DIY Hexapod: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ในคำแนะนำนี้ฉันจะให้คำแนะนำทีละขั้นตอนเพื่อสร้างบลูทู ธ Hexapod ที่ควบคุมจากระยะไกล

อย่างแรก นี่คือเฮกซะพอดขนาดใหญ่ และในการเคลื่อนย้ายนั้น คุณจะต้องมีเซอร์โวมอเตอร์ที่แข็งแกร่ง 12 ตัว (MG995) และเพื่อจัดการกับสัญญาณ PWM จำนวนนี้ (เพื่อควบคุมมอเตอร์แต่ละตัว) วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้ Arduino Mega 2560. ต้องสังเกตว่ามีการใช้อุปกรณ์พิเศษบางอย่างเช่นเครื่องพิมพ์ 3D และเครื่องตัด WaterFlow ตอนนี้คุณจะพบกับวัสดุทั้งหมดที่ใช้และขั้นตอนที่คุณจะต้องสร้างหุ่นยนต์ตัวนี้

ขั้นตอนที่ 1: สิ่งที่คุณต้องการ

อุปกรณ์

หัวแร้ง, เครื่องพิมพ์ 3 มิติ, เครื่องตัดดำน้ำ

วัสดุ

• เส้นใยการพิมพ์ PLA 3D
• ซิลิคอน,
• เหล็กเหยียบ
• สกรู M3X20
• สกรู M3X10
• ถั่ว M3
• เครื่องซักผ้า M3
• ลูกปืน 623zz
• ซอฟต์แวร์ CAD

ส่วนประกอบ

• (12)เซอร์โวมอเตอร์ MG995
• (2) แบตเตอรี่ 9V
• (1) แบตเตอรี่ 6V, 7Amps
• กล้องโกโปร
• Arduino MEGA
• Arduino NANO
• (2) จอยสติ๊ก
• (2) โมดูลบลูทูธ HC-05
• (1) 10K โพเทนชิออมิเตอร์

ขั้นตอนที่ 2: กลศาสตร์และการออกแบบชิ้นส่วนที่คุณต้องการ

การออกแบบเครื่องกล

การออกแบบทางกลเริ่มจากจำนวนเซอร์โวมอเตอร์ที่ใช้ต่อขา ในโครงการนี้ ได้มีการตัดสินใจใช้เซอร์โว 2 ตัวต่อขา ทำให้มีองศาอิสระมากขึ้นและทำให้มีความเป็นธรรมชาติที่โดดเด่น เป็นที่ชัดเจนว่าในกลไก เครื่องจักร หรือหุ่นยนต์ประเภทใดก็ตาม ยิ่งคุณมีอิสระมากเท่าไร การเคลื่อนไหวและการกระทำของคุณจะมีความเป็นธรรมชาติมากขึ้นเท่านั้น ภายในแผนสำหรับโครงการนี้ ข้อกำหนดและข้อจำกัด มีตัวกระตุ้น 12 ตัวที่จะใช้ ขาละ 2 ตัว ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว เซอร์โวมอเตอร์จะเป็นส่วนประกอบหลักของขา สมมติว่าเป็นจุดที่เป็นตัวแทนของข้อต่อของหุ่นยนต์ โดยที่การเคลื่อนไหวต่างๆ ของเครื่องจักรถูกกระตุ้น โดยจะจำลองการเคลื่อนไหวที่เคลื่อนที่พร้อมกัน ตามขนาดของเซอร์โวมอเตอร์ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ ตัวเคสได้รับการออกแบบให้ติดตั้งแอคทูเอเตอร์ประเภทนี้ ขนาดของอันนี้ให้จุดอ้างอิงในการออกแบบระบบการยึดสำหรับส่วนประกอบรองรับและตัวเชื่อมต่อสำหรับสิ่งที่จะประกอบเป็นขาโดยรวม เซอร์โวมอเตอร์ตัวหนึ่งอยู่ในตำแหน่งแนวตั้งและอีกตัวในแนวนอน สาเหตุหลักมาจากทิศทางที่เพลาจะหมุนและกระตุ้นองค์ประกอบที่ขันสกรู ดังนั้นจึงพัฒนาการเคลื่อนไหวใน x หรือ y ซึ่งจำเป็นสำหรับการเดินของ รูปหกเหลี่ยม เมื่อดูจากตัวเลขและรูปภาพ คุณจะเห็นจุดที่ประกอบเข้ากับฐานหลัก ซึ่งก็คือเพลตของหุ่นยนต์ หากคุณดูที่เซอร์โวมอเตอร์ในตำแหน่งตั้งตรง คุณจะเห็นว่ามันอยู่ระหว่างเพลตทั้งสอง หนึ่งในนั้นถูกขันที่ส่วนบนและอีกอันที่ส่วนล่าง จากจุดนั้น คอนเนคเตอร์และแท่งจะอำนวยความสะดวกในการรองรับเซอร์โวมอเตอร์ตัวที่สองในตำแหน่งแนวนอน ซึ่งคอนเนคเตอร์ 4 แบบทำงานเป็นส่วนหนึ่งของขา สิ่งเหล่านี้ช่วยให้การเคลื่อนไหวทางกลที่จำลองและเปิดใช้งานการยกและการเคลื่อนไหวขององค์ประกอบนี้ ซึ่งรวมถึงแท่งสองแท่งนี้ที่ยึดส่วนที่ใหญ่ที่สุดของขาไว้ซึ่งวางและปล่อยน้ำหนักเกือบทั้งหมดของหุ่นยนต์

