Po pierwsze, chcielibyśmy podziękować za poświęcony czas i uwagę. Mój partner Tio Marello i ja, Chase Leach, świetnie się bawiliśmy, pracując nad projektem i pokonując wyzwania, które przedstawił. Jesteśmy obecnie studentami okręgu szkolnego Wilkes Barre Area S.T.E.M. Akademia Jestem Junior i Tio jest Sophomore. Nasz projekt, Arachnoid to robot czworonożny, który wykonaliśmy przy użyciu drukarki 3D, Bread Board i płyty Arduino MEGA 2560 R3. Zamierzonym celem projektu było stworzenie robota czworonożnego. Po wielu pracach i testach udało nam się stworzyć działającego robota czworonożnego. Jesteśmy podekscytowani i wdzięczni za tę okazję, aby przedstawić wam nasz projekt, Pajęczaki.

Kieszonkowe dzieci:

Krok 1: Materiały

Materiały, z których korzystaliśmy do robota czworonożnego, obejmowały: drukarkę 3D, podkładkę do materiałów pomocniczych, tace drukujące 3D, materiał do druku 3D, obcinaki do drutu, płytkę do pieczenia chleba, uchwyty na baterie, komputer, baterie AA, taśmę elektryczną, taśmę klejącą, wieżę MG90S Pro Servo Motors, Crazy Glue, Arduino MEGA 2560 R3, przewody połączeniowe, oprogramowanie Inventor 2018 i oprogramowanie Arduino IDE. Użyliśmy komputera do uruchomienia oprogramowania i używanej drukarki 3D. Korzystaliśmy z oprogramowania Inventor głównie do projektowania części, więc nie jest to konieczne dla nikogo robiącego to w domu, ponieważ wszystkie pliki części, które utworzyliśmy, są udostępniane na tej instrukcji. Oprogramowanie Arduino IDE zostało użyte do programowania robota, co jest również niepotrzebne dla ludzi tworzących go w domu, ponieważ udostępniliśmy również program, którego używamy. Drukarka 3D, podkładka do materiałów pomocniczych, materiał do druku 3D i tace do druku 3D zostały wykorzystane do produkcji części, z których wykonano pajęczynówkę. Wykorzystaliśmy uchwyty baterii, baterie AA, przewody rozruchowe, taśmę elektryczną i przecinaki do drutu, które zostały użyte razem, aby stworzyć pakiet baterii. Akumulatory zostały włożone do uchwytów baterii, a przecinaki do drutu zostały użyte do przecięcia końca przewodów zarówno akumulatora, jak i przewodów połączeniowych, aby mogły zostać usunięte i skręcone razem, a następnie przyklejone taśmą elektryczną. Deska do krojenia chleba, przewody łączące, zestaw baterii i Ardiuno zostały użyte do stworzenia obwodu, który dostarczał zasilanie do silników i podłączał je do pinów sterujących Arduino. Klej Crazy został użyty do przymocowania serwomotorów do części robota. Wiertło i śruby służyły do ​​montażu innych elementów robota. Śruby powinny wyglądać tak, jak na zdjęciu, ale rozmiar może być oparty na ocenie. Scotch Tape i Zip Ties były używane głównie do zarządzania drutem. Ostatecznie wydaliśmy łącznie 51,88 USD na materiały, których nie mieliśmy w pobliżu.

Dostawy, które mieliśmy pod ręką

1. (Kwota: 1) Drukarka 3D
2. (Kwota: 1) Podkładka materiału pomocniczego
3. (Kwota: 5) Tace do druku 3D
4. (Kwota: 27,39 w ^ 3) Materiał do druku 3D
5. (Ilość: 1) Przecinaki do drutu
6. (Kwota: 1) Wiertarka
7. (Ilość: 24) Śruby
8. (Kwota: 1) Deska do krojenia chleba
9. (Kwota: 4) Uchwyty baterii
10. (Kwota: 1) Komputer
11. (Ilość: 8) Baterie AA
12. (Kwota: 4) Krawaty na zamek
13. (Kwota: 1) Taśma elektryczna
14. (Kwota: 1) Taśma klejąca

