Araignée en carton (bricolage quadrupède) : 13 étapes (avec photos)

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

Re-bonjour et bienvenue dans mon nouveau projet.

Dans ce instructable, j'ai essayé de faire un simple quadrupède fabriqué à partir de matériaux accessibles à tous. Je sais que pour obtenir un beau produit final, vous avez besoin d'une imprimante 3D et peut-être d'une CNC, mais tout le monde n'a pas un de ces appareils sophistiqués, alors j'ai essayé de démontrer qu'avec du matériel simple, vous pouvez toujours construire de belles choses.

Donc, comme mentionné précédemment, nous allons essayer de construire un quadrupède. Le cadre du Quadrupède sera fabriqué simplement à partir de carton ondulé, ce qui comprend le cadre, le fémur et le tibia de chacune des quatre pattes.

Étape 1: Pourquoi Quadruped et comment ça marche ?

Je dois dire que les robots sont amusants et intéressants. Je n'ai jamais construit de robot à pattes auparavant, alors j'ai pensé que je devrais l'essayer.

J'ai d'abord décidé de construire un quadrupède parce que je n'avais pas assez de servos pour un hexapode. J'ai imaginé que si vous pouvez construire un quadrupède, construire un hexapode ne sera qu'un pas en avant. Comme c'est mon premier projet de ce type, je ne savais pas exactement à quoi m'attendre, alors j'ai pensé que 4 jambes serait plus facile que 6 mais comme je l'ai découvert plus tard, ce n'est pas toujours vrai.

Quadrupède n'ayant que 4 pattes pour ne pas tomber une fois l'une des pattes levée le centre de gravité du robot doit être déplacé à l'intérieur du triangle formé entre les pointes des trois autres pattes.

Une très belle description de tout ce processus que vous pouvez trouver ici:

Chaque jambe du quadrupède possède 3 articulations pour contrôler la pointe de la jambe dans l'espace. Les articulations seront donc:

- Servo Coxa – entre le cadre et le fémur

- Servo fémur – contrôle du fémur de la jambe

- Servo tibia - entre le fémur et le tibia contrôlant le tibia

Pour connaître l'angle de chaque servo pour l'emplacement nécessaire de la pointe de la jambe, nous utiliserons ce qu'on appelle la cinématique inverse. Vous pouvez trouver beaucoup de documentation sur internet à ce sujet, et comment calculer les angles des servos pour les différents emplacements de la pointe de la jambe. Mais dans mon cas, je viens de prendre le code Arduino créé par RegisHsu (vous pouvez trouver son instructable quadrupède détaillé si vous lui donnez une recherche) et j'ai changé les dimensions du robot et les jambes du robot pour s'adapter à mon robot et également changé le programme pour utiliser une télécommande pour contrôler le robot et c'est tout.

Étape 2: Pourquoi utiliser du carton ondulé pour le cadre et les pieds ?

Tout d'abord, il est largement répandu, vous pouvez le trouver n'importe où et si vous aimez acheter, c'est très bon marché. Le carton ondulé est un matériau rigide, solide et léger composé de trois couches de papier kraft brun et la plupart des boîtes d'emballage sont fabriquées à partir de celui-ci. Il est donc très facile d'en trouver.

Dans mon cas, j'ai utilisé une boîte à chaussures que j'ai découpée et en faire le cadre. Le carton fourni par ma boîte avait une épaisseur de 2 mm donc il est très fin. Donc, pour chaque partie du cadre, j'ai dû découper trois parties identiques et les coller ensemble avec du scotch double ruban. Donc effectivement il va falloir faire 3 cadres pour avoir au final un carton de 6 mm d'épaisseur.

Étape 3: Pièce requise:

Pièces électroniques requises pour le quadrupède:

- Microcontrôleur Arduino Nano;

- Deek Robot Nano V03 Shield - pas indispensable, mais il rendra la connexion de tous les servos à la Nano Board beaucoup plus facile.

