Hexapod DIY: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Neste instrutível, darei a você o guia passo a passo para criar um Hexapod bluetooth com controle remoto.

Em primeiro lugar, este é um grande hexapod, e para movê-lo você precisará de 12 servo motores fortes (MG995) e para lidar com essa quantidade de sinais PWM (para controlar cada motor) a maneira mais fácil de fazer isso é usando um Arduino Mega 2560 Deve-se destacar que foram utilizados alguns equipamentos extras, como impressoras 3D e máquina de corte WaterFlow. Agora você encontrará todos os materiais usados e as etapas necessárias para construir um desses robôs.

Etapa 1: O que você precisa

Equipamento

Ferro de soldar, máquina de impressão 3D, máquina de corte a jato de água.

Material

• Filamento de impressão 3D PLA
• silício,
• pedacer de aço
• Parafusos M3X20
• Parafusos M3X10
• Nozes M3
• Arruelas M3
• Rolamentos de esferas 623zz
• Software CAD

Componentes

• (12) Servo motores MG995
• (2) baterias de 9V
• (1) bateria de 6V, 7Amps
• Câmera GoPro
• Arduino MEGA
• Arduino NANO
• (2) Joysticks
• (2) Módulo Bluetooth HC-05
• (1) Potenciômetro de 10K

Etapa 2: Mecânica e projeto das peças de que você precisa

Design mecânico

O projeto mecânico começa a partir do número de servomotores a serem usados por perna. Neste projeto optou-se por utilizar 2 servos por perna, conferindo-lhe um maior número de graus de liberdade e tornando a sua naturalidade notável. É claro que em qualquer tipo de mecanismo, máquina ou robô, quanto mais graus de liberdade você tiver, maior será a naturalidade de seus movimentos e ações. Dentro do plano para este projeto, requisitos e limitações, existem 12 atuadores a serem usados, 2 por perna. Como mencionado, os servos motores serão os principais componentes das pernas, digamos que sejam aqueles pontos que representam as articulações do robô. Por meio do qual são acionados diferentes movimentos para a máquina que, juntos, irão simular o movimento fazendo-a andar. Com base nas dimensões dos servomotores mencionados anteriormente, é projetada uma carcaça na qual este tipo de atuador é encaixado. As dimensões deste fornecem pontos de referência para projetar um sistema de fixação, para os elementos de suporte e conectores que irão compor a perna como um todo. Um dos servo motores está posicionado verticalmente e o outro horizontalmente, isto se deve principalmente ao sentido em que seu eixo irá girar e acionar o elemento ao qual está aparafusado e assim desenvolver o movimento em x ou y, necessário para o caminhar do o hexapod. Ao olhar para as figuras e imagens, você pode ver os pontos onde elas são montadas na base principal, que são as placas, do robô. Se você olhar o servomotor na posição vertical, verá que ele está entre as duas placas. Um deles aparafusado na parte superior e o outro na inferior. A partir daí, conectores e barras irão facilitar o suporte para o segundo servomotor na posição horizontal, a partir do qual 4 tipos diferentes de conectores funcionam como parte da perna. Permitem o movimento mecânico que simula e ativa a elevação e movimentação deste elemento; que inclui essas duas barras que seguram o maior componente da perna, sobre a qual repousa e deixa quase todo o peso do robô.

Conforme mencionado antes, existem limitações que definem seu design. Eles podem ser de diferentes tipos, sejam mecânicos, econômicos ou qualquer outro recurso essencial para a operação de sua máquina. Esses elementos mecânicos; neste caso os servomotores, estabeleceram as dimensões do robô. É por isso que o projeto proposto neste manual é de tais dimensões, uma vez que partem principalmente dos atuadores e controladores selecionados, aos quais uma grande bateria foi adicionada posteriormente.

É importante dizer que o projeto mecânico não está definido para ser replicado como é proposto. Isso pode ainda ser otimizado através de simulações de tensões e fadiga dos elementos principais, barras e / ou conectores. Levando em consideração o método de manufatura selecionado, manufatura aditiva, você pode aproveitar ao máximo projetar, simular e imprimir o sólido que melhor se adapta às suas cargas e aplicação. Sempre considerando os elementos básicos de suporte, fixadores e rolamentos, para o que você precisa. Isso de acordo com o papel que desempenham no mecanismo. Portanto, você deve pensar nas especificações desses elementos para que eles tenham o lugar adequado em conjunto com as outras peças da perna.

