Arachnoïde : 16 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Tout d'abord, nous tenons à vous remercier pour votre temps et votre considération. Mon partenaire Tio Marello et moi, Chase Leach, avons eu beaucoup de plaisir à travailler sur le projet et à surmonter les défis qu'il présentait. Nous sommes actuellement étudiants du Wilkes Barre Area School District S. T. E. M. Académie Je suis junior et Tio est en deuxième année. Notre projet, l'Arachnoïde est un robot quadrupède que nous avons fabriqué à l'aide d'une imprimante 3D, d'une planche à pain et d'une carte Arduino MEGA 2560 R3. L'objectif visé pour le projet était de créer un robot quadrupède marchant. Après beaucoup de travail et de tests, nous avons réussi à créer un robot quadrupède fonctionnel. Nous sommes ravis et reconnaissants de cette opportunité de vous présenter notre projet, l'Arachnoïde.

Étape 1: Matériaux

Les matériaux que nous avons utilisés pour le robot quadrupède comprenaient: l'imprimante 3D, la laveuse de matériel de support, des plateaux d'impression 3D, du matériel d'impression 3D, des pinces coupantes, une planche à pain, des supports de piles, un ordinateur, des piles AA, du ruban électrique, du scotch, une tour MG90S Pro Servo Motors, Crazy Glue, carte Arduino MEGA 2560 R3, câbles de raccordement, le logiciel Inventor 2018 et le logiciel Arduino IDE. Nous avons utilisé l'ordinateur pour exécuter le logiciel et l'imprimante 3D que nous avons utilisée. Nous avons utilisé le logiciel Inventor principalement pour concevoir les pièces, il n'est donc pas nécessaire pour quiconque de le faire à la maison car tous les fichiers de pièces que nous avons créés sont fournis sur cette instructable. Le logiciel Arduino IDE a été utilisé pour programmer le robot, ce qui est également inutile pour les personnes qui le fabriquent à la maison car nous avons également fourni le programme que nous utilisons. L'imprimante 3D, la rondelle de matériau de support, le matériau d'impression 3D et les plateaux d'impression 3D ont tous été utilisés pour le processus de fabrication des pièces qui composent l'arachnoïde. Nous avons utilisé les supports de piles, les piles AA, les câbles de démarrage, le ruban électrique et les coupe-fils ont été utilisés ensemble pour créer le bloc-piles. Les piles ont été placées dans les supports de piles et les pinces coupantes ont été utilisées pour couper l'extrémité des fils du bloc-piles et des câbles de raccordement afin qu'ils puissent être dénudés et torsadés ensemble, puis collés avec du ruban électrique. La maquette, les câbles de démarrage, la batterie et l'Ardiuno ont été utilisés pour créer un circuit qui alimentait les moteurs et les connectait aux broches de commande de l'Arduino. La Crazy Glue a été utilisée pour attacher les servomoteurs aux pièces du robot. La perceuse et les vis ont été utilisées pour le montage d'autres éléments du robot. Les vis doivent ressembler à celles de l'image fournie, mais la taille peut être basée sur le jugement. Le Scotch Tape et les Zip Ties étaient principalement utilisés pour la gestion des fils. En fin de compte, nous avons dépensé un total de 51,88 $ pour le matériel que nous n'avions pas avec nous.

Fournitures que nous avions sous la main

1. (Montant: 1) Imprimante 3D
2. (Quantité: 1) Laveuse de matériel de support
3. (Quantité: 5) Plateaux d'impression 3D
4. (Montant: 27,39 po^3) Matériel d'impression 3D
5. (Montant: 1) Coupe-fil
6. (Montant: 1) Forage
7. (Montant: 24) Vis
8. (Montant: 1) Planche à pain
9. (Montant: 4) Supports de batterie
10. (Montant: 1) Ordinateur
11. (Montant: 8) Piles AA
12. (Montant: 4) Attaches zippées
13. (Montant: 1) Ruban électrique
14. (Montant: 1) Scotch Tape

