أنا مهتم جدًا بالروبوتات ، وقد صنعت مؤخرًا روبوتًا ذو قدمين مدعومًا من Arduino. بعد ذلك ، أردت أن أصنع روبوتًا رباعي الأرجل يحاكي الحيوانات مثل الكلاب أو القطط. في هذه المقالة سأتحدث عن تصميم وتجميع روبوت رباعي الأرجل.
كان الهدف الرئيسي من هذا المشروع هو جعل النظام موثوقًا بدرجة كافية بحيث لا داعي للقلق أثناء تجربة المشية المختلفة بشأن الأعطال المحتملة للمعدات. سمح لي هذا بدفع الروبوت إلى أقصى الحدود من خلال إعطائه مشية معقدة وحركات مختلفة. كان الهدف الإضافي هو صنع نموذج أولي رخيص نسبيًا باستخدام مكونات جاهزة وطباعة ثلاثية الأبعاد للنماذج الأولية السريعة. يوفر هذان الهدفان معًا أساسًا متينًا للتجارب المختلفة وتطوير روبوتات أكثر تخصصًا رباعي الأرجل بأهداف أكثر تحديدًا - التنقل وتجنب العقبات والتكيف الديناميكي للحركة.
الخطوة 1: معلومات عامة وعملية التصميم
لقد قمت بتطوير الروبوت في برنامج النمذجة ثلاثية الأبعاد المجاني من Autodesk - Fusion 360. لقد بدأت باستيراد محركات المؤازرة التي رسمت حولها أرجل وجذع. ثم صممت أقواس تثبيت المحرك لمنحهم نقطة ربط ثانية ، على عكس العمود تمامًا. تعطي الأعمدة الموجودة على كل جانب من المحرك قوة الهيكل وتقضي على إمكانية الانحراف عند تحميل الأرجل. يتم إدخال المحامل في حوامل خاصة ، ويتم استخدام البراغي كعمود في الأقواس. بعد تثبيت الحوامل على الأعمدة بجوز ، يوفر المحمل نقطة محورية آمنة على الجانب الآخر من المحرك المؤازر من العمود.
كان الهدف الآخر أثناء التطوير هو جعل النموذج مضغوطًا قدر الإمكان لتحقيق أقصى استفادة من عزم الدوران لمحركات المؤازرة. تم ضبط حجم الذراعين لتوفير أقصى قدر من الحركة بأقل طول. إذا جعلتها أقصر من اللازم ، فإن الأقواس ستصطدم ببعضها البعض ، مما يقلل من إمكانية التنقل. إذا استغرق الأمر وقتًا طويلاً ، فسيتعين على المحركات تطبيق عزم دوران غير ضروري. أخيرًا وليس آخرًا ، قمت بتصميم علبة الروبوت مع ملحقات Arduino والمكونات الإلكترونية الأخرى. لقد قدمت حوامل إضافية أعلى اللوحة لتوسيع المشروع في المستقبل. يومًا ما سيكون من الممكن إضافة مستشعرات المسافة أو الكاميرات أو آليات أخرى للروبوت ، على سبيل المثال ، القابض.
الخطوة 2: المواد المطلوبة
قائمة المواد المطلوبة لإنشاء روبوت رباعي الأرجل مدعوم من Arduino. جميع المكونات شائعة ومتاحة.
الإلكترونيات:
- اردوينو أونو x 1.
- محرك مؤازر Towerpro MG995 x 12.
- Arduino Sensor Shield (لدي الإصدار 4 ، لكني أوصي بشراء الإصدار 5).
- توصيل الأسلاك ، 10 قطع.
- MPU6050 IMU (اختياري).
- مستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية (اختياري).
المكونات:
- محامل (8 × 19 × 7 مم ، 12 قطعة).
- البراغي والصواميل M4.
- بلاستيك للطابعة ثلاثية الأبعاد.
- زجاج شبكي 4 ملم.
أدوات
- طابعة 3D.
- قاطع ليزري.
يتم إنفاق معظم النفايات على 12 محركًا مؤازرًا. أوصي بعدم استخدام محركات بلاستيكية رخيصة ، لأنها تنكسر بسهولة. باستثناء الأدوات ، كلفني كل شيء معًا 60 دولارًا.
الخطوة 3: المكونات المطبوعة
كان لابد من تطوير مكونات الروبوت بشكل خاص - لذلك استفدنا من إمكانات التصميم الرقمي و CAD. معظم المكونات مطبوعة ثلاثية الأبعاد وبعضها مقطوع من لوح زجاج شبكي 4 مم. مطبوع بتغطية 40٪ ، محيطان ، فوهة 0.4 مم ، ارتفاع طبقة 0.1 مم مع PLA. تتطلب بعض المكونات دعائم نظرًا لشكلها المعقد مع الأجزاء المتدلية ، ولكن يمكن الوصول إليها وسهولة إزالتها باستخدام قواطع الأسلاك. يمكنك اختيار اللون حسب ذوقك. يوجد أدناه قائمة بالمكونات وروابط STL للطباعة ، بالإضافة إلى رسومات ثنائية الأبعاد للقاطع.
