Cardboard Spider (DIY Quadruped): 13 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Olá novamente e seja bem-vindo ao meu novo projeto.

Neste instrutível, tentei fazer um Quadruped simples feito de materiais acessíveis a todos. Eu sei que para obter um produto final bonito você precisa de uma impressora 3D e talvez um CNC, mas nem todo mundo tem um desses dispositivos sofisticados, então tentei demonstrar que com um material simples você ainda pode construir algumas coisas legais.

Como mencionado antes, tentaremos construir um Quadruped. A moldura do Quadruped será feita simplesmente de papelão ondulado que inclui a moldura, o fêmur e a tíbia de cada uma das quatro pernas.

Etapa 1: Por que Quadruped e como funciona?

Devo dizer que os robôs são divertidos e interessantes. Eu nunca construí um robô com pernas antes, então pensei que deveria tentar.

Decidi construir um quadrúpede primeiro porque não tinha servos suficientes para um hexápode. Eu imaginei que se você pudesse construir um quadrúpede, então construir um hexápode seria apenas um passo à frente. Como este é meu primeiro projeto deste tipo, eu não sabia exatamente o que esperar, então pensei que 4 pernas seriam mais fáceis do que 6, mas como descobri mais tarde, isso nem sempre é verdade.

Quadrúpede com apenas 4 pernas para não cair uma vez que uma das pernas seja levantada, o centro de gravidade do robô deve ser deslocado no interior do triângulo formado entre as pontas das outras três pernas.

Uma descrição muito boa de todo esse processo você pode encontrar aqui:

Cada perna do quadrúpede tem 3 articulações para controlar a ponta da perna no espaço. Portanto, as juntas serão:

- Coxa servo - entre a estrutura e o fémur

- Femur servo - controlando o fêmur da perna

- Servo da tíbia - entre o fêmur e a tíbia controlando a tíbia

Para saber o ângulo de cada servo para a localização necessária da ponta da perna usaremos algo chamado cinemática inversa. Você pode encontrar muita documentação na internet sobre isso, e como calcular os ângulos dos servos para as diferentes localizações da ponta da perna. Mas, no meu caso, apenas peguei o código do Arduino criado por RegisHsu (você pode encontrar seu quadrúpede detalhado se der uma busca) e mudei as dimensões do robô e as pernas do robô para caber no meu robô e também mudei o programa para usar um controle remoto para controlar o robô e é isso.

Etapa 2: Por que usar papelão ondulado para a estrutura e as pernas?

Em primeiro lugar é muito difundido, você pode encontrar em qualquer lugar e se quiser comprar é muito barato. O papelão ondulado é um material rígido, forte e leve composto por três camadas de papel kraft marrom e a maioria das caixas de embalagem é feita dele. Portanto, é muito fácil encontrar alguns.

No meu caso, usei uma caixa de sapatos que cortei e fiz a moldura com ela. A caixa que foi fornecida pela minha caixa tinha 2 mm de espessura, por isso é muito fina. Então, para cada parte da moldura, tive que cortar três partes idênticas e colá-las com fita adesiva dupla. Então na verdade teremos que fazer 3 molduras para ter no final uma caixa de papelão de 6 mm de espessura.

Etapa 3: Parte necessária:

Peças eletrônicas necessárias para o Quadruped:

- Microcontrolador Arduino Nano;

- Deek Robot Nano V03 Shield - não essencial, mas tornará a conexão de todos os servos à placa Nano muito mais fácil.

- 12 unidades Tower Pro Micro Servo 9g SG90 - 4 pernas com 3 juntas cada;

- LED - para luz (usei um sensor de cor queimado antigo)

- 1 transceptor NRF24L01

Peças eletrônicas necessárias para o controle remoto

- Microcontrolador Arduino Uno;

- 1 transceptor NRF24L01;

- Controle de video game;

- CONDUZIU;

- Vários resistores;

- Botão de apertar;

- Alguns fios de ligação;

Para o quadro:

- Folha de papelão ondulado

- Cutter

- Chaves de fenda

- scotch de fita dupla

- Triângulos

- Governante

- Lápis

Então, vamos começar a construir.

