GorillaBot, o robô quadrúpede autônomo Arduino impresso em 3D: 9 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Todos os anos, em Toulouse (França), acontece a Corrida de Robôs de Toulouse # TRR2021

A corrida consiste em uma corrida autônoma de 10 metros para robôs bípedes e quadrúpedes.

O recorde atual que obtive para quadrúpedes é de 42 segundos para uma corrida de curta distância de 10 metros.

Então, com isso em mente, eu tive que bolar um plano para projetar um robô que eu pensei que poderia vencê-lo para se tornar o novo campeão reinante !!!

Buscando um pouco de inspiração em um colega do Instructables, "jegatheesan.soundarapandian" e vencedor do ano passado da Corrida de Robôs de Toulouse "Oracid 1", que parecem amar projetar e compartilhar tutoriais sobre como construir quadrúpedes. Comecei basicamente a copiar o design e a torná-lo um pouco maior!

O projeto é baseado em um mecanismo de ligação de cinco barras para cada perna 2 servos alimentam cada perna para um total de 8 servos.

As regras estabelecem que, além do sinal de partida, toda a corrida deve ser realizada pelo robô de forma autônoma, então eu tive que criar um sistema leve para manter o robô na pista, neste caso usei um magnetômetro QMC5883L (bússola digital) então ele poderia se manter fiel à sua orientação, um sensor ultrassônico HC-SR04 no caso do robô realmente bagunçar e começar a bater na parede em um ângulo de 90 graus e eu apenas usei um contador de passos no código para dizer quantos passos ele deveria fazer por 10 metros.

Caso você esteja interessado em construir este robô não se preocupe, este macaco tem tudo pensado!

Suporte 100% gratuito para impressão 3D Corpo:

Tudo, exceto a parte eletrônica e os parafusos para prender a parte eletrônica, podem ser impressos em 3D, os mesmos pequenos parafusos de cabeça cruzada são os únicos usados, tudo o que você precisa é uma pequena chave de fenda cruzada para montar o robô

Eletrônica plug and play fácil:

nenhuma solda complexa necessária

Tempo de impressão razoável:

Ele pode parecer grande e imponente, mas ele tem apenas 15 horas de impressão (ok, muito tempo para alguns: D)

Requisitos razoáveis de volume de compilação:

Ele pode ser impresso em uma impressora relativamente pequena, exigindo um volume de construção de apenas L: 150 mm x L: 150 mm x A: 25 mm

Custo total do robô:

O robô sozinho custa cerca de 75 $ para construir o carregador incluído

Um controlador impresso em 3D (opcional) é necessário se você quiser a mesma configuração que eu tenho.

AVISO:

A fonte de alimentação 5V 3A que usei não é a melhor solução pois para este robô andar todos os 8 servos devem funcionar simultaneamente e assim eles consomem bastante corrente não se preocupe, eu não tive o robô pegando fogo nem nada mas espere que o transistor de potência aqueça um pouco. Eu não recomendaria usar o robô por mais de 2 minutos de cada vez, deixando-o esfriar entre as execuções para evitar qualquer dano indesejado ao escudo do Servo.

Se algum de vocês tiver uma solução para este problema, sua opinião será muito apreciada!

Suprimentos

SUPRIMENTOS PARA O ROBÔ:

• 8x Tower Pro MG90S servo 180 graus analógico (Aliexpress / Amazon)
• 1 placa de controle servo sem fio Sunfounder (Sunfounder Store / RobotShop)
• 1x Arduino NANO (Aliexpress / Amazon)
• 1x Módulo Transceptor NRF24L01 (Você não precisa disso se não estiver usando o controlador) (Aliexpress / Amazon)
• 1x magnetômetro (bússola digital) QMC5883L GY-273 (Aliexpress / Amazon)
• 1x sensor ultrassônico HC-SR04 (Aliexpress / Amazon)
• 2 baterias de íon-lítio 18650 3,7 V (Aliexpress / Amazon)
• Suporte de bateria dupla 1x 18650 com botão liga / desliga (Aliexpress / Amazon)
• Carregador de bateria de íon-lítio 1x 18650 (Aliexpress / Amazon)
• 4 cabos de ligação dupla fêmea para fêmea com 10 cm de comprimento (Aliexpress / Amazon)
• 4 cabos de ligação dupla fêmea para fêmea com 20 cm de comprimento (Aliexpress / Amazon)
• 10x Parafusos 2mm x 8mm (iguais aos parafusos em um pacote de servos) (Aliexpress / Amazon)

