GorillaBot, le robot quadrupède autonome Arduino imprimé en 3D : 9 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Chaque année à Toulouse (France) il y a la Toulouse Robot Race #TRR2021

La course consiste en un sprint autonome de 10 mètres pour robots bipèdes et quadrupèdes.

Le record actuel que je recueille pour les quadrupèdes est de 42 secondes pour un sprint de 10 mètres.

Donc, dans cet esprit, j'ai dû élaborer un plan de conception d'un robot qui, selon moi, pourrait le battre afin de devenir le nouveau champion en titre !!!

Cherchant un peu d'inspiration auprès d'un autre membre d'Instructables "jegatheesan.soundarapandian" et vainqueur de l'année dernière de la Toulouse Robot Race "Oracid 1" qui semblent tous deux aimer concevoir et partager des tutoriels sur la façon de construire des quadrupèdes. J'ai commencé à copier le design et à le rendre un peu plus grand !

La conception est basée sur un mécanisme de liaison à cinq barres pour chaque jambe. 2 servos alimentent chaque jambe pour un total de 8 servos.

Les règles stipulent qu'en dehors du signal de départ, toute la course doit être effectuée par le robot de manière autonome, j'ai donc dû concevoir un système léger pour garder le robot sur la bonne voie. il pourrait rester fidèle à son orientation, un capteur à ultrasons HC-SR04 au cas où le robot se tromperait vraiment et commencerait à frapper le mur à un angle de 90 degrés et j'ai juste utilisé un compteur de pas dans le code pour lui dire combien de pas il devrait faire pour 10 mètres.

Au cas où vous souhaiteriez construire ce robot, ne vous inquiétez pas, ce singe a tout pensé !

Corps imprimable en 3D sans assistance à 100%:

Tout à part l'électronique et les vis pour fixer l'électronique sont imprimables en 3D, les mêmes petites vis cruciformes sont les seules utilisées, tout ce dont vous aurez besoin est un petit tournevis cruciforme pour assembler le robot

Electronique plug and play facile:

aucune soudure complexe requise

Temps d'impression raisonnable:

Il a peut-être l'air grand et imposant mais il n'est qu'une empreinte de 15 heures (ok beaucoup pour certains:D)

Exigences raisonnables en matière de volume de construction:

Il peut être imprimé sur une imprimante relativement petite nécessitant un volume de construction de seulement L:150mm x W:150mm x H:25mm

Coût total du robot:

Le robot à lui seul coûte environ 75$ pour construire le chargeur inclus

Un contrôleur imprimé en 3D (facultatif) est requis si vous souhaitez la même configuration que moi.

ATTENTION:

L'alimentation 5V 3A que j'ai utilisée n'est pas la meilleure solution car pour que ce robot marche, les 8 servos doivent fonctionner simultanément et donc ils consomment beaucoup de courant ne vous inquiétez pas je n'ai pas eu le robot s'enflammer ou quoi que ce soit mais attendez-vous à ce que le transistor de puissance chauffe un peu. Je ne recommanderais pas d'utiliser le robot pendant plus de 2 minutes à la fois en le laissant refroidir entre les exécutions pour éviter tout dommage indésirable au bouclier du servo.

Si l'un d'entre vous a une solution à ce problème, votre contribution serait grandement appréciée !

Fournitures

FOURNITURES POUR LE ROBOT:

• 8x servos analogiques à 180 degrés Tower Pro MG90S (Aliexpress/Amazon)
• 1x carte de servocommande sans fil Sunfounder (Sunfounder Store/RobotShop)
• 1x Arduino NANO (Aliexpress/Amazon)
• 1x module émetteur-récepteur NRF24L01 (vous n'en avez pas besoin si vous n'utilisez pas le contrôleur) (Aliexpress/Amazon)
• 1x magnétomètre (boussole numérique) QMC5883L GY-273 (Aliexpress/Amazon)
• 1x capteur à ultrasons HC-SR04 (Aliexpress/Amazon)
• 2 piles Li-ion 18650 3,7 V (Aliexpress/Amazon)
• 1x 18650 double support de batterie avec interrupteur marche/arrêt (Aliexpress/Amazon)
• 1x 18650 chargeur de batterie Li-ion (Aliexpress/Amazon)
• 4x câbles de raccordement dupont femelle à femelle de 10 cm de long (Aliexpress/Amazon)
• 4x câbles de démarrage dupont femelle à femelle de 20 cm de long (Aliexpress/Amazon)
• 10x vis 2 mm x 8 mm (identiques aux vis d'un pack de servos) (Aliexpress/Amazon)

MANETTE:

Pour contrôler ce robot manuellement, vous aurez besoin du contrôleur Arduino imprimé en 3D (lien ici)

Le Robot peut également être purement autonome, le contrôleur n'est donc pas obligatoire.