Dostawy, które kupiliśmy

1. (Ilość: 8) Serwonapędy MG90S Tower Pro (całkowity koszt: 23,99 USD)
2. (Kwota: 2) Szalony klej (całkowity koszt: 7,98 USD)
3. (Kwota: 1) Zarząd Arduino MEGA 2560 R3 (koszt całkowity: 12,95 USD)
4. (Ilość: 38) Przewody zworek (całkowity koszt: 6,96 USD)

Wymagane oprogramowanie

1. Inventor 2018
2. Zintegrowane środowisko programistyczne Arduino

Krok 2: godziny spędzone na montażu

Spędziliśmy kilka godzin na stworzeniu naszego czworonożnego robota, ale najbardziej sporą część czasu, jaką wykorzystaliśmy, poświęciliśmy na programowanie pajęczynówki. Programowanie robota zajęło nam około 68 godzin, 57 godzin drukowania, 48 godzin projektowania, 40 godzin montażu i 20 godzin testów.

Krok 3: Aplikacje STEM

Nauka

Naukowy aspekt naszego projektu wchodzi w grę podczas tworzenia obwodu, który był używany do zasilania serwomotorów. Zastosowaliśmy nasze rozumienie obwodów, a dokładniej właściwość obwodów równoległych. Ta właściwość polega na tym, że obwody równoległe dostarczają to samo napięcie do wszystkich komponentów w obwodzie.

Technologia

Nasze wykorzystanie technologii było bardzo ważne w całym procesie projektowania, montażu i programowania pajęczynówki. Wykorzystaliśmy oprogramowanie do projektowania wspomaganego komputerowo, Inventor, aby stworzyć cały robot czworonożny, w tym: ciało, pokrywę, uda i łydki. Wszystkie zaprojektowane części zostały wydrukowane z drukarki 3D. Korzystanie z Arduino I.D.E. oprogramowanie, byliśmy w stanie użyć Arduino i serwosilników, aby przejść na Arachnoid.

Inżynieria

Aspekt inżynieryjny naszego projektu to iteracyjny proces projektowania części wykonanych dla robota czworonożnego. Musieliśmy wymyślić burzę mózgów, aby podłączyć silniki i umieścić Arduino i breadboard. Aspekt programowy projektu wymagał również od nas kreatywnego myślenia o możliwych rozwiązaniach napotkanych problemów. Ostatecznie zastosowana przez nas metoda była skuteczna i pomogła nam przenieść robota w sposób, w jaki go potrzebowaliśmy.

Matematyka

Matematycznym aspektem naszego projektu jest wykorzystanie równań do obliczenia ilości napięcia i prądu potrzebnych do zasilania silnika, który wymagał zastosowania prawa Ohma. Wykorzystaliśmy również matematykę do obliczenia wielkości wszystkich poszczególnych części utworzonych dla robota.

Krok 4: Pokrycie poczwórnego robota z Iteracją

Pokrywa pajęczynówki została zaprojektowana z czterema kołkami u dołu, które zostały zwymiarowane i umieszczone wewnątrz otworów wykonanych na ciele. Te kołki, wraz z pomocą Crazy Glue, były w stanie przymocować pokrywę do korpusu robota. Ta część została stworzona, aby pomóc chronić Ardiuno i nadać robotowi bardziej gotowy wygląd. Zdecydowaliśmy się pójść naprzód z obecnym projektem, ale przed wybraniem tego projektu przeszliśmy dwie iteracje projektu.

