Aracnóide: 16 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Primeiramente, gostaríamos de agradecer seu tempo e consideração. Meu parceiro Tio Marello e eu, Chase Leach, nos divertimos muito trabalhando no projeto e superando os desafios que ele apresentava. Atualmente, somos alunos do Distrito Escolar da Área Wilkes Barre S. T. E. M. Academia Eu sou um Júnior e Tio é um segundo ano. Nosso projeto, o Arachnoid, é um robô quadrúpede que fizemos usando uma impressora 3D, Bread Board e uma Arduino MEGA 2560 R3 Board. O objetivo pretendido para o projeto era criar um robô quadrúpede ambulante. Depois de muito trabalho e testes, criamos com sucesso um robô quadrúpede funcional. Estamos entusiasmados e gratos por esta oportunidade de apresentar a vocês nosso projeto, o Aracnóide.

Etapa 1: Materiais

Os materiais que usamos para o robô quadrúpede incluíram: a impressora 3D, lavador de material de suporte, bandejas de impressão 3D, material de impressão 3D, cortadores de arame, placa de ensaio, porta-baterias, computador, baterias AA, fita isolante, fita adesiva, torre MG90S Servo motores Pro, Crazy Glue, placa Arduino MEGA 2560 R3, fios de jumper, o software Inventor 2018 e o software Arduino IDE. Usamos o computador para rodar o software e a impressora 3D que usamos. Usamos o software Inventor principalmente para projetar as peças, portanto não é necessário para ninguém fazer isso em casa porque todos os arquivos de peças que criamos são fornecidos neste instrutível. O software Arduino IDE foi usado para programar o robô, o que também é desnecessário para as pessoas que o fazem em casa porque também fornecemos o programa que estamos usando. A impressora 3D, lavador de material de suporte, material de impressão 3D e bandejas de impressão 3D foram usados para o processo de fabricação das peças que compõem o Aracnóide. Usamos os suportes de bateria, baterias AA, fios de jumper, fita isolante e cortadores de fio foram usados juntos para criar o pacote de bateria. As baterias foram colocadas nos suportes de bateria e os cortadores de fio foram usados para cortar a extremidade dos fios da bateria e dos fios de ligação para que pudessem ser descascados e torcidos juntos e depois colados com fita isolante. A placa de ensaio, os fios de jumper, a bateria e o Ardiuno foram usados para criar um circuito que fornecia energia aos motores e os conectava aos pinos de controle do Arduino. A Crazy Glue foi usada para prender os servo motores às peças do robô. A broca e os parafusos foram usados para montar outros elementos do robô. Os parafusos devem ser semelhantes ao da imagem fornecida, mas o tamanho pode ser baseado em julgamento. A fita adesiva e os lacres eram usados principalmente para gerenciamento de fios. No final, gastamos um total de $ 51,88 com os materiais que não tínhamos por perto.

Suprimentos que tínhamos em mãos

1. (Quantidade: 1) Impressora 3D
2. (Quantidade: 1) Lavadora de Material de Suporte
3. (Quantidade: 5) Bandejas de impressão 3D
4. (Quantidade: 27,39 pol ^ 3) Material de impressão 3D
5. (Quantidade: 1) Cortadores de fio
6. (Quantidade: 1) Broca
7. (Quantidade: 24) Parafusos
8. (Quantidade: 1) Placa de ensaio
9. (Quantidade: 4) Porta-baterias
10. (Quantidade: 1) Computador
11. (Quantidade: 8) Pilhas AA
12. (Quantidade: 4) Gravatas Zip
13. (Quantidade: 1) Fita Elétrica
14. (Quantidade: 1) fita adesiva

Suprimentos que compramos

1. (Valor: 8) Servo motores MG90S Tower Pro (Custo total: $ 23,99)
2. (Quantidade: 2) Crazy Glue (Custo total: $ 7,98)
3. (Valor: 1) Placa Arduino MEGA 2560 R3 (Custo total: $ 12,95)
4. (Valor: 38) Fios de ligação (Custo total: $ 6,96)

Software Requerido

1. Inventor 2018
2. Ambiente de desenvolvimento integrado Arduino

Etapa 2: horas gastas na montagem

Gastamos algumas horas na criação de nosso robô quadrúpede, mas a maior parte do tempo que usamos foi gasto na programação do Aracnóide. Demoramos aproximadamente 68 horas para programar o robô, 57 horas de impressão, 48 horas de design, 40 horas de montagem e 20 horas de teste.