Fournitures que nous avons achetées

1. (Montant: 8) Servomoteurs MG90S Tower Pro (Coût total: 23,99 $)
2. (Montant: 2) Crazy Glue (Coût total: 7,98 $)
3. (Montant: 1) Carte Arduino MEGA 2560 R3 (Coût total: 12,95 $)
4. (Montant: 38) Fils de raccordement (Coût total: 6,96 $)

Logiciel requis

1. Inventeur 2018
2. Environnement de développement intégré Arduino

Étape 2: Heures consacrées à l'assemblage

Nous avons passé pas mal d'heures à la création de notre robot quadrupède, mais la plus grande partie du temps que nous avons utilisé a été consacrée à la programmation de l'Arachnoïde. Il nous a fallu environ 68 heures pour programmer le robot, 57 heures pour l'impression, 48 heures pour la conception, 40 heures pour l'assemblage et 20 heures pour les tests.

Étape 3: Applications STEM

Science

L'aspect scientifique de notre projet entre en jeu lors de la création du circuit qui a servi à alimenter les servomoteurs. Nous avons appliqué notre compréhension des circuits, plus précisément la propriété des circuits parallèles. Cette propriété est que les circuits parallèles fournissent la même tension à tous les composants du circuit.

La technologie

Notre utilisation de la technologie a été très importante tout au long du processus de conception, d'assemblage et de programmation de l'Arachnoïde. Nous avons utilisé le logiciel de conception assistée par ordinateur, Inventor, pour créer l'ensemble du robot quadrupède, y compris: le corps, la paupière, les cuisses et les mollets. Toutes les pièces conçues ont été imprimées à partir d'une imprimante 3D. Utilisation de l'Arduino I. D. E. logiciel, nous avons pu utiliser les moteurs Arduino et les servomoteurs pour faire marcher l'arachnoïde.

Ingénierie

L'aspect ingénierie de notre projet est le processus itératif utilisé pour concevoir les pièces réalisées pour le robot quadrupède. Nous avons dû réfléchir à des moyens de fixer les moteurs et d'héberger l'Arduino et la planche à pain. L'aspect programmation du projet nous a également demandé de réfléchir de manière créative aux solutions possibles aux problèmes que nous avons rencontrés. En fin de compte, la méthode que nous avons utilisée était efficace et nous a aidés à faire bouger le robot de la manière dont nous en avions besoin.

Mathématiques

L'aspect mathématique de notre projet est l'utilisation d'équations pour calculer la quantité de tension et de courant dont nous avions besoin pour alimenter le moteur, ce qui nécessitait l'application de la loi d'Ohm. Nous avons également utilisé les mathématiques pour calculer la taille de toutes les pièces individuelles créées pour le robot.

Étape 4: Couvercle de robot quadrupède de 2e itération

Le couvercle de l'arachnoïde a été conçu avec quatre chevilles au fond qui ont été dimensionnées et placées à l'intérieur des trous pratiqués sur le corps. Ces chevilles, avec l'aide de Crazy Glue, ont pu attacher le couvercle au corps du robot. Cette pièce a été créée pour aider à protéger l'Ardiuno et donner au robot un aspect plus fini. Nous avons décidé d'aller de l'avant avec la conception actuelle, mais elle avait subi deux itérations de conception avant que celle-ci ne soit choisie.

Étape 5: Corps de robot quadrupède de 2e itération

Cette partie a été créée pour abriter les quatre moteurs utilisés pour déplacer les parties des cuisses, l'Arduino et la planche à pain. Les compartiments sur les côtés du corps ont été plus grands que les moteurs que nous utilisons actuellement pour le projet qui a été réalisé en pensant à la partie entretoise. Cette conception a finalement permis une dispersion adéquate de la chaleur et a permis de fixer les moteurs à l'aide de vis sans endommager le corps, ce qui prendrait beaucoup plus de temps à réimprimer. Les trous à l'avant et l'absence de mur à l'arrière du corps ont été délibérément faits pour que les fils puissent être passés dans l'Arduino et la planche à pain. L'espace au milieu du corps a été conçu pour loger l'Arduino, la planche à pain et les batteries. Il y a également quatre trous conçus dans le bas de la pièce spécialement conçus pour que les fils des servomoteurs passent à travers et dans le l'arrière du robot. Cette pièce est l'une des plus importantes car elle sert de base pour laquelle toutes les autres pièces ont été conçues. Nous avons effectué deux itérations avant de choisir celle qui s'affiche.

