Primero, nos gustaría agradecerle por su tiempo y consideración. Mi socio Tio Marello y yo, Chase Leach, nos divertimos mucho trabajando en el proyecto y superando los desafíos que presentaba. Actualmente somos estudiantes del Distrito Escolar del Área de Wilkes Barre S.T.E.M. Academia Soy un Junior y Tio es un estudiante de segundo año. Nuestro proyecto, el Arachnoid es un robot cuadrúpedo que hicimos utilizando una impresora 3D, un tablero de pan y un tablero Arduino MEGA 2560 R3. El objetivo previsto del proyecto era crear un robot cuadrúpedo andante. Después de mucho trabajo y pruebas, hemos creado con éxito un robot cuadrúpedo de trabajo. Estamos emocionados y agradecidos por esta oportunidad de presentarles nuestro proyecto, el Arachnoid.

Suministros:

Paso 1: Materiales

Los materiales que utilizamos para el robot cuadrúpedo incluyeron: la impresora 3D, el lavador de materiales de apoyo, las bandejas de impresión 3D, el material de impresión 3D, los cortadores de alambre, una placa de pruebas, los soportes de la batería, una computadora, baterías AA, cinta eléctrica, cinta adhesiva, torre MG90S Pro Servo Motors, Crazy Glue, placa Arduino MEGA 2560 R3, cables de puente, el software Inventor 2018 y el software Arduino IDE. Usamos la computadora para ejecutar el software y la impresora 3D que usamos. Utilizamos el software Inventor principalmente para diseñar las piezas, por lo que no es necesario para nadie que haga esto en casa porque todos los archivos de piezas que creamos se proporcionan en este instructivo. El software Arduino IDE se usó para programar el robot, que también es innecesario para las personas que lo hacen en casa porque también proporcionamos el programa que estamos usando. La impresora 3D, la arandela de material de soporte, el material de impresión 3D y las bandejas de impresión 3D se utilizaron para el proceso de fabricación de las piezas de las que se fabricó el Arachnoid. Usamos los portapilas, las pilas AA, los cables de puente, la cinta aislante y los cortadores de alambre se usaron juntos para crear el paquete de baterías. Las baterías se colocaron en los soportes de las baterías y las cortadoras de alambre se usaron para cortar el extremo de los cables tanto de la batería como de los cables de puente para que pudieran ser desmontados y retorcidos, y luego encintados con cinta aislante. El tablero, los cables de puente, el paquete de baterías y Ardiuno se utilizaron para crear un circuito que suministraba energía a los motores y los conectaba a los pines de control de Arduino. El Crazy Glue se usó para unir los servomotores a las partes del robot. El taladro y los tornillos se utilizaron para montar otros elementos del robot. Los tornillos deben ser similares a los de la imagen provista, pero el tamaño puede basarse en el juicio. Scotch Tape y Zip Ties se utilizaron principalmente para la gestión de cables. Al final, gastamos un total de $ 51.88 en los materiales que no teníamos.

Suministros que teníamos a mano

1. (Cantidad: 1) Impresora 3D
2. (Cantidad: 1) Lavadora de material de soporte
3. (Cantidad: 5) Bandejas de impresión 3D
4. (Cantidad: 27.39 in ^ 3) Material de impresión 3D
5. (Cantidad: 1) Cortadores de alambre
6. (Cantidad: 1) Taladro
7. (Cantidad: 24) Tornillos
8. (Cantidad: 1) Breadboard
9. (Cantidad: 4) Soportes de batería
10. (Cantidad: 1) Computadora
11. (Cantidad: 8) Pilas AA
12. (Cantidad: 4) Zip Ties
13. (Cantidad: 1) Cinta eléctrica
14. (Cantidad: 1) Scotch Tape

Suministros que compramos

1. (Cantidad: 8) Servomotores MG90S Tower Pro (Costo total: $ 23.99)
2. (Cantidad: 2) Pegamento loco (Costo total: $ 7.98)
3. (Cantidad: 1) Tablero Arduino MEGA 2560 R3 (Costo total: $ 12.95)
4. (Cantidad: 38) Cables de puente (Costo total: $ 6.96)

Software requerido

1. Inventor 2018
2. Entorno de Desarrollo Integrado Arduino

Paso 2: Horas gastadas en el montaje

Pasamos unas cuantas horas en la creación de nuestro robot cuadrúpedo, pero la mayor parte del tiempo que usamos lo dedicamos a la programación del Arachnoid. Nos tomó aproximadamente 68 horas para programar el robot, 57 horas de impresión, 48 horas de diseño, 40 horas de montaje y 20 horas de prueba.

