Walking Strandbeest, Java/Python และการควบคุมแอป: 4 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

By arrowlikeติดตาม เพิ่มเติมโดยผู้เขียน:

ชุด Strandbeest นี้เป็นงาน DIY จาก Strandbeest ที่คิดค้นโดย Theo Jansen ฉันรู้สึกทึ่งกับการออกแบบกลไกอัจฉริยะ ฉันต้องการติดตั้งให้มีความคล่องแคล่วอย่างเต็มที่ และต่อไปคือความฉลาดทางคอมพิวเตอร์ ในคำแนะนำนี้ เราทำงานในส่วนแรก ความคล่องแคล่ว นอกจากนี้เรายังครอบคลุมโครงสร้างทางกลสำหรับคอมพิวเตอร์ขนาดบัตรเครดิต เพื่อให้เราสามารถเล่นกับคอมพิวเตอร์วิทัศน์และการประมวลผล AI เพื่อลดความซับซ้อนของงานอาคารและ eance ฉันไม่ได้ใช้ Arduino หรือคอมพิวเตอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้ที่คล้ายกัน แต่ฉันสร้างตัวควบคุมฮาร์ดแวร์บลูทู ธ คอนโทรลเลอร์นี้ทำงานเป็นเทอร์มินัลที่โต้ตอบกับฮาร์ดแวร์หุ่นยนต์ ถูกควบคุมโดยระบบที่ทรงพลังกว่า เช่น แอพโทรศัพท์ Android หรือ RaspberryPi เป็นต้น การควบคุมนี้อาจเป็นการควบคุม UI ของโทรศัพท์มือถือ หรือการควบคุมที่ตั้งโปรแกรมได้ในภาษา python หรือ Java SDK หนึ่งชุดสำหรับแต่ละภาษาโปรแกรมเป็นโอเพ่นซอร์สที่มีให้ใน

เนื่องจากคู่มือผู้ใช้ mini-Strandbeest นั้นค่อนข้างชัดเจนในการอธิบายขั้นตอนการสร้าง ในคำแนะนำนี้ เราจะเน้นที่ชิ้นส่วนของข้อมูลที่โดยทั่วไปไม่ครอบคลุมในคู่มือผู้ใช้ และชิ้นส่วนไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์

หากเราต้องการแนวคิดที่เข้าใจง่ายกว่านี้เกี่ยวกับการประกอบกลไกของชุดนี้ วิดีโอดีๆ เกี่ยวกับหัวข้อการประกอบก็มีให้อ่าน เช่น

เสบียง

ในการสร้างชิ้นส่วนทางกลและเชื่อมต่อทางไฟฟ้าทั้งหมดของ Strandbeest นี้ ควรใช้เวลาน้อยกว่า 1 ชั่วโมงในการดำเนินการให้เสร็จหากไม่นับเวลารอสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ มันต้องการส่วนต่าง ๆ ดังต่อไปนี้:

(1) 1x ชุดมาตรฐาน Strandbeest (https://webshop.strandbeest.com/ordis-parvus)

(2) มอเตอร์กระแสตรง 2x พร้อมกล่องเกียร์ (https://www.amazon.com/Greartisan-50RPM-Torque-Re…)

(3) คอนโทรลเลอร์ Bluetooth 1x (https://ebay.us/Ex61kC?cmpnId=5338273189)

(4) 1x LiPo แบตเตอรี่ (3.7V ความจุที่คุณเลือกเป็น mAh)

(5) สกรูไม้ 12x M2x5.6mm

(6) เส้นผ่านศูนย์กลาง 2 มม. แท่งคาร์บอนหรือไม้ไผ่

3D พิมพ์ส่วนต่อไปนี้:

(1) 1x หุ่นยนต์ตัวหลัก

(ไฟล์ออกแบบการพิมพ์ 3 มิติพร้อมตัวควบคุมบลูทูธเท่านั้นดาวน์โหลด)

(ไฟล์ออกแบบการพิมพ์ 3 มิติพร้อมดาวน์โหลด OrangePi Nano เพิ่มเติม)