Etapa 3: Aplicativos STEM

Ciência

O aspecto científico de nosso projeto entra em ação ao criar o circuito que foi usado para alimentar os servo motores. Aplicamos nossa compreensão de circuitos, mais especificamente a propriedade de circuitos paralelos. Essa propriedade é que os circuitos paralelos fornecem a mesma voltagem para todos os componentes do circuito.

Tecnologia

Nosso uso de tecnologia foi muito importante em todo o processo de concepção, montagem e programação do Aracnóide. Usamos o software de design auxiliado por computador, Inventor, para criar o robô quadrúpede inteiro, incluindo: o corpo, a pálpebra, as coxas e as panturrilhas. Todas as peças projetadas foram impressas em uma impressora 3D. Usando o Arduino I. D. E. software, pudemos usar o Arduino e servo motores para fazer o Arachnoid andar.

Engenharia

O aspecto de engenharia de nosso projeto é o processo iterativo usado para projetar as peças feitas para o robô quadrúpede. Tivemos que pensar em maneiras de conectar os motores e abrigar o Arduino e a placa de ensaio. O aspecto de programação do projeto também exigiu que pensássemos criativamente sobre as possíveis soluções para os problemas que encontramos. No final, o método que usamos foi eficaz e nos ajudou a fazer o robô se mover da maneira que precisávamos.

Matemática

O aspecto matemático do nosso projeto é o uso de equações para calcular a quantidade de tensão e corrente que precisávamos para alimentar o motor que exigia a aplicação da Lei de Ohm. Também usamos matemática para calcular o tamanho de todas as peças individuais criadas para o robô.

Etapa 4: Tampa quadrúpede do robô da 2ª iteração

A tampa do Aracnóide foi desenhada com quatro cavilhas na parte inferior, que foram dimensionadas e colocadas dentro de orifícios feitos no corpo. Esses pinos, junto com a ajuda de Crazy Glue, foram capazes de prender a tampa ao corpo do robô. Esta parte foi criada para ajudar a proteger o Ardiuno e dar ao robô uma aparência mais acabada. Decidimos seguir em frente com o design atual, mas ele passou por duas iterações de design antes de ser escolhido.

Etapa 5: corpo do robô quadrúpede da 2ª iteração

Essa parte foi criada para abrigar os quatro motores usados para mover as partes da coxa, o Arduino e a placa de ensaio. Os compartimentos nas laterais do corpo foram feitos maiores do que os motores que estamos usando atualmente para o projeto que foi feito com o espaçador em mente. Em última análise, este projeto permitiu a dispersão de calor adequada e tornou possível anexar os motores usando parafusos sem causar possíveis danos ao corpo que levaria muito mais tempo para reimprimir. Os orifícios na frente e a falta de uma parede na parte de trás do corpo foram feitos propositalmente para que os fios pudessem ser colocados no Arduino e na placa de ensaio. O espaço no meio do corpo foi projetado para o Arduino, a placa de ensaio e as baterias serem alojados. Há também quatro orifícios projetados na parte inferior da peça destinada especificamente para os fios dos servo motores passarem e entrarem no atrás do robô. Esta parte é uma das mais importantes, pois serve de base para a qual todas as outras partes foram projetadas. Passamos por duas iterações antes de decidirmos qual seria exibida.

Etapa 6: Espaçador do servo motor da 2ª iteração

O espaçador do servo motor foi projetado especificamente para os compartimentos nas laterais do corpo da Aracnóide. Esses espaçadores foram projetados com a ideia de que qualquer perfuração na lateral do corpo pode ser potencialmente perigosa e nos fazer perder material e tempo na reimpressão da parte maior. É por isso que optamos pelo espaçador, que não só resolveu esse problema, mas também nos permitiu criar um espaço maior para os motores, o que ajuda a evitar o superaquecimento. O espaçador passou por duas iterações. A ideia original incluía: duas paredes finas de cada lado conectadas a um segundo espaçador. Essa ideia foi descartada porque achávamos que seria mais fácil perfurar cada lado separadamente, então, se um ficasse danificado, o outro não precisaria ser jogado fora. Imprimimos 8 dessas peças o suficiente para colar na parte superior e inferior do compartimento do motor na carroceria. Em seguida, usamos uma broca centralizada no lado comprido da peça para criar um orifício piloto que foi usado como parafuso em cada lado do motor para montagem.

Etapa 7: Porção da coxa quadrúpede da perna do robô da 2ª iteração

Esta parte é a coxa ou a metade superior da perna do robô. Foi desenhado com um orifício no interior da peça que foi feita especificamente para a armadura que acompanha o motor que foi modificado para o nosso robô. Também adicionamos uma ranhura na parte inferior da peça que foi feita para o motor que seria usada para mover a metade inferior da perna. Esta parte controla a maioria dos principais movimentos da perna. A iteração atual desta parte que estamos usando é a segunda, pois a primeira tinha um design mais robusto que decidimos ser desnecessário.

