ก่อนอื่นเราขอขอบคุณสำหรับเวลาและการพิจารณาของคุณ เพื่อนร่วมงานของฉัน Tio Marello และฉัน Chase Leach สนุกกับการทำงานในโครงการและเอาชนะความท้าทายที่นำเสนอ ปัจจุบันเราเป็นนักเรียนของโรงเรียนเขต Wilkes Barre Area S.T.E.M. ออสการ์ฉันเป็นรุ่นน้องและ Tio เป็นรุ่นปี โครงการของเรา Arachnoid เป็นหุ่นยนต์สี่เท่าที่เราสร้างขึ้นโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3D, Bread Board และบอร์ด Arduino MEGA 2560 R3 เป้าหมายที่ตั้งใจไว้สำหรับโครงการคือการสร้างหุ่นยนต์เดินสี่เท้า หลังจากทำงานและทดสอบมากมายเราได้สร้างหุ่นยนต์สี่เท่าที่ทำงานได้สำเร็จ เรารู้สึกตื่นเต้นและยินดีเป็นอย่างยิ่งที่มีโอกาสได้นำเสนอโครงการ Arachnoid ให้กับคุณ

วัสดุ:

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ

วัสดุที่เราใช้สำหรับหุ่นยนต์สี่เท้ารวม: เครื่องพิมพ์ 3 มิติ, อุปกรณ์สนับสนุนเครื่อง, ถาดพิมพ์ 3 มิติ, วัสดุพิมพ์ 3 มิติ, เครื่องตัดลวด, เขียงหั่นขนม, ที่ใส่แบตเตอรี่, คอมพิวเตอร์, แบตเตอรี่ AA, เทปไฟฟ้า, เทปสก๊อต, MG90S Tower เซอร์โวมอเตอร์, กาวบ้า, บอร์ด Arduino MEGA 2560 R3, สายจัมเปอร์, ซอฟต์แวร์ประดิษฐ์ 2018 และซอฟต์แวร์ Arduino IDE เราใช้คอมพิวเตอร์เพื่อเรียกใช้ซอฟต์แวร์และเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่เราใช้ เราใช้ซอฟต์แวร์นักประดิษฐ์เป็นหลักในการออกแบบชิ้นส่วนดังนั้นจึงไม่จำเป็นสำหรับทุกคนที่ทำสิ่งนี้ที่บ้านเพราะไฟล์ชิ้นส่วนทั้งหมดที่เราสร้างขึ้นมีให้ในคำแนะนำนี้ ซอฟต์แวร์ Arduino IDE ใช้สำหรับการเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์ซึ่งไม่จำเป็นสำหรับคนที่ทำที่บ้านเพราะเราได้จัดเตรียมโปรแกรมที่เราใช้อยู่ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ, เครื่องล้างวัสดุสนับสนุน, วัสดุการพิมพ์ 3 มิติและถาดพิมพ์ 3 มิติล้วนใช้สำหรับกระบวนการผลิตชิ้นส่วนที่ Arachnoid ผลิตขึ้นมา เราใช้ตัวยึดแบตเตอรี่, แบตเตอรี่ AA, สายจัมเปอร์, เทปไฟฟ้าและเครื่องตัดสายไฟถูกนำมาใช้ร่วมกันเพื่อสร้างชุดแบตเตอรี่ ใส่แบตเตอรี่ลงในที่ยึดแบตเตอรี่และใช้เครื่องตัดสายไฟเพื่อตัดปลายสายไฟของทั้งชุดแบตเตอรี่และสายจัมเปอร์เพื่อให้พวกเขาสามารถถอดและบิดเข้าด้วยกันจากนั้นติดเทปไฟฟ้า เขียงหั่นขนม, สายจัมเปอร์, ชุดแบตเตอรี่และ Ardiuno ถูกใช้เพื่อสร้างวงจรที่จ่ายกำลังให้กับมอเตอร์และเชื่อมต่อเข้ากับหมุดควบคุมของ Arduino กาวบ้าถูกนำมาใช้เพื่อยึดเซอร์โวมอเตอร์เข้ากับชิ้นส่วนของหุ่นยนต์ ใช้สว่านและสกรูสำหรับติดตั้งส่วนประกอบอื่น ๆ ของหุ่นยนต์ สกรูควรมีลักษณะเหมือนกับที่แสดงในรูปภาพ แต่ขนาดอาจขึ้นอยู่กับการตัดสิน สก็อตเทปและซิปเนคไทส่วนใหญ่ใช้สำหรับการจัดการสายไฟ ในตอนท้ายเราใช้เงินทั้งหมด 51.88 เหรียญสหรัฐกับวัสดุที่เราไม่มี

