Hexapod fai da te: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

In questo tutorial ti darò la guida passo passo per creare un Hexapod bluetooth telecomandato.

Innanzitutto, questo è un grande esapode e per spostarlo avrai bisogno di 12 potenti servomotori (MG995) e per gestire questa quantità di segnali PWM (per controllare ciascun motore) il modo più semplice per farlo è usare un Arduino Mega 2560 Va notato che sono state utilizzate alcune attrezzature extra, come stampanti 3D e macchine da taglio WaterFlow. Ora troverai tutti i materiali utilizzati e i passaggi necessari per costruire uno di questi robot.

Passaggio 1: cosa ti servirà

Attrezzatura

Saldatore, macchina da stampa 3D, macchina da taglio a getto d'acqua.

Materiale

• Filamento per stampa 3D in PLA
• silicio,
• pedale d'acciaio
• Viti M3X20
• Viti M3X10
• Dadi M3
• Rondelle M3
• Cuscinetti a sfera 623zz
• Software CAD

Componenti

• (12) Servomotori MG995
• (2) batterie da 9V
• (1) Batteria da 6 V, 7 Ampere
• Fotocamera GoPro
• Arduino MEGA
• Arduino NANO
• (2) Joystick
• (2) Modulo Bluetooth HC-05
• (1) Potenziometro 10K

Passaggio 2: meccanica e progettazione delle parti necessarie

Disegno meccanico

La progettazione meccanica parte dal numero di servomotori da utilizzare per gamba. In questo progetto si è deciso di utilizzare 2 servi per gamba, conferendogli un maggior numero di gradi di libertà e rendendo notevole la sua naturalezza. È chiaro menzionare che in qualsiasi tipo di meccanismo, macchina o robot più gradi di libertà hai, maggiore è la naturalezza dei tuoi movimenti e delle tue azioni. All'interno del piano di questo progetto, requisiti e limitazioni, ci sono 12 attuatori da utilizzare, 2 per gamba. Come detto i servomotori saranno i componenti principali delle gambe, diciamo sono quei punti che rappresentano le articolazioni del robot. Con cui vengono innescati diversi movimenti alla macchina che, insieme, simuleranno il movimento facendola camminare. In base alle dimensioni dei servomotori precedentemente citati, viene progettato un involucro in cui viene montato questo tipo di attuatore. Le dimensioni di quest'ultimo forniscono punti di riferimento per progettare un sistema di fissaggio, per gli elementi di supporto e connettori per ciò che andrà a comporre la gamba nel suo insieme. Uno dei servomotori è posizionato verticalmente e l'altro orizzontalmente, ciò è dovuto principalmente alla direzione in cui il suo albero ruoterà e attiverà l'elemento a cui è avvitato e svilupperà così il movimento in x o y, necessario per il cammino di l'esapode. Guardando le figure e le immagini, si possono vedere i punti in cui sono assemblati alla base principale, che sono le piastre, del robot. Se dai un'occhiata al servomotore in posizione verticale, vedrai che è tra le due piastre. Uno di essi viene avvitato nella parte superiore e l'altro in quella inferiore. Da lì connettori e barre faciliteranno l'appoggio del secondo servomotore in posizione orizzontale, da cui lavorano 4 diversi tipi di connettori come parte della gamba. Questi consentono il movimento meccanico che simula e attiva il sollevamento e lo spostamento di questo elemento; che comprende queste due barre che trattengono il componente più grande della gamba, su cui si appoggia e lascia quasi tutto il peso del robot.

Come accennato in precedenza, ci sono limitazioni che definiscono il tuo design. Possono essere di diversi tipi, meccanici, economici, o qualsiasi altra risorsa essenziale per il funzionamento della tua macchina. Questi elementi meccanici; in questo caso i servomotori, hanno stabilito le dimensioni del robot. Ecco perché il design proposto in questo manuale è di tali dimensioni, poiché partono principalmente dagli attuatori e dal controller selezionati, a cui è stata successivamente aggiunta una grande batteria.

È importante dire che il disegno meccanico non è definito per essere replicato come viene proposto. Questo può essere ottimizzato anche attraverso simulazioni di sollecitazione e fatica degli elementi principali, barre e/o connettori. Tenendo conto del metodo di produzione selezionato, la produzione additiva, puoi sfruttare al meglio la progettazione, la simulazione e la stampa del solido più adatto ai tuoi carichi e alla tua applicazione. Considerando sempre gli elementi base di supporto, elementi di fissaggio e cuscinetti, per ciò di cui hai bisogno. Questo in base al ruolo che svolgono nel meccanismo. Quindi dovresti pensare alle specifiche di questi elementi in modo che abbiano il posto appropriato in combinazione con gli altri pezzi della gamba.