Krok 5: Czworoboczny korpus robota z 2. iteracją

Ta część została stworzona, aby pomieścić cztery silniki używane do poruszania części ud, Arduino i breadboard. Przedziały po bokach ciała były większe niż silniki, których obecnie używamy w projekcie, co zostało zrobione z myślą o części dystansowej. Konstrukcja ta pozwoliła ostatecznie na odpowiednie rozpraszanie ciepła i umożliwiła mocowanie silników za pomocą śrub, nie powodując możliwych uszkodzeń korpusu, których ponowne wydrukowanie zajęłoby znacznie więcej czasu. Otwory z przodu i brak ściany w tylnej części ciała zostały celowo zrobione, aby przewody mogły zostać wprowadzone do Arduino i breadboardu. Przestrzeń pośrodku ciała została zaprojektowana z myślą o Arduino, płytce kuchennej i bateriach, w których można umieścić baterię. W dolnej części tej części zaprojektowano cztery otwory przeznaczone specjalnie dla przewodów serwomotorów. tył robota. Ta część jest jedną z najważniejszych, ponieważ służy jako podstawa, dla której została zaprojektowana każda inna część. Przeszliśmy przez dwie iteracje, zanim zdecydowaliśmy się na jedną z nich.

Krok 6: Przekładnia serwomotoru z 2. iteracją

Przekładka serwomotoru została zaprojektowana specjalnie dla przedziałów po bokach korpusu pajęczynówki. Te przekładki zostały zaprojektowane z myślą o tym, że każde wiercenie w boku ciała może potencjalnie być niebezpieczne i spowodować, że będziemy marnować materiał i czas na ponowne wydrukowanie większej części. Dlatego poszliśmy z spacererem, który nie tylko rozwiązał ten problem, ale także pozwolił nam stworzyć większą przestrzeń dla silników, która zapobiega przegrzaniu. Przekładka przeszła dwie iteracje. Oryginalny pomysł obejmował: dwie cienkie ściany po obu stronach, które łączyły się z drugą przekładką. Pomysł ten został złomowany, ponieważ myśleliśmy, że łatwiej byłoby wywiercić każdą stronę osobno, więc jeśli jedna zostanie uszkodzona, druga nie będzie musiała być również wyrzucona. Wydrukowaliśmy 8 z tych elementów, które wystarczyły do ​​przyklejenia do górnej i dolnej części komory silnika na ciele. Następnie użyliśmy wiertła, które było wyśrodkowane na długim boku elementu, aby utworzyć otwór pilotowy, który został następnie użyty do wkręcenia po obu stronach silnika do montażu.

Krok 7: Część Iteracji poczwórnego robota Noga uda

Ta część to udo lub górna część nogi robota. Został zaprojektowany z otworem po wewnętrznej stronie części, która została wykonana specjalnie dla armatury dołączonej do silnika zmodyfikowanego dla naszego robota. Dodaliśmy również szczelinę w dolnej części części, która została wykonana dla silnika, który posłuży do przesunięcia dolnej części nogi. Ta część obsługuje większość głównego ruchu nogi. Obecna iteracja tej części, z której korzystamy, jest druga, ponieważ pierwsza miała chunkkierowy projekt, który uznaliśmy za niepotrzebny.

Krok 8: Piąta iteracja stawu kolanowego robota poczwórnego

Staw kolanowy był jedną z trudniejszych części do zaprojektowania. Wymagało to kilku obliczeń i testów, ale obecny projekt działa całkiem nieźle. Ta część została zaprojektowana tak, aby ominąć silnik, aby skutecznie przenieść ruch silnika na ruch na łydce lub dolnej części nogi. Stworzenie pięciu powtórzeń projektu i przeprojektowanie wymagało, ale specyficzny kształt, który został utworzony wokół otworów, zmaksymalizował możliwe stopnie ruchu, nie tracąc przy tym wymaganej siły. Przymocowaliśmy również silniki za pomocą większej liczby armatur, które pasują do otworów po bokach i idealnie pasują do silnika, dzięki czemu możemy użyć śrub, aby utrzymać je na miejscu. Otwór pilotowy na spodzie elementu umożliwił uniknięcie wiercenia i ewentualnych uszkodzeń.

