Arduino კონტროლირებადი Robotic Biped: 13 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

Fusion 360 პროექტები »

მე ყოველთვის მაინტერესებდა რობოტები, განსაკუთრებით ისეთები, რომლებიც ცდილობენ მიბაძონ ადამიანის ქმედებებს. ამ ინტერესმა მიბიძგა, რომ შემემუშავებინა და განმევითარებინა რობოტული ორფეხა, რომელსაც შეეძლო ადამიანის სიარულისა და სირბილის იმიტაცია. ამ ინსტრუქციებში მე გაჩვენებთ რობოტული ორფეხის დიზაინს და შეკრებას.

ამ პროექტის შექმნისას მთავარი მიზანი იყო სისტემის მაქსიმალურად გამყარება ისეთი, რომ სხვადასხვა სიარულისა და სირბილით ექსპერიმენტების დროს მე არ გამეღელვებინა აპარატურის გაუმართაობა. ამან მომცა საშუალება აპარატურა მის ზღვრამდე მიმეყვანა. მეორეხარისხოვანი მიზანი იყო ორმხრივი შედარებით დაბალფასიანი, ხელმისაწვდომი ჰობის ნაწილების გამოყენებით და 3D ბეჭდვა, რაც ადგილს იტოვებდა შემდგომი განახლებებისა და გაფართოებისთვის. ეს ორი მიზანი ერთობლივად იძლევა მყარ საფუძველს სხვადასხვა ექსპერიმენტის ჩასატარებლად, რაც საშუალებას მისცემს ორმხრივ განვითარდეს უფრო სპეციფიკურ მოთხოვნებს.

მიჰყევით, რომ შექმნათ თქვენი საკუთარი არდუინოს კონტროლირებადი Robotic Biped და მიეცით ხმა "არდუინოს კონკურსში" თუ მოგეწონათ პროექტი.

ნაბიჯი 1: დიზაინის პროცესი

ჰუმანოიდული ფეხები შეიქმნა Autodesk– ში, Fusion 360 3D მოდელირების პროგრამული უზრუნველყოფის უფასოდ გამოსაყენებლად. დავიწყე სერვო ძრავების დიზაინში შემოტანა და ფეხები მათ გარშემო ავაწყვე. მე შევქმენი ფრჩხილები სერვო ძრავისთვის, რომელიც უზრუნველყოფს მეორე საყრდენ წერტილს დიამეტრალურად საპირისპიროდ სერვო ძრავის ლილვისგან. ძრავის ორივე ბოლოზე ორმაგი ლილვის არსებობა აძლევს სტრუქტურულ სტაბილურობას დიზაინს და გამორიცხავს ნებისმიერ გადახრას, რაც შეიძლება მოხდეს, როდესაც ფეხები იტვირთება გარკვეული დატვირთვის ასატანად. ბმულები შექმნილია ტარების შესანარჩუნებლად, ხოლო ფრჩხილებში გამოიყენება ჭანჭიკი ლილვისთვის. მას შემდეგ, რაც ბმულები დამონტაჟებულია ლილვებზე თხილის გამოყენებით, საყრდენი უზრუნველყოფს გლუვ და ძლიერ ბრუნვის წერტილს სერვო ძრავის ლილვის მოპირდაპირე მხარეს.

ბიპედის შექმნისას კიდევ ერთი მიზანი იყო მოდელის მაქსიმალურად კომპაქტური შენარჩუნება სერვო ძრავების მიერ მოწოდებული ბრუნვის მაქსიმალური გამოყენებისათვის. ბმულების ზომები გაკეთდა მოძრაობის დიდი დიაპაზონის მისაღწევად, ხოლო მთლიანი სიგრძის მინიმიზაცია. მათი ძალიან მოკლე გახდება ფრჩხილების შეჯახება, მოძრაობის დიაპაზონის შემცირება და მისი გახანგრძლივება ზედმეტ ბრუნვას მოახდენს გამტარებლებზე. დაბოლოს, მე შევქმენი რობოტის სხეული, რომელზედაც არდუინო და სხვა ელექტრონული კომპონენტები იქნებოდა დამონტაჟებული.

შენიშვნა: ნაწილები შედის ერთ -ერთ შემდეგ საფეხურზე.