Etapa 3: projetando eletrônicos

2 PCBs foram projetados para o robô.

1 é a placa principal que será montada no robô e a segunda é para a parte eletrônica do controle remoto. O PCB foi projetado usando o software Fritzing e então usinado usando um roteador CNC para gravação de PCB.

O PCB principal inclui o Arduino Mega assim como o módulo bluetooth, todos os servos são conectados também e usando duas linhas de energia que vêm diretamente da bateria para 2 terminais de parafuso.

O PCB do controle remoto tem mais componentes, mas é mais compacto, começando com a montagem do Arduino Nano, a ele são conectados os dois joysticks para controlar a direção e os movimentos do Hexapod, um botão com seu resistor de 220 ohms apropriado, um potenciômetro para ajustar a altura do robô e seu módulo bluetooth HC05. Toda a placa é alimentada por uma bateria de 9 V e os elementos nela são alimentados pela saída de 5 V da placa Arduino.

Após o projeto, o PCB pode ser fabricado com a ferramenta especial de usinagem PCB do CNC e então você pode prosseguir com a instalação de todos os componentes nas placas.

Etapa 4: Etapa 4: montagem

Depois de ter todas as peças impressas, parafusos e rolamentos disponíveis, bem como as ferramentas de montagem do robô, pode-se iniciar a montagem das peças correspondentes, considerando que as bases dos servos verticais são montadas tendo uma placa superior e outra inferior, 6 dessas peças com um servomotor dentro delas. Agora é aparafusado o acoplamento ao eixo do servomotor e a este se conecta a peça: "JuntaServos" que em sua contraparte teria seu mancal correspondente para facilitar a rotação entre as duas partes. Em seguida, seria conectado ao segundo servo, ao servo horizontal e seu respectivo conjunto de barras que se ligam aos outros 2 segmentos, fazendo uma fixação direta na ponta de aço. Ambos aparafusados com os parafusos indicados. Para finalizar com a perna, a ponta impressa em PLA é inserida sob pressão.

Este procedimento deve ser repetido 6 vezes para montar as 6 pernas que sustentam e acionam o robô. Finalmente; posicione a câmera na placa superior, ajustando-a conforme desejado pelo usuário.

Etapa 5: Etapa 5: codificação

Nesta seção, será descrito um pouco de como o código funciona. e vai ser dividido em duas partes, o código do controle remoto e o código do hexápode.

Primeiro o controlador. Se deseja ler os valores analógicos dos potenciômetros nos joysticks, é recomendável que esses valores sejam filtrados e adequados para obter os valores somente quando estes se alterarem fora da faixa estabelecida no código. Quando isso acontece, um valor de tipo de array de caracteres é enviado usando a função Arduino Serial.write via bluetooth para indicar que um dos valores mudou isso para poder fazer algo assim que o outro módulo bluetooth os receba.

Agora, o código Hexapod também pode ser dividido em 2 partes.

A primeira parte é onde são designadas as funções que serão feitas de acordo com as mensagens recebidas pelo bluetooth e a outra parte é onde é feito o necessário para criar as funções desempenhadas pelo hexápode, como andar para frente, para trás, girar, outras. o que se quer fazer no código é designar as variáveis necessárias para o funcionamento tanto da comunicação bluetooth quanto das funções dos servos e seus movimentos em cada perna.

a função Serial.readBytesUntil é usada para obter todo o array de caracteres, que é 6, todos os comandos têm 6 caracteres, isso é algo muito importante a se levar em consideração. Nos fóruns do Arduino você pode encontrar referências sobre como selecionar os parâmetros ideais para que a mensagem seja recebida corretamente. Depois de obter a mensagem inteira, ela é comparada com a função strcmp (), e um conjunto de funções if que atribuem valores a uma variável é então usado para atribuir a função de um hexapod em uma função switch.

Existem funções extras, uma delas ao receber o comando "POTVAL" altera a altura do robô, outra função altera a altura relativa de cada perna e sua rotação estática, isso é feito com o joystick, e quando o botão é pressionado no controle, o comando "BOTTON" é recebido no código do hexapod e altera a velocidade de movimento do hexapod.

Etapa 6: Teste

No vídeo a seguir é mostrado como o hexápode evoluiu ao longo do tempo e ver o teste e o resultado final.