วัสดุที่เรามีในมือ

1. (จำนวน: 1) เครื่องพิมพ์ 3 มิติ
2. (จำนวน: 1) เครื่องซักผ้าวัสดุสนับสนุน
3. (จำนวน: 5) ถาดพิมพ์ 3 มิติ
4. (จำนวน: 27.39 ใน ^ 3) วัสดุการพิมพ์ 3 มิติ
5. (จำนวน: 1) เครื่องตัดลวด
6. (จำนวน: 1) เจาะ
7. (จำนวน: 24) สกรู
8. (จำนวน: 1) เขียงหั่นขนม
9. (จำนวน: 4) ที่ใส่แบตเตอรี่
10. (จำนวนเงิน: 1) คอมพิวเตอร์
11. (จำนวน: 8) แบตเตอรี่ AA
12. (จำนวน: 4) ความสัมพันธ์ Zip
13. (จำนวน: 1) เทปไฟฟ้า
14. (จำนวน: 1) สก๊อตเทป

วัสดุที่เราซื้อ

1. (จำนวน: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (ราคารวม: $ 23.99)
2. (จำนวนเงิน: 2) กาวบ้า (ค่าใช้จ่ายทั้งหมด: $ 7.98)
3. (จำนวน: 1) บอร์ด Arduino MEGA 2560 R3 R3 (ราคารวม: $ 12.95)
4. (จำนวน: 38) สายจัมเปอร์ (ค่าใช้จ่ายทั้งหมด: $ 6.96)

ซอฟต์แวร์ที่จำเป็น

1. นักประดิษฐ์ปี 2018
2. สภาพแวดล้อมการพัฒนาแบบรวม Arduino

ขั้นตอนที่ 2: ชั่วโมงใช้เวลาในการประกอบ

เราใช้เวลาไม่กี่ชั่วโมงในการสร้างหุ่นยนต์สี่เท่าของเรา แต่เวลาอันยิ่งใหญ่ที่สุดที่เราใช้คือใช้เวลาในการเขียนโปรแกรม Arachnoid เราใช้เวลาประมาณ 68 ชั่วโมงในการเขียนโปรแกรมหุ่นยนต์การพิมพ์ 57 ชั่วโมงการออกแบบ 48 ชั่วโมงการประกอบ 40 ชั่วโมงและการทดสอบ 20 ชั่วโมง

ขั้นตอนที่ 3: การใช้งาน STEM

วิทยาศาสตร์

มุมมองทางวิทยาศาสตร์ของโครงการของเราเข้ามามีบทบาทในขณะที่สร้างวงจรที่ใช้ในการขับเคลื่อนเซอร์โวมอเตอร์ เราใช้ความเข้าใจของวงจรโดยเฉพาะคุณสมบัติของวงจรคู่ขนาน คุณสมบัตินี้เป็นวงจรแบบขนานที่จ่ายแรงดันไฟฟ้าเดียวกันให้กับส่วนประกอบทั้งหมดภายในวงจร

เทคโนโลยี

การใช้เทคโนโลยีของเรามีความสำคัญมากตลอดกระบวนการออกแบบประกอบและเขียนโปรแกรม Arachnoid เราใช้ซอฟต์แวร์ออกแบบคอมพิวเตอร์ช่วยประดิษฐ์ในการสร้างหุ่นยนต์สี่เท่าทั้ง: ร่างกาย, ฝา, ต้นขาและน่อง ชิ้นส่วนที่ออกแบบทั้งหมดถูกพิมพ์ออกมาจากเครื่องพิมพ์ 3D การใช้ Arduino I.D.E. ซอฟต์แวร์เราสามารถใช้ Arduino และเซอร์โวมอเตอร์เพื่อทำให้ Arachnoid เดินได้

วิศวกรรม

ด้านวิศวกรรมของโครงการของเราคือกระบวนการวนซ้ำที่ใช้ในการออกแบบชิ้นส่วนที่สร้างขึ้นสำหรับหุ่นยนต์สี่เท่า เราต้องระดมสมองหาวิธีติดตั้งมอเตอร์และติดตั้ง Arduino และเขียงหั่นขนม ด้านการเขียนโปรแกรมของโครงการยังทำให้เราต้องคิดอย่างสร้างสรรค์เกี่ยวกับวิธีการแก้ไขปัญหาที่เราพบ ในที่สุดวิธีการที่เราใช้นั้นมีประสิทธิภาพและช่วยให้เรานำหุ่นยนต์ไปใช้ในรูปแบบที่เราต้องการ

