Tout d’abord, nous voudrions vous remercier pour votre temps et votre considération. Mon partenaire Tio Marello et moi-même, Chase Leach, avons eu beaucoup de plaisir à travailler sur le projet et à relever les défis qu’il présentait. Nous sommes actuellement des étudiants du district scolaire de la région de Wilkes Barre S.T.E.M. Académie, je suis un junior et Tio est un étudiant en deuxième année. Notre projet, l'Arachnoid, est un robot quadrupède que nous avons fabriqué à l'aide d'une imprimante 3D, Bread Board et d'une carte Arduino MEGA 2560 R3. L'objectif visé par le projet était de créer un robot quadrupède ambulant. Après de nombreux travaux et tests, nous avons réussi à créer un robot quadrupède en état de fonctionnement. Nous sommes ravis et reconnaissants de cette occasion de vous présenter notre projet, l’arachnoïde.

Provisions:

Étape 1: matériaux

Les matériaux que nous avons utilisés pour le robot quadrupède incluent: l'imprimante 3D, la rondelle de support, les bacs d'impression 3D, le matériel d'impression 3D, les coupe-fils, une planche à pain, des supports de piles, un ordinateur, des piles AA, du ruban isolant, du scotch, la tour MG90S Pro Servo Motors, Crazy Glue, carte Arduino MEGA 2560 R3, câbles de liaison, logiciel Inventor 2018 et logiciel Arduino IDE. Nous avons utilisé l'ordinateur pour exécuter le logiciel et l'imprimante 3D que nous avons utilisés. Nous avons utilisé le logiciel Inventor principalement pour la conception des pièces; il n'est donc pas nécessaire pour quiconque de le faire à la maison, car tous les fichiers de pièces que nous avons créés sont fournis dans cet instructable. Le logiciel Arduino IDE a été utilisé pour programmer le robot, ce qui est également inutile pour les personnes qui le réalisent à la maison car nous avons également fourni le programme que nous utilisons. L’imprimante 3D, la rondelle de support, les supports d’impression 3D et les bacs d’impression 3D ont tous été utilisés pour la fabrication des pièces constituant l’Arachnoid. Nous avons utilisé les porte-piles, les piles AA, les câbles de connexion, du ruban isolant et des pinces coupantes pour créer le bloc-piles. Les batteries ont été placées dans les supports de batterie et les pinces coupantes ont été utilisées pour couper l'extrémité des fils du bloc batterie et des câbles de démarrage afin qu'ils puissent être dénudés et torsadés ensemble, puis collés avec du ruban isolant. La planche à pain, les fils de connexion, le bloc-batterie et Ardiuno ont été utilisés pour créer un circuit qui alimentait les moteurs et les connectait aux broches de commande de l'Arduino. La colle folle a été utilisée pour attacher les servomoteurs aux pièces du robot. La perceuse et les vis ont été utilisées pour monter d'autres éléments du robot. Les vis doivent ressembler à celles de la photo fournie, mais leur taille peut être basée sur le jugement. Les rubans adhésifs Scotch Tape et Zip Ties étaient principalement utilisés pour la gestion des fils. En fin de compte, nous avons dépensé un total de 51,88 $ pour le matériel que nous n'avions pas.

Fournitures que nous avions sous la main

1. (Montant: 1) Imprimante 3D
2. (Montant: 1) Rondelle de support
3. (Montant: 5) bacs d'impression 3D
4. (Montant: 27,39 in ^ 3) Matériel d'impression 3D
5. (Montant: 1) Coupe-fil
6. (Montant: 1) Percer
7. (Montant: 24) Vis
8. (Montant: 1) planche à pain
9. (Quantité: 4) Supports de batterie
10. (Montant: 1) Ordinateur
11. (Quantité: 8) piles AA
12. (Montant: 4) Zip Ties
13. (Montant: 1) Ruban électrique
14. (Montant: 1) Scotch Tape

Fournitures que nous avons achetées

1. (Montant: 8) Servomoteurs MG90S Tower Pro (Coût total: 23,99 $)
2. (Montant: 2) Crazy Glue (Coût total: 7,98 $)
3. (Montant: 1) Carte Arduino MEGA 2560 R3 (coût total: 12,95 $)
4. (Montant: 38) fils de liaison (coût total: 6,96 $)

Logiciel requis

1. Inventeur 2018
2. Environnement de développement intégré Arduino

Étape 2: heures consacrées à l'assemblage

Nous avons passé de nombreuses heures à la création de notre robot quadrupède, mais la plus grande partie du temps que nous avons utilisée a été consacrée à la programmation de l’arachnoïde. Il nous a fallu environ 68 heures pour programmer le robot, 57 heures d’impression, 48 heures de conception, 40 heures d’assemblage et 20 heures d’essais.

