Arduino Kudhibitiwa Robotic Biped: 13 Hatua (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:49

Miradi ya Fusion 360 »

Siku zote nimevutiwa na roboti, haswa aina inayojaribu kuiga matendo ya wanadamu. Nia hii iliniongoza kujaribu kubuni na kukuza boti iliyopigwa ambayo inaweza kuiga kutembea kwa binadamu na kukimbia. Katika Agizo hili, nitakuonyesha muundo na mkusanyiko wa roboti iliyokatwa.

Lengo la msingi wakati wa kujenga mradi huu ilikuwa kuufanya mfumo uwe thabiti iwezekanavyo ili kwamba wakati wa kujaribu majaribio kadhaa ya kutembea na kukimbia, singekuwa na wasiwasi kila wakati juu ya vifaa kutofaulu. Hii iliniruhusu kusukuma vifaa hadi kikomo chake. Lengo la sekondari lilikuwa kufanya biped ya gharama nafuu kutumia sehemu za kupendeza zinazopatikana kwa urahisi na uchapishaji wa 3D unaacha chumba cha kuboreshwa zaidi na upanuzi. Malengo haya mawili kwa pamoja yanatoa msingi thabiti wa kufanya majaribio anuwai, ikiruhusu moja kukuza biped kwa mahitaji maalum zaidi.

Fuata kuunda Arduino yako mwenyewe inayodhibitiwa Robotic Biped na uangalie kura kwenye "Shindano la Arduino" ikiwa ulipenda mradi huo.

Hatua ya 1: Mchakato wa Kubuni

Miguu ya kibinadamu iliundwa kwa uhuru wa Autodesk kutumia programu ya uundaji wa Fusion 360 3d. Nilianza kwa kuingiza motors za servo kwenye muundo na kujenga miguu karibu nao. Nilitengeneza mabano kwa servo motor ambayo hutoa nukta ya pili ya pivot kinyume kabisa na shimoni la servo motor. Kuwa na shafts mbili pande zote za gari kunatoa utulivu wa muundo kwa muundo na huondoa skewing yoyote ambayo inaweza kutokea wakati miguu imetengenezwa kuchukua mzigo. Viungo viliundwa kushikilia kuzaa wakati mabano yalitumia bolt kwa shimoni. Mara tu viungo vilipowekwa kwenye shafts kwa kutumia nati, kuzaa kunatoa nukta laini na thabiti kwa upande mwingine wa shimoni la servo.

Lengo lingine wakati wa kubuni biped ilikuwa kuweka mfano kuwa thabiti iwezekanavyo ili kutumia upeo wa torque inayotolewa na servo motors. Vipimo vya viungo vilifanywa kufikia mwendo mkubwa wakati wa kupunguza urefu wa jumla. Kuwafanya wafupi sana kungefanya mabano kugongane, kupunguza mwendo, na kuifanya kuwa ndefu sana kutatoa mwendo usiohitajika kwa watendaji. Mwishowe, nilibuni mwili wa roboti ambayo Arduino na vifaa vingine vya elektroniki vingepanda.

Kumbuka: Sehemu hizo zinajumuishwa katika moja ya hatua zifuatazo.

Hatua ya 2: Wajibu wa Arduino

Arduino Uno ilitumika katika mradi huu. Arduino alikuwa na jukumu la kuhesabu njia za mwendo wa viwango anuwai ambavyo vilijaribiwa na kuamuru watendaji kusonga kwa pembe sahihi kwa kasi sahihi ili kuunda mwendo mzuri wa kutembea. Arduino ni chaguo nzuri kwa miradi inayoendelea kwa sababu ya utofautishaji wake. Inatoa rundo la pini za IO na pia hutoa mwingiliano kama serial, I2C, na SPI kuwasiliana na wadhibiti wengine wadogo na sensorer. Arduino pia hutoa jukwaa nzuri la utaftaji wa haraka na upimaji na pia huwapa watengenezaji nafasi ya maboresho na upanuzi. Katika mradi huu, matoleo zaidi yatajumuisha Kitengo cha Upimaji wa Inertial kwa usindikaji wa mwendo kama vile kugundua kuanguka na upeanaji nguvu katika eneo lisilo na usawa na sensa ya kupima umbali ili kuzuia vizuizi.

IDE ya Arduino ilitumika kwa mradi huu. (Arduino pia hutoa IDE ya wavuti)

Kumbuka: Programu za roboti zinaweza kupakuliwa kutoka kwa moja ya hatua zifuatazo.

Hatua ya 3: Vifaa vinahitajika

Hapa kuna orodha ya vifaa vyote na sehemu zinazohitajika kutengeneza Arduino yako mwenyewe inayotumia Bipedal robot. Sehemu zote zinapaswa kupatikana kawaida na kupatikana kwa urahisi.