Etapa 4: Configurando os Servos em 90 graus

Antes de começar a construir a estrutura, tive que centralizar todos os servos em 90 graus para que seja mais fácil posicioná-los mais tarde, quando a estrutura estiver pronta. Portanto, conectei primeiro o Arduino Nano destinado ao Quadruped ao escudo Nano e, depois, todos os servos ao escudo. Então tudo que você precisa fazer é carregar o código e todos os servos serão centralizados em posições de 90 graus.

O código pode ser encontrado na última etapa do instrutível.

Etapa 5: Construindo a Estrutura

Conforme mencionado antes, a estrutura é construída com a caixa de papelão ondulada fornecida a partir de uma caixa de sapatos. O modelo da moldura você pode encontrar nas fotos em anexo junto com as dimensões da moldura.

Primeiro, cortei as laterais da caixa de papelão para fazer a moldura. Eu obtive três peças boas para as quais levei em consideração a orientação da camada corrugada de modo que 2 peças tenham uma camada corrugada de células verticais e uma horizontal.

Uma vez que a caixa estava pronta, eu desenho o molde da moldura na folha de papelão que tem o meio corrugado vertical. Para obter uma estrutura mais forte e mais rígida, cortei três peças a fim de colá-las para obter resistência extra contra dobras. As folhas de papelão superior e inferior têm uma camada ondulada vertical, enquanto a folha de papelão intercalada será uma camada ondulada horizontal.

Antes de colar as três peças da estrutura, preparei o braço do servo motor e desenho a posição de cada servo motor coxa para futuro posicionamento correto.

Agora que sei onde os servos coxa devem ser posicionados, colei as três peças.

Agora o quadro está pronto.

Etapa 6: anexando os Coxa Servos à estrutura

Para prender os servos primeiro, fiz um orifício na posição marcada para que o parafuso de fixação do braço do servo passe e fixe o servo na estrutura.

Usando os parafusos fornecidos com os servo motores, conectei os braços dos servo motores coxa à estrutura. A coxa é formada por dois servos colados com fita dupla e reforçados com elástico no caso. Um servo será orientado para baixo com o eixo na posição vertical e será fixado na estrutura, e o outro será orientado com o eixo na posição horizontal e será fixado na parte interna do fêmur.

Finalmente, para fixar o coxa servo à estrutura, o parafuso de fixação é aparafusado.

Etapa 7: construindo o fêmur

Foi utilizado o mesmo procedimento de corte da caixa. Cada fêmur será criado a partir de três folhas de papelão coladas. A camada ondulada horizontal será imprensada entre as folhas de papelão da camada ondulada vertical.

Etapa 8: Construindo o Tibia

Para a tíbia mesmo cortei três gabaritos para cada tíbia, mas desta vez a orientação da camada ondulada foi vertical para dar uma melhor resistência longitudinal à tíbia.

Uma vez que cada três modelos foram cortados, eu os colei fazendo também o orifício para o servo da tíbia se encaixar.

Fixei o servo na tíbia, e o braço do servo foi preso ao servo com o parafuso de fixação através do orifício feito no fêmur de forma a conectar o fêmur com a tíbia.

Etapa 9: juntando tudo

Agora que todas as partes da estrutura e das pernas foram criadas, conectei todas elas para que a montagem começasse a parecer um quadrúpede.

Etapa 10: Instalando os componentes eletrônicos e configurando as conexões

Primeiro, o Arduino Nano juntamente com o Deek Robot Shield devem caber na estrutura. Para isso, peguei o escudo e empurrei o quadro com 4 furos para prender o escudo do robô Deek ao quadro usando 4 parafusos e porcas.

