Ein servobasierter 4-beiniger Walker - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Bauen Sie Ihren eigenen (unnötig technisch) servomotorisch angetriebenen 4-Bein-Walker-Roboter! Zuerst eine Warnung: Dieser Bot ist im Grunde eine Mikrocontroller-Gehirn-Version des klassischen BEAM 4-Bein-Walker. Der BEAM 4-Beiner ist möglicherweise einfacher zu bauen, wenn Sie noch nicht für die Mikrocontroller-Programmierung eingerichtet sind und nur einen Rollator bauen möchten. Auf der anderen Seite, wenn Sie mit der Mikroprozessorprogrammierung beginnen und ein paar Servos haben Herum treten, das hier ist Ihr ideales Projekt! Sie können mit Walker-Mechaniken spielen, ohne sich um die umständlichen analogen BEAM-Mikrokern-Optimierungen kümmern zu müssen. Obwohl dies nicht wirklich ein BEAM-Bot ist, sind die folgenden beiden Webseiten großartige Ressourcen für jeden 4-beinigen Wanderer: Bram van Zoelens 4-beiniges Wanderer-Tutorial bietet einen guten Überblick über die Mechanik und Theorie. Ich habe mein Beindesign von seinem genommen website. Chiu-Yuan Fangs Walker-Site ist auch ziemlich gut für BEAM-Sachen und einige fortschrittlichere Walker-Designs. Fertig gelesen? Bereit zum Bauen?

Schritt 1: Teile sammeln, messen, ein Bit planen

Die Herstellung eines 4-beinigen Servowalkers ist in Teilen ziemlich einfach. Grundsätzlich benötigen Sie zwei Motoren, Beine, eine Batterie, etwas, um die Motoren hin und her zu bewegen, und einen Rahmen, um sie alle zu halten für hinten. Ich hatte 10-Gauge. 12-Gauge sollte funktionieren, aber ich vermute. Der Akku ist ein 3,6 V NiMH, der online günstig verkauft wurde. Das Mikrocontroller-Gehirn ist ein AVR ATMega 8. Der Rahmen ist Sintra, was verdammt cool ist. Es ist eine Kunststoffschaumplatte, die sich verbiegt, wenn Sie sie in kochendem Wasser erhitzen. Sie können es schneiden, bohren, mattieren und dann in Form biegen. Ich habe meine bei Solarbotics. Andere Teile:Gebohrte Projektplatine für die Schaltung Abschnappbare Stiftleisten (männlich und weiblich) für die Servo- und BatterieanschlüsseEine 28-polige Buchse für den ATMegaSuper-Duper-KleberLötkolben und Lötzinn, DrahtEinige winzige Schrauben zum Halten der Motoren onDrillMatte MesserHier sehen Sie, wie ich die Teile ausmesse, eine Skizze für den Rahmen mache und dann ein Lineal greife, um eine Papierschablone zu erstellen. Ich habe die Schablone als Leitfaden verwendet, um mit einem Stift zu markieren, wo ich Löcher in den Sintra bohren würde.

Schritt 2: Rahmen bauen, Motoren montieren

Zuerst habe ich Löcher in die Ecken der beiden Motorausschnitte gebohrt, dann mit einem matten Messer entlang der Kante eines Lineals von Loch zu Loch geritzt. Es dauert ungefähr 20 Durchgänge mit dem Messer, um durch den Sintra zu kommen. Ich wurde faul und schnappte es, nachdem ich etwa 1/2 durchgeschnitten hatte.

Nach dem Ausschneiden der Löcher teste ich die Motoren, um zu sehen, wie es funktioniert. (Ein bisschen zu breit, aber ich habe die Länge genau richtig.)

Schritt 3: Rahmen biegen, Motoren anbringen

Leider hatte ich nicht genug Hände, um mich beim Biegen des Sintra zu fotografieren, aber so ist es gelaufen:

1) Gekochter kleiner Topf mit Wasser auf dem Herd 2) Sintra für ein oder zwei Minuten mit einem Holzlöffel unter Wasser halten (Sintra schwimmt) 3) Herausgezogen und mit heißen Handschuhen und etwas Flachem im rechten Winkel gebogen gehalten, bis es gekühlt. Für das klassische Walker-Design "Miller" möchten Sie etwa einen 30-Grad-Winkel an den Vorderbeinen. Schraubenlöcher gebohrt und Motoren angeschraubt.

