Um andador de 4 patas baseado em servo: 12 etapas (com imagens)

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

Construa seu próprio robô andador de 4 pernas acionado por servomotor (desnecessariamente tecnológico)! Em primeiro lugar, um aviso: este robô é basicamente uma versão do cérebro com microcontrolador do clássico andador de 4 pernas BEAM. O BEAM 4-legger pode ser mais fácil de fazer se você ainda não estiver configurado para a programação do microcontrolador e apenas quiser construir um andador. Por outro lado, se você estiver começando com a programação do microprocessador e tiver alguns servos chutando, este é o seu projeto ideal! Você pode brincar com a mecânica do andador sem ter que se preocupar com os ajustes do microcore analógico BEAM. Portanto, embora este não seja realmente um bot BEAM, as duas páginas a seguir são ótimos recursos para qualquer andador de 4 patas: O tutorial do andador de 4 patas de Bram van Zoelen tem uma boa visão geral da mecânica e da teoria. Tirei o design de minhas pernas dele website. O site do andador de Chiu-Yuan Fang também é muito bom para coisas do BEAM e alguns designs de andadores mais avançados. Terminou de ler? Pronto para construir?

Etapa 1: Reúna as peças, meça, planeje um pouco

Fazer um servowalker de 4 pernas é muito simples, no que diz respeito às peças. Basicamente, você precisa de dois motores, pernas, uma bateria, algo para fazer os motores irem para frente e para trás e uma estrutura para mantê-los todos. Lista de peças: 2x Tower Hobbies TS-53 Servos20in fio de cobre pesado: 12 pol para as pernas dianteiras, 8 pol. para a retaguarda. Eu tinha calibre 10. Calibre 12 deve funcionar, mas estou supondo. A bateria é uma NiMH de 3,6 V que estava vendendo barato online. O cérebro do microcontrolador é um AVR ATMega 8. O quadro é Sintra, o que é hella cool. É um foamboard de plástico que se dobra quando você aquece em água fervente. Você pode cortá-lo, furar, fazer fosco e depois dobrá-lo para dar forma. Eu comprei o meu na Solarbotics. Outras peças: Placa de projeto perfurada para o circuito Cabeçalhos de encaixe (macho e fêmea) para as conexões do servo e da bateria Um soquete de 28 pinos para a cola ATMegaSuper-duperFerro de solda e solda, fioAlguns parafusos minúsculos para segurar os motores onDrillMatte knifeAqui, você me vê medindo as peças, fazendo um esboço para a moldura e, em seguida, pegando uma régua para fazer um molde de papel. Usei o molde como guia para marcar com uma caneta onde faria furos em Sintra.

Etapa 2: construir o quadro, montar os motores

Primeiro, fiz furos nos cantos dos dois recortes do motor, depois fiz uma ranhura ao longo da borda de uma régua de buraco em buraco com uma faca fosca. São cerca de 20 passes com a faca para passar por Sintra. Fiquei preguiçoso e o agarrei depois de cortar cerca de meio caminho.

Depois de fazer os furos, eu testei os motores apenas para ver como funcionavam. (Um pouco largo demais, mas acertei o comprimento certo.)

Etapa 3: Dobre a estrutura e conecte os motores

Infelizmente não tive mãos suficientes para me fotografar a dobrar o Sintra, mas foi assim:

1) Panela pequena de água fervida no fogão 2) Segurar Sintra debaixo de água por um ou dois minutos com uma colher de pau (Sintra flutua) 3) Puxar para fora, e com luvas quentes e algo plano, segurá-la dobrada no ângulo certo até ela resfriado. Para o design clássico do andador "Miller", você deseja um ângulo de cerca de 30 graus nas pernas dianteiras. Fure os orifícios dos parafusos e aparafuse os motores.

Etapa 4: prenda as pernas às buzinas do servo motor em forma de estrela

Cortei uma seção de 12 "e 8" de fio de cobre grosso com latas para fazer as pernas da frente e de trás, respectivamente. Então, dobrei-os em um ângulo para prendê-los às pontas do servo.

Um truque clássico do BEAM quando você precisa prender coisas é amarrá-las com um fio de arame. Nesse caso, tirei um pouco do fio de conexão, passei pelos chifres e ao redor das pernas e torci muito. Algumas pessoas soldam o fio sólido neste ponto. O meu ainda está firme do lado de fora. Sinta-se à vontade para cortar o excesso e dobrar as partes torcidas para baixo.

Etapa 5: prenda as pernas ao corpo, dobre-as corretamente

Aparafuse as estrelas do servo (com as pernas) de volta aos motores e, em seguida, flexione.

Simetria é a chave aqui. Uma dica para manter os lados uniformes é dobrar em apenas uma direção por vez, de modo que seja mais fácil perceber se você estiver fazendo muito de um lado ou do outro. Dito isso, já dobrei e dobrei novamente o meu muitas vezes, e você pode recomeçar do zero se se desviar muito mais tarde depois de ajustá-lo várias vezes. O cobre é ótimo assim. Dê uma olhada nas páginas da web que listei para obter mais dicas aqui, ou apenas improvise. Não acho que seja tão crítico, pelo menos em termos de fazê-lo andar. Você o ajustará mais tarde. A única parte crítica é colocar o centro de gravidade no meio o suficiente para que ele ande corretamente. Idealmente, quando uma das pernas da frente está no ar, a virada das pernas de trás fará com que o robô se incline para a frente sobre a perna da frente alta / dianteira, que então fará a caminhada. Você verá o que quero dizer em um ou dois vídeos a seguir.

