ARDUINO SPIDER ROBOT (QUADRUPED): 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

ไงพวก! นี่คือบทช่วยสอนใหม่ที่จะแนะนำคุณทีละขั้นตอนในขณะที่สร้างโปรเจ็กต์อิเล็กทรอนิกส์ที่น่าตื่นตาตื่นใจซึ่งก็คือ "หุ่นยนต์ตีนตะขาบ" หรือที่รู้จักกันในชื่อ "หุ่นยนต์แมงมุม" หรือ "หุ่นยนต์สี่เท้า"

เนื่องจากทุกร่างสังเกตเห็นวิวัฒนาการของเทคโนโลยีหุ่นยนต์ด้วยความเร็วสูง เราจึงตัดสินใจนำพวกคุณไปสู่ระดับที่สูงขึ้นในด้านหุ่นยนต์และการสร้างหุ่นยนต์ เราเริ่มต้นเมื่อไม่นานมานี้ด้วยการทำโปรเจ็กต์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานและหุ่นยนต์พื้นฐาน เช่น PICTO92 หุ่นยนต์ติดตามไลน์ เพื่อให้คุณคุ้นเคยกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และพบว่าตัวเองสามารถประดิษฐ์โครงการของคุณเองได้

ก้าวไปสู่อีกระดับหนึ่ง เราได้เริ่มด้วยหุ่นยนต์ตัวนี้ซึ่งเป็นหุ่นยนต์พื้นฐานในแนวคิด แต่มันจะซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย ถ้าคุณลงลึกในโปรแกรมของมัน และเนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้มีราคาแพงมากในเว็บสโตร์ เราจึงให้คำแนะนำทีละขั้นตอนเพื่อแนะนำพวกคุณในการสร้าง Spiderbot ของคุณเอง

โปรเจ็กต์นี้สะดวกมากที่จะทำขึ้นเป็นพิเศษหลังจากได้รับ PCB แบบกำหนดเองที่เราได้สั่งซื้อจาก JLCPCB เพื่อปรับปรุงรูปลักษณ์ของหุ่นยนต์ของเรา และยังมีเอกสารและรหัสเพียงพอในคู่มือนี้ที่จะช่วยให้คุณสร้างโปรแกรมรวบรวมข้อมูลของคุณได้อย่างง่ายดาย

เราสร้างโปรเจ็กต์นี้ในเวลาเพียง 7 วันเท่านั้น เพียงสองวันในการทำฮาร์ดแวร์และการประกอบให้เสร็จ จากนั้นอีก 5 วันเพื่อเตรียมโค้ดและแอป Android เพื่อควบคุมหุ่นยนต์ผ่านมัน ก่อนเริ่มดูกันก่อน

สิ่งที่คุณจะได้เรียนรู้จากบทช่วยสอนนี้:

1. การเลือกส่วนประกอบที่เหมาะสมตามฟังก์ชันการทำงานของโครงการ
2. ทำให้วงจรเชื่อมต่อส่วนประกอบที่เลือกทั้งหมด
3. ประกอบชิ้นส่วนโครงการทั้งหมด
4. การปรับความสมดุลของหุ่นยนต์
5. การใช้แอพ Android เพื่อเชื่อมต่อผ่านบลูทูธและเริ่มจัดการระบบ

ขั้นตอนที่ 1: "หุ่นยนต์แมงมุม" คืออะไร

ตามชื่อของมัน หุ่นยนต์ของเราเป็นตัวแทนพื้นฐานของการเคลื่อนไหวของ sipder แต่มันจะไม่ทำการเคลื่อนไหวร่างกายแบบเดียวกันทั้งหมด เนื่องจากเราใช้เพียงสี่ขาแทนที่จะเป็นแปดขา

ตั้งชื่อด้วยว่า Quadrupedrobot เนื่องจากมีสี่ขาและเคลื่อนที่โดยใช้ขาเหล่านี้ การเคลื่อนไหวของขาแต่ละข้างสัมพันธ์กับขาอีกข้างหนึ่งเพื่อระบุตำแหน่งของร่างกายหุ่นยนต์และเพื่อควบคุมความสมดุลของร่างกายหุ่นยนต์