CONTROLADOR:

Para controlar este robô manualmente, você precisará do controlador Arduino impresso em 3D (link aqui)

O robô também pode ser puramente autônomo, portanto, o controlador não é obrigatório.

PLÁSTICOS:

As peças podem ser impressas em PLA, PETG ou ABS.

!! Observe que um carretel de 500g é mais do que suficiente para imprimir 1 Robot !!

IMPRESSORA 3D:

Plataforma de construção mínima necessária: L150mm x W150mm x H25mm

Qualquer impressora 3D serve. Eu pessoalmente imprimi as peças na Creality Ender 3, que é uma impressora 3D de baixo custo abaixo de $ 200 $. As impressões ficaram perfeitas.

Etapa 1: impressão 3D das peças

Então agora é hora de imprimir … Sim!

I Projetou meticulosamente todas as peças para serem impressas em 3D sem a necessidade de materiais de suporte durante a impressão.

Todas as peças estão disponíveis para download no thingiverse (link aqui)

Todas as peças foram impressas em teste no Creality Ender 3

• Material: PETG
• Altura da camada: 0,3 mm
• Infill: 15%
• Diâmetro do bico: 0,4 mm

A lista de peças é a seguinte:

• 1x BASE ELETRÔNICA
• 1x BASE BACK
• 1x BASE FRONT
• 8x PINO CIRCULAR L1
• 4x PIN CIRCULAR L2
• 4x PIN CIRCULAR L3
• 4x PIN CIRCULAR L4
• 8x THIGH SERVO
• 8x COXA
• 8x CALF EXT
• 8x CALF INT
• 8x PÉ
• 4x SQUARE CLIP
• 44x CLIP CIRCULAR

Os arquivos estão disponíveis como peças individuais e peças de grupo.

Para uma impressão rápida, basta imprimir cada arquivo GROUP.stl uma vez.

Etapa 2: montagem do corpo do GorillaBot

Todas as instruções de montagem são descritas no vídeo de montagem acima:

1. Coloque um PIN CIRCULAR L1 no orifício do suporte do servo esquerdo frontal BASE FRONT
2. Passe o cabo de um dos servos MG90S através do slot no suporte frontal esquerdo do servo BASE FRONT
3. Encaixe o servo MG90S no lugar
4. Prenda o servo MG90S no lugar com 2 parafusos (não aperte demais, pois isso pode danificar a BASE)
5. Repita o mesmo processo para os suportes do servo BASE FRONT traseiro esquerdo, frontal direito e traseiro direito
6. Repita o mesmo processo para os suportes de servo BASE BACK dianteiro esquerdo, traseiro esquerdo, dianteiro direito e traseiro direito
7. Prenda o suporte da bateria à BASE ELETRÔNICA com 2 parafusos diagonalmente ou 4 parafusos
8. Prenda a placa de controle servo sem fio à BASE ELETRÔNICA com 2 parafusos diagonalmente ou 4 parafusos
9. Prenda o transceptor Arduino nano e NRF24L01 à placa de controle servo sem fio
10. Deslize a BASE FRONT na BASE ELECTRONICS através dos 2 orifícios quadrados da porta USB voltada para trás
11. Fixe no lugar com 2 CLIPES QUADRADOS
12. Deslize a BASE DE VOLTA na BASE ELECTRONICS através dos 2 orifícios quadrados da porta USB voltada para trás
13. Fixe no lugar com 2 CLIPES QUADRADOS
14. Prenda o magnetômetro à BASE FRONT com 2 parafusos
15. Prenda o sensor ultrassônico na BASE FRONT
16. Guie os cabos servo em direção à placa de controle servo sem fio, conforme mostrado