Elektroniki:

Arduino Uno x 1

Towerpro MG995 servo motor x 6

Perfboard (saizi sawa na Arduino)

Pini za kichwa cha Mwanamume na Mwanamke (karibu 20 ya kila moja)

Waya za Jumper (vipande 10)

MPU6050 IMU (hiari)

Utambuzi wa Ultrasonic (hiari)

Vifaa Vikuu:

Kuzaa Skateboard (8x19x7mm)

Karanga za M4 na bolts

Faili ya printa ya 3D (ikiwa haumiliki printa ya 3D, lazima kuwe na printa ya 3D katika nafasi ya kazi ya hapa au chapa zinaweza kufanywa mkondoni kwa bei rahisi kabisa)

Ukiondoa printa ya Arduino na 3D gharama ya jumla ya mradi huu ni $ 20.

Hatua ya 4: Sehemu zilizochapishwa za 3D

Sehemu zinazohitajika kwa mradi huu zilibidi kuwa iliyoundwa kwa hiari kwa hivyo printa ya 3D ilitumika kuzichapisha. Prints zilifanywa kwa ujazo wa 40%, 2 perimeters, nozzle 0.4mm, na urefu wa safu ya 0.1mm na PLA, rangi ya chaguo lako. Chini unaweza kupata orodha kamili ya sehemu na STL ili kuchapisha toleo lako mwenyewe.

Kumbuka: Kuanzia hapa sehemu zitatajwa kutumia majina kwenye orodha.

• mmiliki wa mguu wa servo x 1
• kioo kioo cha mmiliki wa mguu x 1
• mmiliki wa servo ya goti x 1
• kioo cha mmiliki wa servo x 1
• mmiliki wa mguu wa servo x 1
• kioo cha mmiliki wa mguu x 1
• kuzaa kiungo x 2
• kiungo cha pembe ya servo x 2
• kiungo cha mguu x 2
• daraja x 1
• elektroniki mlima x 1
• spacer ya umeme x 8 (hiari)
• nafasi ya pembe ya servo x 12 (hiari)

Kwa jumla, ukiondoa spacers, kuna sehemu 14. Wakati wote wa kuchapisha ni kama masaa 20.

Hatua ya 5: Kuandaa Mabano ya Servo

Sehemu zote zinapochapishwa unaweza kuanza kwa kuanzisha servos na mabano ya servo. Kwanza kushinikiza kwa kuzaa ndani ya mmiliki wa servo ya goti. Sawa inapaswa kuwa mbaya lakini ningependekeza kupaka mchanga ndani ya shimo kidogo badala ya kulazimisha kuzaa ambayo inaweza kuhatarisha sehemu hiyo. Kisha pitisha bolt M4 kupitia shimo na kaza kwa kutumia nati. Ifuatayo, shika kiunga cha mguu na ambatisha pembe ya servo ya duara kwa kutumia visu zilizotolewa. Ambatisha kiunga cha mguu kwa mmiliki wa servo ya goti ukitumia screws ambazo utatumia pia kuambatanisha motor ya servo. Hakikisha kuweka sawa motor ili shimoni iwe upande mmoja wa bolt uliyokuwa umeambatanisha hapo awali. Hatimaye salama servo na karanga zingine na bolts.

Fanya vivyo hivyo na mmiliki wa servo ya nyonga na mmiliki wa mguu wa servo. Na hii, unapaswa kuwa na servo motor tatu na mabano yao yanayofanana.

Kumbuka: Ninatoa maagizo ya kujenga mguu mmoja, mwingine umeonyeshwa tu.

Hatua ya 6: Kufanya Vipande vya Kiungo

Mara mabano yamekusanywa, anza kutengeneza viungo. Ili kutengeneza kiunganishi cha kuzaa, mchanga tena mchanga kidogo uso wa ndani wa mashimo ya shimo kisha sukuma kubeba ndani ya shimo pande zote mbili. Hakikisha kushinikiza kuzaa mpaka upande mmoja uweze. Ili kujenga kiunga cha pembe ya servo, shika pembe mbili za servo na mviringo uliyopewa. Weka pembe kwenye chapa ya 3D na uweke laini kwenye mashimo, kisha piga pembe kwenye uchapishaji wa 3D kwa kushikamana na screw kutoka upande wa kuchapisha 3D. Ninapendekeza utumie spacer ya pembe ya servo iliyochapishwa ya 3D kwa visu hizi. Mara viungo vikijengwa unaweza kuanza kukusanyika mguu.

Hatua ya 7: Kukusanya Miguu

Mara viungo na mabano vimekusanyika, unaweza kuzichanganya kujenga mguu wa roboti. Kwanza, tumia kiunga cha pembe ya servo kushikamana na bracket ya servo ya nyonga na bracket ya goti ya servo pamoja. Kumbuka: Usisumbue pembe kwa servo bado kwani kuna hatua ya kusanidi katika hatua ifuatayo na itakuwa usumbufu ikiwa pembe hiyo ingeingizwa kwenye servo motor.

