Arachnoidea - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Zunächst möchten wir uns für Ihre Zeit und Aufmerksamkeit bedanken. Meinem Partner Tio Marello und mir, Chase Leach, hat es viel Spaß gemacht, an dem Projekt zu arbeiten und die damit verbundenen Herausforderungen zu meistern. Wir sind derzeit Schüler des Wilkes Barre Area School District S. T. E. M. Academy Ich bin ein Junior und Tio ist ein Sophomore. Unser Projekt, der Arachnoid, ist ein vierbeiniger Roboter, den wir mit einem 3D-Drucker, einem Bread Board und einem Arduino MEGA 2560 R3 Board hergestellt haben. Das beabsichtigte Ziel des Projekts war es, einen wandelnden Vierbeiner-Roboter zu schaffen. Nach viel Arbeit und Tests haben wir erfolgreich einen funktionierenden Vierbeiner-Roboter geschaffen. Wir freuen uns und sind dankbar für diese Gelegenheit, Ihnen unser Projekt, den Arachnoid, vorzustellen.

Schritt 1: Materialien

Zu den Materialien, die wir für den vierbeinigen Roboter verwendeten, gehörten: der 3D-Drucker, Unterlegscheibe für Trägermaterial, 3D-Druckschalen, 3D-Druckmaterial, Drahtschneider, ein Steckbrett, Batteriehalter, ein Computer, AA-Batterien, Isolierband, Klebeband, MG90S Tower Pro Servo Motors, Crazy Glue, Arduino MEGA 2560 R3-Board, Jumper-Kabel, die Inventor 2018-Software und die Arduino IDE-Software. Wir haben den Computer verwendet, um die Software und den 3D-Drucker auszuführen, den wir verwendet haben. Wir haben die Inventor-Software hauptsächlich zum Entwerfen der Teile verwendet, so dass es für niemanden erforderlich ist, dies zu Hause zu machen, da alle von uns erstellten Teildateien auf dieser Anleitung bereitgestellt werden. Die Arduino IDE-Software wurde für die Programmierung des Roboters verwendet, was auch für die Leute, die ihn zu Hause herstellen, unnötig ist, da wir auch das von uns verwendete Programm bereitgestellt haben. Der 3D-Drucker, die Trägermaterial-Waschmaschine, das 3D-Druckmaterial und die 3D-Druckschalen wurden alle für den Herstellungsprozess der Teile verwendet, aus denen der Arachnoid besteht. Wir verwendeten die Batteriehalter, AA-Batterien, Überbrückungsdrähte, Isolierband und Drahtschneider wurden zusammen verwendet, um den Batteriesatz zu erstellen. Die Batterien wurden in die Batteriehalter eingesetzt und die Drahtschneider wurden verwendet, um die Enden der Drähte sowohl des Batteriesatzes als auch der Überbrückungsdrähte abzuschneiden, damit sie abisoliert und zusammengedreht und dann mit elektrischem Klebeband abgeklebt werden konnten. Das Steckbrett, die Überbrückungsdrähte, der Akku und Ardiuno wurden verwendet, um eine Schaltung zu erstellen, die die Motoren mit Strom versorgte und sie mit den Steuerpins des Arduino verband. Der Crazy Glue wurde verwendet, um die Servomotoren an den Teilen des Roboters zu befestigen. Der Bohrer und die Schrauben wurden verwendet, um andere Elemente des Roboters zu montieren. Die Schrauben sollten wie auf dem Bild aussehen, aber die Größe kann nach Ermessen erfolgen. Das Scotch Tape und Zip Ties wurden hauptsächlich für das Kabelmanagement verwendet. Am Ende haben wir insgesamt 51,88 US-Dollar für Materialien ausgegeben, die wir nicht hatten.

Vorräte, die wir zur Hand hatten

1. (Menge: 1) 3D-Drucker
2. (Menge: 1) Trägermaterial Unterlegscheibe
3. (Anzahl: 5) 3D-Druckbehälter
4. (Betrag: 27,39 Zoll^3) 3D-Druckmaterial
5. (Betrag: 1) Drahtschneider
6. (Betrag: 1) Bohrer
7. (Anzahl: 24) Schrauben
8. (Betrag: 1) Steckbrett
9. (Anzahl: 4) Batteriehalter
10. (Betrag: 1) Computer
11. (Menge: 8) AA-Batterien
12. (Betrag: 4) Kabelbinder
13. (Menge: 1) Isolierband
14. (Betrag: 1) Klebeband