(2) 2x หน้าแปลนเพลาขับ (ดาวน์โหลดไฟล์การออกแบบการพิมพ์ 3 มิติ)

(3) อุปกรณ์ติดตั้งระบบไฟฟ้า 2x (ดาวน์โหลดไฟล์การออกแบบการพิมพ์ 3D)

คนอื่น:

โทรศัพท์มือถือแอนดรอยด์ ไปที่ Google playstore โปรดค้นหา M2ROBOTS และติดตั้งแอปควบคุม

ในกรณีที่เข้าถึง Google playstore ได้ยาก ให้ไปที่หน้าแรกส่วนตัวของฉันเพื่อดูวิธีการดาวน์โหลดแอปอื่น

ขั้นตอนที่ 1: องค์กรชิ้นส่วน

ในขั้นตอนนี้เราจะจัดชิ้นส่วนทั้งหมดที่จะประกอบ รูปที่ 1 แสดงชิ้นส่วนพลาสติกที่แกะกล่องทั้งหมดที่เราใช้สร้างโมเดล Strandbeest ผลิตขึ้นโดยการฉีดขึ้นรูปซึ่งมีประสิทธิภาพสูงมาก เมื่อเทียบกับวิธีการผลิตอื่นๆ เช่น การพิมพ์ 3 มิติหรือการกัด นั่นเป็นเหตุผลที่เราต้องการใช้ประโยชน์สูงสุดจากผลิตภัณฑ์ที่ผลิตเป็นจำนวนมาก และปรับแต่งเฉพาะชิ้นส่วนจำนวนน้อยที่สุดเท่านั้น

ดังแสดงในรูปที่ 2 แผ่นพลาสติกแต่ละแผ่นมีตัวอักษรกำกับไว้ ส่วนแต่ละส่วนไม่มีฉลากกำกับ เมื่อแยกออกจากกันแล้วไม่มีการติดฉลากอีกต่อไป ในการแก้ปัญหานี้ เราอาจใส่ชิ้นส่วนประเภทเดียวกันในกล่องต่างๆ หรือเพียงแค่ทำเครื่องหมายหลายๆ พื้นที่ในแผ่นกระดาษแล้วใส่ชิ้นส่วนประเภทหนึ่งไว้ในพื้นที่เดียว ดูรูปที่ 3

ในการตัดชิ้นส่วนพลาสติกออกจากแผ่นพลาสติกประกอบที่ใหญ่กว่า กรรไกรและมีดอาจไม่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยเท่ากับคีมที่แสดงในรูปที่ 4 และ 5

ทุกอย่างที่นี่ทำจากพลาสติก ยกเว้นวัสดุที่นิ้วเท้าเป็นยาง ดูรูปที่ 6 เราสามารถตัดตามการตัดที่ทำไว้ล่วงหน้าได้ ธรรมชาติที่อ่อนนุ่มของวัสดุยางช่วยให้จับปลาเกลียวได้ดียิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปีนเขาทางลาด ในหัวข้อต่อๆ ไป เราสามารถทดสอบความสามารถในการปีนขึ้นไปในมุมลาดเอียงต่างๆ ได้ ทั้งแบบมีและไม่มีนิ้วเท้ายาง เมื่อไม่มีสลิปจะเรียกว่าแรงเสียดทานสถิต เมื่อมันเสียการยึดเกาะ มันจะกลายเป็นแรงเสียดทานจลนศาสตร์ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ เราจึงมีนิ้วเท้าที่เป็นยาง วิธีออกแบบการทดลอง ยกมือขึ้นแล้วพูดออกมา

รูปสุดท้ายประกอบด้วย "ECU", "Power train" และแชสซีของ Strandbeest รุ่นนี้

ขั้นตอนที่ 2: จุดที่ควรค่าแก่การเอาใจใส่ระหว่างการประกอบเครื่องจักร

mini-Strandbeest มีคู่มือผู้ใช้ที่ค่อนข้างดี การปฏิบัติตามคู่มือและประกอบให้เสร็จสมบูรณ์ควรเป็นงานที่ง่าย ฉันจะข้ามเนื้อหาเหล่านี้และเน้นประเด็นที่น่าสนใจสองสามข้อที่ควรค่าแก่ความสนใจของเรา

