Ragno di cartone (quadrupede fai da te): 13 passaggi (con immagini)

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

Ciao di nuovo e benvenuto nel mio nuovo progetto.

In questo tutorial ho cercato di rendere accessibile a tutti un semplice quadrupede fatto di materiali. So che per ottenere un prodotto finale di bell'aspetto hai bisogno di una stampante 3D e forse di un CNC, ma non tutti hanno uno di questi dispositivi fantasiosi, quindi ho cercato di dimostrare che con materiale semplice puoi ancora costruire cose carine.

Quindi, come detto prima, proveremo a costruire un quadrupede. Il telaio del Quadrupede sarà realizzato semplicemente in cartone ondulato questo include il telaio, il femore e la tibia di ciascuna delle quattro zampe.

Passaggio 1: perché quadrupede e come funziona?

Devo dire che i robot sono divertenti e interessanti. Non ho mai costruito un robot con le gambe prima, quindi ho pensato che avrei dovuto provarlo.

Ho deciso di costruire prima di tutto un quadrupede perché non avevo abbastanza servi per un esapode. Ho immaginato che se puoi costruire un quadrupede, costruire un esapode sarebbe solo un passo avanti. Dato che questo è il mio primo progetto di questo tipo non sapevo esattamente cosa aspettarmi, quindi ho pensato che 4 gambe sarebbero state più facili di 6, ma come ho scoperto in seguito questo non è sempre vero.

Quadrupede avente solo 4 gambe per non cadere una volta sollevata una delle gambe il baricentro del robot deve essere spostato all'interno del triangolo creato tra le punte delle altre tre gambe.

Una descrizione molto carina di tutto questo processo che puoi trovare qui:

Ogni gamba del quadrupede ha 3 articolazioni per controllare la punta della gamba nello spazio. Quindi le articolazioni saranno:

- Coxa servo – tra telaio e femore

- Servo femore – controllo del femore della gamba

- Servo tibia – tra il femore e la tibia controllando la tibia

Per conoscere l'angolo di ogni servo per la posizione necessaria della punta della gamba useremo qualcosa chiamato cinematica inversa. Puoi trovare molta documentazione su Internet su questo argomento e su come calcolare gli angoli dei servi per la diversa posizione della punta della gamba. Ma nel mio caso ho appena preso il codice Arduino creato da RegisHsu (puoi trovare il suo quadrupede dettagliato istruibile se gli dai una ricerca) e ho cambiato le dimensioni del robot e le gambe del robot per adattarle al mio robot e ho anche cambiato il programma per utilizzare un telecomando per controllare il robot e il gioco è fatto.

Passaggio 2: perché utilizzare il cartone ondulato per il telaio e le gambe?

Innanzitutto è molto diffuso, lo trovate ovunque e se vi piace acquistarlo è molto economico. Il cartone ondulato è un materiale rigido, resistente e leggero composto da tre strati di carta kraft marrone e la maggior parte delle scatole di imballaggio sono realizzate con esso. Quindi è molto facile trovarne qualcuno.

Nel mio caso ho usato una scatola da scarpe che ho ritagliato e ne ho ricavato il telaio. Il cartone fornito dalla mia scatola aveva uno spessore di 2 mm, quindi è molto sottile. Quindi per ogni parte del telaio ho dovuto tagliare tre parti identiche e incollarle insieme con del nastro biadesivo. Quindi in realtà dovremo realizzare 3 telai per avere alla fine un cartone di 6 mm di spessore.

Passaggio 3: parte richiesta:

Parti elettroniche necessarie per il Quadrupede:

- Microcontrollore Arduino Nano;

- Deek Robot Nano V03 Shield – non essenziale, ma renderà molto più semplice il collegamento di tutti i servi alla Nano Board.