ნაბიჯი 2: არდუინოს როლი

ამ პროექტში გამოყენებულია Arduino Uno. არდუინოს ევალებოდა გამოთვლილიყო სხვადასხვა გასწვრივ მოძრაობის ბილიკები და დაავალა აქტივატორებს ზუსტი სიჩქარით ზუსტი კუთხეებისკენ გადაადგილება გლუვი მოძრაობის შესაქმნელად. Arduino არის დიდი არჩევანი პროექტების შემუშავებისთვის მისი მრავალფეროვნების გამო. ის უზრუნველყოფს რამოდენიმე IO ქინძისთავს და ასევე უზრუნველყოფს ინტერფეისებს, როგორიცაა სერიული, I2C და SPI სხვა მიკროკონტროლებთან და სენსორებთან კომუნიკაციისთვის. Arduino ასევე იძლევა დიდ პლატფორმას სწრაფი პროტოტიპირებისა და ტესტირებისთვის და ასევე აძლევს დეველოპერებს ადგილს გაუმჯობესებისა და გაფართოებისათვის. ამ პროექტში შემდგომი ვერსიები მოიცავს ინერციული საზომი ერთეულს მოძრაობის დამუშავებისათვის, როგორიცაა დაცემის გამოვლენა და დინამიური მოძრაობა არათანაბარ რელიეფში და მანძილის საზომი სენსორი დაბრკოლებების თავიდან ასაცილებლად.

Arduino IDE გამოიყენეს ამ პროექტისთვის. (Arduino ასევე გთავაზობთ ვებ დაფუძნებულ IDE- ს)

შენიშვნა: რობოტის პროგრამების გადმოწერა შესაძლებელია შემდეგი ნაბიჯებიდან.

ნაბიჯი 3: საჭირო მასალები

აქ არის ყველა იმ კომპონენტისა და ნაწილის ჩამონათვალი, რომელიც საჭიროა Arduino– ით აღჭურვილი ორფეხა რობოტის შესაქმნელად. ყველა ნაწილი უნდა იყოს საყოველთაოდ ხელმისაწვდომი და ადვილად მოსაძებნი.

ელექტრონიკა:

Arduino Uno x 1

Towerpro MG995 servo motor x 6

პერფორი (არდუინოს მსგავსი ზომა)

მამაკაცისა და ქალის სათაურის ქინძისთავები (თითოეულიდან დაახლოებით 20)

Jumper Wires (10 ცალი)

MPU6050 IMU (სურვილისამებრ)

ულტრაბგერითი სენსორი (სურვილისამებრ)

HARDWARE:

სკეიტბორდის ტარება (8x19x7 მმ)

M4 თხილი და ჭანჭიკები

3D პრინტერის ძაფები (იმ შემთხვევაში, თუ თქვენ არ ფლობთ 3D პრინტერს, უნდა იყოს 3D პრინტერი ადგილობრივ სამუშაო ადგილზე, ან დაბეჭდვის გაკეთება ინტერნეტით საკმაოდ იაფად)

Arduino- ს და 3D პრინტერის გამოკლებით, ამ პროექტის მთლიანი ღირებულებაა 20 $.

ნაბიჯი 4: 3D ნაბეჭდი ნაწილები

ამ პროექტისთვის საჭირო ნაწილები უნდა იყოს მორგებული, ამიტომ 3D პრინტერი გამოიყენებოდა მათ დასაბეჭდად. ანაბეჭდები გაკეთდა 40% შევსებით, 2 პერიმეტრით, 0.4 მმ საქშენით და ფენის სიმაღლე 0.1 მმ PLA– ით, თქვენი არჩევანის ფერით. ქვემოთ შეგიძლიათ იხილოთ ნაწილების სრული სია და STL– ები თქვენი საკუთარი ვერსიის დასაბეჭდად.

შენიშვნა: აქედან ნაწილები იქნება მითითებული სახელების გამოყენებით სიაში.