คณิตศาสตร์

ด้านคณิตศาสตร์ของโครงการของเราคือการใช้สมการในการคำนวณปริมาณของแรงดันและกระแสที่เราต้องการในการจ่ายกำลังให้กับมอเตอร์ซึ่งจำเป็นต้องใช้กฎของโอห์ม นอกจากนี้เรายังใช้คณิตศาสตร์เพื่อคำนวณขนาดของชิ้นส่วนทั้งหมดที่สร้างขึ้นสำหรับหุ่นยนต์

ขั้นตอนที่ 4: ฝา Iteration Quadruped Robot ฝาที่ 2

ฝาสำหรับ Arachnoid ได้รับการออกแบบที่มีหมุดสี่อันที่ด้านล่างซึ่งมีขนาดและวางไว้ภายในของหลุมที่ทำบนร่างกาย หมุดเหล่านี้พร้อมด้วยความช่วยเหลือของกาวบ้าสามารถติดฝากับร่างกายของหุ่นยนต์ ส่วนนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อช่วยปกป้อง Ardiuno และทำให้หุ่นยนต์ดูสมบูรณ์ยิ่งขึ้น เราตัดสินใจที่จะก้าวไปข้างหน้าด้วยการออกแบบปัจจุบัน แต่มันต้องผ่านการออกแบบซ้ำสองครั้งก่อนที่จะถูกเลือก

ขั้นตอนที่ 5: ร่างกายหุ่นยนต์ซ้ำสองครั้งที่สอง

ส่วนนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อบ้านสี่มอเตอร์ที่ใช้ในการย้ายส่วนต้นขา, Arduino และเขียงหั่นขนม ช่องที่อยู่ด้านข้างของร่างกายนั้นใหญ่กว่ามอเตอร์ที่เราใช้อยู่ในปัจจุบันสำหรับโครงการที่ทำด้วยชิ้นส่วนในใจ การออกแบบนี้ได้รับอนุญาตในที่สุดสำหรับการกระจายความร้อนที่เพียงพอและทำให้สามารถติดตั้งมอเตอร์โดยใช้สกรูโดยไม่ทำให้เกิดความเสียหายต่อร่างกายซึ่งอาจใช้เวลานานกว่าในการพิมพ์ซ้ำ รูด้านหน้าและขาดกำแพงด้านหลังของร่างกายได้ถูกทำอย่างมีจุดประสงค์เพื่อให้สายไฟสามารถวิ่งเข้าไปใน Arduino และเขียงหั่นขนม พื้นที่ที่อยู่ตรงกลางของตัวเครื่องนั้นถูกออกแบบมาสำหรับ Arduino, breadboard, และแบตเตอร์รี่นอกจากนี้ยังมีรูสี่รูที่ออกแบบที่ด้านล่างของส่วนที่มีความหมายโดยเฉพาะสำหรับสายของเซอร์โวมอเตอร์ที่วิ่งผ่านและเข้าสู่ ด้านหลังของหุ่นยนต์ ส่วนนี้เป็นหนึ่งในส่วนที่สำคัญที่สุดเพราะทำหน้าที่เป็นฐานซึ่งทุกส่วนอื่น ๆ ได้รับการออกแบบ เราผ่านการทำซ้ำสองครั้งก่อนที่เราจะตัดสินใจเลือกรายการที่แสดง