Passaggio 3: progettazione dell'elettronica

2 PCB dove progettati per il robot.

1 è la scheda principale che verrà montata nel robot e la seconda è per l'elettronica nel telecomando. Il PCB è stato progettato utilizzando il software Fritzing e quindi lavorato utilizzando un router CNC per l'incisione del PCB.

Il PCB principale include l'Arduino Mega e il modulo bluetooth, anche tutti i servi sono collegati e utilizzano due linee di alimentazione che provengono direttamente dalla batteria a 2 terminali a vite.

Il PCB del telecomando ha più componenti ma è più compatto, a partire dal montaggio dell'Arduino Nano, ad esso sono collegati i due joystick per controllare la direzione e i movimenti dell'Hexapod, un pulsante con l'apposita resistenza da 220Ohm, un potenziometro per regolare l'altezza del robot e del suo modulo bluetooth HC05. Tutta la scheda è alimentata tramite una batteria da 9V e gli elementi su di essa sono alimentati tramite l'uscita 5v della scheda Arduino.

Dopo la progettazione, il PCB può essere prodotto con lo speciale strumento di lavorazione PCB CNC e quindi si può procedere all'installazione di tutti i componenti nelle schede.

Passaggio 4: Passaggio 4: assemblaggio

Dopo aver avuto a disposizione tutte le parti stampate, viti e cuscinetti nonché gli strumenti per assemblare il robot, si può iniziare con l'assemblaggio delle parti corrispondenti, considerando che le basi dei servo verticali vengono assemblate avendo una piastra superiore ed una inferiore, 6 di questi pezzi con al loro interno un servomotore. Ora si avvita l'accoppiamento all'albero del servomotore ea questo si collega il pezzo: "JuntaServos" che nella sua controparte avrebbe il suo corrispondente cuscinetto per facilitare la rotazione tra le due parti. Quindi sarebbe collegato al secondo servo, il servo orizzontale e il suo rispettivo set di barre che si collegano con gli altri 2 segmenti, facendo un attacco diretto alla punta in acciaio. Entrambi imbullonati con le viti indicate. Per finire con la gamba, si inserisce a pressione la punta stampata in PLA.

Questa procedura deve essere ripetuta 6 volte per assemblare le 6 gambe che supportano e attivano il robot. Finalmente; posizionare la telecamera sulla piastra superiore, regolandola come desiderato dall'utente.

Passaggio 5: Passaggio 5: codifica

In questa sezione verrà descritto un po' come funziona il codice. e sarà diviso in due parti, il codice del telecomando e il codice dell'esapode.

Prima il controllore. Si vogliono leggere i valori analogici dei potenziometri nei joystick, si raccomanda che questi valori siano filtrati e adeguati per ottenere i valori solo quando questi cambiano al di fuori del range stabilito nel codice. Quando ciò accade, viene inviato un valore di tipo array di caratteri utilizzando la funzione Arduino Serial.write tramite bluetooth per indicare che uno dei valori è stato modificato per poter fare qualcosa una volta che l'altro modulo bluetooth li riceve.

Ora anche il codice Hexapod può essere diviso in 2 parti.

La prima parte è dove sono designate le funzioni che verranno eseguite in base ai messaggi ricevuti dal bluetooth e l'altra parte è dove viene fatto il necessario per creare le funzioni svolte dall'esapode, come camminare avanti, indietro, girarsi, altro. la cosa che vuoi fare nel codice è designare le variabili necessarie per il funzionamento sia della comunicazione bluetooth che delle funzioni dei servi e dei loro movimenti in ciascuna gamba.

la funzione Serial.readBytesUntil viene utilizzata per ottenere l'intero array di caratteri, che è 6, tutti i comandi hanno 6 caratteri, questo è qualcosa di molto importante da tenere in considerazione. Nei forum di Arduino puoi trovare riferimenti su come selezionare i parametri ottimali affinché il messaggio venga ricevuto correttamente. Dopo aver ottenuto l'intero messaggio, viene confrontato con la funzione strcmp() e un insieme di funzioni if che assegnano valori a una variabile viene quindi utilizzato per assegnare la funzione di un hexapod in una funzione switch.

Ci sono funzioni extra, quale di queste quando riceve il comando "POTVAL" cambia l'altezza del robot, un'altra funzione cambia l'altezza relativa di ciascuna gamba e la sua rotazione statica, questo si ottiene con il joystick e quando viene premuto il pulsante nel controllo, il comando "BOTTON" viene ricevuto nel codice esapode e modifica la velocità di movimento dell'esapode.

Passaggio 6: test

Nel video seguente viene mostrato come l'Hexapod si è evoluto nel tempo e per vedere i test e il risultato finale.