- 12 pz Tower Pro Micro Servo 9g SG90 – 4 gambe con 3 snodi ciascuna;

- LED – per la luce (ho usato un vecchio sensore di colore bruciato)

- 1 ricetrasmettitore NRF24L01

Componenti elettronici necessari per il telecomando

- Microcontrollore Arduino Uno;

- 1 ricetrasmettitore NRF24L01;

- Telecomando da gioco;

- GUIDATO;

- Vari resistori;

- Premi il bottone;

- Alcuni ponticelli;

Per il telaio:

- Foglio di cartone ondulato

- Taglierina

- Cacciaviti

- Doppio nastro adesivo

- Triangoli

- Governate

- Matita

Quindi iniziamo a costruire.

Passaggio 4: impostare i servi su 90 gradi

Prima di iniziare a costruire il telaio ho dovuto centrare tutti i servi a 90 gradi così sarà più facile posizionarli in seguito quando il telaio sarà pronto. Quindi ho attaccato prima l'Arduino Nano destinato al Quadrupede allo shield Nano, e dopo tutti i servi allo shield. Quindi tutto ciò che devi fare è caricare il codice e tutti i servi saranno centrati a 90 gradi.

Il codice può essere trovato nell'ultimo passaggio dell'istruzione.

Passaggio 5: costruire la cornice

Come accennato in precedenza, il telaio è ricavato dal cartone ondulato fornito da una scatola per scarpe. La sagoma della cornice la trovate nelle immagini allegate insieme alle dimensioni della cornice.

Per prima cosa ho tagliato i lati della scatola di cartone per realizzare la cornice. Ho ottenuto tre buoni pezzi per i quali ho preso in considerazione l'orientamento dello strato ondulato in modo che 2 pezzi abbiano lo strato ondulato a celle verticali e uno orizzontale.

Una volta che il cartone era pronto, disegno il modello di cornice sul foglio di cartone che ha il supporto ondulato verticale. Per ottenere una struttura più solida e più rigida ho tagliato tre pezzi per incollarli insieme per una maggiore resistenza contro la flessione. I fogli di cartone superiore e inferiore hanno uno strato ondulato verticale mentre il foglio di cartone a sandwich sarà uno strato ondulato orizzontale.

Prima di incollare insieme i tre pezzi del telaio ho preparato il braccio dei servomotori e disegno la posizione di ciascun servomotore coxa per il corretto posizionamento futuro.

Ora che so dove devono essere posizionati i servocoxa ho incollato i tre pezzi insieme.

Ora il telaio è fatto.

Passaggio 6: fissaggio dei servi Coxa al telaio

Per attaccare prima i servi ho fatto un buco nella posizione segnata in modo che la vite di fissaggio per il braccio del servo passi, e ho fissato il servo al telaio.

Utilizzando le viti fornite dai servomotori ho fissato i bracci dei servomotori coxa al telaio. La coxa è formata da due servi incollati insieme con doppio nastro e rinforzati con elastico per ogni evenienza. Un servo sarà orientato verso il basso con l'albero in posizione verticale e sarà attaccato al telaio, e l'altro sarà orientato con l'albero in posizione orizzontale e sarà attaccato al lato interno del femore.

Infine per fissare il servo coxa al telaio si avvita la vite di fissaggio.

Passaggio 7: costruire il femore

È stata utilizzata la stessa procedura di taglio del cartone. Ogni femore sarà creato da tre fogli di cartone incollati insieme. Lo strato ondulato orizzontale sarà inserito tra i fogli di cartone dello strato ondulato verticale.

Passaggio 8: costruire la tibia

Per la stessa tibia ho tagliato tre sagome per ogni tibia, ma questa volta l'orientamento dello strato ondulato era verticale per dare una migliore resistenza longitudinale alla tibia.

Una volta ritagliate le tre sagome le ho incollate tra loro facendo anche il foro per il servo tibiale.

Ho attaccato il servo nella tibia, e il braccio del servo è stato fissato al servo con la vite di fissaggio attraverso il foro praticato nel femore in modo tale da collegare il femore con la tibia.

Passaggio 9: mettere tutto insieme

Ora che tutte le parti del telaio e delle gambe sono state create, le ho collegate tutte insieme in modo che l'assieme iniziasse a sembrare un quadrupede.