Etapa 3: conectando os eletrônicos

Todas as conexões estão representadas na imagem acima:

1. Conecte os 4 cabos duplos de 20 cm nas placas de controle servo sem fio Pinos ultrassônicos
2. Conecte a outra extremidade dos 4 cabos ao sensor ultrassônico (certifique-se de que estejam do lado certo)
3. Conecte os 4 cabos duplos de 10 cm nas placas de controle servo sem fio Pinos do magnetômetro
4. Conecte a outra extremidade dos 4 cabos ao magnetômetro (certifique-se de que eles estejam do lado certo)
5. Conecte todos os servos em seus pinos dedicados na placa de controle servo sem fio
6. Aparafuse os fios VIN e GND da bateria à placa de controle servo sem fio para garantir a polaridade correta

Etapa 4: montagem das pernas do GorillaBot

Todas as etapas de montagem são descritas no vídeo de montagem acima:

1. Slide 1 PÉ sobre 1 PINO CIRCULAR L4
2. Deslize a extremidade mais grossa de 1 CALF EXT sobre o PIN CIRCULAR L4 com o lado saliente voltado para o pé
3. Deslize 2 CALF INT sobre o PIN CIRCULAR L4
4. Deslize a extremidade mais grossa de 1 CALF EXT sobre o PIN CIRCULAR L4 com o lado saliente voltado para o pé
5. Deslize 1 PÉ sobre o PINO CIRCULAR L4
6. Fixe no lugar com 3 CLIPES CIRCULARES
7. Deslize 1 PIN CIRCULAR L3 a 1 do CALF EXT montado
8. Deslize 1 SERVO DE COXA sobre o PIN CIRCULAR L3 com o lado saliente voltado para a CALF EXT
9. Slide 1 COXA sobre o PIN CIRCULAR L3
10. Deslize o PIN CIRCULAR L3 através do outro CALF EXT montado
11. Fixe no lugar com 3 CLIPES CIRCULARES
12. Deslize 1 SERVO CIRCULAR sobre 1 PINO CIRCULAR L2 com o lado saliente voltado para a cabeça do PIN CIRCULAR L2
13. Deslize o PIN CIRCULAR L2 através de ambos os CALF INTS montados
14. Slide 1 COXA através do PIN CIRCULAR L2
15. Fixe no lugar com 3 CLIPES CIRCULARES
16. Repita todos os processos para as 3 pernas restantes, tendo em mente que, quando as pernas são montadas no robô, as cabeças dos pinos ficam voltadas para fora e os CALF EXTS estão na frente dos CALF INTS para que a montagem seja idêntica da frente para trás, mas simétrica da esquerda para a direita.

Etapa 5: Instalando o Arduino

GorillaBot usa programação C ++ para funcionar. Para fazer upload de programas para o GorillaBot, usaremos o IDE do Arduino junto com algumas outras bibliotecas que precisam ser instaladas no IDE do Arduino.

Instale o Arduino IDE em seu computador: Arduino IDE (link aqui)

Para instalar as bibliotecas no Arduino IDE, você deve fazer o seguinte com todas as bibliotecas nos links abaixo

1. Clique nos links abaixo (isso o levará para a página de bibliotecas do GitHub)
2. Clique no botão verde que diz Código
3. Clique em download de ZIP (o download deve começar em seu navegador)
4. Abra a pasta da biblioteca baixada
5. Descompacte a pasta da biblioteca baixada
6. Copie a pasta da biblioteca descompactada
7. Cole a pasta da biblioteca descompactada na pasta da biblioteca do Arduino (C: / Documents / Arduino / libraries)

Bibliotecas:

• Biblioteca Varspeedservo (link aqui)
• Biblioteca QMC5883L (link aqui)
• Biblioteca RF24 (link aqui)

E aí está, você deve estar pronto para começar. Para se certificar de que configurou corretamente o IDE do Arduino, siga as seguintes etapas

1. Baixe o código Arduino desejado abaixo (GorillaBot Controller & Autonomous.ino)
2. Abra-o no Arduino IDE
3. Selecione Ferramentas:
4. Selecione o tabuleiro:
5. Selecione Arduino Nano
6. Selecione Ferramentas:
7. Selecione o processador:
8. Selecione ATmega328p ou ATmega328p (carregador de inicialização antigo), dependendo de qual Arduino nano você comprou
9. Clique no botão Verificar (botão Marcar) no canto superior esquerdo do Arduino IDE

Se tudo correr bem, você deverá receber uma mensagem na parte inferior que diz Compilação concluída.