Zubehör, das wir gekauft haben

1. (Betrag: 8) MG90S Tower Pro Servomotoren (Gesamtkosten: 23,99 $)
2. (Betrag: 2) Crazy Glue (Gesamtkosten: 7,98 $)
3. (Betrag: 1) Arduino MEGA 2560 R3-Board (Gesamtkosten: 12,95 USD)
4. (Betrag: 38) Überbrückungsdrähte (Gesamtkosten: 6,96 USD)

Erforderliche Software

1. Erfinder 2018
2. Integrierte Arduino-Entwicklungsumgebung

Schritt 2: Stunden, die für die Montage aufgewendet wurden

Wir haben einige Stunden mit der Entwicklung unseres Vierbeiner-Roboters verbracht, aber den größten Teil der Zeit, die wir aufgewendet haben, verbrachten wir mit der Programmierung des Arachnoids. Wir brauchten ungefähr 68 Stunden, um den Roboter zu programmieren, 57 Stunden zu drucken, 48 Stunden zu entwerfen, 40 Stunden zusammenzubauen und 20 Stunden zu testen.

Schritt 3: MINT-Anwendungen

Wissenschaft

Der wissenschaftliche Aspekt unseres Projekts kommt bei der Erstellung der Schaltung zum Tragen, die zum Antrieb der Servomotoren verwendet wurde. Wir haben unser Verständnis von Schaltungen angewendet, genauer gesagt die Eigenschaft von Parallelschaltungen. Diese Eigenschaft besteht darin, dass parallele Schaltungen alle Komponenten innerhalb der Schaltung mit der gleichen Spannung versorgen.

Technologie

Unser Einsatz von Technologie war während des gesamten Prozesses des Entwerfens, Zusammenbauens und Programmierens des Arachnoids sehr wichtig. Wir haben die computergestützte Konstruktionssoftware Inventor verwendet, um den gesamten vierbeinigen Roboter zu erstellen, einschließlich: Körper, Deckel, Oberschenkel und Waden. Alle entworfenen Teile wurden aus einem 3D-Drucker gedruckt. Mit der Arduino-IDE. Software konnten wir die Arduino- und Servomotoren verwenden, um den Arachnoid zum Laufen zu bringen.

Maschinenbau

Der technische Aspekt unseres Projekts ist der iterative Prozess, mit dem die Teile für den Vierbeiner-Roboter konstruiert werden. Wir mussten uns überlegen, wie wir die Motoren anbringen und das Arduino und das Steckbrett unterbringen können. Der Programmieraspekt des Projekts erforderte auch, dass wir kreativ über mögliche Lösungen für aufgetretene Probleme nachdenken mussten. Am Ende war die von uns verwendete Methode effektiv und half uns, den Roboter so zu bewegen, wie wir es brauchten.

Mathematik

Der mathematische Aspekt unseres Projekts ist die Verwendung von Gleichungen, um die Menge an Spannung und Strom zu berechnen, die wir brauchten, um den Motor anzutreiben, der die Anwendung des Ohmschen Gesetzes erforderte. Wir haben auch Mathematik verwendet, um die Größe aller Einzelteile zu berechnen, die für den Roboter erstellt wurden.

Schritt 4: 2. Iteration Quadruped Robot Lid

Der Deckel für das Arachnoid wurde mit vier Stiften an der Unterseite entworfen, die bemessen und in Löcher am Körper platziert wurden. Diese Stifte konnten zusammen mit der Hilfe von Crazy Glue den Deckel am Körper des Roboters befestigen. Dieses Teil wurde entwickelt, um den Ardiuno zu schützen und dem Roboter ein fertigeres Aussehen zu verleihen. Wir entschieden uns, mit dem aktuellen Design weiterzumachen, aber es hatte zwei Design-Iterationen durchlaufen, bevor dieses ausgewählt wurde.

