BUGS o Robô Educacional: 11 Passos (com Imagens)

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

No último ano, passei praticamente todo o meu tempo livre projetando e aprendendo sobre robótica impressa em 3D de código aberto, então, quando vi que o Instructables havia lançado um concurso de robótica, não havia como eu não participar.

Eu queria que o design desse robô fosse o mais educacional possível. Assim, à medida que os professores se formam em todo o mundo com poucas habilidades de design e programação e que têm acesso a uma impressora 3D, podem facilmente construir e usar os robôs em muitas funções diferentes na sala de aula.

Eu já havia projetado e postado BORIS, o Bípede (link aqui), um robô que eu também havia projetado para fins educacionais e decidi usar a mesma eletrônica no BORIS e no BUGS para que qualquer um de vocês que decidir construir BUGS no um pequeno custo extra também pode construir BORIS

Já faz muito tempo que estou pensando nesse projeto e finalmente é hora de compartilhá-lo.

Levei cerca de 3 semanas de design, prototipagem e documentação para concluir este projeto.

Eu espero que você goste e ache este instrutível útil

Quanto custa o BUGS:

No geral, os BUGS custam cerca de US $ 90 para construir as baterias e o carregador incluído

Quais são os recursos do BUGS:

• Em primeiro lugar, eu queria que o BUGS se destacasse, ao contrário de muitos outros robôs educacionais com rodas, que o BUGS anda em 8 pernas usando a ligação Klann, que tem a vantagem de reduzir os servos necessários para um servo por lado e, assim, reduzir o custo.
• O BUGS está equipado com uma garra articulada do tamanho ideal para apanhar uma bola de Golf ou Ténis de Mesa.
• Para realmente levar as capacidades educacionais do BUGS ao limite, decidi adicionar uma tonelada de sensores extras nele para que ele possa realmente cumprir qualquer tarefa de robótica que você solicitar a ele, esses recursos incluem:

- Linha seguinte

- Título da bússola digital

- Evitar obstáculos

- Buzzer

- Controle manual com controlador Arduino impresso em 3D (link aqui)

O que o BUGS está pré-programado para fazer:

BUGS é programado usando o Arduino, existem 3 códigos pré-programados do Arduino que podem ser carregados em seu cérebro:

- Linha autônoma seguindo o modo onde os BUGS podem pegar uma bola, seguir uma linha e soltar uma bola no final da linha

- Bússola digital autônoma e modo de evitar obstáculos, onde os BUGS podem se manter em um rumo fixo e desviar dos obstáculos que são colocados à sua frente, mantendo o mesmo rumo

- Modo manual onde os BUGS podem ser controlados manualmente e executar os 2 modos autônomos acima com o toque de um botão

Suprimentos

Para este instrutível, você precisará de:

FERRAMENTAS:

Chave de fenda pequena em cruz

SUPRIMENTOS PARA O ROBÔ:

3x genuíno Tower Pro MG90S servo 180 graus analógico (link aqui)

Você pode ir barato da China em muitas coisas, mas servos não é uma delas! Depois de testar muitos tipos de diffenet, especialmente servos towerpro falsificados baratos, descobri que os falsificados baratos não são confiáveis e costumam quebrar um dia após o uso, então decidi que servos towerpro genuínos seriam os melhores!

1x Sunfounder Wireless Servo Control Board (link aqui)

Você não pode encontrar uma placa de prototipagem melhor do que esta para o servo controle sem fio. Esta placa tem um conversor de energia 5V 3A e 12 pinos de entrada servo e pinos para um módulo transceptor wireless nrf24L01 e Arduino NANO tudo em um pacote compacto condensado, então não se preocupe mais com cabos bagunçados por todo o lugar!

• 1x Arduino NANO (link aqui)
• 1x Módulo Transceptor NRF24L01 (link aqui) (Você não precisa disso se não estiver usando o controlador)
• 1x Magnômetro (bússola digital) QMC5883L GY-273 (link aqui)
• 1 sensor ultrassônico HC-SR04 (link aqui)
• Módulo de sensor de prevenção de obstáculos infravermelho 2x (link aqui)
• 1 campainha passiva (link aqui)
• 2 baterias de íon-lítio 18650 3,7 V (link aqui)
• 1 suporte de bateria 18650 (link aqui) (essas baterias fornecem cerca de 30 minutos de duração, outras melhores proporcionam cerca de 2 horas de duração)
• 1 carregador de bateria de íon de lítio (link aqui)
• 1x cabos de jumper de 120 peças com 10 cm de comprimento (link aqui)
• 1x Parafusos 2 mm x 8 mm pacote de 100 (link aqui)

Todos os eletrônicos também podem ser encontrados na Amazon se você não puder esperar pela entrega, mas eles serão um pouco mais caros.