Étape 3: Applications STEM

Science

L’aspect scientifique de notre projet entre en jeu lors de la création du circuit qui servait à alimenter les servomoteurs. Nous avons appliqué notre compréhension des circuits, plus précisément de la propriété des circuits parallèles. Cette propriété est que les circuits parallèles fournissent la même tension à tous les composants du circuit.

La technologie

Notre utilisation de la technologie était très importante tout au long du processus de conception, d’assemblage et de programmation de l’arachnoïde. Nous avons utilisé le logiciel de conception assistée par ordinateur, Inventor, pour créer l’ensemble du robot quadrupède, notamment le corps, le couvercle, les cuisses et les mollets. Toutes les pièces conçues ont été imprimées sur une imprimante 3D. Utiliser le Arduino I.D.E. logiciel, nous avons pu utiliser l’Arduino et des servomoteurs pour faire marcher l’arachnoïde.

Ingénierie

L'aspect technique de notre projet est le processus itératif utilisé pour concevoir les pièces fabriquées pour le robot quadrupède. Nous avons dû trouver des solutions pour attacher les moteurs et loger l’Arduino et le breadboard. L’aspect programmation du projet nous a également demandé de penser de manière créative aux solutions possibles aux problèmes que nous avons rencontrés. En fin de compte, la méthode que nous avons utilisée était efficace et nous a aidés à faire bouger le robot de la manière dont nous en avions besoin.

Mathématiques

L’aspect mathématique de notre projet consiste à utiliser des équations pour calculer la quantité de tension et de courant dont nous avons besoin pour alimenter le moteur, ce qui a nécessité l’application de la loi de Ohm. Nous avons également utilisé les mathématiques pour calculer la taille de toutes les pièces individuelles créées pour le robot.

Étape 4: Couvercle de robot quadrupède de la deuxième itération

Le couvercle de l’Arachnoid a été conçu avec quatre pinces au bas qui ont été dimensionnées et placées à l’intérieur de trous faits sur le corps. Ces piquets, avec l'aide de Crazy Glue, ont été en mesure de fixer le couvercle au corps du robot. Cette partie a été créée pour protéger l’Ardiuno et lui donner un aspect plus abouti. Nous avons décidé d'aller de l'avant avec le design actuel, mais celui-ci avait déjà subi deux itérations de design avant que celui-ci ne soit choisi.

Étape 5: Corps du robot quadrupède de la deuxième itération

Cette partie a été créée pour loger les quatre moteurs utilisés pour déplacer les parties cuisse, l’Arduino et la planche à pain. Les compartiments situés sur les côtés du corps ont été élargis par rapport aux moteurs que nous utilisons actuellement pour le projet, qui a été conçu pour l’espaceur. Cette conception a finalement permis une bonne dispersion de la chaleur et a permis d’attacher les moteurs à l’aide de vis sans causer de dommages au corps, ce qui prendrait beaucoup plus de temps à réimprimer. Les trous à l'avant et l'absence de mur à l'arrière du corps ont été délibérément faits pour que des fils puissent être acheminés dans l'Arduino et la planche à pain. L’espace situé au centre de la carrosserie a été conçu pour loger l’Arduino, la carte graphique et les batteries. Quatre trous sont également prévus dans la partie inférieure de la partie, destinés spécifiquement au passage des fils des servomoteurs. arrière du robot. Cette partie est l’une des plus importantes car elle sert de base pour laquelle toutes les autres parties ont été conçues. Nous avons effectué deux itérations avant de choisir celle qui était affichée.

Étape 6: Entretoise de servomoteur de 2e itération

L'entretoise du servomoteur a été conçue spécifiquement pour les compartiments situés sur les côtés du corps de l'arachnoïde. Ces entretoises ont été conçues dans l’idée que tout perçage sur le côté du corps pourrait être dangereux et nous faire perdre du temps et de la matière lors de la réimpression de la plus grande partie. C’est la raison pour laquelle nous avons opté pour l’entretoise qui non seulement a résolu ce problème, mais nous a également permis de créer un plus grand espace pour les moteurs afin d’éviter une surchauffe. L'entretoise est passée par deux itérations. L'idée initiale était de: deux murs minces de chaque côté reliés à une deuxième entretoise. Cette idée a été abandonnée parce que nous pensions qu'il serait plus facile de percer chaque côté séparément. Par conséquent, si l'un des deux était endommagé, l'autre n'aurait pas besoin d'être également jeté. Nous avons imprimé 8 de ces pièces, ce qui était suffisant pour coller au haut et au bas du compartiment moteur sur le corps. Nous avons ensuite utilisé une perceuse centrée sur le côté long de la pièce pour créer un trou pilote qui a ensuite été utilisé pour la vis de chaque côté du moteur à des fins de montage.