Passaggio 10: installazione dell'elettronica e impostazione dei collegamenti

Per prima cosa l'Arduino Nano insieme al Deek Robot Shield deve adattarsi al telaio. Per questo ho preso lo scudo e mi sono avventato sul telaio con 4 fori per fissare il Deek Robot Shield al telaio usando 4 bulloni e dadi.

Adesso “il cervello è attaccato al corpo”:D. Successivamente ho collegato tutti i servi al Deek Nano Shield.

La connessione dei servi è molto semplice poiché lo shield ha appositamente costruito tre pin (Segnale, VCC, GND) per ogni pin digitale e analogico di Arduino Nano, consentendo una perfetta e facile connessione dei micro servi. Normalmente abbiamo bisogno di un driver del motore per pilotare i servi con Arduino perché non è in grado di far fronte agli amplificatori richiesti dai motori, ma nel mio caso questo non è valido perché i micro servi da 9 g sono abbastanza piccoli da consentire ad Arduino Nano di gestirli.

I servi delle gambe saranno collegati come segue:

Gamba 1: (gamba sinistra in avanti)

Coxa – Arduino Nano Digital Pin 4

Femore – Arduino Nano Digital Pin 2

Tibia – Arduino Nano Digital Pin 3

Gamba 2: (gamba posteriore sinistra)

Coxa – Arduino Nano Pin analogico A3

Femore – Arduino Nano Analog Pin A5

Tibia – Arduino Nano Analog Pin A4

Gamba 3: (gamba destra in avanti)

Coxa – Arduino Nano Analogico Pin 10

Femore – Arduino Nano Analog Pin 8

Tibia – Arduino Nano Analogico Pin 9

Gamba 4: (gamba destra posteriore)

Coxa – Arduino Nano Digital Pin A1

Femore – Arduino Nano Digital Pin A0

Tibia – Arduino Nano Digital Pin A2

Collegamento del LED per effetto luce

Ho pensato che sarebbe stato carino mettere un po' di luce sul quadrupede quindi ho un vecchio sensore di colore che non funziona più (sono riuscito a bruciarlo:D) ma i led funzionano ancora quindi visto che sono quattro led accesi una lavagna piccola e sono molto luminosi ho deciso di usare il sensore di colore per dare un po' di luce al quadrupede. Inoltre essendo quattro lo fa sembrare un po' più vicino ad un ragno.

Quindi ho collegato il VCC del sensore di colore al Pin D5 di Arduino Nano e il GND del sensore al GND di Arduino Nano. Dato che la piccola scheda ha già dei resistori che vengono utilizzati per il LED, non ho avuto bisogno di mettere nessun altro resistore in serie con il LED. Tutti gli altri pin non verranno utilizzati poiché il sensore è bruciato e sto solo usando i LED della piccola scheda.

Connessioni per Modulo NRF24L01.

- Il GND del Modulo va al GND dell'Arduino Nano Shield

- VCC va al pin Arduino Nano 3V3. Attenzione a non collegare il VCC ai 5V della breadboard poiché si rischia di distruggere il Modulo NRF24L01

- Il pin CSN va all'Arduino Nano D7;

- Il pin CE va all'Arduino Nano D6;

- Il pin SCK va all'Arduino Nano D13;

- Il pin MOSI va all'Arduino Nano D11;

- Il pin MISO va all'Arduino Nano D12;

- Il pin IRQ non sarà collegato. Fai attenzione se stai usando una scheda diversa da Arduino Nano o Arduino Uno, i pin SCK, MOSI e MISO saranno diversi.

- Dovrai anche scaricare la libreria RF24 per questo modulo. Lo trovi sul seguente sito:

Come alimentatore per il ragno ho utilizzato un adattatore da parete 5V (1A). Non ho nessun tipo di batterie disponibili, e questo era il mio unico adattatore da parete disponibile che penso sarà meglio uno più forte di almeno 2A ma non ne ho uno quindi ho dovuto usare l'unico che ho. Sarà molto più bello se usi una batteria Li-Po in modo che il robot possa essere libero, senza cavi collegati.

Per avere un'alimentazione più stabile sulla scheda ho collegato un condensatore da 10microF tra i pin 5V e GND del Deek Robot Nano Shield, perché ho notato che quando tutti i servi erano sotto carico l'Arduino Nano si riavvierà, mentre aggiungendo il condensatore ho risolto il problema.