• ფეხის სერვო დამჭერი x 1
• ფეხის სერვო დამჭერი სარკე x 1
• მუხლის სერვო დამჭერი x 1
• მუხლის სერვო დამჭერი სარკე x 1
• ფეხის სერვო დამჭერი x 1
• ფეხის სერვო დამჭერი სარკე x 1
• ტარების ბმული x 2
• სერვო რქის ბმული x 2
• ფეხის ბმული x 2
• ხიდი x 1
• ელექტრონული სამონტაჟო x 1
• ელექტრონიკა spacer x 8 (სურვილისამებრ)
• servo horn space x 12 (სურვილისამებრ)

საერთო ჯამში, შუალედების გამოკლებით, არის 14 ნაწილი. ბეჭდვის საერთო დრო დაახლოებით 20 საათია.

ნაბიჯი 5: სერვო ფრჩხილების მომზადება

მას შემდეგ, რაც ყველა ნაწილი დაიბეჭდება, შეგიძლიათ დაიწყოთ servos და servo brackets. პირველად დააწექით საყრდენს მუხლის სერვისის დამჭერში. მორგება უნდა იყოს მყუდრო, მაგრამ მე გირჩევთ ხვრელის შიდა ზედაპირის ოდნავ გაპრიალებას იმის ნაცვლად, რომ დააჭიროთ საყრდენს, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ნაწილის გატეხვა. შემდეგ გაიარეთ M4 ჭანჭიკი ხვრელში და გამკაცრეთ თხილის გამოყენებით. შემდეგი, აითვისეთ ფეხის ბმული და მიამაგრეთ მას წრიული სერვო რქა მიწოდებული ხრახნების გამოყენებით. მიამაგრეთ ფეხის ბმული მუხლის სერვო დამჭერზე ხრახნების გამოყენებით, რომელსაც ასევე გამოიყენებთ სერვო ძრავის დასამაგრებლად. დარწმუნდით, რომ მოათავსეთ ძრავა ისე, რომ ლილვი იყოს ჭანჭიკის იმავე მხარეს, რომელიც ადრე მიამაგრეთ. საბოლოოდ უზრუნველყოს servo დანარჩენი კაკალი და ჭანჭიკები.

იგივე გააკეთეთ ჰიპ სერვო დამჭერის და ფეხის სერვო დამჭერის შემთხვევაში. ამასთან, თქვენ უნდა გქონდეთ სამი სერვო ძრავა და მათი შესაბამისი ფრჩხილები.

შენიშვნა: მე ვაძლევ ინსტრუქციას ერთი ფეხის ასაშენებლად, მეორე კი უბრალოდ სარკისებურია.

ნაბიჯი 6: ბმულის ნაჭრების დამზადება

მას შემდეგ, რაც ფრჩხილები შეიკრიბება, დაიწყეთ ბმულების გაკეთება. საყრდენი ბმულის გასაკეთებლად, კიდევ ერთხელ მსუბუქად დააქუცმაცეთ ხვრელების შიდა ზედაპირი ტარებისათვის, შემდეგ ორივე მხარეს გაწიეთ ხვრელი. დარწმუნდით, რომ საყრდენი ჩაუშვით შიგნით, სანამ ერთი მხარე არ გაირეცხება. სერვო რქის ბმულის შესაქმნელად, აიღეთ ორი წრიული სერვო რქა და მიწოდებული ხრახნები. მოათავსეთ რქები 3D ბეჭდვაზე და დაალაგეთ ხვრელები, შემდეგ ხრახნიანი რქა 3D პრინტზე გადაიტანეთ ხრახნიანი 3D ბეჭდვის მხრიდან. მე გირჩევთ გამოიყენოთ 3D დაბეჭდილი servo horn spacer ამ ხრახნებისთვის. ბმულების აგების შემდეგ შეგიძლიათ დაიწყოთ ფეხის შეკრება.

ნაბიჯი 7: ფეხების შეკრება

მას შემდეგ, რაც ბმულები და ფრჩხილები შეიკრიბება, შეგიძლიათ დააკავშიროთ ისინი რობოტის ფეხის ასაშენებლად. პირველი, გამოიყენეთ სერვო რქის ბმული, რომ მიამაგროთ ბარძაყის სერვო ფრჩხილი და მუხლის სერვო ფრჩხილი ერთად. შენიშვნა: არ გააფუჭოთ რქა სერვოზე, რადგან მომდევნო ეტაპზე არის დაყენების ეტაპი და უხერხულობა იქნება, თუ რქა ხრახნიან სერვო ძრავზე.