Krok 9: Czterokrotny poczwórny robot w nogach

Druga połowa nogi robota została stworzona w taki sposób, że bez względu na to, jak robot opuści stopę, zawsze utrzyma taką samą przyczepność. Dzieje się tak dzięki półokrągłej konstrukcji stopy i podkładce piankowej, którą tniemy i przyklejamy do spodu. W ostatecznym rozrachunku służy celowi, który pozwala robotowi dotknąć ziemi i chodzić. W tym projekcie przeszliśmy trzy iteracje, które dotyczyły głównie zmian długości i konstrukcji stopy.

Krok 10: Pobieranie plików części programu Inventor

Te pliki pochodzą z programu Inventor. Są to w szczególności pliki części dla wszystkich gotowych części, które zaprojektowaliśmy dla tego projektu.

Krok 11: Montaż

Dostarczone przez nas wideo wyjaśnia, w jaki sposób zebraliśmy pajęczynówki, ale jednym z punktów, o którym nie wspomniano, jest to, że trzeba będzie usunąć plastikowy wspornik z obu stron silnika, odcinając go i szlifując, gdzie był kiedyś. Pozostałe dostarczone zdjęcia pochodzą z montażu.

Krok 12: Programowanie

Arduiono język programowania oparty jest na języku programowania C. Wewnątrz edytora kodu Arduino daje nam dwie funkcje.

• void setup (): Cały kod wewnątrz tej funkcji jest uruchamiany raz na początku
• void loop (): kod wewnątrz pętli funkcji bez końca.

Sprawdź poniżej, klikając pomarańczowy link, aby zobaczyć więcej informacji na temat kodu!

To jest kod do chodzenia.

#zawierać

classServoManager {

publiczny:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRighte;

Servo FrontLeftThigh;

Servo FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

Servo BackLeftKnee;

voidsetup () {

FrontRightThigh.attach (2);

BackRightThigh.attach (3);

FrontLeftThigh.attach (4);

BackLeftThigh.attach (5);

FrontRightKnee.attach (8);

BackRightKnee.attach (9);

FrontLeftKnee.attach (10);

BackLeftKnee.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);

}

};

ServoManager Manager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

opóźnienie (1000);

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

opóźnienie (5000);

Manager.writeLegs (90,60,110,90,90 + 30,90-5,90-30,90 + 35);

opóźnienie (1000);

Manager.writeLegs (70,60,110,90,90 + 30,90-5,90-30,90 + 35);

opóźnienie (1000);

Manager.writeLegs (70,60,110,120,90 + 30,90-5,90-30,90 + 35);

opóźnienie (1000);

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

opóźnienie (1000);

}

zobacz rawQuad.ino hostowane przez ❤ przez GitHub

Krok 13: Testowanie

Poświęciliśmy czas, aby pomyśleć o tym, jak posunąć się naprzód z Arachnoidami, gdybyśmy mieli z tym więcej czasu i wymyśliliśmy kilka pomysłów. Szukalibyśmy lepszego sposobu na zasilenie pajęczynówki, w tym: znalezienie lepszego, lżejszego pakietu baterii, który mógłby zostać naładowany. Poszukujemy również lepszego sposobu mocowania serwomotorów do górnej połowy nogi, którą zaprojektowaliśmy, przeprojektowując stworzoną przez nas część. Kolejną kwestią, którą podjęliśmy, jest podłączenie kamery do robota, aby mógł być używany do wchodzenia w obszary niedostępne dla ludzi. Wszystkie te rozważania przeszły nam przez głowę, gdy projektowaliśmy i montowaliśmy robota, ale nie byliśmy w stanie ich realizować z powodu ograniczeń czasowych.

Krok 16: Ostateczny projekt

W końcu jesteśmy bardzo zadowoleni ze sposobu, w jaki okazało się, że nasz ostateczny projekt jest taki sam.Dziękuję ci za twój czas i uwagę.