Etapa 8: 5ª Iteração da Articulação do Joelho do Robô Quadrúpede

A articulação do joelho foi uma das partes mais complicadas de projetar. Foram necessários vários cálculos e testes, mas o design atual mostrado funciona muito bem. Esta parte foi projetada para contornar o motor a fim de transferir com eficiência o movimento do motor para o movimento da panturrilha ou da perna. Demorou cinco iterações de design e redesenho para criar, mas a forma específica que foi criada em torno dos orifícios maximizou os possíveis graus de movimento, sem perder a força que exigíamos dele. Também fixamos os motores usando mais armaduras que se encaixam nos orifícios nas laterais e se encaixam perfeitamente no motor, permitindo o uso de parafusos para mantê-lo no lugar. O orifício piloto na parte inferior da peça possibilitou evitar furos e possíveis danos.

Etapa 9: Bezerro da perna do robô quadrúpede da terceira iteração

A segunda metade da perna do robô foi criada de forma que, independentemente de como o robô colocasse o pé, ele sempre manteria a mesma tração. Isso graças ao desenho semicircular do pé e à almofada de espuma que cortamos e colamos na parte inferior. Em última análise, serve bem ao seu propósito, que é permitir que o robô toque o solo e ande. Passamos por três iterações com esse design, que envolveu principalmente alterações no comprimento e no design do pé.

Etapa 10: Downloads para os arquivos do Parts Inventor

Esses arquivos são do Inventor. Eles são especificamente arquivos de peças para todas as peças acabadas que criamos para este projeto.

Etapa 11: Montagem

O vídeo que fornecemos explica como montamos o Aracnóide, mas um ponto que não foi mencionado é que você terá que remover o suporte de plástico de ambos os lados do motor, cortando-o e lixando onde costumava estar. As demais fotos fornecidas são tiradas durante a montagem.

Etapa 12: Programação

A linguagem de programação arduiono é baseada na linguagem de programação C. Dentro do editor de código do Arduino, ele nos oferece duas funções.

• void setup (): Todo o código dentro desta função é executado uma vez no início
• void loop (): O código dentro da função faz um loop sem fim.

Confira abaixo clicando no link laranja para ver mais informações sobre o código!

Este é o código para caminhar

#incluir

classServoManager {

público:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo FrontLeftThigh;

Servo FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

Servo BackLeftKnee;

voidsetup () {

FrontRightThigh.attach (2);

BackRightThigh.attach (3);

FrontLeftThigh.attach (4);

BackLeftThigh.attach (5);

FrontRightKnee.attach (8);

BackRightKnee.attach (9);

FrontLeftKnee.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);

}

};

Gerenciador de ServoManager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

atraso (1000);

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

atraso (5000);

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

atraso (1000);

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

atraso (1000);

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

atraso (1000);

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

atraso (1000);

}

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Etapa 13: Teste

Os vídeos que adicionamos aqui são de nós testando o Aracnóide. Os pontos onde você o vê caminhando são um pouco curtos, mas acreditamos que deve dar uma ideia de como foi feito o andar do robô quadrúpede. Perto do final do nosso projeto, começamos a andar, mas bem devagar, então nosso objetivo foi alcançado. Os vídeos anteriores são de nós testando os motores que instalamos na parte superior da perna.

Etapa 14: durante o processo de design e impressão

Os vídeos que adicionamos aqui são principalmente verificações de progresso ao longo do processo de concepção e impressão das peças que fizemos.

Etapa 15: Possíveis melhorias

Paramos para pensar em como avançaríamos com o Aracnóide se tivéssemos mais tempo com ele e tivemos algumas idéias. Nós procuraríamos uma maneira melhor de alimentar o Aracnóide, incluindo: encontrar uma bateria melhor e mais leve que pudesse ser recarregada. Também procuraríamos uma maneira melhor de anexar os servo motores à metade superior da perna que projetamos reprojetando a peça que criamos. Outra consideração que fizemos foi anexar uma câmera ao robô para que ela pudesse ser usada para entrar em áreas de outra forma inacessíveis para as pessoas. Todas essas considerações passaram por nossas mentes enquanto estávamos projetando e montando o robô, mas não fomos capazes de realizá-las devido às limitações de tempo.

Etapa 16: Design final

No final, estamos muito felizes com o resultado do nosso design final e esperamos que você se sinta da mesma forma. Obrigado pelo seu tempo e consideração.