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 L150mm x H100mm

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

Projetei meticulosamente todas as peças do BUGS para serem impressas em 3D sem a necessidade de materiais de suporte ou jangadas durante a impressão.

Todas as peças estão disponíveis para download no Pinshape (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 para BUGS é a seguinte:

• 1x CORPO PRINCIPAL
• 1x TOP BODY
• 2x CORPO LATERAL
• 1x ARM
• 1x FOREARM
• 1x MÃO
• 2x PINS ARM
• 1x PINO DE MÃO
• 2x COGS
• 4x LINKAGE COG
• 4 LIGAÇÃO DE PINO QUADRADO
• 4x LINKAGE DRIVE
• 8x LINKAGE EXTERNO
• 8x LINKAGE LEG
• 8x LINKAGE TOP PEQUENO
• 8x LINKAGE INFERIOR PEQUENO
• 8x CIRCULR PIN L1
• 4x PIN CIRCULAR L2
• 16x PIN CIRCULAR L3
• 8x PIN CIRCULAR L4
• 4x PINO CIRCULAR L5
• 4x GRANDE CLIPE CIRCULAR
• 36x CLIPES CIRCULARES
• 12x CLIPES RETANGULARES

Cada parte pode ser impressa como um grupo ou individualmente.

Para impressão em grupo, siga as seguintes etapas:

• Comece imprimindo GROUP ARM FOREARM.stl essas partes são as mais difíceis de imprimir e podem exigir uma aba para evitar empenamento
• Continue imprimindo o resto das partes. Para imprimir todas as partes, tudo o que você precisa fazer é imprimir cada arquivo GROUP.stl e você terá o conjunto completo de partes, certifique-se de imprimir o arquivo GROUP LEG LINKAGES E PINS.stl 4 vezes

E aí temos cerca de um dia e meio de impressão depois, você deve ter todas as peças de plástico do BUGS.

Etapa 1 concluída !!!

Etapa 2: Instalando o Arduino

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

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 em Clonar ou Baixar
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 do Arduino desejado abaixo (Robot Controller & Autonomous.ino ou Robot Autonomous Compass.ino ou Robot Autonomous Line Follower.ino) (por algum motivo, não consegui enviar o código para o Instructables, por favor me envie uma mensagem PM em seb.coddington @ gmail.com para o código até que eu resolva o problema)
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 (carregador de inicialização antigo)
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.

E é isso, você concluiu a Etapa 2 !!!

Etapa 3: Programação de BUGS

Agora é hora de fazer o upload do código para o cérebro do BUGS, 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.

E é isso para a Etapa 3.

Etapa 4: Montando as pernas do BUGS

Todas as etapas a seguir são descritas no vídeo Assembley acima.

Montagem das engrenagens do lado esquerdo do corpo

Peças eletrônicas necessárias:

1x servo de rotação contínua Fitech FS90R

Peças de plástico necessárias:

• 1x corpo lateral
• 1x Cog
• 2x Engrenagem de ligação
• 2x ligação de pino quadrado
• 2x unidade de ligação
• 2 clipes quadrados
• 4x pino circular L4

Parafusos e chifres de servo necessários:

• 2 parafusos autocônicos longos
• 1x parafusos curtos para buzina servo
• 1x buzina servo de braço duplo

Instruções de montagem:

1. Insira o FS90R Servo no corpo lateral
2. Prenda no lugar com 2 parafusos autocônicos longos
3. Insira o chifre do servo no Cog
4. Insira o Cog no Servo
5. Fixe no lugar com 1 parafuso de chifre de servo curto
6. Deslize os pinos circulares L4 nas engrenagens de articulação e nas unidades de articulação
7. Deslize os pinos de ligação quadrados nas rodas dentadas de ligação (certifique-se de deslizá-los da maneira certa)
8. Deslize as engrenagens da articulação no corpo lateral, certifique-se de posicionar as engrenagens em imagens espelhadas umas das outras, conforme mostrado no vídeo de montagem acima
9. Deslize a unidade de articulação sobre o lado oposto do pino de articulação quadrado e certifique-se de que os pinos circulares L4 estão em direções opostas entre si
10. Prenda o pino de ligação quadrado no lugar com 2 clipes quadrados

Montagem das engrenagens do corpo do lado direito

Proceda da mesma forma que com as engrenagens do lado esquerdo do corpo

Montando as pernas

Peças de plástico necessárias:

• 2x Linkage externo
• 2x Linkage Top pequeno
• 2x parte inferior da articulação pequena
• 2x Linkage Leg
• 2x Pino Circular L1
• 1x pino circular L2
• 4x pino circular L3
• 1x pino circular L5
• 1x clipe grande
• 9x Clip Circular

Instruções de montagem:

1. Deslize o pino circular L5 para dentro do corpo lateral
2. Prenda o pino circular L5 no lugar com o grampo grande
3. Deslize uma das pequenas peças superiores da articulação sobre o pino circular L2
4. Deslize o pino circular L2 através do corpo lateral
5. Deslize a outra peça pequena superior da articulação sobre o pino circular L2
6. Fixe com o clipe circular
7. Deslize ambas as peças do pino circular L1 através de ambas as peças pequenas do fundo da articulação
8. Deslize ambas as peças pequenas do fundo da articulação sobre o pino circular L5
9. Deslize ambas as peças externas da articulação sobre o pino circular L4 e o pino circular L1 conforme mostrado no vídeo de montagem acima
10. Prenda ambas as peças externas da ligação com 2 clipes circulares cada
11. Deslize 2 pino circular L3 através de ambas as peças pequenas superiores da ligação
12. Deslize ambas as ligações da perna sobre o outro lado do pino circular L3
13. Prenda ambas as ligações da perna no lugar com 2 clipes circulares
14. Deslize os últimos 2 pinos circulares L3 através das 2 articulações da perna
15. Deslize a outra extremidade do pino circular L3 através da articulação externa
16. Fixe com 2 clipes circulares

Continue o mesmo processo com os três cantos restantes do robô.

Etapa 5: Montando a garra do BUGS

Todas as etapas a seguir são descritas no vídeo Assembley acima.

Peças eletrônicas necessárias:

3 servo genuíno Towerpro MG90S

Peças de plástico necessárias:

• 1x corpo superior
• 1x braço
• 1x antebraço
• 1x mão
• 2 pinos de braço
• 1 pino de mão

Parafusos necessários:

2 parafusos autocônicos longos

Instruções de montagem:

1. Insira um dos pinos do braço no orifício do corpo superior
2. Insira um dos servos no corpo superior
3. Prenda o servo com 2 parafusos longos auto-cônicos
4. Insira o outro pino do braço no orifício inferior do antebraço
5. Insira o pino de mão no orifício superior (lado da mão) do antebraço
6. Insira os 2 Servos restantes no antebraço
7. Insira o braço sobre o servo e pino do corpo superior (lado mais largo), certifique-se de colocá-lo da maneira certa
8. Insira o braço sobre o servo e pino do antebraço (lado mais fino), certifique-se de colocá-lo da maneira correta
9. Insira a mão sobre o outro servo e pino do antebraço

Etapa 6: Montagem da Eletrônica do BUGS

Todas as etapas a seguir são descritas no vídeo Assembley acima.

Peças eletrônicas necessárias:

• 1x Arduino NANO
• 1x transceptor NRF24L01 (opcional)
• 1x Escudo Servo
• 1x Buzzer
• 1x sensor ultrassônico
• 1x Magnômetro (bússola digital)
• 2 sensores infravermelhos
• 1x suporte de bateria
• 2 baterias 18650

Peças de plástico necessárias:

1x corpo principal

Parafusos necessários:

9 parafusos autorroscantes longos

Instruções de montagem:

1. Prenda o transceptor Arduino NANO e NRF24L01 na blindagem do servo
2. Aparafuse os fios do suporte da bateria à blindagem do servo (verifique a polaridade)
3. Aparafuse o suporte da bateria ao corpo principal com 2 parafusos diagonalmente
4. Aparafuse a campainha ao corpo principal com 1 parafuso
5. Aparafuse a blindagem do Servo ao corpo principal com 2 parafusos diagonalmente
6. Aparafuse o magnômetro (bússola digital) ao corpo principal com 2 parafusos
7. Prenda o sensor ultrassônico no lugar no corpo principal
8. Aparafuse os dois sensores IR ao corpo principal com 1 parafuso cada
9. Insira as baterias no suporte da bateria

Etapa 7: Montagem das pernas e garras do BUGS no corpo

Todas as etapas a seguir são descritas no vídeo Assembley acima.

Peças de plástico necessárias:

• 2x pernas montadas
• 1x garra montada
• 1x corpo principal montado
• 8x clipes quadrados

Instruções de montagem:

1. Deslize a lateral da garra montada nos orifícios quadrados superiores de uma das pernas montadas
2. Deslize a lateral do corpo principal montado nos orifícios quadrados inferiores da mesma perna montada
3. Prenda no lugar com 4 clipes quadrados
4. Deslize a perna montada restante sobre o outro lado da garra montada e corpo montado
5. Prenda no lugar com 4 clipes quadrados

Etapa 8: Conectando a Eletrônica do BUGS

Use o diagrama de fiação acima para determinar as conexões de fiação

Prepare os cabos de ligação fêmea para fêmea necessários

• 5x vermelho ou laranja para 5V positivo
• 5x marrom ou preto para terreno negativo
• 1x azul para pino de E / S da campainha
• 2x Verde para os dois pinos de SAÍDA dos sensores IR
• 2x amarelo para pinos de disparo e eco ultrassônico
• 2x roxo para os magnômetros (bússola digital) pinos SDA e SCL

Instruções de fiação:

1. Conecte o servo manual no pino número 1 na placa de controle do servo (certifique-se de obter as conexões da maneira correta)
2. Conecte o servo do antebraço no pino número 2 na placa de controle do servo (certifique-se de obter as conexões da maneira correta)
3. Conecte o servo do braço no pino número 3 na placa de controle do servo (certifique-se de obter as conexões da maneira correta)
4. Conecte o servo da perna esquerda no pino número 4 na placa de controle do servo (certifique-se de obter as conexões da maneira correta)
5. Conecte o servo Right Legs no pino número 5 na placa de controle do servo (certifique-se de obter as conexões da maneira certa)
6. Conecte o cabo de jumper azul fêmea para fêmea ao pino de sinal número 6 na placa de controle servo
7. Conecte um cabo jumper vermelho ou laranja fêmea para fêmea ao pino VCC número 6 na placa de controle servo
8. Conecte um cabo de jumper marrom ou preto fêmea para fêmea ao pino GND número 6 na placa de controle servo
9. Conecte 2 cabos de jumper verde fêmea para fêmea aos pinos de sinal número 7 e 8 na placa de controle servo
10. Conecte 2 cabos de jumper vermelho ou laranja fêmea para fêmea aos pinos VCC número 7 e 8 na placa de controle servo
11. Conecte 2 cabos de jumper marrom ou preto fêmea para fêmea aos pinos GND número 7 e 8 na placa de controle servo
12. Conecte 2 cabos de jumper amarelo fêmea para fêmea aos pinos de sinal número 9 e 10 na placa de controle servo
13. Conecte 1 cabo de jumper fêmea vermelho ou laranja para fêmea ao pino VCC número 9 na placa de controle servo
14. Conecte 1 cabo de jumper marrom ou preto fêmea para fêmea ao pino GND número 9 na placa de controle servo
15. Conecte 2 cabos de jumper roxo fêmea para fêmea aos pinos de sinal número 11 e 12 na placa de controle servo
16. Conecte 1 cabo de jumper fêmea vermelho ou laranja para fêmea ao pino VCC número 10 na placa de controle servo
17. Conecte 1 cabo de jumper marrom ou preto fêmea para fêmea ao pino GND número 10 na placa de controle servo
18. Conecte o cabo azul fêmea para fêmea no pino 6 ao pino de E / S na campainha
19. Conecte o cabo de jumper vermelho ou laranja fêmea para fêmea no pino 6 ao pino VCC na campainha
20. Conecte o cabo de jumper marrom ou preto fêmea para fêmea no pino 6 ao pino GND na campainha
21. Conecte o cabo verde fêmea para fêmea do jumper no pino 7 ao pino OUT no sensor IR esquerdo
22. Conecte o cabo de jumper vermelho ou laranja fêmea para fêmea no pino 7 ao pino VCC no sensor IR esquerdo
23. Conecte o cabo jumper marrom ou preto fêmea para fêmea no pino 7 ao pino GND no sensor IR esquerdo
24. Conecte o cabo verde fêmea para fêmea do jumper no pino 8 ao pino OUT no sensor IR direito
25. Conecte o cabo de jumper vermelho ou laranja fêmea para fêmea no pino 8 ao pino VCC no sensor IR direito
26. Conecte o cabo de jumper marrom ou preto fêmea para fêmea no pino 8 ao pino GND no sensor IR direito
27. Conecte o cabo amarelo fêmea para fêmea do jumper no pino 9 ao pino Trig no sensor ultrassônico
28. Conecte o cabo amarelo fêmea para fêmea do jumper no pino 10 ao pino Echo no sensor ultrassônico
29. Conecte o cabo de jumper vermelho ou laranja fêmea para fêmea no pino 9 ao pino VCC no sensor ultrassônico
30. Conecte o cabo de jumper marrom ou preto fêmea para fêmea no pino 9 ao pino GND no sensor ultrassônico
31. Conecte o cabo de jumper roxo fêmea para fêmea no pino 11 ao pino SDA no magnômetro
32. Conecte o cabo de jumper roxo fêmea para fêmea no pino 12 ao pino SCL no magnômetro
33. Conecte o cabo de jumper vermelho ou laranja fêmea para fêmea no pino 10 ao pino VCC no magnômetro
34. Conecte o cabo de jumper marrom ou preto fêmea para fêmea no pino 10 ao pino GND no magnômetro