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ มีข้อจำกัดที่กำหนดการออกแบบของคุณ อาจเป็นประเภทต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นทางกล เศรษฐกิจ หรือทรัพยากรที่จำเป็นอื่นๆ สำหรับการทำงานของเครื่องจักรของคุณ องค์ประกอบทางกลเหล่านี้ ในกรณีนี้เซอร์โวมอเตอร์ได้กำหนดขนาดของหุ่นยนต์ นี่คือเหตุผลที่การออกแบบที่เสนอในคู่มือนี้มีขนาดดังกล่าว เนื่องจากส่วนใหญ่เริ่มต้นจากแอคทูเอเตอร์และคอนโทรลเลอร์ที่เลือก ซึ่งมีการเพิ่มแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ในภายหลัง

สิ่งสำคัญคือต้องกล่าวว่าการออกแบบทางกลไม่ได้ถูกกำหนดให้ทำซ้ำตามที่เสนอ นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ด้วยการจำลองความเค้นและความล้าขององค์ประกอบหลัก แท่งเหล็ก และ/หรือตัวเชื่อมต่อ เมื่อคำนึงถึงวิธีการผลิตที่เลือก การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ คุณสามารถใช้ประโยชน์สูงสุดจากการออกแบบ การจำลอง และการพิมพ์ของแข็งที่เหมาะสมกับโหลดและการใช้งานของคุณมากที่สุด พิจารณาองค์ประกอบพื้นฐานของส่วนรองรับ ตัวยึด และตลับลูกปืนเสมอสำหรับสิ่งที่คุณต้องการ นี้ตามบทบาทที่พวกเขาเล่นในกลไก ดังนั้นคุณควรคำนึงถึงข้อกำหนดขององค์ประกอบเหล่านี้เพื่อให้มีตำแหน่งที่เหมาะสมร่วมกับส่วนอื่นๆ ของขา

ขั้นตอนที่ 3: การออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

2 PCBs ที่ออกแบบมาสำหรับหุ่นยนต์

1 คือกระดานหลักที่จะติดตั้งในหุ่นยนต์ และอันที่สองสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ในรีโมทคอนโทรล PCB ได้รับการออกแบบโดยใช้ซอฟต์แวร์ Fritzing และกลึงโดยใช้ CNC Router สำหรับการแกะสลัก PCB

PCB หลักประกอบด้วย Arduino Mega และโมดูลบลูทูธ เซอร์โวทั้งหมดเชื่อมต่อด้วยเช่นกัน และใช้พลังงานสองสายที่มาจากแบตเตอรี่โดยตรงไปยังขั้วสกรู 2 ตัว

PCB ของรีโมตคอนโทรลมีส่วนประกอบมากกว่า แต่มีขนาดกะทัดรัดกว่า โดยเริ่มจากการติดตั้ง Arduino Nano เข้ากับจอยสติ๊กสองตัวเพื่อควบคุมทิศทางและการเคลื่อนที่ของ Hexapod ปุ่มกดหนึ่งปุ่มพร้อมตัวต้านทาน 220 โอห์มที่เหมาะสม โพเทนชิออมิเตอร์ เพื่อปรับความสูงของหุ่นยนต์และโมดูลบลูทูธ HC05 บอร์ดทั้งหมดใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 9V และส่วนประกอบบนบอร์ดใช้พลังงานจากเอาต์พุต 5v ของบอร์ด Arduino

หลังจากการออกแบบ PCB สามารถผลิตได้ด้วยเครื่องมือตัดเฉือน CNC PCB แบบพิเศษ จากนั้นคุณสามารถดำเนินการติดตั้งส่วนประกอบทั้งหมดในบอร์ดได้