მოპირდაპირე მხარეს დაამონტაჟეთ საყრდენი ბმული გადაშლილ ჭანჭიკებზე თხილის გამოყენებით. დაბოლოს, მიამაგრეთ ფეხის სერვო ფრჩხილი მუხლის სერვო დამჭერზე საყრდენის მეშვეობით ამობურცული ჭანჭიკის ჩასმით. და დააფიქსირეთ servo shaft servo horn დაკავშირებული მუხლის servo მფლობელი მეორე მხარეს. ეს შეიძლება იყოს სახიფათო ამოცანა და მე გირჩევთ მეორე წყვილს ამისათვის.

გაიმეორეთ ნაბიჯები მეორე ფეხისთვის. გამოიყენეთ თითოეული ნაბიჯის თანდართული სურათები, როგორც მითითება.

ნაბიჯი 8: პერსონალური PCB და გაყვანილობა

ეს არჩევითი ნაბიჯია. მავთულხლართების გასაკეთებლად მე გადავწყვიტე შემექმნა პერსონალური PCB პერფის დაფისა და სათაურის ქინძისთავების გამოყენებით. PCB შეიცავს პორტებს სერვო ძრავის მავთულის პირდაპირ დასაკავშირებლად. გარდა ამისა, მე დავტოვე დამატებითი პორტები იმ შემთხვევაში, თუ მინდოდა გაფართოება და სხვა სენსორების დამატება, როგორიცაა ინერტული საზომი ერთეულები ან ულტრაბგერითი მანძილის სენსორები. იგი ასევე შეიცავს პორტს გარე ენერგიის წყაროსთვის, რომელიც საჭიროა სერვო ძრავების დასატენად. Jumper კავშირი გამოიყენება Arduino– ს USB და გარე ენერგიის გადასაყვანად. დააინსტალირეთ არდუინო და PCB ელექტრონიკის ორივე მხარეს ხრახნებისა და 3D დაბეჭდილი შუასადებების გამოყენებით.

შენიშვნა: დარწმუნდით, რომ გამორთეთ ჯუმპერი, სანამ არდუინოს თქვენს კომპიუტერს USB- ის საშუალებით დაუკავშირდებით. ამის უგულებელყოფამ შეიძლება გამოიწვიოს არდუინოს დაზიანება.

თუ გადაწყვეტთ, რომ არ გამოიყენოთ PCB და ნაცვლად გამოიყენეთ breadboard, აქ არის servo კავშირები:

• მარცხენა თეძო >> პინ 9
• მარჯვენა თეძო >> პინი 8
• მარცხენა მუხლი >> პინ 7
• მარჯვენა მუხლი >> პინ 6
• მარცხენა ფეხი >> pin 5
• მარჯვენა ფეხი >> პინ 4

თუ თქვენ მაინც გადაწყვეტთ PCB- ს მიჰყევით იმავე წესს, როგორც ზემოთ, PCB– ის პორტების გამოყენებით მარჯვნიდან მარცხნივ, IMU პორტი კი ზემოთ. გამოიყენეთ ჩვეულებრივი მამრობითი და მდედრობითი მხტუნავები, რათა დააკავშიროთ PCB არდუინოს ზემოთ მითითებული პინ ნომრების გამოყენებით. დარწმუნდით, რომ ასევე დააკავშირეთ გრუნტის პინი და შექმენით იგივე პოტენციალი და Vin pin, როდესაც გადაწყვეტთ მის გაშვებას USB დენის გარეშე.

ნაბიჯი 9: სხეულის შეკრება

მას შემდეგ რაც ორი ფეხი და ელექტრონიკა შეიკრიბება, შეაერთეთ ისინი რობოტის სხეულის ასაშენებლად. გამოიყენეთ ხიდის ნაჭერი ორი ფეხის ერთმანეთთან დასაკავშირებლად. გამოიყენეთ იგივე სამონტაჟო ხვრელები ბარძაყის სერვო დამჭერზე და თხილი და ჭანჭიკები, რომლებიც იკავებენ სერვო ძრავას. დაბოლოს, დააკავშირეთ ელექტრონიკის მთა ხიდთან. დაალაგეთ ხვრელები ხიდზე და ელექტრონიკის მთაზე და გამოიყენეთ M4 კაკალი და ჭანჭიკები სახსრის გასაკეთებლად.