Paso 3: Aplicaciones STEM

Ciencia

El aspecto científico de nuestro proyecto entra en juego al crear el circuito que se utilizó para alimentar los servomotores. Aplicamos nuestra comprensión de los circuitos, más específicamente la propiedad de los circuitos paralelos. Esta propiedad es que los circuitos paralelos suministran el mismo voltaje a todos los componentes dentro del circuito.

Tecnología

Nuestro uso de la tecnología fue muy importante durante el proceso de diseño, montaje y programación del Arachnoid. Utilizamos el software de diseño asistido por computadora Inventor para crear todo el robot cuadrúpedo que incluye: el cuerpo, la tapa, los muslos y las pantorrillas. Todas las piezas diseñadas se imprimieron en una impresora 3D. Utilizando el Arduino I.D.E. Software, pudimos usar Arduino y los servomotores para hacer que Arachnoid camine.

Ingenieria

El aspecto de ingeniería de nuestro proyecto es el proceso iterativo utilizado para diseñar las piezas hechas para el robot cuadrúpedo. Tuvimos que pensar en formas de conectar los motores y alojar el Arduino y la placa de pruebas. El aspecto de programación del proyecto también nos obligó a pensar creativamente sobre las posibles soluciones a los problemas que encontramos. Al final, el método que utilizamos fue efectivo y nos ayudó a hacer que el robot se moviera de la manera que lo necesitábamos.

Matemáticas

El aspecto matemático de nuestro proyecto es el uso de ecuaciones para calcular la cantidad de voltaje y corriente que necesitábamos para alimentar el motor que requería la aplicación de la Ley de Ohm. También utilizamos las matemáticas para calcular el tamaño de todas las partes individuales creadas para el robot.

Paso 4: Tapa de robot cuadrúpedo de segunda iteración

La tapa para el Arachnoid fue diseñada con cuatro clavijas en la parte inferior que fueron dimensionadas y colocadas dentro de los agujeros hechos en el cuerpo. Estas clavijas, junto con la ayuda de Crazy Glue, fueron capaces de colocar la tapa en el cuerpo del robot. Esta parte fue creada para ayudar a proteger el Ardiuno y darle al robot una apariencia más completa. Decidimos seguir adelante con el diseño actual, pero había pasado por dos iteraciones de diseño antes de que éste fuera elegido.

Paso 5: Cuerpo de robot cuadrúpedo de segunda iteración

Esta parte fue creada para albergar los cuatro motores utilizados para mover las partes del muslo, el Arduino y la placa de pruebas. Los compartimentos en los lados del cuerpo se hicieron más grandes que los motores que estamos utilizando actualmente para el proyecto, que se hizo con la parte espaciadora en mente. Este diseño en última instancia permitió una adecuada dispersión del calor e hizo posible unir los motores con tornillos sin causar un posible daño al cuerpo, lo que demoraría mucho más en volver a imprimir. Los agujeros en la parte delantera y la falta de una pared en la parte posterior del cuerpo se hicieron a propósito para que los cables se puedan correr hacia el Arduino y la placa de pruebas. El espacio en el medio del cuerpo se diseñó para que Arduino, la placa de pruebas y las baterías se alojen en él. También hay cuatro orificios diseñados en la parte inferior de la parte destinada específicamente para que los cables de los servomotores pasen por el interior y hacia el interior. Detrás del robot. Esta parte es una de las más importantes, ya que sirve como base para la cual se diseñó cada otra parte. Pasamos por dos iteraciones antes de decidirnos por la que se muestra.

Paso 6: Separador del motor servo de segunda iteración

El espaciador del servomotor fue diseñado específicamente para los compartimentos en los lados del cuerpo del Arachnoid. Estos espaciadores se diseñaron con la idea en mente de que cualquier perforación en el costado del cuerpo podría ser potencialmente peligrosa y causar que desperdiciéramos tiempo y material en la reimpresión de la parte más grande. Es por eso que optamos por el espaciador que no solo resolvió este problema, sino que también nos permitió crear un espacio más grande para los motores que ayuda a prevenir el sobrecalentamiento. El espaciador pasó por dos iteraciones. La idea original incluía: dos paredes delgadas en cada lado que se conectaban a un segundo espaciador. Esta idea se desechó porque pensamos que sería más fácil perforar cada lado por separado, de modo que si uno se dañara, el otro no tendría que desecharse. Imprimimos 8 de estas piezas que fueron suficientes para pegarlas en la parte superior e inferior del compartimiento del motor en el cuerpo. Luego usamos un taladro que estaba centrado en el lado largo de la pieza para crear un orificio piloto que luego se usaba para un tornillo en cada lado del motor para el montaje.