หุ่นยนต์แบบมีขาจะรับมือกับภูมิประเทศได้ดีกว่าหุ่นยนต์แบบมีล้อ และเคลื่อนไหวได้หลากหลายรูปแบบและเป็นสัตว์ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทำให้หุ่นยนต์แบบมีขามีความซับซ้อนมากขึ้นและผู้ผลิตจำนวนมากเข้าถึงได้น้อยลง และต้นทุนการผลิตและค่าใช้จ่ายสูงที่ผู้ผลิตควรใช้เพื่อสร้างสี่ขาเต็มตัวเนื่องจากใช้เซอร์โวมอเตอร์หรือสเต็ปเปอร์มอเตอร์และทั้งสองมีราคาแพงกว่ามอเตอร์กระแสตรงที่สามารถใช้ในหุ่นยนต์ล้อได้

ข้อดี

คุณจะพบสัตว์สี่เท้ามากมายในธรรมชาติ เนื่องจากสี่ขาช่วยให้มีความมั่นคงแบบพาสซีฟ หรือสามารถยืนได้โดยไม่ต้องปรับตำแหน่ง เช่นเดียวกับหุ่นยนต์ หุ่นยนต์สี่ขามีราคาถูกกว่าและง่ายกว่าหุ่นยนต์ที่มีขามากกว่า แต่ก็ยังสามารถบรรลุความมั่นคงได้

ขั้นตอนที่ 2: เซอร์โวมอเตอร์เป็นตัวกระตุ้นหลัก

เซอร์โวมอเตอร์ตามที่กำหนดไว้ในวิกิพีเดียคือตัวกระตุ้นแบบโรตารี่หรือตัวกระตุ้นเชิงเส้นที่ช่วยให้สามารถควบคุมตำแหน่งเชิงมุมหรือเชิงเส้น ความเร็ว และความเร่งได้อย่างแม่นยำ[1]ประกอบด้วยมอเตอร์ที่เหมาะสมควบคู่ไปกับเซ็นเซอร์สำหรับการป้อนกลับตำแหน่ง นอกจากนี้ยังต้องการตัวควบคุมที่ค่อนข้างซับซ้อน ซึ่งมักจะเป็นโมดูลเฉพาะที่ออกแบบมาเพื่อใช้กับเซอร์โวมอเตอร์โดยเฉพาะ

เซอร์โวมอเตอร์ไม่ใช่คลาสเฉพาะของมอเตอร์ แม้ว่ามักใช้คำว่าเซอร์โวมอเตอร์เพื่ออ้างถึงมอเตอร์ที่เหมาะสำหรับใช้ในระบบควบคุมแบบวงปิด

โดยทั่วไปแล้วสัญญาณควบคุมคือพัลส์เทรนคลื่นสี่เหลี่ยม ความถี่ทั่วไปสำหรับสัญญาณควบคุมคือ 44Hz, 50Hz และ 400Hz ความกว้างพัลส์บวกคือสิ่งที่กำหนดตำแหน่งเซอร์โว ความกว้างพัลส์ที่เป็นบวกประมาณ 0.5 มิลลิวินาทีจะทำให้ฮอร์นเซอร์โวเบี่ยงเบนไปทางซ้ายมากที่สุด (โดยทั่วไปประมาณ 45 ถึง 90 องศาขึ้นอยู่กับเซอร์โวที่เป็นปัญหา) ความกว้างพัลส์บวกประมาณ 2.5ms ถึง 3.0ms จะทำให้เซอร์โวเบี่ยงเบนไปทางขวาเท่าที่จะทำได้ ความกว้างพัลส์ประมาณ 1.5 มิลลิวินาทีจะทำให้เซอร์โวรักษาตำแหน่งเป็นกลางไว้ที่ 0 องศา แรงดันไฟฟ้าขาออกสูงโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 2.5 โวลต์ถึง 10 โวลต์ (โดยปกติ 3V) แรงดันไฟขาออกต่ำตั้งแต่ -40mV ถึง 0V

ขั้นตอนที่ 3: การทำ PCB (ผลิตโดย JLCPCB)