Étape 6: Entretoise de servomoteur de 2e itération

L'entretoise du servomoteur a été conçue spécifiquement pour les compartiments sur les côtés du corps de l'arachnoïde. Ces entretoises ont été conçues avec l'idée à l'esprit que tout perçage dans le côté du corps pourrait potentiellement être dangereux et nous faire perdre du temps et du matériel à réimprimer la plus grande partie. C'est pourquoi nous avons plutôt opté pour l'entretoise qui a non seulement résolu ce problème, mais nous a également permis de créer un espace plus grand pour les moteurs, ce qui permet d'éviter la surchauffe. L'entretoise a subi deux itérations. L'idée originale comprenait: deux parois minces de chaque côté reliées à une deuxième entretoise. Cette idée a été abandonnée parce que nous pensions qu'il serait plus facile de percer chaque côté séparément, donc si l'un était endommagé, l'autre n'aurait pas besoin d'être également jeté. Nous avons imprimé 8 de ces pièces ce qui était suffisant pour coller en haut et en bas du compartiment moteur sur la carrosserie. Nous avons ensuite utilisé une perceuse centrée sur le côté long de la pièce pour créer un trou pilote qui a ensuite été utilisé pour une vis de chaque côté du moteur pour le montage.

Étape 7: Partie de cuisse de jambe de robot quadrupède de 2e itération

Cette partie est la cuisse ou la moitié supérieure de la jambe du robot. Il a été conçu avec un trou à l'intérieur de la pièce spécialement conçue pour l'armature fournie avec le moteur qui a été modifiée pour notre robot. Nous avons également ajouté une fente au bas de la pièce qui a été conçue pour le moteur qui serait utilisée pour déplacer la moitié inférieure de la jambe. Cette partie gère la majorité des mouvements majeurs de la jambe. L'itération actuelle de cette partie que nous utilisons est la seconde car la première avait une conception plus volumineuse que nous avons décidée inutile.

Étape 8: 5ème itération de l'articulation du genou du robot quadrupède

L'articulation du genou était l'une des parties les plus délicates à concevoir. Il a fallu plusieurs calculs et tests, mais la conception actuelle montrée fonctionne assez bien. Cette pièce a été conçue pour faire le tour du moteur afin de transférer efficacement le mouvement du moteur au mouvement sur le mollet ou le bas de la jambe. Il a fallu cinq itérations de conception et de refonte pour créer, mais la forme spécifique qui a été créée autour des trous a maximisé les degrés de mouvement possibles sans perdre la force dont nous avions besoin. Nous avons également fixé les moteurs en utilisant plus d'armatures qui s'insèrent dans les trous sur les côtés et s'adaptent parfaitement au moteur, ce qui nous permet d'utiliser des vis pour le maintenir en place. Le trou pilote sur le bas de la pièce a permis d'éviter le perçage et les dommages possibles.

Étape 9: 3e itération du robot quadrupède jambe mollet

La seconde moitié de la jambe du robot a été créée de telle manière que, quelle que soit la façon dont le robot pose son pied, il conserve toujours la même traction. C'est grâce à la conception semi-circulaire du pied et au coussin en mousse que nous avons coupé et collé au fond. Il sert finalement bien son objectif qui permet au robot de toucher le sol et de marcher. Nous avons effectué trois itérations avec cette conception, qui impliquaient principalement des modifications de la longueur et de la conception du pied.