ในรูปที่ 1 ด้านหนึ่งของช่องที่ยึดนิ้วเท้ายางคือมุม 90 องศา ในขณะที่อีกด้านหนึ่งมีความลาดเอียง 45 องศา ซึ่งเรียกอย่างเป็นทางการว่าการลบมุม ความลาดเอียงดังกล่าวจะนำนิ้วเท้ายางให้พอดีกับเท้าพลาสติก ลองติดตั้งนิ้วเท้าจากด้านข้างด้วยการลบมุม ดูรูปที่ 2 แล้วลองอีกด้าน ความแตกต่างที่เห็นได้ชัดเจนมาก ด้านขวาของรูปที่ 3 คือข้อเหวี่ยงใน Stranbeest ของเรา คล้ายกับข้อเหวี่ยงในเครื่องยนต์ เครื่องยนต์ของรถยนต์ เครื่องยนต์ของรถจักรยานยนต์ ล้วนมีโครงสร้างเดียวกัน ใน Strandbeest เมื่อข้อเหวี่ยงหมุน มันจะขับเคลื่อนเท้าให้เคลื่อนที่ สำหรับเครื่องยนต์ มันคือการเคลื่อนที่ของลูกสูบที่ขับเคลื่อนข้อเหวี่ยงให้หมุน การแยก 120 องศาในวงกลมดังกล่าวยังนำไปสู่มอเตอร์สามเฟสหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยกำลังไฟฟ้าห่างกัน 120 องศา ดังแสดงในรูปที่ 4 เมื่อเราประกอบชิ้นส่วนกลไกสำหรับตัวถังด้านซ้ายและด้านขวาทั้งหมดแล้ว ตอนนี้เราก็เริ่มทำงานกับชิ้นส่วนที่เราเพิ่มเข้าไปใน Strandbeest ดูรูปที่ 5 รูปที่ 6 คือขั้นตอนที่เราใช้แคลมป์มอเตอร์ที่พิมพ์ 3 มิติเพื่อยึดมอเตอร์กับแชสซีที่พิมพ์ 3 มิติ ในขั้นตอนนี้ เคล็ดลับคือต้องไม่ขันสกรูใดๆ ให้แน่นก่อนที่จะปรับตำแหน่งมอเตอร์ เพื่อให้พื้นผิวด้านข้างของแชสซีเท่ากับพื้นผิวของมอเตอร์ เมื่อเราพอใจกับการจัดตำแหน่งแล้ว เราก็สามารถขันสกรูทั้งหมดให้แน่นได้ ไปที่รูปที่ 7 เราทำงานเกี่ยวกับการติดตั้งข้อต่อหน้าแปลนโดยเชื่อมต่อเอาท์พุตของมอเตอร์เข้ากับข้อเหวี่ยง ด้านมอเตอร์ติดตั้งได้ยากกว่าจุดต่อข้อเหวี่ยง ดูรูปที่ 8 ดังนั้นเราจึงเชื่อมต่อหน้าแปลนด้านมอเตอร์ก่อน เมื่อติดตั้งข้อต่อหน้าแปลนสำหรับมอเตอร์ทั้งสองแล้ว ดังแสดงในรูปที่ 9 เราใช้แท่งคาร์บอนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 มม. สองชิ้นเพื่อเชื่อมต่อโครงเครื่องและโครงสร้างการเดินซ้าย/ขวา ที่เกิดขึ้นใน FIg.10 โดยรวมแล้ว เราใช้แท่งคาร์บอน 3 ชิ้นเพื่อเชื่อมต่อเอนทิตีเหล่านี้ แต่ในขั้นตอนนี้ เราเชื่อมต่อสองสิ่งนี้เท่านั้น เนื่องจากเราจำเป็นต้องหมุนข้อเหวี่ยงและปรับข้อต่อระหว่างหน้าแปลนและข้อเหวี่ยงให้พอดี หากมีแท่งคาร์บอน 3 ชิ้นเข้าที่ จะปรับตำแหน่งสัมพัทธ์และเชื่อมต่อได้ยากขึ้น สุดท้าย เรามีระบบกลไกที่ประกอบสำเร็จแล้ว ในรูปที่ 11 ขั้นตอนต่อไป มาทำงานเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กัน