Kwenye upande wa pili weka kiunga cha kuzaa kwenye vifungo vinavyojitokeza kwa kutumia karanga. Mwishowe, ambatisha bracket ya mguu wa servo kwa kuingiza bolt inayojitokeza kupitia kuzaa kwa mmiliki wa servo ya goti. Na rekebisha shimoni ya servo kwenye pembe ya servo iliyounganishwa na mmiliki wa servo ya goti upande mwingine. Hii inaweza kuwa kazi ngumu na ningependekeza mikono miwili ya pili kwa hili.

Rudia hatua kwa mguu mwingine. Tumia picha zilizoambatishwa kwa kila hatua kama kumbukumbu.

Hatua ya 8: PCB Maalum na Wiring

Hii ni hatua ya hiari. Ili kutengeneza wiring nadhifu niliamua kutengeneza PCB ya kawaida kwa kutumia bodi ya manukato na pini za kichwa. PCB ina bandari za kuunganisha moja kwa moja waya za servo. Kwa kuongezea, pia niliacha bandari za ziada ikiwa ningetaka kupanua na kuongeza sensorer zingine kama Vipimo vya Upimaji wa Inertial au sensorer za umbali wa ultrasonic. Pia ina bandari ya chanzo cha nguvu cha nje kinachohitajika kuwezesha motors za servo. Uunganisho wa jumper hutumiwa kubadili kati ya USB na nguvu ya nje kwa Arduino. Panda Arduino na PCB kwa upande wowote wa mlima wa umeme ukitumia visu na spacers zilizochapishwa za 3D.

Kumbuka: Hakikisha unatoa jumper kabla ya kuunganisha Arduino kwenye kompyuta yako kupitia USB. Kutofanya hivyo kunaweza kusababisha uharibifu wa Arduino.

Ikiwa unaamua kutotumia PCB na badala yake utumie ubao wa mkate hapa kuna unganisho la servo:

• Kiboko cha kushoto >> pini 9
• Kiboko cha kulia >> pini 8
• Goti la kushoto >> pini 7
• Goti la kulia >> pini 6
• Mguu wa kushoto >> pini 5
• Mguu wa kulia >> pini 4

Ukiamua kuifanya PCB ifuate utaratibu sawa na hapo juu kwa kutumia bandari kwenye PCB kutoka kulia kwenda kushoto na bandari ya IMU inatazama juu. Na tumia waya za kuruka za kiume na za kike kuunganisha PCB na Arduino kwa kutumia nambari za pini hapo juu. Hakikisha pia unganisha pini ya ardhi na uunda uwezo sawa wa ardhi na pini ya Vin wakati unapoamua kuiendesha bila nguvu ya USB.

Hatua ya 9: Kukusanya Mwili

Mara miguu miwili na vifaa vya elektroniki vimekusanyika, unganisha pamoja kujenga mwili wa roboti. Tumia kipande cha daraja kuunganisha miguu miwili pamoja. Tumia mashimo sawa juu ya mmiliki wa servo ya nyonga na karanga na bolts ambazo zinashikilia servo motor. Mwishowe, unganisha mlima wa umeme kwenye daraja. Panga mashimo kwenye daraja na mlima wa umeme na tumia karanga za M4 na bolts kutengeneza pamoja.

Rejea picha zilizoambatishwa kwa msaada. Na hii, umekamilisha ujenzi wa vifaa vya robot. Ifuatayo, wacha tuingie kwenye programu hiyo na tumletee roboti uhai.

Hatua ya 10: Usanidi wa ndani

Kile nilichogundua wakati wa kujenga mradi huu ni kwamba motors za servo na pembe hazihitaji kujipanga vizuri kukaa sawa. Hii ndio sababu "nafasi kuu" ya kila servo motor inapaswa kurekebishwa kwa mikono ili kuendana na miguu. Ili kufanikisha hili ondoa pembe za servo kutoka kwa kila servo na uanze mchoro wa mwanzo_setup.ino. Mara tu motors zilipokaa katika nafasi yao ya kati pachika pembe vile kwamba miguu iko sawa kabisa na mguu unalingana kabisa na ardhi. Ikiwa ndio kesi una bahati. Ikiwa haifunguli faili ya constants.h iliyopatikana kwenye kichupo kilicho karibu na urekebishe maadili ya kukabiliana na servo (mistari 1-6) mpaka miguu iko sawa na mguu uko gorofa. Cheza karibu na maadili na utapata wazo juu ya kile kinachohitajika kwako.

Mara tu vifungo vimewekwa, kumbuka maadili haya kama yatakavyohitajika baadaye.