დახმარებისთვის მიმართეთ თანდართულ სურათებს. ამით თქვენ დაასრულეთ რობოტის აპარატურის აგება. შემდეგი, მოდით გადავიდეთ პროგრამულ უზრუნველყოფაზე და გავაცოცხლოთ რობოტი.

ნაბიჯი 10: საწყისი დაყენება

ამ პროექტის მშენებლობისას მე შევამჩნიე ის, რომ სერვო ძრავები და რქები არ არის საჭირო სრულყოფილად გასწორდეს, რათა შედარებით პარალელურად დარჩეს. ამიტომაა, რომ თითოეული სერვო ძრავის "ცენტრალური პოზიცია" ხელით უნდა იყოს მორგებული ფეხებთან გასწორების მიზნით. ამის მისაღწევად ამოიღეთ სერვო რქები თითოეული სერვოდან და გაუშვით initial_setup.ino ესკიზი. მას შემდეგ, რაც ძრავები ცენტრალურ პოზიციაში მოექცევიან, ისევ მიამაგრეთ რქები ისე, რომ ფეხები იდეალურად სწორი იყოს და ფეხი იდეალურად პარალელურად მიწასთან. თუ ეს ასეა, თქვენ იღბლიანი ხართ. თუ არ გახსნით constants.h ფაილს, რომელიც მდებარეობს მიმდებარე ჩანართზე და შეცვალეთ servo offset მნიშვნელობები (სტრიქონები 1-6) სანამ ფეხები სრულყოფილად გასწორდება და ფეხი ბრტყელი გახდება. ითამაშეთ ღირებულებებით და თქვენ მიიღებთ წარმოდგენას იმაზე, თუ რა არის საჭირო თქვენს შემთხვევაში.

მას შემდეგ, რაც მუდმივები დადგენილია, გაითვალისწინეთ ეს მნიშვნელობები, რადგან ისინი მოგვიანებით იქნება საჭირო.

დახმარებისთვის მიმართეთ სურათებს.

ნაბიჯი 11: ცოტა რამ კინემატიკის შესახებ

იმისათვის, რომ ორმხრივმა შეასრულოს სასარგებლო ქმედებები, როგორიცაა სირბილი და სიარული, სხვადასხვა გასასვლელები უნდა იყოს დაპროგრამებული მოძრაობის ბილიკების სახით. მოძრაობის ბილიკები არის ბილიკები, რომელთა გასწვრივ მიდის საბოლოო ეფექტორი (ამ შემთხვევაში ფეხები). ამის მისაღწევად ორი გზა არსებობს:

1. ერთი მიდგომა იქნება სხვადასხვა ძრავების ერთობლივი კუთხეების უხეში ძალის მიწოდება. ეს მიდგომა შეიძლება იყოს შრომატევადი, დამღლელი და ასევე სავსე შეცდომებით, ვინაიდან განაჩენი მხოლოდ ვიზუალურია. სამაგიეროდ, არსებობს სასურველი შედეგის მისაღწევად უფრო ჭკვიანი გზა.
2. მეორე მიდგომა ტრიალებს საბოლოო ეფექტის კოორდინატების კვებაზე, ერთობლივი ყველა კუთხის ნაცვლად. ეს არის ის, რაც ცნობილია როგორც ინვერსიული კინემატიკა. მომხმარებლის შეყვანის კოორდინატები და ერთობლივი კუთხეები მორგებულია საბოლოო ეფექტის პოზიციონირებისათვის მითითებულ კოორდინატებზე. ეს მეთოდი შეიძლება ჩაითვალოს შავ ყუთად, რომელიც იღებს შეყვანის კოორდინატს და გამოაქვს ერთობლივი კუთხეები. მათთვის, ვინც დაინტერესებულია, თუ როგორ შეიქმნა ამ შავი ყუთის ტრიგონომეტრიული განტოლებები, შეუძლიათ შეხედონ ზემოთ მოცემულ დიაგრამას. მათთვის, ვინც არ არის დაინტერესებული, განტოლებები უკვე დაპროგრამებულია და მათი გამოყენება შესაძლებელია pos ფუნქციის გამოყენებით, რომელიც იღებს შეყვანისას x, z და გამოდის ძრავების შესაბამისი სამი კუთხით.