ขั้นตอนที่ 3: การเชื่อมต่อไฟฟ้า

ระบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดต้องการแหล่งจ่ายไฟ เราสามารถใส่แบตเตอรี่ 1 เซลล์ในที่ที่สะดวก เช่น ใต้แผงวงจรในรูปที่ 1 ขั้วของแหล่งจ่ายไฟมีความสำคัญมากจนสมควรได้รับการกล่าวถึงโดยเฉพาะ รูปที่ 2 เน้นการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ ในแผงควบคุม ขั้วจะถูกทำเครื่องหมายด้วย "+" และ "GND" ดูรูปที่ 3 เมื่อแบตเตอรี่หมด จะใช้สาย USB เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ ดูรูปที่ 4 ไฟ LED ที่ระบุว่า "กำลังชาร์จ" จะปิดโดยอัตโนมัติเมื่อแบตเตอรี่เต็มอีกครั้ง ขั้นตอนสุดท้ายคือการเชื่อมต่อช่องมอเตอร์เข้ากับขั้วต่อมอเตอร์ในแผงควบคุม มีคอนเนคเตอร์มอเตอร์ 3 ตัว ติดป้ายหมายเลข 16 ในรูปที่ 3 ในรูปที่ 5 มอเตอร์ด้านซ้ายเชื่อมต่อกับขั้วต่อด้านซ้ายสุดที่มีป้าย PWM12 และมอเตอร์ด้านขวาเชื่อมต่อกับขั้วต่อตรงกลาง ในปัจจุบัน การเปลี่ยนถัง (ยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยส่วนต่าง) ไปทางซ้ายมีการกำหนดรหัสตายตัวเนื่องจากการลดกำลังไฟฟ้าเข้าของมอเตอร์ที่เชื่อมต่อกับพอร์ตมอเตอร์ PWM12 ดังนั้นมอเตอร์ที่เชื่อมต่อกับพอร์ต PWM12 ควรขับเท้าซ้าย ฉันจะแปลงฟังก์ชันการผสมทั้งหมดในภายหลังเพื่อให้ผู้ใช้กำหนดค่าได้ เช่น โดยการสลับตัวเลือกขั้วต่อมอเตอร์หรือย้อนกลับทิศทางขั้วต่อมอเตอร์ เราสามารถแก้ไขปัญหาได้ เช่น Strandbeest เคลื่อนที่ถอยหลังเมื่อได้รับคำสั่งให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้า เลี้ยวผิดทิศทาง โปรดจำไว้ว่ามอเตอร์กระแสตรงจะเปลี่ยนทิศทางการหมุนหากสายป้อนเข้า เชื่อมต่อกับอำนาจควบคุมในลำดับที่กลับกัน

ขั้นตอนที่ 4: การตั้งค่าแอพและการใช้งาน

ก่อนอื่นเราดาวน์โหลดแอป Android จาก Google Play Store ดูรูปที่ 1 แอปนี้มีฟังก์ชันอื่นๆ มากมายที่เราไม่สามารถครอบคลุมได้ในคำแนะนำนี้ เราจะเน้นเฉพาะหัวข้อที่เกี่ยวข้องโดยตรงสำหรับ Strandbeest