Schritt 5: Zweiter Iteration Vierbeiner Roboterkörper

Dieser Teil wurde erstellt, um die vier Motoren unterzubringen, die zum Bewegen der Oberschenkelteile, des Arduino und des Steckbretts verwendet werden. Die Fächer an den Seiten der Karosserie wurden größer gemacht als die Motoren, die wir derzeit für das Projekt verwenden, das mit Blick auf das Distanzstück durchgeführt wurde. Dieses Design ermöglichte letztendlich eine ausreichende Wärmeableitung und ermöglichte es, die Motoren mit Schrauben zu befestigen, ohne mögliche Schäden am Gehäuse zu verursachen, deren Nachdruck viel länger dauern würde. Die Löcher in der Vorderseite und das Fehlen einer Wand in der Rückseite des Körpers wurden absichtlich gemacht, damit Drähte in das Arduino und das Steckbrett geführt werden konnten. Der Raum in der Mitte des Körpers wurde für den Arduino, das Steckbrett und die Batterien entworfen. Es gibt auch vier Löcher in der Unterseite des Teils, die speziell für die Drähte der Servomotoren gedacht sind, um durch und in die Rückseite des Roboters. Dieser Teil ist einer der wichtigsten, da er als Basis dient, für die alle anderen Teile entworfen wurden. Wir haben zwei Iterationen durchlaufen, bevor wir uns für die angezeigte entschieden haben.

Schritt 6: Servomotor-Abstandshalter der zweiten Iteration

Der Servomotor-Abstandshalter wurde speziell für die Fächer an den Seiten des Körpers des Arachnoids entwickelt. Diese Abstandshalter wurden mit der Idee entwickelt, dass jedes Bohren in die Seite des Körpers potenziell gefährlich sein und dazu führen kann, dass wir Material und Zeit für das Nachdrucken des größeren Teils verschwenden. Deshalb haben wir uns stattdessen für den Spacer entschieden, der nicht nur dieses Problem löste, sondern es uns auch ermöglichte, einen größeren Platz für die Motoren zu schaffen, der eine Überhitzung verhindert. Der Abstandshalter durchlief zwei Iterationen. Die ursprüngliche Idee beinhaltete: zwei dünne Wände auf beiden Seiten, die mit einem zweiten Abstandshalter verbunden waren. Diese Idee wurde verworfen, weil wir dachten, es wäre einfacher, jede Seite einzeln zu bohren, damit, wenn eine beschädigt wird, die andere nicht auch weggeworfen werden muss. Wir haben 8 dieser Teile gedruckt, die ausreichten, um oben und unten im Motorraum der Karosserie zu kleben. Wir verwendeten dann einen Bohrer, der auf der langen Seite des Stücks zentriert war, um ein Pilotloch zu erstellen, das dann für eine Schraube auf beiden Seiten des Motors zur Montage verwendet wurde.

Schritt 7: Zweite Iteration Vierbeiner-Roboterbein-Oberschenkel-Teil

Dieser Teil ist der Oberschenkel oder die obere Hälfte des Roboterbeins. Es wurde mit einem Loch auf der Innenseite des Teils entworfen, das speziell für den Anker angefertigt wurde, der mit dem Motor geliefert wurde, der für unseren Roboter modifiziert wurde. Wir haben auch einen Schlitz an der Unterseite des Teils hinzugefügt, der für den Motor gemacht wurde, um die untere Hälfte des Beins zu bewegen. Dieser Teil übernimmt einen Großteil der Hauptbewegung des Beins. Die aktuelle Iteration dieses Teils, die wir verwenden, ist die zweite, da die erste ein klobigeres Design hatte, das wir für unnötig hielten.

Schritt 8: 5. Iteration des Vierbeiner-Roboter-Kniegelenks

Das Kniegelenk war eines der komplizierteren Konstruktionsteile. Es brauchte mehrere Berechnungen und Tests, aber das gezeigte aktuelle Design funktioniert ganz gut. Dieser Teil wurde entwickelt, um den Motor zu umrunden, um die Bewegung des Motors effizient auf die Bewegung der Wade oder des Unterschenkels zu übertragen. Es waren fünf Design- und Redesign-Iterationen erforderlich, um zu erstellen, aber die spezifische Form, die um die Löcher herum geschaffen wurde, maximierte die möglichen Bewegungsgrade, ohne die Stärke einzubüßen, die wir von ihr verlangten. Wir haben die Motoren auch mit mehr Ankern befestigt, die in die Löcher an den Seiten passen und perfekt auf den Motor passen, sodass wir Schrauben verwenden können, um ihn an Ort und Stelle zu halten. Das Pilotloch an der Unterseite des Teils ermöglichte es, Bohren und mögliche Beschädigungen zu vermeiden.