Rejea picha kwa msaada.

Hatua ya 11: Kidogo Kuhusu Kinematics

Kufanya biped kutekeleza vitendo muhimu kama vile kukimbia na kutembea viwango anuwai vinahitaji kusanidiwa kwa njia ya njia za mwendo. Njia za mwendo ni njia ambazo athari ya mwisho (miguu katika kesi hii) husafiri. Kuna njia mbili za kufanikisha hili:

1. Njia moja itakuwa kulisha pembe za pamoja za motors anuwai kwa njia ya nguvu. Njia hii inaweza kuwa ya kuchukua muda, ya kuchosha, na pia kujazwa na makosa kwani hukumu ni ya kuona tu. Badala yake, kuna njia nzuri ya kufikia matokeo unayotaka.
2. Njia ya pili inazunguka kulisha kuratibu za athari ya mwisho badala ya pembe zote za pamoja. Hii ndio inayojulikana kama Kinematics Inverse. Pembejeo za mtumiaji huratibu na pembe za pamoja hurekebisha nafasi ya athari ya mwisho kwenye kuratibu zilizotajwa. Njia hii inaweza kuzingatiwa kama sanduku nyeusi ambayo inachukua kama pembejeo kuratibu na kutoa pembe za pamoja. Kwa wale ambao wanavutiwa na jinsi hesabu za trigonometri za sanduku hili jeusi zilivyotengenezwa wanaweza kutazama mchoro hapo juu. Kwa wale ambao hawapendi, hesabu tayari zimepangwa na zinaweza kutumiwa kutumia kazi ya pos ambayo inachukua kama pembejeo x, z na hutoa pembe tatu zinazolingana na motors.

Programu iliyo na kazi hizi inaweza kupatikana kwenye hatua inayofuata.

Hatua ya 12: Kupanga Arduino

Kabla ya kupanga Arduino, marekebisho kidogo yanahitajika kufanywa kwa faili. Kumbuka ukumbusho ambao nilikuwa nimekuuliza uondoe noti? Rekebisha msimamo sawa na maadili uliyoweka kwenye faili ya constants.h.

Kumbuka: Ikiwa umetumia miundo iliyotolewa katika Maagizo haya, huna cha kubadilisha. Ikiwa kuna wengine ambao wameunda miundo yao wenyewe itabidi ubadilishe maadili kadhaa zaidi pamoja na malipo. L1 ya mara kwa mara hupima umbali kati ya pivot ya hip na pivot ya magoti. L2 ya mara kwa mara hupima umbali kati ya pivot ya goti na pivot ya kifundo cha mguu. Kwa hivyo ikiwa umeunda mfano wako mwenyewe, pima urefu huu, na urekebishe msimamo. Vipimo viwili vya mwisho hutumiwa kwa viwango. Uwazi mara kwa mara hupima jinsi mguu utainua juu wakati unakuja mbele baada ya hatua na urefu wa urefu hupima urefu kutoka ardhini hadi kwenye nyonga wakati unachukua hatua.

Mara tu mabadiliko yote yanapobadilishwa kulingana na hitaji lako, unaweza kupakia programu kuu. Programu kuu inaanzisha tu roboti katika msimamo wa kutembea na kuanza kuchukua hatua mbele. Kazi zinaweza kubadilishwa kulingana na hitaji lako la kuchunguza viwango, kasi na urefu wa hatua ili kuona ni nini kinachofanya kazi vizuri.

Hatua ya 13: Matokeo ya Mwisho: Wakati wa Jaribio

Biped inaweza kuchukua hatua ambazo hutofautiana kutoka cm 10 hadi 2 kwa muda mrefu bila kugonga. Kasi pia inaweza kutofautiana wakati wa kuweka usawa wa usawa. Biped hii pamoja na nguvu ya Arduino hutoa jukwaa dhabiti la kujaribu majaribio mengine na malengo mengine kama kuruka au kusawazisha wakati unapiga mpira. Napenda kukupendekeza ujaribu kubadilisha njia za mwendo za miguu ili kuunda viwango vyako mwenyewe na kugundua jinsi viwango anuwai vinavyoathiri utendaji wa roboti. Sensorer kama IMU na sensor ya umbali inaweza kuongezwa kwenye mfumo ili kuongeza utendaji wake wakati sensorer za nguvu zinaweza kuongezwa kwa miguu kujaribu majaribio ya nguvu kwenye nyuso zisizo sawa.

Natumahi ulifurahiya Agizo hili na ni ya kutosha kwa msukumo wa kujenga yako mwenyewe. Ikiwa ulipenda mradi huo uunge mkono kwa kuacha kura kwenye Mashindano ya "Arduino".

Kufanya Kufurahi!

Tuzo ya Kwanza katika Mashindano ya Arduino 2020