio inferiore
5. Inserire il perno della mano nel foro dell'avambraccio superiore (lato mano)
6. Inserisci i 2 servi rimanenti nell'avambraccio
7. Inserisci il braccio sopra il corpo superiore Servo e perno (lato più largo) assicurati di farlo nel modo giusto
8. Inserisci il braccio sopra il servo dell'avambraccio e il perno (lato più sottile) assicurati di farlo nel modo giusto
9. Inserire la mano sopra l'altro servo e perno dell'avambraccio

Passaggio 6: assemblaggio dell'elettronica di BUGS

Tutti i passaggi seguenti sono illustrati nel video di assemblaggio sopra.

Parti elettroniche necessarie:

• 1x Arduino NANO
• 1x ricetrasmettitore NRF24L01 (opzionale)
• 1x servo scudo
• 1x cicalino
• 1x sensore a ultrasuoni
• 1x Magnometro (bussola digitale)
• 2x sensori IR
• 1x portabatteria
• 2x 18650 batterie

Parti in plastica necessarie:

1x corpo principale

Viti necessarie:

9 viti autofilettanti lunghe

Istruzioni di montaggio:

1. Agganciare il ricetrasmettitore Arduino NANO e NRF24L01 al servo shield
2. Avvitare i fili del supporto della batteria allo scudo del servo (controllare la polarità)
3. Avvitare il supporto della batteria al corpo principale con 2 viti in diagonale
4. Avvitare il cicalino al corpo principale con 1 vite
5. Avvitare lo scudo del servo al corpo principale con 2 viti in diagonale
6. Avvitare il Magnometro (bussola digitale) al corpo principale con 2 viti
7. Agganciare il sensore a ultrasuoni in posizione sul corpo principale
8. Avvitare entrambi i sensori IR al corpo principale con 1 vite ciascuno
9. Inserire le batterie nel portabatterie

Passaggio 7: assemblaggio delle gambe e dell'artiglio di BUGS al corpo

Tutti i passaggi seguenti sono illustrati nel video di assemblaggio sopra.

Parti in plastica necessarie:

• 2x gambe assemblate
• 1x artiglio assemblato
• 1x corpo principale assemblato
• 8x clip quadrate

Istruzioni di montaggio:

1. Far scorrere il lato dell'Artiglio Assemblato nei fori quadrati superiori di una delle Gambe Assemblate
2. Far scorrere il lato del corpo principale assemblato nei fori quadrati inferiori della stessa gamba assemblata
3. Fissare in posizione con 4 clip quadrate
4. Far scorrere la restante gamba assemblata sull'altro lato dell'artiglio assemblato e del corpo assemblato
5. Fissare in posizione con 4 clip quadrate

Passaggio 8: cablaggio dell'elettronica di BUGS

Utilizzare lo schema elettrico sopra per determinare i collegamenti elettrici

Preparare i cavi jumper femmina-femmina necessari

• 5x rosso o arancione per 5V positive positivi
• 5x marrone o nero per massa negativa
• 1x blu per pin I/O del cicalino
• 2x Verde per i due pin OUT dei sensori IR
• 2x giallo per pin Trig ed Echo ad ultrasuoni
• 2x viola per i pin Magnometers (bussola digitale) SDA e SCL

Istruzioni per il cablaggio:

1. Collegare il servo manuale al pin numero 1 sulla scheda di controllo del servo (assicurarsi di ottenere i collegamenti nel modo corretto)
2. Collegare il servo dell'avambraccio al pin numero 2 sulla scheda di controllo del servo (assicurarsi di ottenere i collegamenti nel modo corretto)
3. Collegare il servo del braccio al pin numero 3 sulla scheda di controllo del servo (assicurarsi di ottenere i collegamenti nel modo corretto)
4. Collegare il servo Left Legs al pin numero 4 sulla scheda di controllo del servo (assicurarsi di ottenere i collegamenti nel modo corretto)
5. Collega il servo della gamba destra al pin numero 5 sulla scheda di controllo del servo (assicurati di ottenere i collegamenti nel modo giusto)
6. Collegare il cavo jumper da femmina a femmina blu al pin del segnale numero 6 sulla scheda di controllo del servo
7. Collegare un cavo jumper da femmina a femmina rosso o arancione al pin VCC numero 6 sulla scheda di controllo del servo
8. Collegare un cavo di collegamento femmina a femmina marrone o nero al pin GND numero 6 sulla scheda di controllo del servo
9. Collegare 2 cavi jumper verdi da femmina a femmina ai pin di segnale numero 7 e 8 sulla scheda di controllo del servo
10. Collegare 2 cavi jumper da femmina a femmina rosso o arancione ai pin VCC numero 7 e 8 sulla scheda di controllo del servo
11. Collegare 2 cavi jumper da femmina a femmina marrone o nero ai pin GND numero 7 e 8 sulla scheda di controllo del servo
12. Collegare 2 cavi jumper da femmina a femmina gialli ai pin di segnale numero 9 e 10 sulla scheda di controllo del servo
13. Collegare 1 cavo jumper da femmina a femmina rosso o arancione al pin VCC numero 9 sulla scheda di controllo del servo
14. Collegare 1 cavo ponticello femmina-femmina marrone o nero al pin GND numero 9 sulla scheda di controllo del servo
15. Collegare 2 cavi jumper viola da femmina a femmina ai pin del segnale numero 11 e 12 sulla scheda di controllo del servo
16. Collegare 1 cavo di collegamento da femmina a femmina rosso o arancione al pin VCC numero 10 sulla scheda di controllo del servo
17. Collegare 1 cavo ponticello marrone o nero femmina a femmina al pin GND numero 10 sulla scheda di controllo del servo
18. Collegare il cavo jumper blu femmina-femmina sul pin 6 al pin I/O del cicalino
19. Collegare il cavo jumper da femmina a femmina rosso o arancione sul pin 6 al pin VCC sul cicalino
20. Collegare il cavo jumper marrone o nero femmina-femmina sul pin 6 al pin GND sul cicalino
21. Collegare il cavo jumper da femmina a femmina verde sul pin 7 al pin OUT sul sensore IR sinistro
22. Collegare il cavo ponticello rosso o arancione femmina a femmina sul pin 7 al pin VCC sul sensore IR sinistro
23. Collegare il cavo jumper marrone o nero femmina-femmina sul pin 7 al pin GND sul sensore IR sinistro
24. Collegare il cavo jumper da femmina a femmina verde sul pin 8 al pin OUT sul sensore IR destro
25. Collegare il cavo ponticello rosso o arancione femmina a femmina sul pin 8 al pin VCC sul sensore IR destro
26. Collegare il cavo jumper marrone o nero femmina-femmina sul pin 8 al pin GND sul sensore IR destro
27. Collegare il cavo jumper giallo femmina a femmina sul pin 9 al pin Trig sul sensore a ultrasuoni
28. Collegare il cavo jumper giallo femmina a femmina sul pin 10 al pin Echo sul sensore a ultrasuoni
29. Collegare il cavo ponticello rosso o arancione femmina a femmina sul pin 9 al pin VCC sul sensore a ultrasuoni
30. Collegare il cavo jumper marrone o nero femmina a femmina sul pin 9 al pin GND sul sensore a ultrasuoni
31. Collegare il cavo jumper viola femmina-femmina sul pin 11 al pin SDA del Magnometro
32. Collegare il cavo jumper viola femmina-femmina sul pin 12 al pin SCL sul Magnometro
33. Collegare il cavo ponticello rosso o arancione femmina a femmina sul pin 10 al pin VCC sul Magnometro
34. Collegare il cavo jumper marrone o nero femmina-femmina sul pin 10 al pin GND del Magnometro

Passo 9: Calibrazione dei servi Claw di BUGS

Tutti i passaggi seguenti sono illustrati nel video di assemblaggio sopra.

Viti e squadrette Servo necessarie:

• 3x squadrette servo a braccio singolo
• 3x viti corte per squadrette servo

Istruzioni di montaggio:

1. Accendi il Robot per 5 secondi fino a quando i servi raggiungono la loro posizione iniziale, quindi spegni il Robot
2. Posizionare il braccio a un angolo di 90 gradi rispetto al corpo
3. Inserire la squadretta del servo braccio/corpo
4. Fissare in posizione con una vite corta della squadretta del servo
5. Posizionare l'avambraccio a un angolo di 90 gradi rispetto al braccio
6. Inserire la squadretta del servo avambraccio/braccio
7. Fissare in posizione con una vite corta della squadretta del servo
8. Posizionare la mano in posizione chiusa
9. Inserire la squadretta del servo mano/avambraccio
10. Fissare in posizione con una vite corta della squadretta del servo

Passaggio 10: calibrazione dei sensori IR per il monitoraggio della linea

Affinché i sensori IR rilevino una linea nera è necessario regolare la vite del potenziometro su ciascun sensore IR in modo che i 2 LED rossi siano accesi quando il sensore è vicino a una superficie bianca e che solo un LED rosso sia acceso quando il sensore è vicino a una superficie nera.

Passaggio 11: utilizzo di BUG

Utilizzo di BUG in modalità riga seguente:

• Posiziona il Robot sul pavimento all'inizio della linea
• Posiziona una pallina da golf a 3 cm di fronte al Robot
• Accendi il Robot e guardalo partire!!!

Utilizzo di BUG in modalità bussola e evitamento ostacoli:

• Posiziona il robot nella direzione in cui vuoi che si diriga
• Accendi il Robot e guardalo partire

Utilizzo di BUG con un controller:

• Usa il Joystick per muovere il Robot
• Usa il pulsante Su per aprire e chiudere l'Artiglio
• Usa il pulsante Giù per sollevare e abbassare il braccio
• Usa il pulsante Sinistra per attivare la modalità bussola e evitamento ostacoli
• Tieni premuto il pulsante Sinistra per disattivare la modalità di evitamento degli ostacoli della bussola
• Usa il tasto destro per attivare la modalità Line following
• Tieni premuto il pulsante destro per disattivare la modalità Segui linea

Secondo Premio al Concorso di Robotica