PLASTIQUES:

Les pièces peuvent être imprimées en PLA ou PETG ou ABS.

!! Veuillez noter qu'une bobine de 500g est largement suffisante pour imprimer 1 Robot !!

IMPRIMANTE 3D:

Plate-forme de construction minimale requise: L150mm x W150mm x H25mm

N'importe quelle imprimante 3D fera l'affaire. J'ai personnellement imprimé les pièces sur la Creality Ender 3 qui est une imprimante 3D à bas prix à moins de 200$. Les impressions se sont parfaitement déroulées.

Étape 1: Impression 3D des pièces

Alors maintenant, c'est l'heure de l'impression… Oui !

J'ai conçu méticuleusement toutes les pièces à imprimer en 3D sans aucun support requis lors de l'impression.

Toutes les pièces sont disponibles en téléchargement sur thingiverse (lien ici)

Toutes les pièces ont été testées sur la Creality Ender 3

• Matériel: PETG
• Hauteur de la couche: 0,3 mm
• Remplissage: 15 %
• Diamètre de la buse: 0,4 mm

La liste des pièces est la suivante:

• 1x ÉLECTRONIQUE DE BASE
• 1x BASE ARRIÈRE
• 1x BASE AVANT
• 8x BROCHE CIRCULAIRE L1
• 4x BROCHE CIRCULAIRE L2
• 4x BROCHE CIRCULAIRE L3
• 4x BROCHE CIRCULAIRE L4
• 8x SERVO CUISSE
• 8x CUISSE
• 8x EXT. VEAU
• 8x INT VEAU
• 8x PIED
• 4x CLIP CARRÉ
• 44x CLIP CIRCULAIRE

Les fichiers sont disponibles sous forme de pièces individuelles et de pièces de groupe.

Pour une impression rapide, imprimez simplement chaque fichier GROUP.stl une fois.

Étape 2: Assemblage du corps de GorillaBot

Toutes les instructions de montage sont décrites dans la vidéo de montage ci-dessus:

1. Placer un PIN CIRCULAIRE L1 dans le trou du support de servo avant gauche BASE FRONT
2. Faites passer le câble de l'un des servos MG90S dans la fente du support de servo avant gauche BASE FRONT
3. Insérez le servo MG90S en place
4. Fixez le servo MG90S en place avec 2 vis (ne pas trop serrer car cela pourrait endommager la BASE)
5. Répétez le même processus pour les supports de servo BASE FRONT arrière gauche, avant droit et arrière droit
6. Répétez le même processus pour les supports de servos BASE BACK avant gauche, arrière gauche, avant droit et arrière droit
7. Fixez le support de batterie à la BASE ELECTRONICS avec 2 vis en diagonale ou 4 vis
8. Fixez la carte de servocommande sans fil à l'ÉLECTRONIQUE DE BASE avec 2 vis en diagonale ou 4 vis
9. Fixez l'émetteur-récepteur Arduino nano et NRF24L01 à la carte de servocommande sans fil
10. Faites glisser la BASE AVANT sur la BASE ELECTRONIQUE à travers les 2 trous carrés du port USB vers l'arrière
11. Fixez en place avec 2 CLIPS CARRÉS
12. Faites glisser la BASE BACK sur la BASE ELECTRONICS à travers les 2 trous carrés du port USB orientés vers l'arrière
13. Fixez en place avec 2 CLIPS CARRÉS
14. Fixez le magnétomètre à la BASE AVANT avec 2 vis
15. Clipsez le capteur à ultrasons sur la BASE AVANT
16. Guidez les câbles des servos vers la carte de servocommande sans fil comme indiqué

Étape 3: Branchement de l'électronique

Toutes les connexions sont représentées dans l'image ci-dessus:

1. Branchez les 4 câbles dupont de 20 cm sur les cartes de servocommande sans fil Broches à ultrasons
2. Branchez l'autre extrémité des 4 câbles dans le capteur à ultrasons (assurez-vous qu'ils sont dans le bon sens)
3. Branchez les 4 câbles dupont de 10 cm sur les cartes de servocommande sans fil Broches du magnétomètre
4. Branchez l'autre extrémité des 4 câbles dans le magnétomètre (assurez-vous qu'ils sont dans le bon sens)
5. Branchez tous les servos sur leurs broches dédiées dans la carte de servocommande sans fil
6. Vissez les fils VIN et GND de la batterie à la carte de servocommande sans fil pour assurer la polarité correcte

Étape 4: Assemblage des pattes du GorillaBot

Toutes les étapes de montage sont décrites dans la vidéo de montage ci-dessus:

1. Faites glisser 1 PIED sur 1 GOUPILLE CIRCULAIRE L4
2. Faites glisser l'extrémité la plus épaisse de 1 CALF EXT sur la CIRCULAR PIN L4 avec le côté qui dépasse du côté opposé au pied
3. Glissez 2 CALF INT sur la BROCHE CIRCULAIRE L4
4. Faites glisser l'extrémité la plus épaisse de 1 CALF EXT sur la CIRCULAR PIN L4 avec le côté qui dépasse vers le pied
5. Glissez 1 PIED sur la GOUPILLE CIRCULAIRE L4
6. Fixez en place avec 3 CLIPS CIRCULAIRES
7. Glissez 1 GOUPILLE CIRCULAIRE L3 à travers 1 de l'EXTRÉMITÉ DU VEAU assemblé
8. Glissez 1 SERVO DE CUISSE sur la BROCHE CIRCULAIRE L3 avec le côté qui dépasse vers l'EXTÉRIEUR DU MOLLET
9. Glissez 1 CUISSE sur la BROCHE CIRCULAIRE L3
10. Glissez la GOUPILLE CIRCULAIRE L3 à travers l'autre EXT.
11. Fixez en place avec 3 CLIPS CIRCULAIRES
12. Faites glisser 1 SERVO DE CUISSE sur 1 BROCHE CIRCULAIRE L2 avec le côté qui dépasse vers la tête de la BROCHE CIRCULAIRE L2
13. Glissez la GOUPILLE CIRCULAIRE L2 à travers les deux INTS DE VEAU assemblés
14. Faites glisser 1 CUISSE à travers la BROCHE CIRCULAIRE L2
15. Fixez en place avec 3 CLIPS CIRCULAIRES
16. Répétez tous les processus pour les 3 pattes restantes en gardant à l'esprit que lorsque les pattes sont assemblées au robot, les têtes des broches sont tournées vers l'extérieur et les EXTS DE VEAU sont devant les INTS DE VEAU, donc l'assemblage sera identique d'avant en arrière mais symétrique de gauche à droite.

Étape 5: Installation d'Arduino

GorillaBot utilise la programmation C++ pour fonctionner. Afin de télécharger des programmes sur GorillaBot, nous utiliserons l'IDE Arduino avec quelques autres bibliothèques qui doivent être installées dans l'IDE Arduino.

Installez Arduino IDE sur votre ordinateur: Arduino IDE (lien ici)

Afin d'installer les bibliothèques dans Arduino IDE, vous devez procéder comme suit avec toutes les bibliothèques dans les liens ci-dessous

1. Cliquez sur les liens ci-dessous (cela vous mènera à la page GitHub des bibliothèques)
2. Cliquez sur le bouton vert qui dit Code
3. Cliquez sur télécharger ZIP (le téléchargement devrait commencer dans votre navigateur Web)
4. Ouvrez le dossier de la bibliothèque téléchargée
5. Décompressez le dossier de la bibliothèque téléchargée
6. Copiez le dossier de la bibliothèque décompressé
7. Collez le dossier de la bibliothèque décompressé dans le dossier de la bibliothèque Arduino (C:\Documents\Arduino\libraries)

Bibliothèques:

• Bibliothèque Varspeedservo (lien ici)
• Bibliothèque QMC5883L (lien ici)
• Bibliothèque RF24 (lien ici)

Et voilà, vous devriez être prêt à partir. Afin de vous assurer que vous avez correctement configuré Arduino IDE, suivez les étapes suivantes

1. Téléchargez le code Arduino souhaité ci-dessous (GorillaBot Controller & Autonomous.ino)
2. Ouvrez-le dans Arduino IDE
3. Sélectionnez Outils:
4. Sélectionnez le tableau:
5. Sélectionnez Arduino Nano
6. Sélectionnez Outils:
7. Sélectionnez le processeur:
8. Sélectionnez ATmega328p ou ATmega328p (ancien chargeur de démarrage) en fonction de l'Arduino nano que vous avez acheté
9. Cliquez sur le bouton Vérifier (bouton à cocher) dans le coin supérieur gauche de l'IDE Arduino

Si tout se passe bien, vous devriez recevoir un message en bas indiquant Compilation terminée.