ขั้นตอนที่ 6: Iteration Servo Motor Spacer ครั้งที่ 2

เซอร์โวมอเตอร์รองลิ้นได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับช่องด้านข้างของร่างกายของ Arachnoid Spacers เหล่านี้ได้รับการออกแบบโดยมีความคิดอยู่ในใจว่าการเจาะเข้าไปในส่วนใดของร่างกายอาจเป็นอันตรายและทำให้เราเสียเวลาและวัสดุในการพิมพ์ซ้ำส่วนที่ใหญ่กว่า นั่นเป็นเหตุผลที่เรากลับไปพร้อมกับตัวเว้นวรรคซึ่งไม่เพียงแก้ไขปัญหานี้ แต่ยังอนุญาตให้เราสร้างพื้นที่ขนาดใหญ่ขึ้นสำหรับมอเตอร์ที่ช่วยป้องกันความร้อนสูงเกินไป Spacer ผ่านการวนซ้ำสองครั้ง แนวคิดดั้งเดิมรวมอยู่: ผนังบางสองด้านที่เชื่อมต่อกับตัวเว้นวรรคที่สอง ความคิดนี้ถูกทิ้งเพราะเราคิดว่ามันจะง่ายกว่าที่จะเจาะแต่ละด้านแยกกันดังนั้นหากมีใครเสียหายอีกอันหนึ่งก็ไม่จำเป็นต้องถูกโยนทิ้งไป เราพิมพ์ 8 ชิ้นส่วนเหล่านี้ซึ่งเพียงพอที่จะกาวที่ด้านบนและด้านล่างของช่องมอเตอร์ในร่างกาย จากนั้นเราใช้สว่านที่อยู่ตรงกลางด้านยาวของชิ้นงานเพื่อสร้างรูนำร่องซึ่งใช้สำหรับสกรูที่ด้านใดด้านหนึ่งของมอเตอร์เพื่อติดตั้ง

ขั้นตอนที่ 7: ลำดับที่ 2 ซ้ำขาหุ่นยนต์ขาสี่ส่วน

ส่วนนี้คือต้นขาหรือครึ่งบนของขาของหุ่นยนต์ มันถูกออกแบบมาให้มีรูที่ด้านในของชิ้นส่วนที่ทำขึ้นเป็นพิเศษสำหรับเกราะที่มาพร้อมกับมอเตอร์ซึ่งดัดแปลงมาสำหรับหุ่นยนต์ของเรา นอกจากนี้เรายังเพิ่มช่องที่ด้านล่างของชิ้นส่วนที่สร้างขึ้นสำหรับมอเตอร์ซึ่งจะใช้ในการย้ายครึ่งล่างของขา ส่วนนี้จัดการส่วนใหญ่ของการเคลื่อนไหวที่สำคัญของขา การวนซ้ำในปัจจุบันของส่วนนี้ที่เรากำลังใช้อยู่นั้นเป็นครั้งที่สองเนื่องจากตอนแรกมีการออกแบบที่น่าสนใจกว่าที่เราตัดสินใจว่าไม่จำเป็น

ขั้นตอนที่ 8: การย้ำข้อที่ 5 ของข้อเข่าหุ่นยนต์สี่เท่า

ข้อเข่านั้นเป็นอีกส่วนหนึ่งที่ออกแบบได้ยาก ใช้การคำนวณและการทดสอบหลายครั้ง แต่การออกแบบในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าทำงานได้ค่อนข้างดี ส่วนนี้ถูกออกแบบมาเพื่อไปรอบ ๆ มอเตอร์เพื่อถ่ายโอนการเคลื่อนไหวของมอเตอร์ไปยังการเคลื่อนไหวบนน่องหรือขาส่วนล่างอย่างมีประสิทธิภาพ ต้องใช้การออกแบบและออกแบบซ้ำห้าครั้งเพื่อสร้าง แต่รูปร่างเฉพาะที่ถูกสร้างขึ้นรอบ ๆ รูช่วยให้องศาการเคลื่อนไหวเป็นไปได้สูงสุดโดยไม่สูญเสียความแข็งแกร่งที่เราต้องการ นอกจากนี้เรายังติดตั้งมอเตอร์โดยใช้เกราะจำนวนมากที่พอดีกับรูด้านข้างและติดตั้งเข้ากับมอเตอร์อย่างสมบูรณ์ทำให้เราสามารถใช้สกรูเพื่อให้เข้าที่ หลุมนำร่องที่ด้านล่างของชิ้นส่วนทำให้สามารถหลีกเลี่ยงการเจาะและเกิดความเสียหายได้

ขั้นตอนที่ 9: น่องขาหุ่นยนต์ย้ำสี่ซ้ำ

ช่วงครึ่งหลังของขาของหุ่นยนต์นั้นถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่ไม่ว่าหุ่นยนต์จะวางเท้าอย่างไรมันก็จะรักษาแรงฉุดเอาไว้เท่าเดิม นี่คือขอบคุณการออกแบบรูปครึ่งวงกลมของเท้าและแผ่นโฟมที่เราตัดและติดกาวที่ด้านล่าง ในที่สุดมันก็มีจุดประสงค์ที่ดีซึ่งทำให้หุ่นยนต์สามารถสัมผัสพื้นและเดินได้ เราผ่านการทำซ้ำสามครั้งด้วยการออกแบบนี้ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความยาวและการออกแบบเท้า

ขั้นตอนที่ 10: ดาวน์โหลดไฟล์ชิ้นส่วนนักประดิษฐ์

ไฟล์เหล่านี้มาจากนักประดิษฐ์ มันเป็นไฟล์ส่วนหนึ่งสำหรับชิ้นส่วนสำเร็จรูปทั้งหมดที่เราออกแบบมาสำหรับโครงการนี้

ขั้นตอนที่ 11: การประกอบ

วิดีโอที่เราให้ไว้อธิบายวิธีที่เราประกอบ Arachnoid แต่จุดหนึ่งที่ไม่ได้กล่าวถึงคือคุณจะต้องถอดโครงพลาสติกออกจากทั้งสองด้านของมอเตอร์โดยตัดมันออกและขัดที่เคยเป็น. ภาพถ่ายอื่น ๆ ที่ให้มาจะถูกนำมาจากในระหว่างการชุมนุม

ขั้นตอนที่ 12: การเขียนโปรแกรม

ภาษาการเขียนโปรแกรม arduiono มีพื้นฐานมาจากภาษาการเขียนโปรแกรม C ภายในเครื่องมือแก้ไขรหัส Arduino มันให้ฟังก์ชั่นสองอย่าง

• การตั้งค่าเป็นโมฆะ (): รหัสทั้งหมดภายในฟังก์ชั่นนี้ทำงานหนึ่งครั้งที่จุดเริ่มต้น
• void loop (): โค้ดภายในฟังก์ชั่นวนซ้ำโดยไม่มีที่สิ้นสุด

ตรวจสอบด้านล่างโดยคลิกที่ลิงค์สีส้มเพื่อดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับรหัส!

นี่คือรหัสสำหรับการเดิน

#include

classServoManager {

ส่วนกลาง:

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, BRK ภายใน, FLK int, BLK ภายใน) {

FrontRightThigh.write (FRT);

BackRightThigh.write (BRT);

FrontLeftThigh.write (FLT);

BackLeftThigh.write (BLT);

FrontRightKnee.write (FRK);

BackRightKnee.write (BRK);

FrontLeftKnee.write (FLK);

BackLeftKnee.write (BLK);

}

};

ผู้จัดการ ServoManager;

voidsetup () {

Manager.setup ();

}

voidloop () {

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

ล่าช้า (1000)

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

ล่าช้า (5000);

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

ล่าช้า (1000)

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

ล่าช้า (1000)

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

ล่าช้า (1000)

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

ล่าช้า (1000)

}

ดู rawQuad.ino โฮสต์กับ❤โดย GitHub

ขั้นตอนที่ 13: การทดสอบ

เราใช้เวลาคิดเกี่ยวกับวิธีที่เราจะก้าวไปข้างหน้ากับ Arachnoid ถ้าเรามีเวลามากขึ้นและเราก็มีความคิดบางอย่าง เราจะมองหาวิธีที่ดีกว่าในการเพิ่มพลังให้กับ Arachnoid รวมถึง: ค้นหาชุดแบตเตอรี่ที่ดีและเบากว่าซึ่งสามารถชาร์จใหม่ได้ เราจะมองหาวิธีที่ดีกว่าในการติดตั้งเซอร์โวมอเตอร์เข้ากับขาส่วนบนของขาที่เราออกแบบโดยการออกแบบชิ้นส่วนที่เราสร้างขึ้นใหม่ สิ่งที่ควรพิจารณาอีกประการหนึ่งคือการติดกล้องเข้ากับหุ่นยนต์เพื่อให้สามารถนำไปใช้ในพื้นที่อื่นที่คนไม่สามารถเข้าถึงได้ การพิจารณาทั้งหมดเหล่านี้ผ่านความคิดของเราในขณะที่เรากำลังออกแบบและประกอบหุ่นยนต์ แต่เราไม่สามารถไล่ตามพวกเขาได้เนื่องจากข้อ จำกัด ด้านเวลา

ขั้นตอนที่ 16: การออกแบบขั้นสุดท้าย

ในท้ายที่สุดเรามีความสุขมากกับวิธีการออกแบบขั้นสุดท้ายของเราปรากฏออกมาและหวังว่าคุณจะรู้สึกแบบเดียวกันขอขอบคุณสำหรับเวลาและการพิจารณาของคุณ.