- 12 pcs Tower Pro Micro Servo 9g SG90 - 4 pieds avec 3 joints chacun;

- LED - pour la lumière (j'ai utilisé un vieux capteur de couleur grillé)

- 1 émetteur-récepteur NRF24L01

Pièces électroniques requises pour la télécommande

- Microcontrôleur Arduino Uno;

- 1 émetteur-récepteur NRF24L01;

- Manette;

- LED;

- Diverses résistances;

- Bouton poussoir;

- Quelques fils de pontage;

Pour le cadre:

- Feuille de carton ondulé

- Cutter

- Tournevis

- Double ruban scotch

- Triangles

- Règle

- Crayon

Commençons donc à construire.

Étape 4: Réglage des servos sur 90 degrés

Avant de commencer à construire le cadre, j'ai dû centrer tous les servos à 90 degrés afin qu'il soit plus facile de les positionner plus tard lorsque le cadre sera prêt. J'ai donc attaché d'abord l'Arduino Nano destiné au quadrupède au bouclier Nano, et après tous les servos au bouclier. Ensuite, tout ce que vous avez à faire est de télécharger le code et tous les servos seront centrés à 90 degrés.

Le code se trouve dans la dernière étape de l'instructable.

Étape 5: Construire le cadre

Comme mentionné précédemment, le cadre est fabriqué à partir du carton ondulé fourni à partir d'une boîte à chaussures. Le modèle du cadre que vous pouvez trouver dans les images ci-jointes avec les dimensions du cadre.

J'ai d'abord coupé les côtés de la boîte en carton pour faire le cadre. J'ai obtenu trois bonnes pièces pour lesquelles j'ai pris en considération l'orientation de la couche ondulée afin que 2 pièces aient une couche ondulée à cellules verticales et une horizontale.

Une fois le carton prêt, je dessine le gabarit du cadre sur la feuille carton qui a le support ondulé vertical. Pour obtenir une structure plus solide et plus rigide, j'ai coupé trois pièces afin de les coller ensemble pour plus de résistance à la flexion. Les feuilles de carton supérieure et inférieure ont une couche ondulée verticale tandis que la feuille de carton prise en sandwich sera une couche ondulée horizontale.

Avant de coller les trois pièces du cadre ensemble, j'ai préparé le bras des servomoteurs et j'ai dessiné la position de chaque servomoteur coxa pour un futur positionnement correct.

Maintenant que je sais où doivent être positionnés les servos coxa, j'ai collé les trois pièces ensemble.

Le cadre est maintenant terminé.

Étape 6: Fixation des servos Coxa au cadre

Pour fixer les servos d'abord, j'ai percé un trou dans la position marquée afin que la vis de fixation du bras de servo passe, et j'ai fixé le servo au cadre.

À l'aide des vis fournies par les servomoteurs, j'ai fixé les bras des servomoteurs coxa au cadre. Le coxa est formé de deux servos collés ensemble avec du ruban adhésif double et renforcés d'un élastique au cas où. Un servo sera orienté vers le bas avec l'arbre en position verticale et sera attaché au châssis, et l'autre sera orienté avec l'arbre en position horizontale et sera attaché à la face interne du fémur.

Enfin, pour fixer le servo coxa au cadre, la vis de fixation est vissée.

Étape 7: Construire le fémur

La même procédure de découpe de carton a été utilisée. Chaque fémur sera créé à partir de trois feuilles de carton collées ensemble. La couche ondulée horizontale sera prise en sandwich entre les feuilles de carton de la couche ondulée verticale.

Étape 8: Construire le tibia

Pour le tibia même j'ai découpé trois gabarits pour chaque tibia, mais cette fois l'orientation de la couche ondulée était verticale pour donner une meilleure résistance longitudinale au tibia.

Une fois que chacun des trois modèles a été coupé, je les ai collés ensemble en faisant également le trou pour le servo tibia.

J'ai attaché le servo dans le tibia, et le bras du servo a été fixé au servo avec la vis de fixation à travers le trou fait dans le fémur de manière à connecter le fémur au tibia.

Étape 9: Tout mettre ensemble

Maintenant que toutes les pièces du cadre et des pieds sont créées, je les ai toutes connectées ensemble afin que l'assemblage commence à ressembler à un quadrupède.