Schritt 4: Befestigen Sie die Beine an den sternförmigen Servomotorhörnern

Ich schneide einen 12 "und 8" Abschnitt aus dickem Kupferdraht mit Blechscheren, um die Vorder- bzw. Hinterbeine zu machen. Dann habe ich sie schräg gebogen, um sie an den Servohörnern zu befestigen.

Ein klassischer BEAM-Trick, wenn Sie Dinge anbringen müssen, besteht darin, sie mit Anschlussdraht zu verbinden. In diesem Fall habe ich etwas Anschlusskabel abgezogen, es durch die Hörner und um die Beine geführt und es stark verdreht. Einige Leute löten den Draht an dieser Stelle fest. Meine hält immer noch ohne. Fühlen Sie sich frei, den Überschuss abzuschneiden und die verdrehten Teile nach unten zu biegen.

Schritt 5: Befestigen Sie die Beine am Körper, biegen Sie sie genau richtig

Schrauben Sie die Servosterne (mit den Beinen an) wieder auf die Motoren und biegen Sie dann.

Symmetrie ist hier der Schlüssel. Ein Tipp, um die Seiten gleichmäßig zu halten, ist, sich jeweils nur in eine Richtung zu beugen, damit es einfacher ist, es zu beobachten, wenn Sie auf der einen oder anderen Seite zu viel tun. Das heißt, ich habe meine jetzt viele Male gebogen und wieder gebogen, und Sie können wieder von der Geraden aus beginnen, wenn Sie später zu weit von der Strecke abkommen, nachdem Sie sie einmal zu oft optimiert haben. Kupfer ist so toll. Schauen Sie sich die Webseiten an, die ich hier aufgelistet habe, um weitere Tipps zu erhalten, oder rufen Sie einfach auf. Ich glaube nicht, dass es wirklich so kritisch ist, zumindest was das Laufen angeht. Sie werden es später tunen. Der einzige kritische Punkt ist, den Schwerpunkt ausreichend in die Mitte zu bringen, damit er richtig läuft. Im Idealfall, wenn ein Vorderbein in der Luft ist, kippt das Drehen der Hinterbeine den Bot nach vorne auf das hohe / vordere Vorderbein, das dann das Gehen übernimmt. Sie werden sehen, was ich in einem oder zwei Videos meine.

Schritt 6: Gehirne

Das Brainboard ist verdammt einfach, daher müssen Sie meinen skizzenhaften Schaltplan verzeihen. Da es Servos verwendet, sind keine komplizierten Motortreiber oder was-haben-du notwendig. Schließen Sie einfach +3,6 Volt und Masse (direkt von der Batterie) an, um die Motoren zu betreiben, und schlagen Sie sie mit einem pulsweitenmodulierten Signal vom Mikrocontroller an, um ihnen mitzuteilen, wohin sie gehen sollen. (Siehe die Wikipedia-Servoseite, wenn Sie neu in der Verwendung von Servomotoren sind.) Ich schneide ein Stück gebohrtes leeres Leiterplattenmaterial und geklebte Header darauf. Zwei 3-Pin-Header für die Servos, ein 2-Pin-Header für den Akku, ein 5-Pin-Header für meinen AVR-Programmierer (den ich eines Tages instructable machen sollte) und die 28-Pin-Buchse für den ATMega 8-Chip. Sobald alle Buchsen und Header aufgeklebt waren, lötete ich sie hoch. Die meisten Kabel befinden sich auf der Unterseite der Platine. Es sind wirklich nur ein paar Drähte.