Etapa 9: Calibrando BUGS's Claw Servos

Todas as etapas a seguir são descritas no vídeo Assembley acima.

Parafusos e chifres de servo necessários:

• 3x servo chifres de braço único
• 3 parafusos curtos para sirenes

Instruções de montagem:

1. Ligue o robô por 5 segundos até que os servos cheguem à sua posição inicial, em seguida, desligue o robô
2. Posicione o braço em um ângulo de 90 graus em relação ao corpo
3. Insira a buzina servo do braço / corpo
4. Fixe no lugar com um curto parafuso de chifre de servo
5. Posicione o antebraço em um ângulo de 90 graus com o braço
6. Insira a buzina servo do antebraço / braço
7. Fixe no lugar com um curto parafuso de chifre de servo
8. Posicione a mão na posição fechada
9. Insira a buzina servo de mão / antebraço
10. Fixe no lugar com um curto parafuso de chifre de servo

Etapa 10: Calibrando os Sensores IR para Seguimento de Linha

Para que os sensores IR detectem uma linha preta, você deve ajustar o parafuso do potenciomentro em cada sensor IR de forma que os 2 LEDs vermelhos estejam acesos quando o sensor estiver perto de uma superfície branca e que apenas um LED vermelho fique aceso quando o sensor está perto de uma superfície preta.

Etapa 11: Usando BUGS

Usando BUGS no modo Line following:

• Coloque o robô no chão no início da linha
• Coloque uma bola de golfe 3 cm à frente do robô
• Ligue o robô e observe-o ir !!!

Usando BUGS no modo de evitar bússola e obstáculo:

• Posicione o robô na direção que você deseja que ele siga
• Ligue o robô e observe-o ir

Usando BUGS com um controlador:

• Use o joystick para mover o robô
• Use o botão para cima para abrir e fechar a garra
• Use o botão para baixo para levantar o braço para cima e para baixo
• Use o botão esquerdo para ativar o modo bússola e evitar obstáculos
• Segure o botão esquerdo para desativar o modo de prevenção de obstáculos da bússola
• Use o botão direito para ativar o modo de seguimento de linha
• Segure o botão direito para desativar o modo de seguimento de linha

Segundo Prêmio no Concurso de Robótica