Paso 7: 2ª iteración cuadrúpedo robot pierna muslo porción

Esta parte es el muslo o la mitad superior de la pierna del robot. Fue diseñado con un orificio en el interior de la pieza que se hizo específicamente para la armadura que vino con el motor que se modificó para nuestro robot. También agregamos una ranura en la parte inferior de la parte que se hizo para el motor que se usaría para mover la mitad inferior de la pierna. Esta parte maneja la mayoría del mayor movimiento de la pierna. La iteración actual de esta parte que estamos usando es la segunda, ya que la primera tenía un diseño más grueso que decidimos que era innecesario.

Paso 8: Quinta iteración de la articulación de la rodilla del robot cuadrúpedo

La articulación de la rodilla fue una de las partes más difíciles de diseñar. Tomó varios cálculos y pruebas, pero el diseño actual mostrado funciona bastante bien. Esta parte fue diseñada para rodear el motor con el fin de transferir eficientemente el movimiento del motor al movimiento en la pantorrilla o en la parte inferior de la pierna. Se necesitaron cinco iteraciones de diseño y rediseño para crear, pero la forma específica que se creó alrededor de los orificios maximizó los posibles grados de movimiento sin perder la fuerza que requeríamos. También conectamos los motores con más armaduras que se ajustan a los orificios de los lados y se ajustan perfectamente al motor, lo que nos permite utilizar tornillos para mantenerlo en su lugar. El orificio piloto en la parte inferior de la pieza permitió evitar perforaciones y posibles daños.

Paso 9: Tercera Iteración Cuadrúpedo Robot Pier Calf

La segunda mitad de la pata del robot se creó de tal manera que no importa cómo el robot descanse, siempre mantendrá la misma cantidad de tracción. Esto es gracias al diseño semicircular del pie y la almohadilla de espuma que cortamos y pegamos al fondo. En última instancia, cumple su función, que permite al robot tocar el suelo y caminar. Pasamos por tres iteraciones con este diseño que involucraba principalmente cambios en la longitud y el diseño del pie.

Paso 10: Descargas para los archivos de Inventor de piezas

Estos archivos son de Inventor. Son específicamente archivos de pieza para todas las piezas terminadas que diseñamos para este proyecto.

Paso 11: Montaje

El video que hemos proporcionado explica cómo ensamblamos el Arachnoid, pero un punto que no se mencionó es que tendrá que quitar el soporte de plástico de ambos lados del motor cortándolo y lijándolo donde solía estar.. Las otras fotos proporcionadas están tomadas durante el montaje.

Paso 12: Programación

El lenguaje de programación arduiono se basa en el lenguaje de programación C. Dentro del editor de código Arduino, nos da dos funciones.

• Configuración de anulación (): todo el código dentro de esta función se ejecuta una vez al principio
• void loop (): el código dentro de la función realiza un bucle sin fin.

¡Haga clic abajo en el enlace naranja para ver más información sobre el código!

Este es el código para caminar.

#incluir

classServoManager {

público:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo FrontLeftThigh;

Servo FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

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);

}

};

Administrador de ServoManager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

retraso (1000);

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

retraso (5000);

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

retraso (1000);

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

retraso (1000);

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

retraso (1000);

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

retraso (1000);

}

ver rawQuad.ino alojado con ❤ por GitHub

Paso 13: Pruebas

Nos tomamos un tiempo para pensar cómo podríamos seguir adelante con el Arachnoid si tuviéramos más tiempo y se nos ocurrieran algunas ideas. Buscaríamos una mejor manera de alimentar el Arachnoid, incluyendo: encontrar una batería mejor y más liviana que se pueda recargar. También buscaríamos una mejor manera de conectar los servomotores a la mitad superior de la pierna que diseñamos al rediseñar la parte que creamos. Otra consideración que hicimos es adjuntar una cámara al robot para que pueda ser utilizada para ingresar a áreas que las personas no podrían alcanzar. Todas estas consideraciones pasaron por nuestras mentes mientras estábamos diseñando y ensamblando el robot, pero no pudimos perseguirlas debido a limitaciones de tiempo.

Paso 16: Diseño Final

Al final, estamos muy contentos con la forma en que resultó nuestro diseño final y esperamos que se sienta de la misma manera.Gracias por su tiempo y consideración.