Agora, “o cérebro está ligado ao corpo”: D. Em seguida, conectei todos os servos ao Deek Nano Shield.

A conexão dos servos é muito fácil já que a blindagem possui três pinos especialmente construídos (Signal, VCC, GND) para cada pino digital e analógico do Arduino Nano, permitindo uma conexão perfeita e fácil dos micro servos. Normalmente precisamos de um driver de motor para acionar servos com Arduino porque ele não é capaz de lidar com os amperes exigidos pelos motores, mas no meu caso isso não é válido porque os micro servos 9g são pequenos o suficiente para o Arduino Nano lidar com eles.

Os servos de pernas serão conectados da seguinte forma:

Perna 1: (perna esquerda para a frente)

Coxa - Arduino Nano Digital pino 4

Femur - Arduino Nano Digital pino 2

Tibia - Arduino Nano Digital pino 3

Perna 2: (perna esquerda posterior)

Coxa - Arduino Nano Analog Pin A3

Femur - Arduino Nano Analog Pin A5

Tibia - Arduino Nano Analog Pin A4

Perna 3: (perna direita para a frente)

Coxa - Arduino Nano Analog Pino 10

Femur - Arduino Nano Analog Pino 8

Tibia - Arduino Nano Analog Pin 9

Perna 4: (perna direita traseira)

Coxa - Arduino Nano Digital Pin A1

Femur - Arduino Nano Digital Pin A0

Tibia - Arduino Nano Digital Pin A2

Conexão do LED para efeito de luz

Achei que seria bom colocar alguma luz no quadrúpede então tenho um sensor de cor antigo que não funciona mais (consegui queimá-lo: D) mas os LEDs ainda estão funcionando, pois são quatro LEDs acesos uma pequena placa e eles são muito brilhantes, decidi usar o sensor de cores para dar ao quadrúpede algum efeito de luz. Também sendo quatro, ele parecia um pouco mais próximo de uma aranha.

Portanto, conectei o VCC do sensor de cores ao Arduino Nano Pin D5 e o GND do sensor ao GND do Arduino Nano. Como a pequena placa já tem alguns resistores que são usados para o LED, não precisei colocar nenhum outro resistor em série com o LED. Todos os outros pinos não serão usados, pois o sensor está queimado e estou apenas usando os LEDs da pequena placa.

Conexões para o Módulo NRF24L01.

- GND do Módulo vai para o GND do Arduino Nano Shield

- VCC vai para o pino 3V3 do Arduino Nano. Tenha cuidado para não conectar o VCC aos 5V da placa de ensaio, pois você corre o risco de destruir o Módulo NRF24L01

- O pino CSN vai para o Arduino Nano D7;

- O pino CE vai para o Arduino Nano D6;

- O pino SCK vai para o Arduino Nano D13;

- O pino MOSI vai para o Arduino Nano D11;

- O pino MISO vai para o Arduino Nano D12;

- O pino IRQ não será conectado. Tenha cuidado se você estiver usando uma placa diferente da Arduino Nano ou Arduino Uno, os pinos SCK, MOSI e MISO serão diferentes.

- Você também precisará baixar a biblioteca RF24 para este módulo. Você pode encontrá-lo no seguinte site:

Como fonte de alimentação para o spider usei um adaptador de parede 5V (1A). Eu não tenho nenhum tipo de bateria disponível, e este era o meu único adaptador de parede disponível que eu acho que será melhor um mais forte de pelo menos 2A, mas eu não tenho um então eu tive que usar o único que tenho. Será muito melhor se você usar uma bateria li-po para que o robô fique livre, sem nenhum cabo conectado.

Para ter uma fonte de alimentação mais estável na placa instalei um capacitador de 10microF entre os pinos 5V e GND do Deek Robot Nano Shield, pois notei que quando todos os servos estavam sob carga o Arduino Nano irá apenas reiniciar, enquanto adicionar o capacitor resolveu o problema.