مكونات الطباعة ثلاثية الأبعاد:
- دعامة محرك سيرفو فخذي × 2.
- دعامة مرآة بمحرك سيرفو فخذي × 2.
- دعامة محرك مؤازر للركبة × 2.
- دعامة ركبة بمحرك مؤازر بمرآة × 2.
- حامل المحمل × 2.
- حامل محمل المرآة × 2.
- الأرجل × 4.
- أصحاب محرك سيرفو × 4.
- حاملات المحامل × 4.
- أجهزة Arduino x 1.
- جبل استشعار المسافة × 1.
- مثبتات الزاوية × 4.
- كم تحمل × 4.
- غسالة مؤازرة x 24.
مكونات القطع بالليزر:
- لوحة تركيب مؤازرة × 2.
- اللوحة العلوية × 1.
هناك ما مجموعه 30 جزءًا للطباعة ، باستثناء الغسالات المختلفة ، والعدد الإجمالي للأجزاء المنتجة رقميًا هو 33. لقد قمت بطباعة كل شيء في 30 ساعة.
content.instructables.com/ORIG/FBK/9YPN/KFZEKVED/FBK9YPNKFZEKVED.rar
content.instructables.com/ORIG/FZS/65E0/KFZEKVEE/FZS65E0KFZEKVEE.pdf
الخطوة 4: تحضير الحوامل
إذا بدأت في التجميع بمكونات معينة ، فستكون العملية برمتها أسرع. يمكنك أن تبدأ مع أصحاب. للقيام بذلك ، قم أولاً بصنفرة الفتحات الموجودة داخل الحامل ، ثم أدخل المحمل فيه. اضطررت إلى طباعة عدد قليل من الغسالات ثلاثية الأبعاد لأن البراغي التي تأتي مع المحركات كانت طويلة جدًا وستصطدم بالمحركات أثناء التشغيل.
الخطوة 5: تحضير أقواس محرك سيرفو
لتجميع دعامة الركبة ، ما عليك سوى إدخال البرغي في الفتحة وشدها بالصامولة. سيكون هذا المفصل بمثابة المحور الثاني للمحرك. قم بربط المسمارين من خلال الفتحات الموجودة في دعامة الفخذ وشدهما بالصواميل. ثم خذ دعامة المؤازرة المثنية وأرفقها بالجزء المرتفع من الحامل بصامولتين. أخيرًا ، خذ غلاف المحمل وأدخل المحمل فيه. قد تحتاج إلى صنفرة السطح الداخلي للكم قليلاً. تظهر الصور المرفقة مراحل التجميع المختلفة.
الخطوة 6: تجميع الساقين
مع تجميع كل المشابك والحوامل ، يمكنك البدء في تجميع ساقيك. قم أولاً بربط المحركات المؤازرة على الأقواس باستخدام البراغي والصواميل. قم بمحاذاة عمود المحرك مع البرغي البارز من الجانب الآخر.
ثم قم بتوصيل محرك مؤازر الفخذ بمحرك مؤازر للركبة مع الحامل. لا تشد الصامولة الآن - قد تحتاج لاحقًا إلى تقليم شيء ما. على الجانب الآخر ، قم بتثبيت الحوامل باستخدام محملين في البراغي البارزة باستخدام الصواميل.
اجمع كل الأرجل الأربع هكذا.
الخطوة 7: تجميع الجذع
الآن يمكنك البدء في تجميع الجذع. يحتوي على أربعة محركات مؤازرة تمنح الدرجة الثالثة من حرية الساق. ابدأ بـ 4 مسامير M4 التي تثبت المحركات بلوحة القطع بالليزر.
ركب المحركات المؤازرة بحيث تشير المحاور للخارج - انظر الصور.
ثم اربط أقواس الزاوية على جانبي اللوحة. إنها تساعد على إرفاق لوحة تثبيت المحرك بشكل آمن باللوحة العلوية.
مع تأمين جميع الحوامل ، قم بتوصيل لوحة المحرك باللوحة العلوية. ابدأ بالمسامير الخارجية الموجودة في الأمام والخلف. المسامير الموجودة في المنتصف تحمل حامل Arduino في نفس الوقت. شاهد الصور في بداية القسم. قم بتوصيل لوحة Arduino باللوحة العلوية بحيث تمر البراغي عبر الفتحات الموجودة في أقواس الزاوية.
الخطوة 8: تجميعها معًا
عندما يتم تجميع الساقين والجذع ، يمكن تجميع الروبوت. قم بتأمين الأرجل على المحركات المؤازرة الأربعة باستخدام أقواس الزاوية المرفقة بقوس الفخذ المؤازر. أخيرًا ، استخدم حاملات المحامل لدعم المحور المقابل على قوس الفخذ. قم بربط المحور من خلال المحمل وتأمينه باستخدام الجوز. قم بتوصيل حاملات المحمل باللوحة العلوية باستخدام البراغي والصواميل.
الروبوت رباعي الأرجل جاهز.