Étape 7: Portion de cuisse de jambe de robot quadrupède à la deuxième itération

Cette partie est la cuisse ou la moitié supérieure de la jambe du robot. Il a été conçu avec un trou à l'intérieur de la pièce spécialement conçue pour l'armature livrée avec le moteur modifié pour notre robot. Nous avons également ajouté une fente au bas de la pièce, conçue pour le moteur, qui servirait à déplacer la moitié inférieure de la jambe. Cette partie gère la majorité du mouvement majeur de la jambe. L'itération actuelle de cette partie que nous utilisons est la deuxième, car la première avait un design plus volumineux que nous avons jugé inutile.

Étape 8: Cinquième itération de l’articulation du genou du robot quadrupède

L'articulation du genou était l'une des pièces les plus difficiles à concevoir. Il a fallu plusieurs calculs et tests mais la conception actuelle montrée fonctionne assez bien. Cette partie a été conçue pour contourner le moteur afin de transférer efficacement le mouvement du moteur en mouvement sur le mollet ou la jambe. Il a fallu cinq itérations de conception et de refonte pour créer, mais la forme spécifique créée autour des trous optimisait les degrés de mouvement possibles tout en préservant la force que nous attendions de lui. Nous avons également fixé les moteurs à l'aide de plusieurs armatures qui s'insèrent dans les trous latéraux et s'adaptent parfaitement au moteur, ce qui nous permet d'utiliser des vis pour le maintenir en place. Le trou pilote situé au bas de la pièce permettait d'éviter le perçage et les dommages éventuels.

Étape 9: 3ème itération quadrilatère de jambe de robot

La seconde moitié de la jambe du robot a été créée de telle sorte que, peu importe la façon dont le robot repose le pied, il conserve toujours la même quantité de traction. C’est grâce au design en demi-cercle du pied et au coussinet en mousse que nous avons découpés et collés au fond. En fin de compte, il remplit bien son objectif, qui est de permettre au robot de toucher le sol et de marcher. Nous avons effectué trois itérations avec cette conception, qui impliquait principalement des modifications de la longueur et de la conception des pieds.

Étape 10: Téléchargements pour les fichiers Parts Inventor

Ces fichiers proviennent d'Inventor. Ce sont spécifiquement des fichiers de pièces pour toutes les pièces finies que nous avons conçues pour ce projet.

Étape 11: Assemblage

La vidéo que nous avons fournie explique comment nous avons assemblé l’arachnoïde. Toutefois, il n’a pas été mentionné que vous devez retirer le support en plastique des deux côtés du moteur en le coupant et en le ponçant à l’endroit précédent.. Les autres photos fournies sont prises lors du montage.

Étape 12: Programmation

Le langage de programmation arduiono est basé sur le langage de programmation C. Dans l'éditeur de code Arduino, il nous donne deux fonctions.

• void setup (): tout le code de cette fonction est exécuté une fois au début
• void loop (): Le code à l'intérieur de la fonction boucle sans fin.

Vérifiez ci-dessous en cliquant sur le lien orange pour voir plus d'informations sur le code!

C'est le code pour marcher.

#comprendre

classServoManager {

Publique:

Servo FrontRightThigh;

Servo FrontRightKnee;

Servo BackRightThigh;

Servo BackRightKnee;

Servo FrontLeftThigh;

Servo FrontLeftKnee;

Servo BackLeftThigh;

Servo BackLeftKnee;

void setup(){

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);

}

};

Gestionnaire ServoManager;

void setup(){

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

délai (1000);

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

retarder (5000);

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

délai (1000);

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

délai (1000);

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

délai (1000);

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

délai (1000);

}

Voir rawQuad.ino hébergé avec ❤ par GitHub

Étape 13: test

Nous avons pris le temps de réfléchir à la manière dont nous allions progresser avec l'arachnoïde si nous avions plus de temps avec lui et si nous avons eu quelques idées. Nous chercherions un meilleur moyen d’alimenter l’arachnoïde, notamment: trouver un meilleur bloc-piles plus léger pouvant être rechargé. Nous rechercherions également un meilleur moyen de fixer les servo-moteurs à la moitié supérieure de la jambe que nous avons conçue en reconfigurant la pièce que nous avons créée. Une autre considération que nous avons prise est de connecter une caméra au robot afin qu’elle puisse être utilisée pour pénétrer dans des zones autrement inaccessibles par des personnes. Toutes ces considérations nous avaient traversé l’esprit lors de la conception et de l’assemblage du robot, mais nous n’avons pas été en mesure de les suivre en raison de contraintes de temps.

Étape 16: Conception finale

En fin de compte, nous sommes assez satisfaits de la façon dont notre conception finale a abouti et espérons que vous ressentez la même chose.Merci pour votre temps et votre considération.