Etapa 6: Brains

O brainboard é muito simples, então você vai ter que perdoar meu diagrama de circuito esboçado. Como ele usa servos, não há necessidade de drivers de motor complicados ou sei lá o quê. Basta conectar +3,6 volts e aterrar (direto da bateria) para acionar os motores e acertá-los com um sinal modulado por largura de pulso do microcontrolador para dizer aonde ir. (Veja a página de servo da wikipedia se você for novo no uso de servomotores.) Cortei um pedaço de material de pcb em branco perfurado e colei cabeçalhos nele. Dois conectores de 3 pinos para os servos, um conector de 2 pinos para a bateria, um conector de 5 pinos para meu programador AVR (que devo tornar instrutível para algum dia) e o soquete de 28 pinos para o chip ATMega 8. Depois que todos os soquetes e cabeçalhos foram colados, eu os soldei. A maior parte da fiação está na parte inferior da placa. Na verdade, são apenas alguns fios.

Etapa 7: programe o chip

A programação pode ser feita com uma configuração tão sofisticada quanto possível. Eu mesmo, esse é apenas o (na foto) programador do gueto - apenas alguns fios soldados a um plugue de porta paralela. Isso detalha o programador e o software de que você precisa para colocá-lo em execução. Não! Não! Não use este cabo de programação com quaisquer dispositivos que cheguem perto de tensões acima de 5v. A voltagem pode subir pelo cabo e fritar a porta paralela do computador, arruinando o computador. Projetos mais elegantes têm resistores limitadores e / ou diodos. Para este projeto, o gueto está bem. É apenas uma bateria de 3,6 V a bordo. Mas tome cuidado. O código que uso está anexado aqui. Principalmente, é um exagero apenas fazer dois motores balançarem para frente e para trás, mas eu estava me divertindo. A essência disso é que os servos precisam de pulsos a cada 20ms ou mais. O comprimento do pulso diz ao servo para onde virar as pernas. 1,5 ms é em torno do centro, e o intervalo é de 1 ms a 2 ms aproximadamente. O código usa o gerador de pulsos de 16 bits embutido para o pulso de sinal e o atraso de 20 ms e fornece resolução de microssegundos na velocidade do estoque. A resolução do servo é algo próximo a 5-10 microssegundos, então 16 bits é o bastante. É necessário haver um microcontrolador instrutível para programação? Vou ter que resolver isso. Deixe-me saber nos comentários.

Etapa 8: Primeiros passos do bebê

Eu tenho as pernas dianteiras balançando cerca de 40 graus em qualquer direção, e as pernas traseiras em cerca de 20 graus. Veja o primeiro vídeo para um exemplo da marcha por baixo.

(Observe o bom atraso de alguns segundos quando pressiono o botão de reinicialização. Muito útil ao reprogramá-lo para que fique parado por alguns segundos com a energia ligada. Além disso, é conveniente centralizar as pernas para quando terminar jogando e você só quer que ele se levante.) Ele caminhou na primeira tentativa! Veja o 2º vídeo. No vídeo, observe a maneira como a perna da frente se eleva e, em seguida, as pernas de trás giram para fazê-la cair para a frente sobre a perna da frente. Isso é caminhar! Brinque com o centro de gravidade e com as flexões das pernas até conseguir esse movimento. Percebi que ele estava virando muito para o lado, embora eu tivesse quase certeza de ter centralizado os motores mecanicamente e no código. Acontece que era devido a uma ponta afiada em um dos pés. Então eu fiz botinhas-robô. Não há nada que a tubulação termorretrátil não possa fazer ?!

Etapa 9: ajustes

Então anda bem. Ainda estou brincando com o andar, o formato das pernas e o tempo para ver o quão rápido posso fazê-lo ir em linha reta e quão alto posso fazê-lo subir.

Para escalar, a flexão da perna dianteira antes dos pés é crucial - ajuda a não ficar presa nas bordas. Em vez disso, a perna sobe por cima do obstáculo se atingir abaixo do "joelho". Tentei fazer com que os pés atingissem o mesmo ângulo de 30 graus do quadro. Então, quão alto ele pode subir?

Etapa 10: Até que altura ela pode subir?

Apenas cerca de 1 polegada agora, o que supera a maioria dos robôs com rodas simples que eu fiz, então não estou reclamando. Assista ao vídeo para vê-lo em ação. Ele nunca simplesmente salta direto. Serão necessárias algumas tentativas para levantar as duas pernas da frente. Honestamente, parece mais um problema de tração do que qualquer coisa. Ou o centro de gravidade pode ser um pouco alto para o longo balanço da perna dianteira. Você pode ver que ele quase perdeu o controle quando a perna da frente empurrou o corpo para o ar. Uma dica do que está por vir …

Etapa 11: Então, o que ele não pode escalar?

Até agora, não consegui fazê-lo dominar a arte da culinária francesa (volume 2) de maneira confiável. Parece que 1 1/2 polegada é o limite atual de quão alto ele pode ir. Talvez a redução da rotação da perna dianteira ajude? Talvez abaixando um pouco o corpo no chão? Assista o vídeo. Testemunhe a agonia da derrota. Maldito filho Julia!