Étape 10: Installation de l'électronique et configuration des connexions

Tout d'abord, l'Arduino Nano et le Deek Robot Shield doivent s'adapter au cadre. Pour cela, j'ai pris le bouclier et j'ai percé le cadre avec 4 trous pour fixer le Deek Robot Shield au cadre à l'aide de 4 boulons et écrous.

Maintenant "le cerveau est attaché au corps":D. Ensuite, j'ai connecté tous les servos au Deek Nano Shield.

La connexion des servos est très facile puisque le shield a spécialement construit trois broches (Signal, VCC, GND) pour chaque broche numérique et analogique Arduino Nano, permettant une connexion parfaite et facile des micro servos. Normalement, nous avons besoin d'un pilote de moteur pour piloter des servos avec Arduino car il n'est pas capable de gérer les ampères requis par les moteurs, mais dans mon cas, ce n'est pas valable car les micro servos 9g sont suffisamment petits pour qu'Arduino Nano les gère.

Les servos des jambes seront connectés comme suit:

Jambe 1: (Jambe avant gauche)

Coxa – Arduino Nano Digital Pin 4

Fémur – Arduino Nano Digital Pin 2

Tibia – Arduino Nano Digital Pin 3

Jambe 2: (Jambe arrière gauche)

Coxa – Arduino Nano Analogique Pin A3

Fémur – Broche analogique Arduino Nano A5

Tibia – Broche analogique Arduino Nano A4

Jambe 3: (Jambe avant droite)

Coxa – Arduino Nano Analogique Pin 10

Fémur – Arduino Nano Analogique Pin 8

Tibia – Arduino Nano Analogique Pin 9

Jambe 4: (Jambe arrière droite)

Coxa – Arduino Nano Digital Pin A1

Fémur – Arduino Nano Digital Pin A0

Tibia – Arduino Nano Digital Pin A2

Connexion de la LED pour effet lumineux

J'ai pensé que ce serait sympa de mettre un peu de lumière sur le quadrupède donc j'ai un vieux capteur de couleur qui ne marche plus (j'ai réussi à le griller:D) mais les LED's fonctionnent toujours donc puisqu'il y a quatre LED allumées une petite planche et ils sont très lumineux. J'ai décidé d'utiliser le capteur de couleur pour donner au quadrupède un effet de lumière. Étant également quatre, il semble un peu plus proche d'une araignée.

J'ai donc connecté le VCC du capteur de couleur à l'Arduino Nano Pin D5 et le GND du capteur au GND de l'Arduino Nano. Comme la petite carte contient déjà des résistances qui sont utilisées pour la LED, je n'ai pas eu besoin de mettre une autre résistance en série avec la LED. Toutes les autres broches ne seront pas utilisées car le capteur est grillé et j'utilise simplement les LED de la petite carte.

Connexions pour module NRF24L01.

- GND du module va au GND de l'Arduino Nano Shield

- VCC va à la broche Arduino Nano 3V3. Attention à ne pas connecter le VCC au 5V de la maquette car vous risquez de détruire le module NRF24L01

- La broche CSN va à l'Arduino Nano D7;

- La broche CE va à l'Arduino Nano D6;

- La broche SCK va à l'Arduino Nano D13;

- La broche MOSI va à l'Arduino Nano D11;

- La broche MISO va à l'Arduino Nano D12;

- La broche IRQ ne sera pas connectée. Attention si vous utilisez une carte différente de l'Arduino Nano ou de l'Arduino Uno, les broches SCK, MOSI et MISO seront différentes.

- Vous devrez également télécharger la bibliothèque RF24 pour ce module. Vous pouvez le trouver sur le site suivant:

Comme alimentation pour le spider j'ai utilisé un adaptateur mural 5V (1A). Je n'ai aucun type de batterie disponible, et c'était mon seul adaptateur mural disponible qui, je pense, sera mieux un plus puissant d'au moins 2A mais je n'en ai pas, j'ai donc dû utiliser le seul que j'ai. Ce sera beaucoup plus agréable si vous utilisez une batterie li-po pour que le robot puisse être libre, sans câble attaché.

Afin d'avoir une alimentation plus stable sur la carte, j'ai attaché un condensateur 10microF entre les broches 5V et GND du Deek Robot Nano Shield, car j'ai remarqué que lorsque tous les servos étaient sous charge, l'Arduino Nano redémarrera, tandis que l'ajout du condensateur a résolu le problème.