ამ ფუნქციების შემცველი პროგრამა შეგიძლიათ იხილოთ შემდეგ საფეხურზე.

ნაბიჯი 12: არდუინოს დაპროგრამება

Arduino– ს დაპროგრამებამდე საჭიროა მცირე ცვლილებები შეიტანოს ფაილში. გახსოვთ მუდმივები, რომლებიც მე გთხოვეთ ჩანაწერის ამოღება? შეცვალეთ ერთი და იგივე მუდმივები იმ მნიშვნელობებზე, რომლებიც თქვენ განსაზღვრეთ constants.h ფაილში.

შენიშვნა: თუ თქვენ იყენებთ ამ ინსტრუქციაში მოცემულ დიზაინს, თქვენ შესაცვლელი არაფერი გაქვთ. იმ შემთხვევაში, თუ ზოგიერთ თქვენგანს აქვს საკუთარი დიზაინი, თქვენ უნდა შეცვალოთ კიდევ რამდენიმე მნიშვნელობა ოფსეტურებთან ერთად. მუდმივი l1 ზომავს მანძილს ბარძაყის ღერძსა და მუხლის ბრუნვას შორის. მუდმივი l2 ზომავს მანძილს მუხლის მობრუნებასა და ტერფის ბრუნვას შორის. ასე რომ, თუ თქვენ შექმენით თქვენი საკუთარი მოდელი, გაზომეთ ეს სიგრძე და შეცვალეთ მუდმივები. ბოლო ორი მუდმივი გამოიყენება გასასვლელებისთვის. StepClearance მუდმივი ზომავს რამდენად მაღლა აიწევს ფეხი წინ წამოსვლისას და ნაბიჯი სიმაღლის მუდმივი ზომავს სიმაღლეს მიწიდან ბარძაყისკენ მისი ნაბიჯების გადადგმისას.

მას შემდეგ რაც ყველა მუდმივი შეიცვლება თქვენი მოთხოვნილების შესაბამისად, შეგიძლიათ ატვირთოთ ძირითადი პროგრამა. მთავარი პროგრამა უბრალოდ იწყებს რობოტს სასიარულო პოზიციაში და იწყებს წინ გადადგმულ ნაბიჯებს. ფუნქციები შეიძლება შეიცვალოს თქვენი საჭიროების შესაბამისად, შეისწავლოთ სხვადასხვა ნაბიჯები, სიჩქარე და ნაბიჯის სიგრძე, რათა ნახოთ რა მუშაობს საუკეთესოდ.

ნაბიჯი 13: საბოლოო შედეგები: ექსპერიმენტის დრო

ორფეხა შეიძლება გადადგას ნაბიჯები, რომლებიც მერყეობს 10 -დან 2 სმ სიგრძემდე, გადაბრუნების გარეშე. სიჩქარეც შეიძლება შეიცვალოს, ხოლო სიარული დაბალანსებულია. ეს ორფეხა არდუინოს ძალასთან ერთად იძლევა მძლავრ პლატფორმას ექსპერიმენტების ჩასატარებლად სხვადასხვა სხვა გასვლით და სხვა მიზნებით, როგორიცაა ხტუნვა ან ბალანსირება ბურთის დარტყმისას. მე გირჩევთ, სცადოთ შეცვალოთ ფეხების მოძრაობის ბილიკები, რომ შექმნათ თქვენი საკუთარი გასეირნება და აღმოაჩინოთ, თუ როგორ აისახება სხვადასხვა სიარული რობოტის მუშაობაზე. სენსორები, როგორიცაა IMU და მანძილის სენსორი, შეიძლება დაემატოს სისტემას მისი ფუნქციონირების გასაზრდელად, ხოლო ძალის სენსორები შეიძლება დაემატოს ფეხებს, რათა ექსპერიმენტი ჩაუტარდეს არათანაბარ ზედაპირებზე დინამიურ მოძრაობას.

ვიმედოვნებ, რომ მოგეწონათ ეს ინსტრუქცია და არის საკმარისი შთაგონება საკუთარი თავის შესაქმნელად. თუ მოგეწონათ პროექტი, მხარი დაუჭირეთ მას "არდუინოს კონკურსში" ხმის მიცემით.

ბედნიერი დამზადება!

პირველი პრიზი არდუინოს კონკურსში 2020