เปิดฮาร์ดแวร์คอนโทรลเลอร์บลูทู ธ มันจะปรากฏขึ้นในรายการอุปกรณ์การค้นพบ คลิกค้างจะนำเราไปสู่คุณลักษณะการดาวน์โหลดแบบ over-the-air เพื่อ "สอน" ในภายหลัง ก่อนที่เราจะคลิกและเริ่มการควบคุม มาทำการกำหนดค่าบางอย่างกันก่อนโดยคลิกที่ "การตั้งค่า" ที่มุมขวาบน ในรูปที่ 2 มันถูกซ่อนอยู่ใต้ … ไอคอน รูปที่ 3 แสดงการตั้งค่าหลายประเภท การตั้งค่าเหล่านี้ซึ่งกำหนดค่าไว้ในแอพนั้นใช้งานได้สามวิธี: 1) การตั้งค่าบางอย่างมีผลกับการทำงานของแอพเท่านั้น เช่น เลขคณิตเพื่อรับคำสั่งควบคุมกำลังของมอเตอร์แต่ละตัวจากคำสั่งบังคับเลี้ยวและคันเร่งของคุณ พวกเขาอาศัยอยู่ในแอพ ในคำแนะนำในภายหลังบางส่วน เราจะแสดงให้เห็นว่าเราแทนที่ด้วยโปรแกรม Python/Java ของเราอย่างไร 2) การตั้งค่าบางอย่างจะถูกส่งไปยังฮาร์ดแวร์โดยเป็นส่วนหนึ่งของโปรโตคอลควบคุมในอากาศ เช่น การสลับระหว่างการควบคุมโดยตรง (เซอร์โวจะเปลี่ยนมุมตามคำสั่ง) และบินโดยการควบคุมด้วยสายไฟ (โมดูลฟังก์ชันตัวควบคุมอิสระในตัวจะควบคุมเซอร์โว ช่องตามคำสั่งของผู้ใช้และทัศนคติปัจจุบัน) 3) การตั้งค่าบางอย่างจะถูกส่งไปยังหน่วยความจำที่ไม่ลบเลือนในตัวควบคุมฮาร์ดแวร์ ดังนั้นฮาร์ดแวร์จะปฏิบัติตามการตั้งค่าเหล่านี้ทุกครั้งที่เปิดเครื่องโดยไม่มีการกำหนดค่า ตัวอย่างจะเป็นชื่อการออกอากาศบลูทูธของอุปกรณ์ การตั้งค่าประเภทนี้จำเป็นต้องมีวงจรไฟฟ้าจึงจะมีผล หมวดหมู่แรกที่เราเจาะลึกคือ "การตั้งค่าทั่วไป" ในรูปที่ 4 "ฟังก์ชันการควบคุมแอป" ในรูปที่ 5 กำหนดบทบาทของแอปนี้ ตัวควบคุมสำหรับอุปกรณ์ฮาร์ดแวร์ผ่านการเชื่อมต่อบลูทูธโดยตรง สะพานข้ามอินทราเน็ต/อินเทอร์เน็ตสำหรับการควบคุมทางไกล และอื่นๆ ถัดไป หน้า "ประเภท HW" ในรูปที่ 6 จะบอกแอปที่คุณกำลังทำงานกับยานพาหนะที่ขับด้วยส่วนต่าง ดังนั้นจึงต้องเลือกโหมด "ถัง" เรามีเอาต์พุต PWM ทั้งหมด 6 ช่อง สำหรับ Strandbeest เราจำเป็นต้องกำหนดค่าช่อง 1 ถึง 4 ตามรูปที่ 7 ช่องสัญญาณ PWM แต่ละช่องทำงานในโหมดใดโหมดหนึ่งต่อไปนี้: 1) เซอร์โวปกติ: เซอร์โว RC ควบคุมโดยสัญญาณ PWM 1 ถึง 2 มิลลิวินาที 2) เซอร์โวย้อนกลับ: ตัวควบคุมจะย้อนกลับการควบคุมของผู้ใช้สำหรับเอาต์พุต 3) รอบการทำงานของมอเตอร์กระแสตรง: DC มอเตอร์หรืออุปกรณ์ไฟฟ้าบางชนิดสามารถทำงานในโหมดรอบการทำงาน 0% คือปิด, 100% อยู่เสมอ 4) วัฏจักรหน้าที่ของมอเตอร์ DC ย้อนกลับ: ตัวควบคุมจะย้อนกลับการควบคุมของผู้ใช้สำหรับเอาต์พุตอีกครั้ง เนื่องจากเราใช้มอเตอร์กระแสตรงและดูแลทิศทางการหมุนของมอเตอร์ด้วยลำดับการเดินสายฮาร์ดแวร์ เราจะเลือก "รอบการทำงานของมอเตอร์กระแสตรง" สำหรับช่อง 1 ถึง 4 ดูรูปที่ 8 เรายังต้องรวม 2 ช่องสัญญาณ PWM เข้ากับ 1 H-bridge เพื่อเปิดใช้งานการควบคุมแบบสองทิศทาง ขั้นตอนนี้แสดงในรูปที่ 9 ในโหมด "2 PWM แชนเนลถึง 1 H-bridge" ช่อง 1, 3 และ 5 ถูกใช้เพื่อควบคุมทั้งสองแชนเนลที่เกี่ยวข้อง แนะนำความจำเป็นในการรีแมปการควบคุมปีกผีเสื้อ การควบคุมขึ้น-ลงของจอยสติ๊กจากช่องสัญญาณเริ่มต้น 2 ไปยังช่อง 3 ซึ่งทำได้ในการตั้งค่ารูปที่ 10 ดังแสดงในรูปที่ 11 แต่ละช่องได้รับการกำหนดค่าให้รับแหล่งสัญญาณเข้าตามอำเภอใจหนึ่งแหล่ง