Etapa 11: Construindo a Capa

Como eu queria a tampa o mais leve possível, fiz apenas uma camada de folha de papelão ondulado de 2 mm porque não precisa de nenhum reforço, pois nenhuma carga a afetará.

Eu cortei um pedaço de papelão no formato e nas dimensões que você pode ver na imagem e o anexei à estrutura com as mesmas porcas que prendem o Arduino Nano Shield embaixo da estrutura. Na parte superior as duas peças virão coladas uma na outra com fita dupla. Eu tentei enrolar todos os fios dentro para que o quadrúpede tenha a melhor aparência possível.

Agora o quadrúpede está feito. Vamos passar para o controle remoto.

Etapa 12: controle remoto

Para o controle remoto, estou usando o mesmo controle remoto do meu projeto anterior Carro com controle remoto Maverick, só que riscado o gráfico que neste projeto não é necessário. Mas se você perdeu essa construção, eu a escrevi novamente aqui.

Como estou usando como controlador um Arduino Uno, anexei o Uno a uma placa de ensaio com alguns elásticos para não se mover.

- O Arduino Uno será alimentado por bateria de 9V através do conector;

- Pino do Arduino Uno 5V no trilho 5V da placa de ensaio;

- Pino Arduino Uno GND no trilho GND da placa de ensaio;

Módulo NRF24L01.

- GND do Módulo vai para o GND do trilho da placa de ensaio

- VCC vai para o pino 3V3 do Arduino Uno. Tenha cuidado para não conectar o VCC aos 5V da placa de ensaio, pois você corre o risco de destruir o Módulo NRF24L01

- O pino CSN vai para o Arduino Uno D8;

- O pino CE vai para o Arduino Uno D7;

- O pino SCK vai para o Arduino Uno D13;

- O pino MOSI vai para o Arduino Uno D11;

- O pino MISO vai para o Arduino Uno D12;

- O pino IRQ não será conectado. Tenha cuidado se você estiver usando uma placa diferente da Arduino Nano ou Arduino Uno, os pinos SCK, MOSI e MISO serão diferentes.

Módulo Joystick

- O módulo de joystick é composto por 2 potenciômetros de modo que é muito semelhante nas conexões;

- Pino GND ao trilho GND da placa de ensaio;

- Pino VCC no trilho 5V da placa de ensaio;

- pino VRX para o pino Arduino Uno A3;

- pino VRY para o pino A2 do Arduino Uno;

CONDUZIU

- O LED vermelho será conectado em série com um resistor de 330Ω ao pino D4 do Arduino Uno;

- O LED verde será conectado em série com um resistor de 330Ω ao pino D5 do Arduino Uno;

Apertar botões

- Um dos botões será usado para ligar e desligar a luz quadrúpede, e o outro não será usado;

- O botão LIGHT será conectado ao pino D2 do Arduino Uno. O botão deve ser puxado para baixo com um resistor de 1k ou 10k o valor não é importante.

- O botão restante será conectado ao pino D3 do Arduino Uno. Mesmo o botão deve ser puxado para baixo com um resistor de 1k ou 10k. (não vai ser usado para este projeto)

É isso, agora conectamos todas as partes elétricas.

Etapa 13: Códigos IDE do Arduino

Para esta parte, há poucos códigos que usei.

Leg_Initialization - foi usado para centralizar os servos na posição de 90 graus.

Spider_Test - foi usado para testar as funções corretas, como andar para frente, para trás, girar

Aranha - para ser usado para a Aranha

Controle Remoto Spider - para ser usado para o Controlador Spider

Devo mencionar que o código do Spider foi adaptado e modificado após o código do RegisHsu [DIY] SPIDER ROBOT (QUAD ROBOT, QUADRUPED) e é por isso que gostaria de agradecer ao RegisHsu pelo seu bom trabalho.

Bem, com tudo dito, espero que tenha gostado do meu Spider.