เกี่ยวกับ JLCPCB

JLCPCB (Shenzhen JIALICHUANG Electronic Technology Development Co., Ltd.) เป็นองค์กรต้นแบบ PCB ที่ใหญ่ที่สุดในประเทศจีนและเป็นผู้ผลิตเทคโนโลยีชั้นสูงที่เชี่ยวชาญด้าน PCB ต้นแบบอย่างรวดเร็วและการผลิต PCB ชุดเล็ก

ด้วยประสบการณ์ในการผลิต PCB มากกว่า 10 ปี JLCPCB มีลูกค้ามากกว่า 200,000 รายทั้งในและต่างประเทศ โดยมีคำสั่งซื้อออนไลน์มากกว่า 8,000 รายการสำหรับการสร้างต้นแบบ PCB และการผลิต PCB ปริมาณน้อยต่อวัน กำลังการผลิตประจำปีคือ 200,000 ตร.ม. สำหรับ PCB 1 ชั้น 2 ชั้นหรือหลายชั้นต่างๆ JLC เป็นผู้ผลิต PCB มืออาชีพที่มีอุปกรณ์ขนาดใหญ่ การจัดการที่เข้มงวด และคุณภาพที่เหนือกว่า

กลับไปที่โครงการของเรา

ในการผลิต PCB ฉันได้เปรียบเทียบราคาจากผู้ผลิต PCB หลายราย และฉันเลือก JLCPCB ซัพพลายเออร์ PCB ที่ดีที่สุดและผู้ให้บริการ PCB ที่ถูกที่สุดเพื่อสั่งซื้อวงจรนี้ สิ่งที่ฉันต้องทำคือเพียงคลิกง่ายๆ เพื่ออัปโหลดไฟล์ gerber และตั้งค่าพารามิเตอร์บางอย่าง เช่น สีและปริมาณความหนาของ PCB จากนั้นฉันจ่ายเพียง 2 ดอลลาร์เพื่อรับ PCB ของฉันหลังจากห้าวันเท่านั้น

เนื่องจากมันแสดงรูปภาพของแผนผังที่เกี่ยวข้อง ฉันจึงใช้ Arduino Nano เพื่อควบคุมทั้งระบบ และฉันได้ออกแบบรูปร่างหุ่นยนต์แมงมุมเพื่อทำให้โครงการนี้ดีขึ้นมาก

คุณสามารถรับไฟล์ Circuit (PDF) ได้จากที่นี่ ดังที่คุณเห็นในภาพด้านบน PCB นั้นผลิตมาอย่างดี และฉันมีรูปร่างเหมือนแมงมุม PCB ที่เราออกแบบไว้ และมีป้ายกำกับและโลโก้ทั้งหมดไว้คอยแนะนำฉันในระหว่างขั้นตอนการบัดกรี

คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์ Gerber สำหรับวงจรนี้ได้จากที่นี่ ในกรณีที่คุณต้องการสั่งซื้อการออกแบบวงจรเดียวกัน

ขั้นตอนที่ 4: ส่วนผสม

ตอนนี้ เรามาทบทวนส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับโครงการนี้กัน อย่างที่ได้กล่าวไปแล้ว ฉันกำลังใช้ Arduino Nano เพื่อควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ทั้ง 12 ตัวของหุ่นยนต์สี่ขา โปรเจ็กต์นี้ยังรวมถึงหน้าจอ OLED เพื่อแสดงใบหน้าของ Cozmo และโมดูลบลูทูธเพื่อควบคุมหุ่นยนต์ผ่านแอพ Android

ในการสร้างโครงการประเภทนี้ เราจะต้อง:

• - PCB ที่เราสั่งมาจาก JLCPCB
• - เซอร์โวมอเตอร์ 12 ตัวเมื่อคุณจำ 3 เซอร์โวสำหรับแต่ละขา:
• - Arduino Nano หนึ่งตัว:
• - โมดูลบลูทูธ HC-06:
• - หนึ่งหน้าจอแสดงผล OLED:
• - ไฟ LED RGB 5 มม.:
• - connetcors ส่วนหัวบางส่วน:
• - และร่างกายของหุ่นยนต์ก็สงบที่คุณต้องพิมพ์โดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