Étape 10: Téléchargements des fichiers Parts Inventor

Ces fichiers proviennent d'Inventor. Ce sont spécifiquement des fichiers de pièces pour toutes les pièces finies que nous avons conçues pour ce projet.

Étape 11: Assemblage

La vidéo que nous avons fournie explique comment nous avons assemblé l'arachnoïde, mais un point qui n'y était pas mentionné est que vous devrez retirer le support en plastique des deux côtés du moteur en le coupant et en le ponçant là où il se trouvait.. Les autres photos fournies sont prises lors du montage.

Étape 12: Programmation

Le langage de programmation arduiono est basé sur le langage de programmation C. À l'intérieur de l'éditeur de code Arduino, il nous donne deux fonctions.

• void setup(): tout le code à l'intérieur de cette fonction s'exécute une fois au début
• void loop(): Le code à l'intérieur de la fonction boucle sans fin.

Vérifiez ci-dessous en cliquant sur le lien orange pour voir plus d'informations sur le code !

C'est le code pour marcher

#comprendre

classServoManager{

Publique:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo ArrièreDroiteCuisse;

Servo BackRightKnee;

Servo FrontGaucheCuisse;

Servo AvantGaucheKnee;

Servo BackGaucheCuisse;

Servo BackGaucheKnee;

void setup(){

FrontRightThigh.attach(2);

BackRightThigh.attach(3);

FrontLeftThigh.attach(4);

BackGaucheCuisse.attach(5);

AvantRightKnee.attach(8);

BackRightKnee.attach(9);

AvantGaucheKnee.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);

}

};

Gestionnaire de ServoManager;

void setup(){

Manager.setup();

}

boucle vide(){

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

retard(1000);

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

retard (5000);

Manager.writeLegs(90, 60, 110, 90, 90+30, 90-65, 90-30, 90+35);

retard(1000);

Manager.writeLegs(70, 60, 110, 90, 90+30, 90-65, 90-30, 90+35);

retard(1000);

Manager.writeLegs(70, 60, 110, 120, 90+30, 90-65, 90-30, 90+35);

retard(1000);

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

retard(1000);

}

voir rawQuad.ino hébergé avec ❤ par GitHub

Étape 13: Tester

Les vidéos que nous avons ajoutées ici montrent que nous testons l'arachnoïde. Les points où vous le voyez marcher sont un peu courts mais nous pensons que cela devrait vous donner une idée de la façon dont la marche du robot quadrupède a été effectuée. Vers la fin de notre projet, nous l'avons fait marcher, mais assez lentement, notre objectif a donc été atteint. Les vidéos précédentes montrent que nous testons les moteurs que nous avons attachés à la partie supérieure de la jambe.

Étape 14: Pendant le processus de conception et d'impression

Les vidéos que nous avons ajoutées ici sont principalement des contrôles de progression tout au long du processus de conception et d'impression des pièces que nous avons réalisées.

Étape 15: Améliorations possibles

Nous avons pris le temps de réfléchir à la façon dont nous avancerions avec l'Arachnoïde si nous avions plus de temps avec lui et nous avons proposé quelques idées. Nous chercherions une meilleure façon d'alimenter l'Arachnoïde, notamment: trouver une meilleure batterie plus légère qui pourrait être rechargée. Nous chercherions également un meilleur moyen de fixer les servomoteurs à la moitié supérieure de la jambe que nous avons conçue en redessinant la pièce que nous avons créée. Une autre considération que nous avons faite est de fixer une caméra au robot afin qu'il puisse être utilisé pour entrer dans des zones autrement inaccessibles aux personnes. Toutes ces considérations nous étaient venues à l'esprit lors de la conception et de l'assemblage du robot, mais nous n'avons pas pu les poursuivre en raison de contraintes de temps.

Étape 16: Conception finale

En fin de compte, nous sommes assez satisfaits du résultat final de notre conception et espérons que vous ressentirez la même chose. Merci pour votre temps et votre considération.