Bouw een Arduino Vierpotige Spinrobot – Stap-voor-stap Handleiding

Onderdelen en Benodigdheden

Over dit Project

Hallo allemaal! Hier is een nieuwe tutorial die je stap voor stap begeleidt bij het maken van dit soort geweldige elektronische projecten: de "kruipende robot", ook bekend als "spinrobot" of "vierpotige robot".

Omdat iedereen de snelle evolutie in robotica-technologie heeft opgemerkt, besloten we jullie naar een hoger niveau te tillen op het gebied van robotica en robotbouw. We begonnen een tijdje geleden met basiselektronische projecten en een eenvoudige robot zoals de PICTO92 lijnvolger, om je vertrouwd te maken met de elektronica en je in staat te stellen je eigen projecten te bedenken.

Naar een volgend niveau gegaan, begonnen we met deze robot die conceptueel basis is, maar complexer wordt als je dieper in de programmering duikt. Omdat deze gadgets in webwinkels duur zijn, bieden we deze stap-voor-stap handleiding om je te helpen je eigen Spiderbot te bouwen.

Dit project is handig om te maken, vooral na ontvangst van de aangepaste PCB die we bij JLCPCB bestelden om het uiterlijk van onze robot te verbeteren. Er is voldoende documentatie en code in deze gids om je gemakkelijk een kruipende robot te laten maken.

We maakten dit project in slechts 7 dagen: twee dagen voor de hardware en montage, en vijf dagen voor de code en de Android-app om de robot te besturen. Maar eerst, laten we eens kijken wat je gaat leren.

Wat Je Leert

• De juiste componenten selecteren afhankelijk van de functionaliteiten van je project
• De schakeling maken om alle gekozen componenten te verbinden
• Alle projectonderdelen monteren
• De balans van de robot schalen
• De Android-app gebruiken om via Bluetooth verbinding te maken en het systeem te bedienen

Stap 1: Wat Is Een "Spinrobot"?

Zoals de naam al aangeeft, is onze robot een basisaffiche van de bewegingen van een spin, maar voert niet precies dezelfde lichaamsbewegingen uit omdat we slechts vier poten gebruiken in plaats van acht.

Ook wel een vierpotige robot genoemd, omdat het vier poten heeft en beweegt met deze poten. De beweging van elke poot is gerelateerd aan de andere poten om de lichaamshouding van de robot te bepalen en de balans te controleren.

Gepootte robots gaan beter over terrein dan hun gewielde tegenhangers en bewegen op gevarieerde, dierlijke manieren. Dit maakt ze echter complexer en minder toegankelijk voor veel makers. Ook de bouwkosten en hoge uitgaven om een volledig vierpotige robot te maken zijn hoger, omdat deze gebaseerd zijn op servomotoren of stappenmotoren, die duurder zijn dan de DC-motoren die in gewielde robots worden gebruikt.

Voordelen

In de natuur zijn vierpotigen dieren wijdverspreid, omdat vier poten passieve stabiliteit bieden: de vermogen om te staan zonder actief de positie te corrigeren. Hetzelfde geldt voor robots. Een vierpotige robot is goedkoper en simpeler dan een robot met meer poten, maar kan nog steeds stabiliteit bereiken.

Stap 2: Servomotoren Zijn De Hoofdactuatoren

Een servomotor, zoals gedefinieerd op Wikipedia, is een rotatie- of lineaire actuator die nauwkeurige controle van hoek- of lineaire positie, snelheid en versnelling toestaat. Het bestaat uit een geschikte motor gekoppeld aan een sensor voor positie-terugkoppeling. Het vereist ook een relatief geavanceerde controller, vaak een speciale module ontworpen voor servomotoren.

Servomotoren zijn geen specifieke motorklasse, hoewel de term vaak gebruikt wordt voor motoren geschikt voor gesloten-lus regelsystemen.

Over het algemeen is het controlesignaal een blokgolf-pulstrein. Veelvoorkomende frequenties zijn 44Hz, 50Hz en 400Hz. De positieve pulsbreedte bepaalt de servopositie. Een pulsbreedte van ongeveer 0,5ms zorgt voor maximale uitschuiving naar links (meestal 45-90 graden). Een pulsbreedte van 2,5-3,0ms zorgt voor maximale uitschuiving naar rechts. Een pulsbreedte van ongeveer 1,5ms houdt de neutrale positie op 0 graden. De uitgangsspanning is doorgaans 2,5-10V (3V typisch), de lage uitgangsspanning ligt tussen -40mV en 0V.

Stap 3: De PCB-productie (Door JLCPCB)

Over JLCPCB

JLCPCB (Shenzhen JIALICHUANG Electronic Technology Development Co., Ltd.) is het grootste PCB-prototypenbedrijf in China en een high-tech fabrikant gespecialiseerd in snelle PCB-prototypen en kleine-serie productie.