บิงโก ตอนนี้เราได้กำหนดค่าขั้นต่ำที่จำเป็นแล้ว และเราสามารถกลับไปที่หน้าที่แสดงอุปกรณ์บลูทูธที่มองเห็นได้และเชื่อมต่อได้ ในรูปที่ 12 ให้ลองเล่นจอยสติ๊ก แล้วเราจะได้สนุกกับ Strandbeest ลองปีนทางลาดบ้าง จำการวิเคราะห์ความเสียดทานระหว่างประเภทวัสดุ และอ่านทัศนคติโดยประมาณของตัวควบคุมการบิน ซึ่งแสดงในแถวที่มีป้ายกำกับว่า “RPY(องศา)” รายการสี่รายการในแถวนี้คือการหมุน ระยะพิทช์ มุมเอียง ประมาณโดยไจโรสโคปและมาตรความเร่งบนเรือ รายการสุดท้ายคือเอาต์พุตเข็มทิศที่ชดเชยความเอียง

งานในอนาคต: ในคำแนะนำต่อไปนี้ เราจะค่อยๆ ครอบคลุมอินเทอร์เฟซการเขียนโปรแกรม เลือกภาษา Java หรือ Python ที่คุณชื่นชอบเพื่อโต้ตอบกับ Strandbeest และไม่อ่านสถานะ strandbeest จากหน้าจอโทรศัพท์มือถืออีกต่อไป เราจะเริ่มเขียนโปรแกรมในคอมพิวเตอร์ Linux ชนิด RaspberryPi สำหรับหัวข้อการเขียนโปรแกรมขั้นสูงเพิ่มเติม ดูรูปสุดท้าย ชำระเงิน https://xiapeiqing.github.io/doc/kits/strandbeest/roboticKits_strandbeest/ สำหรับชิ้นส่วนกลไกการพิมพ์ 3 มิติ และ https://github.com/xiapeiqing/m2robots.git สำหรับ SDK และโค้ดตัวอย่าง หากคุณต้องการเริ่มใช้งานทันที. แจ้งให้เราทราบว่าภาษาการเขียนโปรแกรมที่คุณต้องการคืออะไร ถ้าไม่ใช่ Java หรือ Python ฉันสามารถเพิ่ม SDK เวอร์ชันใหม่ได้

ขอให้สนุกกับการแฮ็คและคอยติดตามคำแนะนำต่อไปนี้