الخطوة التاسعة: الأسلاك والإلكترونيات
قررت استخدام لوحة توسعة لتوصيل درع المستشعر ، حيث توجد جهات اتصال لمحركات المؤازرة. أوصي بإصداره الخامس - يوجد موصل منفصل لتوصيل مصدر طاقة خارجي. لكن لوحتي لم يكن لديها هذا الخيار. لقد درستها وأدركت أنها تستمد طاقة 5 فولت من لوحة Arduino (عندما يتعلق الأمر بالمستهلكين الأقوياء مثل المحركات المؤازرة ، فهذه فكرة رهيبة يمكن أن تلحق الضرر بـ Arduino). لقد قمت بحل هذه المشكلة عن طريق ثني دبوس 5V للخلف حتى لا يتصل بسكة طاقة Arduino. بهذه الطريقة ، يمكنك إعطاء طاقة خارجية للدبوس 5 فولت دون الإضرار بـ Arduino.
فيما يلي توصيلات المحركات المؤازرة وجهات اتصال اللوحة. ملحوظة: Hip1Servo هي محركات مؤازرة ورك متصلة بالجذع. Hip2Servo - محركات مؤازرة الورك متصلة بالساق. KneeServo - محركات مؤازرة للركبة.
الساق 1 (أمامي يسار):
Hip1Servo - 2
Hip2Servo - 3
KneeServo - 4
Leg 2 (أمام اليمين):
Hip1Servo - 5
Hip2Servo - 6
KneeServo - 7
Leg 3 (خلفي يسار):
Hip1Servo - 8
Hip2Servo - 9
KneeServo - 10
قدم 4 (يمين خلفي):
Hip1Servo - 11
Hip2Servo - 12
KneeServo - 13
الخطوة 10: الإعداد الأولي
قبل البدء في برمجة الحركات المعقدة ، من الضروري تعيين المواضع الأولية لكل محرك مؤازر. سيعطون الروبوت نقطة مرجعية يمكن من خلالها بناء حركات مختلفة.
لتجنب التلف العرضي للمحركات ، يمكنك أولاً إزالة أقواس الزاوية من المحركات. ثم قم بتحميل الكود على Arduino (الرابط أدناه). يحول الكود جميع المحركات المؤازرة إلى وضع 90 درجة. ثم قم بلف الأقواس للخلف بحيث تكون جميع الأرجل مستوية تمامًا وتكون المحركات المؤازرة المتصلة بالجذع متعامدة على اللوحة العلوية.
قد لا يتم محاذاة بعض المفاصل تمامًا. ثم ستحتاج إلى تصحيح قيم صفيف المواقع الصفرية الموجودة في السطر الرابع من الكود. يمثل كل رقم الموضع الصفري للمحرك المؤازر المقابل (ترتيبهم هو نفسه كما هو مذكور في قائمة اتصال Arduino). العب بالقيم حتى تصبح ساقيك مستقيمة تمامًا.
على سبيل المثال ، حصلت على القيم التالية:
int zeroPositions[12] = {93, 102, 85, 83, 90, 85, 92, 82, 85, 90, 85, 90};content.instructables.com/ORIG/F9K/WO73/KFZEKX13/F9KWO73KFZEKX13.ino
الخطوة 11: قليلا عن الحركية
لجعل الروبوت يؤدي إجراءات مفيدة - المشي والجري وغيرها - يجب برمجة مسارات الحركة للمحركات المؤازرة. هذه هي المسارات التي يتحرك فيها المستجيب (في حالتنا ، الساق). ويمكن تحقيق ذلك بطريقتين:
12:
بمجرد الانتهاء من الاتصال والتهيئة ، يمكنك البدء في برمجة الروبوت الخاص بك ومنحه مسارات رائعة لأداء مهام ممتعة. في الكود الموجود في السطر الرابع ، قم بتغيير القيم إلى تلك التي تخرجها في خطوة التهيئة. بعد تحميل الكود ، يجب أن يبدأ الروبوت في المشي. إذا لاحظت أن اتجاهات بعض المفاصل مقلوبة ، فقم بتغيير القيمة المقابلة في المصفوفة الموجودة في السطر 5 (-1 إلى 1 والعكس صحيح).
content.instructables.com/ORIG/FA6/3ZNJ/KFZEKX4Y/FA63ZNJKFZEKX4Y.ino
الخطوة 13: ملخص وتوقيت التجارب
يمكن للروبوت أن يتخذ خطوات من 2 إلى 5 سم. تختلف سرعة المشي أيضًا. يصنع الروبوت منصة موثوقة لتجربة المشية وأشياء أخرى مثل القفز أو أداء المهام المعقدة. أوصي بتغيير مسارات الحركة ، وتجربة مشيات مختلفة ، ومراقبة كيفية تأثيرها على عمل الروبوت. لقد قدمت العديد من الحوامل على الجذع العلوي بحيث يمكن تركيب أجهزة استشعار مثل أداة تحديد المدى أو جهاز استشعار بالقصور الذاتي هناك. يمكنك محاولة إصلاح نوع من القبضة هناك.