Passaggio 11: costruire la copertina

Poiché volevo la copertina più leggera possibile, l'ho realizzata con un solo strato di cartone ondulato da 2 mm perché non ha bisogno di alcun rinforzo, poiché nessun carico lo influenzerà.

Ho tagliato un pezzo di cartone nella forma e nelle dimensioni come puoi vedere nella foto e l'ho attaccato al telaio con gli stessi dadi che fissano l'Arduino Nano Shield sotto il telaio. Sul lato superiore i due pezzi verranno incollati l'uno sull'altro con doppio nastro adesivo. Ho cercato di avvolgere tutti i fili all'interno in modo che il quadrupede sembri il più bello possibile.

Ora il quadrupede è fatto. Passiamo al telecomando.

Passaggio 12: telecomando

Per il telecomando sto usando lo stesso telecomando del mio progetto precedente Maverick auto telecomandata, solo che ho barrato il grafico che in questo progetto non è necessario. Ma proprio se ti sei perso quella build, l'ho scritta di nuovo qui.

Poiché sto usando per il controller un Arduino Uno, ho collegato Uno a una breadboard con degli elastici per non muoversi.

- Arduino Uno sarà alimentato da una batteria da 9V tramite jack;

- Pin Arduino Uno 5V al rail 5V della breadboard;

-pin Arduino Uno GND alla guida GND della breadboard;

Modulo NRF24L01.

- GND del Modulo va al GND del binario breadboard

- VCC va al pin Arduino Uno 3V3. Attenzione a non collegare il VCC ai 5V della breadboard poiché si rischia di distruggere il Modulo NRF24L01

- Il pin CSN va all'Arduino Uno D8;

- Il pin CE va all'Arduino Uno D7;

- Il pin SCK va all'Arduino Uno D13;

- Il pin MOSI va all'Arduino Uno D11;

- Il pin MISO va all'Arduino Uno D12;

- Il pin IRQ non sarà collegato. Fai attenzione se stai usando una scheda diversa da Arduino Nano o Arduino Uno, i pin SCK, MOSI e MISO saranno diversi.

Modulo joystick

- Il modulo joystick è composto da 2 potenziometri quindi è molto simile con le connessioni;

- pin GND alla guida GND della breadboard;

- pin VCC al rail 5V della breadboard;

- Pin VRX al pin Arduino Uno A3;

- Pin VRY al pin Arduino Uno A2;

GUIDATO

- Il LED rosso sarà collegato in serie con una resistenza da 330Ω al pin D4 di Arduino Uno;

- Il LED verde sarà collegato in serie con una resistenza da 330Ω al pin D5 di Arduino Uno;

Premi i pulsanti

- Uno dei pulsanti verrà utilizzato per l'accensione e lo spegnimento della luce quadrupede, l'altro non verrà utilizzato;

- Il pulsante LIGHT andrà collegato al pin D2 dell'Arduino Uno. Il pulsante dovrebbe essere abbassato con un resistore da 1k o 10k il valore non è importante.

- Il restante pulsante andrà collegato al pin D3 dell'Arduino Uno. Allo stesso modo, il pulsante dovrebbe essere abbassato con un resistore da 1k o 10k. (non verrà utilizzato per questo progetto)

Ecco, ora abbiamo collegato tutte le parti elettriche.

Passaggio 13: codici IDE Arduino

Per questa parte ci sono pochi codici che ho usato.

Leg_Initialization – è stato utilizzato per centrare i servi a 90 gradi.

Spider_Test – è stato utilizzato per testare le funzioni corrette, come camminare avanti, indietro, girarsi

Spider – da usare per il Ragno

Spider Remote Controller – da utilizzare per il Spider Controller

Devo dire che il codice per Spider è stato adattato e modificato dopo il codice di RegisHsu [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED) ed è per questo che vorrei ringraziare RegisHsu per il suo buon lavoro.

Bene, detto tutto, spero che il mio Spider ti sia piaciuto.