Schritt 9: 3. Iteration Quadruped Robot Leg Wade

Die zweite Hälfte des Roboterbeins wurde so erstellt, dass unabhängig davon, wie der Roboter seinen Fuß absetzt, er immer die gleiche Traktion behält. Dies ist dem halbkreisförmigen Design des Fußes und dem Schaumstoffpolster zu verdanken, das wir geschnitten und auf die Unterseite geklebt haben. Es erfüllt letztendlich seinen Zweck gut, das es dem Roboter ermöglicht, den Boden zu berühren und zu gehen. Wir haben mit diesem Design drei Iterationen durchlaufen, die hauptsächlich Änderungen der Länge und des Fußdesigns beinhalteten.

Schritt 10: Downloads für die Parts Inventor-Dateien

Diese Dateien stammen von Inventor. Sie sind speziell Teiledateien für alle Fertigteile, die wir für dieses Projekt entworfen haben.

Schritt 11: Montage

Das von uns bereitgestellte Video erklärt, wie wir den Arachnoid zusammengebaut haben, aber ein Punkt, der darin nicht erwähnt wurde, ist, dass Sie die Kunststoffhalterung von beiden Seiten des Motors entfernen müssen, indem Sie sie abschneiden und dort schleifen, wo sie früher war. Die anderen zur Verfügung gestellten Fotos wurden während der Montage aufgenommen.

Schritt 12: Programmierung

Die Programmiersprache Arduino basiert auf der Programmiersprache C. Innerhalb des Arduino-Code-Editors gibt es uns zwei Funktionen.

• void setup(): Der gesamte Code in dieser Funktion wird einmal am Anfang ausgeführt
• void loop(): Der Code innerhalb der Funktion durchläuft eine Schleife ohne Ende.

Überprüfen Sie unten, indem Sie auf den orangefarbenen Link klicken, um weitere Informationen zum Code zu erhalten!

Dies ist der Code zum Gehen

#enthalten

classServoManager{

öffentlich:

Servo vorne rechts Oberschenkel;

Servo vorne rechts Knie;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo vorne linksOberschenkel;

Servo vorne links Knie;

Servo BackLeftOberschenkel;

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);

}

};

ServoManager-Manager;

voidsetup(){

Manager.setup();

}

Leerschleife () {

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

Verzögerung (1000);

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

Verzögerung (5000);

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

Verzögerung (1000);

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

Verzögerung (1000);

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

Verzögerung (1000);

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

Verzögerung (1000);

}

rawQuad.ino anzeigen, gehostet mit ❤ von GitHub

Schritt 13: Testen

Die Videos, die wir hier hinzugefügt haben, zeigen, wie wir den Arachnoid testen. Die Punkte, an denen Sie ihn laufen sehen, sind etwas kurz, aber wir glauben, dass dies Ihnen eine Vorstellung davon geben sollte, wie der Vierbeiner-Roboter gelaufen ist. Gegen Ende unseres Projekts haben wir es zum Laufen gebracht, aber ziemlich langsam, so dass unser Ziel erreicht wurde. In den Videos davor testen wir die Motoren, die wir für den oberen Teil des Beins angebracht haben.

Schritt 14: Während des Entwerfens und Druckens

Die Videos, die wir hier hinzugefügt haben, sind hauptsächlich Fortschrittskontrollen während des gesamten Prozesses des Entwerfens und Druckens der von uns hergestellten Teile.

Schritt 15: Mögliche Verbesserungen

Wir haben uns die Zeit genommen, darüber nachzudenken, wie wir mit dem Arachnoid vorankommen würden, wenn wir mehr Zeit damit hätten, und wir kamen auf einige Ideen. Wir würden nach einem besseren Weg suchen, den Arachnoid mit Strom zu versorgen, einschließlich: einen besseren, leichteren Akku zu finden, der wieder aufgeladen werden könnte. Wir würden auch nach einer besseren Möglichkeit suchen, die Servomotoren an der oberen Hälfte des von uns entworfenen Beins zu befestigen, indem wir das von uns erstellte Teil neu gestalten. Eine weitere Überlegung, die wir uns vorgenommen haben, war die Anbringung einer Kamera am Roboter, damit er verwendet werden kann, um Bereiche zu betreten, die sonst für Menschen unerreichbar wären. All diese Überlegungen gingen uns bei der Entwicklung und Montage des Roboters durch den Kopf, konnten sie aber aus Zeitgründen nicht weiterverfolgen.

Schritt 16: Endgültiges Design

Am Ende sind wir mit dem Ergebnis unseres endgültigen Designs sehr zufrieden und hoffen, dass es Ihnen genauso geht. Vielen Dank für Ihre Zeit und Rücksicht.