ขั้นตอนที่ 4: ขั้นตอนที่ 4: การประกอบ

หลังจากที่ได้พิมพ์ชิ้นส่วน สกรู และแบริ่ง รวมทั้งเครื่องมือในการประกอบหุ่นยนต์แล้ว คุณสามารถเริ่มต้นด้วยการประกอบชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้อง โดยพิจารณาว่าฐานของเซอร์โวแนวตั้งประกอบขึ้นด้วยแผ่นด้านบนและด้านล่าง, 6 ชิ้นนี้มีเซอร์โวมอเตอร์อยู่ภายใน ตอนนี้การต่อเข้ากับเพลาของเซอร์โวมอเตอร์ถูกขันและเชื่อมต่อกับชิ้นส่วนนี้แล้ว: "JuntaServos" ซึ่งในคู่ของมันจะมีแบริ่งที่สอดคล้องกันเพื่ออำนวยความสะดวกในการหมุนระหว่างทั้งสองส่วน จากนั้นจะเชื่อมต่อกับเซอร์โวตัวที่สอง เซอร์โวแนวนอนและชุดของแท่งเหล็กตามลำดับที่เชื่อมโยงกับอีก 2 ส่วน ทำให้ติดเข้ากับปลายเหล็กโดยตรง ทั้งสองยึดด้วยสกรูที่ระบุ ปลายปากกาที่พิมพ์ด้วย PLA จะถูกสอดเข้าไปภายใต้แรงกดเพื่อปิดท้ายด้วยส่วนขา

ขั้นตอนนี้ต้องทำซ้ำ 6 ครั้งเพื่อประกอบ 6 ขาที่รองรับและเปิดใช้งานหุ่นยนต์ ในที่สุด; วางกล้องบนเพลทด้านบน ปรับตามต้องการโดยผู้ใช้

ขั้นตอนที่ 5: ขั้นตอนที่ 5: การเข้ารหัส

ในส่วนนี้จะอธิบายวิธีการทำงานของโค้ดเล็กน้อย และจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน คือ รหัสของรีโมตคอนโทรลและโค้ดของเฮกซาพอด

ขั้นแรกให้ผู้ควบคุม คุณต้องการอ่านค่าแอนะล็อกของโพเทนชิโอมิเตอร์ในจอยสติ๊ก ขอแนะนำให้กรองค่าเหล่านี้และเพียงพอที่จะรับค่าเฉพาะเมื่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อยู่นอกช่วงที่กำหนดไว้ในโค้ด เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น ค่าประเภทอาร์เรย์อักขระจะถูกส่งโดยใช้ฟังก์ชัน Arduino Serial.write ผ่านบลูทูธเพื่อระบุว่าค่าใดค่าหนึ่งได้เปลี่ยนแปลงค่านี้เพื่อให้สามารถดำเนินการบางอย่างได้เมื่อโมดูลบลูทูธอื่นได้รับค่าดังกล่าว

ตอนนี้รหัส Hexapod สามารถแบ่งออกเป็น 2 ส่วนได้เช่นกัน

ส่วนแรกเป็นหน้าที่ของฟังก์ชันที่จะสร้างขึ้นตามข้อความที่ได้รับโดยบลูทูธ และอีกส่วนหนึ่งเป็นหน้าที่ที่จำเป็นในการสร้างฟังก์ชันที่ดำเนินการโดยเฮกซาพอด เช่น เดินไปข้างหน้า ถอยหลัง เลี้ยว อื่นๆ ช่วงแรก สิ่งที่คุณต้องการทำในโค้ดคือการกำหนดตัวแปรที่จำเป็นสำหรับการทำงานของทั้งการสื่อสารแบบบลูทูธและหน้าที่ของเซอร์โวและการเคลื่อนไหวในแต่ละขา

ฟังก์ชัน Serial.readBytesUntil ใช้เพื่อรับอาร์เรย์ของอักขระทั้งหมด ซึ่งก็คือ 6 คำสั่งทั้งหมดมี 6 อักขระ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากที่ต้องคำนึงถึง ในฟอรัมของ Arduino คุณสามารถค้นหาข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับวิธีการเลือกพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้รับข้อความอย่างถูกต้อง หลังจากได้รับข้อความทั้งหมด จะมีการเปรียบเทียบกับฟังก์ชัน strcmp () และชุดของฟังก์ชัน if ที่กำหนดค่าให้กับตัวแปรจะถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดฟังก์ชันของ hexapod ในฟังก์ชันสวิตช์

มีฟังก์ชั่นพิเศษซึ่งหนึ่งในนั้นเมื่อได้รับคำสั่ง "POTVAL" จะเปลี่ยนความสูงของหุ่นยนต์ ฟังก์ชันอื่นจะเปลี่ยนความสูงสัมพัทธ์ของขาแต่ละข้างและการหมุนแบบสถิตซึ่งทำได้ด้วยจอยสติ๊กและเมื่อกดปุ่ม ในตัวควบคุม คำสั่ง "BOTTON" จะได้รับในโค้ด hexapod และเปลี่ยนความเร็วในการเคลื่อนที่ของ hexapod

ขั้นตอนที่ 6: การทดสอบ

ในวิดีโอต่อไปนี้ จะแสดงให้เห็นว่า Hexapod พัฒนาขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปอย่างไร เพื่อดูการทดสอบและผลลัพธ์สุดท้าย