Met meer dan 10 jaar ervaring heeft JLCPCB meer dan 200.000 klanten thuis en in het buitenland, met meer dan 8.000 online bestellingen per dag. De jaarcapaciteit bedraagt 200.000 m² voor 1-laags, 2-laags of meervoudige PCBs. JLC is een professionele fabrikant gekenmerkt door grote schaal, goede uitrusting, streng beheer en superieure kwaliteit.

Terug Naar Ons Project

Om de PCB te produceren, vergelijk ik prijzen van veel PCB-fabrikanten en koos JLCPCB als beste en goedkoopste leverancier. Alles wat ik hoefde te doen was de Gerber-bestanden uploaden en parameters instellen zoals dikte, kleur en hoeveelheid. Ik betaalde slechts $2 en kreeg mijn PCB na vijf dagen.

Zoals het schema laat zien, gebruikte ik een Arduino Nano om het hele systeem te besturen en ontwierp de robotspinvorm voor een betere uitstraling. Je kunt het schakelingsschema (PDF) en de Gerber-bestanden downloaden via de links in de originele tutorial.

De PCB is uitstekend geproduceer: dezelfde spinvorm als ontworpen, met alle labels en logo's om het solderen te vergemakkelijken.

Stap 4: Benodigdheden

Laten we de nodige componenten bekijken. Ik gebruik een Arduino Nano om alle 12 servomotoren van de vier poten aan te sturen. Het project bevat ook een OLED-display voor Cozmo-gezichten en een Bluetooth-module voor besturing via een Android-app.

• De PCB (besteld bij JLCPCB)
• 12 Servomotoren (3 per poot) – link
• 1 Arduino Nano – link
• HC-06 Bluetooth module – link
• 1 OLED-display – link
• 5mm RGB LED's – link
• Header connectors – link
• Robotlichaamonderdelen (3D-geprint, STL-bestanden downloadbaar)

Stap 5: De Robot Montage

Nu de PCB klaar is en alle componenten zijn gesoldeerd, monteren we het robotlichaam. De procedure is eenvoudig: volg de stappen.

Bereid elke poot apart voor. Voor één poot heb je twee servomotoren voor de gewrichten en de 3D-geprinte delen: Coxa, Femur, Tibia en een klein bevestigingsstuk.

De STL-bestanden voor de lichaamsonderdelen zijn downloadbaar via de link in de originele tutorial.

Stappen per poot:

1. Plaats de eerste servo in zijn houder en bevestig met schroeven.
2. Draai de servo-as naar 180° zonder de bevestigingsschroef te plaatsen.
3. Bevestig het Femur-deel aan de Tibia met de eerste servo-as en het bevestigingsstuk.

Herhaal voor alle vier de poten. Daarna plaats je de overige servomotoren in de bovenste chassis en verbind je elke poot met de bijpassende servo. Ten slotte plaats je de printplaat in de onderste chassis.

Stap 6: De Android-app

De Android-app stelt je in staat om:

• Via Bluetooth verbinding te maken met de robot
• Vooruit, achteruit, links en rechts te sturen
• De kleur van de robotlichten in realtime aan te passen via een kleurkiezer

De app is gratis te downloaden via de link in de originele tutorial.

Stap 7: De Arduino-code en Testvalidatie

De robot is bijna klaar, maar we moeten eerst de gewrichtshoeken instellen. Upload de setup-code om elke servo op 90 graden te positioneren (vergeet de 7V DC-batterij niet). Vervolgens upload je het hoofdprogramma voor besturing via de app. Beide codes zijn downloadbaar via de links in de tutorial.

Na het uploaden heb ik het OLED-display aangesloten om de Cozmo-gezichten weer te geven die in de code zijn geprogrammeerd. De robot volgt alle instructies van de smartphone, en er zijn nog verbeteringen mogelijk.

Code

Hoofdcode voor de Spinrobot (Arduino)

De complete code is te lang om hier volledig weer te geven, maar omvat:

• Initialisatie van 12 servomotoren via Servo.h en FlexiTimer2.h
• OLED-display besturing via Adafruit_SSD1306.h en Adafruit_GFX.h
• Invers kinematica voor pootpositie-berekening (cartesiaans naar polair naar servo-hoeken)
• Bewegingsfuncties: staan, zitten, vooruit, achteruit, links/rechts draaien, handgolf, handschudden, hoofd omhoog/omlaag
• Bluetooth-seriële communicatie voor besturing en RGB-led aansturing
• Gevoelsweergave op OLED (blij, boos, verdrietig, etc.)

De volledige code vind je in de originele tutorial of via de downloadlink.

Aangepaste Onderdelen en Behuizingen

STL-bestanden voor 3D-print van de robotlichaamsonderdelen zijn beschikbaar via de links in de tutorial.

Schema's

Het elektrisch schema (PDF) en Gerber-bestanden voor de PCB zijn te downloaden via de links in de tutorial.