Étape 6: Téléchargement du code

Il est maintenant temps de télécharger le code dans le cerveau de GorillaBot, l'Arduino Nano.

1. Branchez l'Arduino Nano sur votre ordinateur via un câble USB
2. Cliquez sur le bouton de téléchargement (bouton flèche droite)

Si tout se passe bien, vous devriez recevoir un message en bas indiquant le téléchargement terminé.

Étape 7: Calibrage des servos

Afin d'assembler correctement les jambes, nous devons ramener les servos dans leur position de départ.

1. Insérez 2 batteries Li-ion dans le support de batterie
2. Allumez le robot et attendez 5 secondes que les servos atteignent leur position d'origine
3. Eteindre le robot

Étape 8: Assembler les jambes au corps

La connexion des jambes aux servos est assez simple, rappelez-vous simplement que le CALF EXT doit être placé devant le CALF INT lors de l'assemblage des têtes de broche tournées vers l'extérieur.

1. Faites glisser la CUISSE du côté EXTÉRIEUR DU VEAU de l'une des jambes sur la BROCHE CIRCULAIRE L1 sur le support de servo avant avant gauche
2. Fixez en place avec 1 CLIP CIRCULAIRE
3. Faites glisser le THIGH SERVO du côté CALF EXT de la même jambe sur la tête de servo sur le support de servo avant avant gauche (assurez-vous que le THIGH SERVO est à un angle de 90 degrés par rapport au corps)
4. Fixez le THIGH SERVO en place à un angle de 90 degrés par rapport au corps avec un palonnier de servo à un bras et une petite vis de servo
5. Répétez le même processus pour le support de servo avant arrière gauche avec le reste de la CUISSE et du SERVO CUISSE de cette jambe
6. Répétez tous les processus précédents pour les 3 jambes restantes

Étape 9: Prêt à courir !

Alors ça y est vous devriez être tous prêts à partir !!!

Mode manuel:

• Allumez le robot et le contrôleur et vérifiez que le robot marche correctement en utilisant les directions haut-bas gauche et droite du joystick.
• Appuyez sur le bouton bas et le robot devrait effectuer une petite danse

Si tout fonctionne bien les servos sont bien calibrés et vous pouvez maintenant essayer le mode autonome.

Mode autonome

Le mode Sprint autonome utilise le magnétomètre pour que le robot continue de fonctionner dans une direction constante sur 2,5 mètres. Vous pouvez programmer la position souhaitée et l'angle de correction souhaité à l'aide du contrôleur

1. Allumer le robot et le contrôleur
2. Déplacez le robot dans toutes les directions pour calibrer le magnétomètre pendant 5 secondes
3. Placez le robot au sol dans la position souhaitée dans laquelle vous souhaitez qu'il aille
4. Appuyez sur le bouton haut pour mémoriser ce cap
5. Tournez le robot de 30 à 45 degrés vers la gauche du cap souhaité
6. Appuyez sur le bouton gauche pour mémoriser cette position
7. Tournez le robot de 30 à 45 degrés vers la droite du cap souhaité
8. Appuyez sur le bouton droit pour mémoriser cette position
9. Remettez le robot dans la direction souhaitée
10. Appuyez sur le bouton du joystick pour démarrer le robot

Le robot courra dans une direction constante sur 2,5 mètres puis s'arrêtera et fera une danse de la victoire.

Mon robot a réussi à faire les 2,5 mètres en 7,5 secondes.

Ce qui me donne un temps théorique de 10 mètres en 30 secondes qui, espérons-le, sera suffisant pour me faire un bon temps à la Toulouse Robot Race

Souhaitez-moi bonne chance et pour ceux d'entre vous qui décident de construire ce robot, j'aimerais entendre vos commentaires et les améliorations potentielles que vous pensez pouvoir apporter !!!

Finaliste du concours Robots