Schritt 7: Programmieren Sie den Chip

Die Programmierung kann mit einem so ausgeklügelten Setup wie möglich durchgeführt werden. Ich selbst, das ist nur der (abgebildete) Ghetto-Programmierer - nur ein paar Drähte, die an einen Parallelport-Stecker gelötet sind. Diese anweisbaren Details den Programmierer und die Software, die Sie benötigen, um alles zum Laufen zu bringen. Nicht! Nicht! Verwenden Sie dieses Programmierkabel nicht mit Geräten, die auch nur in die Nähe von Spannungen über 5 V kommen. Die Spannung könnte das Kabel hochlaufen und den Parallelport Ihres Computers beschädigen, was Ihren Computer ruiniert. Elegantere Designs haben Begrenzungswiderstände und/oder Dioden. Für dieses Projekt ist Ghetto in Ordnung. Es ist nur eine 3,6-V-Batterie an Bord. Aber seien Sie vorsichtig. Der Code, den ich verwende, ist hier angehängt. Meistens ist es übertrieben, nur zwei Motoren dazu zu bringen, hin und her zu schwingen, aber ich hatte Spaß. Das Wesentliche daran ist, dass die Servos alle 20 ms Impulse benötigen. Die Länge des Impulses sagt dem Servo, wo die Beine zu drehen sind. 1,5 ms ist um die Mitte herum und der Bereich liegt zwischen 1 ms und 2 ms ungefähr. Der Code verwendet den eingebauten 16-Bit-Impulsgenerator sowohl für den Signalimpuls als auch für die 20-ms-Verzögerung und bietet eine Mikrosekunden-Auflösung bei der Lagergeschwindigkeit. Die Auflösung des Servos liegt irgendwo in der Nähe von 5-10 Mikrosekunden, also sind 16 Bit ausreichend. Muss es eine Mikrocontroller-Programmierung geben? Da muss ich mal ran. Lass es mich in den Kommentaren wissen.

Schritt 8: Die ersten Schritte des Babys

Ich habe die Vorderbeine in beide Richtungen um etwa 40 Grad schwingen lassen und die Hinterbeine um etwa 20 Grad. Sehen Sie das erste Video für ein Beispiel für den Gang von unten.

(Beachten Sie die schöne Verzögerung von ein paar Sekunden, wenn ich die Reset-Taste drücke. Sehr praktisch, wenn Sie es neu programmieren, damit es bei eingeschaltetem Gerät für ein paar Sekunden stillsteht. Außerdem ist es praktisch, die Beine zu zentrieren, wenn Sie fertig sind spielen und Sie wollen nur, dass es aufsteht.) Es ging beim ersten Versuch! Siehe das 2. Video. Beobachten Sie im Video, wie sich das Vorderbein hebt und dann die Hinterbeine drehen, damit es nach vorne auf das Vorderbein fällt. Das ist zu Fuß! Spielen Sie mit Ihrem Schwerpunkt und den Beinbeugen, bis Sie diese Bewegung bekommen. Ich bemerkte, dass es sich viel zu einer Seite drehte, obwohl ich ziemlich sicher war, dass ich die Motoren mechanisch und im Code zentriert hatte. Es stellte sich heraus, dass es an einer scharfen Kante an einem der Füße lag. Also habe ich Robo-Booties gemacht. Gibt es nichts, was Schrumpfschläuche nicht können?!

Schritt 9: Optimieren

Es läuft also ok. Ich spiele immer noch mit der Gangart und der Form der Beine und dem Timing herum, um zu sehen, wie schnell ich es in einer geraden Linie schaffen und wie hoch ich es klettern kann.

Beim Klettern ist die Beugung des vorderen Beins kurz vor den Füßen entscheidend – es verhindert, dass es an Kanten hängen bleibt. Stattdessen rutscht das Bein über das Hindernis, wenn es unterhalb des "Knies" auftrifft. Ich habe versucht, die Füße in etwa dem gleichen 30-Grad-Winkel wie der Rahmen treffen zu lassen. Wie hoch kann es also klettern?

Schritt 10: Wie hoch kann es klettern?

Im Moment nur etwa 1 Zoll, was die meisten einfachen Roboter mit Rädern übertrifft, die ich hergestellt habe, also beschwere ich mich nicht. Sehen Sie sich das Video an, um es in Aktion zu sehen. Es springt nie einfach geradeaus. Es braucht ein paar Versuche, um beide Vorderbeine hochzuheben. Ehrlich gesagt sieht es mehr als alles andere nach einem Traktionsproblem aus. Oder der Schwerpunkt kann für den langen Vorderbeinschwung etwas hoch sein. Sie können sehen, wie es fast die Nerven verliert, als das Vorderbein den Körper in die Luft drückte. Ein Hinweis auf die kommenden Dinge…

Schritt 11: Also, was kann es nicht klettern?

Bisher habe ich es nicht geschafft, die französische Kochkunst (Band 2) zuverlässig zu meistern. Es sieht so aus, als ob 1 1/2 Zoll die aktuelle Grenze dafür sind, wie hoch es gehen kann. Vielleicht hilft eine Reduzierung der vorderen Beinrotation? Vielleicht den Körper etwas auf den Boden absenken? Schau das Video. Erleben Sie die Qual der Niederlage. Verdammt, Julia Kind!