ขั้นตอนที่ 5: การประกอบหุ่นยนต์

ตอนนี้เรามี PCB พร้อมแล้วและส่วนประกอบทั้งหมดบัดกรีอย่างดี หลังจากนั้นเราต้องประกอบตัวหุ่นยนต์ ขั้นตอนง่ายมาก เพียงทำตามขั้นตอนที่ฉันแสดง เราต้องเตรียมขาแต่ละข้างให้พร้อมก่อน หนึ่งนำเราต้องการเซอร์โวมอเตอร์สองตัวสำหรับข้อต่อและชิ้นส่วนที่พิมพ์ Coxa, Femur และ Tibia พร้อมส่วนแนบขนาดเล็กนี้

คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์ STL ของหุ่นยนต์ได้จากที่นี่

เริ่มต้นด้วยเซอร์โวตัวแรก วางไว้ในซ็อกเก็ตและยึดไว้ด้วยสกรู จากนั้นหมุนขวานเซอร์โวไปที่ 180° โดยไม่ต้องใส่สกรูสำหรับยึดและเลื่อนไปยังส่วนถัดไปซึ่งเป็นกระดูกโคนขาเพื่อเชื่อมต่อกับกระดูกหน้าแข้ง โดยใช้ขวานร่วมเซอร์โวตัวแรกและชิ้นส่วนแนบ ขั้นตอนสุดท้ายในการทำให้ขาสมบูรณ์คือการวางข้อต่อที่สอง ฉันหมายถึงเซอร์โวตัวที่สองเพื่อยึดส่วนที่สามของขาซึ่งเป็นชิ้นส่วนของ Coxa

ทำซ้ำสิ่งเดียวกันสำหรับขาทั้งหมดเพื่อเตรียมสี่ขาให้พร้อม หลังจากนั้นนำแชสซีด้านบนและวางเซอร์โวที่เหลือในซ็อกเก็ต จากนั้นเชื่อมต่อขาแต่ละข้างเข้ากับเซอร์โวที่เหมาะสม มีเพียงส่วนสุดท้ายที่พิมพ์ออกมาคือโครงหุ่นยนต์ด้านล่างที่เราจะวางแผงวงจรของเรา

ขั้นตอนที่ 6: แอป Android

พูดถึง Android ขึ้นไปจะช่วยให้คุณ

เชื่อมต่อกับหุ่นยนต์ของคุณผ่านบลูทูธและเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและข้างหลังและเลี้ยวซ้ายขวา ช่วยให้คุณควบคุมสีของแสงหุ่นยนต์ได้แบบเรียลไทม์ด้วยการเลือกสีที่ต้องการจากวงล้อสีนี้

คุณสามารถดาวน์โหลดแอป Android ได้ฟรีจากลิงก์นี้:ที่นี่

ขั้นตอนที่ 7: รหัส Arduino และการตรวจสอบการทดสอบ

ตอนนี้เรามีหุ่นยนต์เกือบพร้อมที่จะวิ่งแล้ว แต่เราต้องตั้งค่ามุมข้อต่อก่อน ดังนั้นให้อัปโหลดรหัสการตั้งค่าที่อนุญาตให้คุณวางเซอร์โวแต่ละตัวในตำแหน่งที่ถูกต้องโดยติดเซอร์โวใน 90 องศา อย่าลืมเชื่อมต่อ 7V แบตเตอรี่ DC เพื่อเรียกใช้หุ่นยนต์

ต่อไปเราต้องอัปโหลดโปรแกรมหลักเพื่อควบคุมหุ่นยนต์โดยใช้แอพ Android คุณสามารถดาวน์โหลดทั้งสองโปรแกรมได้จากลิงค์เหล่านี้:

- สเกลเซอร์โวโค้ด: ลิงค์ดาวน์โหลด - โปรแกรมหลักของหุ่นยนต์แมงมุม: ลิงค์ดาวน์โหลด

หลังจากอัปโหลดโค้ดแล้ว ฉันได้เชื่อมต่อจอแสดงผล OLED เพื่อแสดงรอยยิ้มของหุ่นยนต์ Cozmo ที่ฉันสร้างไว้ในโค้ดหลัก

ดังที่คุณเห็นในภาพด้านบน หุ่นยนต์ปฏิบัติตามคำแนะนำทั้งหมดที่ส่งจากสมาร์ทโฟนของฉัน และยังมีการปรับปรุงอื่นๆ ที่ต้องทำเพื่อให้มันเนยมากขึ้น