Etapa 6: enviando o código

Agora é hora de fazer o upload do código para o cérebro do GorillaBot, o Arduino Nano.

1. Conecte o Arduino Nano ao seu computador via cabo USB
2. Clique no botão de upload (botão de seta para a direita)

Se tudo correr bem, você deverá receber uma mensagem na parte inferior que diz Upload concluído.

Etapa 7: Calibrando os Servos

Para montar as pernas corretamente, devemos colocar os servos em sua posição inicial.

1. Insira 2 baterias de íon-lítio no suporte da bateria
2. Ligue o robô e aguarde 5 segundos para que os servos cheguem à sua posição inicial
3. Desligue o robô

Etapa 8: montagem das pernas ao corpo

Conectar as pernas aos servos é bastante simples, basta lembrar que CALF EXT deve ser colocado na frente do CALF INT durante a montagem das cabeças dos pinos voltadas para fora.

1. Deslize a COXA do lado CALF EXT de uma das pernas sobre o PIN CIRCULAR L1 no suporte frontal esquerdo do servo
2. Fixe no lugar com 1 CLIP CIRCULAR
3. Deslize o SERVO COXO do lado CALF EXT da mesma perna sobre a cabeça do servo no suporte frontal frontal esquerdo do servo (certifique-se de que o SERVO COXO está em um ângulo de 90 graus com o corpo)
4. Prenda o SERVO DE COXA no lugar em um ângulo de 90 graus em relação ao corpo com uma buzina de servo de braço único e um pequeno parafuso de servo
5. Repita o mesmo processo para o suporte do servo esquerdo dianteiro traseiro com os SERVOs COXOS e COXOS restantes dessa perna
6. Repita todos os processos anteriores para as 3 pernas restantes

Etapa 9: Pronto para correr !

Então é isso que você deve estar pronto para ir !!!

Modo manual:

• Ligue o robô e o controlador e verifique se o robô anda corretamente usando as direções de cima para baixo à esquerda e à direita do joystick.
• Pressione o botão para baixo e o robô deve executar uma pequena dança

Se tudo funcionar bem, os servos estão bem calibrados e agora você pode experimentar o modo autônomo.

Modo autônomo

O modo Autonomous Sprint usa o magnetômetro para manter o robô funcionando em uma direção constante por 2,5 metros. Você pode programar a posição desejada e o ângulo de correção desejado usando o controlador

1. Ligue o robô e o controlador
2. Mova o robô em todas as direções para calibrar o magnetômetro por 5 segundos
3. Coloque o robô no solo na posição desejada em que você gostaria que ele fosse
4. Pressione o botão para cima para memorizar esse título
5. Gire o robô 30-45 graus para a esquerda da direção desejada
6. Pressione o botão esquerdo para memorizar essa posição
7. Gire o robô 30-45 graus para a direita do rumo desejado
8. Pressione o botão direito para memorizar essa posição
9. Coloque o robô de volta na direção desejada
10. Pressione o botão do joystick para iniciar o robô

O robô irá correr em uma direção constante por 2,5 metros e depois parar, sentar e fazer uma dança da vitória.

Meu robô conseguiu fazer os 2,5 metros em 7,5 segundos.

O que me dá um tempo teórico de 10 metros em 30 segundos, o que, com sorte, será o suficiente para me proporcionar um bom tempo na Corrida de Robôs de Toulouse

Deseje-me sorte e para aqueles de vocês que decidirem construir este robô, eu adoraria ouvir seus comentários e possíveis melhorias que vocês acham que poderiam ser feitas !!!

Vice-campeão no concurso de robôs