Étape 11: Construire la couverture

Comme je voulais que la couverture soit la plus légère possible, je ne l'ai faite qu'à partir d'une seule couche de carton ondulé de 2 mm car elle n'a pas besoin de renforcement, car aucune charge ne l'affectera.

J'ai découpé un morceau de carton dans la forme et les dimensions que vous pouvez voir sur la photo et je l'ai attaché au cadre avec les mêmes écrous qui fixent l'Arduino Nano Shield sous le cadre. Sur la face supérieure, les deux pièces seront collées l'une sur l'autre avec du ruban adhésif double. J'ai essayé d'enrouler tous les fils à l'intérieur pour que le quadrupède soit aussi beau que possible.

Maintenant, le quadrupède est terminé. Passons à la télécommande.

Étape 12: Télécommande

Pour la télécommande, j'utilise la même télécommande que celle de mon projet précédent Voiture télécommandée Maverick, j'ai seulement supprimé le graphique qui, dans ce projet, n'est pas nécessaire. Mais juste si vous avez raté cette construction, je l'ai réécrite ici.

Comme j'utilise pour le contrôleur un Arduino Uno, j'ai attaché l'Uno à une planche à pain avec des élastiques afin de ne pas bouger.

- Arduino Uno sera alimenté par une pile 9V via la prise jack;

- Broche Arduino Uno 5V sur le rail 5V de la maquette;

-Broche Arduino Uno GND au rail GND de la planche à pain;

Module NRF24L01.

- GND du module va au GND du rail de la maquette

- VCC va à la broche Arduino Uno 3V3. Attention à ne pas connecter le VCC au 5V de la maquette car vous risquez de détruire le module NRF24L01

- La broche CSN va à l'Arduino Uno D8;

- La broche CE va à l'Arduino Uno D7;

- La broche SCK va à l'Arduino Uno D13;

- La broche MOSI va à l'Arduino Uno D11;

- La broche MISO va à l'Arduino Uno D12;

- La broche IRQ ne sera pas connectée. Attention si vous utilisez une carte différente de l'Arduino Nano ou de l'Arduino Uno, les broches SCK, MOSI et MISO seront différentes.

Module de manette de jeu

- Le module joystick se compose de 2 potentiomètres donc il est très similaire avec les connexions;

- Broche GND au rail GND de la maquette;

- Broche VCC au rail 5V de la maquette;

- Broche VRX à la broche Arduino Uno A3;

- Broche VRY à la broche Arduino Uno A2;

LED

- La LED rouge sera connectée en série avec une résistance de 330Ω à la broche D4 de l'Arduino Uno;

- La LED verte sera connectée en série avec une résistance de 330Ω à la broche D5 de l'Arduino Uno;

Boutons poussoir

- L'un des boutons poussoir sera utilisé pour allumer et éteindre le quadrupède, et l'autre ne sera pas utilisé;

- Le bouton poussoir LIGHT sera connecté à la broche D2 de l'Arduino Uno. Le bouton doit être tiré vers le bas avec une résistance de 1k ou 10k, la valeur n'est pas importante.

- Le bouton-poussoir restant sera connecté à la broche D3 de l'Arduino Uno. Idem, le bouton doit être abaissé avec une résistance de 1k ou 10k. (il ne sera pas utilisé pour ce projet)

Voilà, nous avons maintenant connecté toutes les parties électriques.

Étape 13: Codes IDE Arduino

Pour cette partie, il y a peu de code que j'ai utilisé.

Leg_Initialization - a été utilisé pour centrer les servos à 90 degrés.

Spider_Test - a été utilisé pour tester les fonctions correctes, comme marcher en avant, en arrière, en tournant

Spider – à utiliser pour le Spider

Télécommande Spider - à utiliser pour la télécommande Spider

Je dois mentionner que le code de Spider a été adapté et modifié d'après le code de RegisHsu [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED) et c'est pourquoi je tiens à remercier RegisHsu pour son bon travail.

Eh bien, tout est dit, j'espère que vous avez aimé mon Spider.