العنكبوتية: 16 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

أولاً ، نود أن نشكرك على وقتك واهتمامك. لقد استمتعت أنا وشريكي تيو ماريلو ، تشيس ليتش ، بالعمل في المشروع والتغلب على التحديات التي قدمها. نحن حاليًا طلاب في منطقة مدرسة Wilkes Barre Area School District S. الأكاديمية أنا صغير وتيو طالبة. مشروعنا ، العنكبوت هو روبوت رباعي الأرجل صنعناه باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد ولوحة الخبز ولوحة Arduino MEGA 2560 R3. كان الهدف المنشود من المشروع هو إنشاء روبوت متحرك رباعي الأرجل. بعد الكثير من العمل والاختبار ، نجحنا في إنشاء روبوت رباعي يعمل بنجاح. نحن متحمسون وممتنون لهذه الفرصة لنقدم لكم مشروعنا العنكبوتي.

الخطوة 1: المواد

تضمنت المواد التي استخدمناها للروبوت رباعي الأرجل: الطابعة ثلاثية الأبعاد ، وغسالة المواد الداعمة ، وصواني الطباعة ثلاثية الأبعاد ، ومواد الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وقواطع الأسلاك ، ولوح التجارب ، وحوامل البطاريات ، وجهاز كمبيوتر ، وبطاريات AA ، وشريط كهربائي ، وشريط سكوتش ، وبرج MG90S Pro Servo Motors و Crazy Glue ولوحة Arduino MEGA 2560 R3 وأسلاك العبور وبرنامج Inventor 2018 وبرنامج Arduino IDE. استخدمنا الكمبيوتر لتشغيل البرنامج والطابعة ثلاثية الأبعاد التي استخدمناها. استخدمنا برنامج Inventor بشكل أساسي لتصميم الأجزاء ، لذا فهو ليس ضروريًا لأي شخص يقوم بذلك في المنزل لأن جميع ملفات الأجزاء التي أنشأناها متوفرة في هذا الدليل. تم استخدام برنامج Arduino IDE لبرمجة الروبوت وهو أيضًا غير ضروري للأشخاص الذين يصنعونه في المنزل لأننا قدمنا أيضًا البرنامج الذي نستخدمه. تم استخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد ، وغسالة المواد الداعمة ، ومواد الطباعة ثلاثية الأبعاد ، وصواني الطباعة ثلاثية الأبعاد في عملية تصنيع الأجزاء التي صنع منها العنكبوت. استخدمنا حاملات البطاريات وبطاريات AA وأسلاك التوصيل والشريط الكهربائي وقواطع الأسلاك معًا لإنشاء حزمة البطارية. تم وضع البطاريات في حوامل البطاريات واستخدمت قواطع الأسلاك لقطع نهاية أسلاك كل من حزمة البطارية وأسلاك العبور بحيث يمكن تجريدها ولفها معًا ، ثم لصقها بشريط كهربائي. تم استخدام اللوح وأسلاك العبور وحزمة البطارية و Ardiuno لإنشاء دائرة توفر الطاقة للمحركات وتوصيلها بدبابيس التحكم في Arduino. تم استخدام Crazy Glue لربط محركات المؤازرة بأجزاء الروبوت. تم استخدام المثقاب والبراغي لتركيب عناصر أخرى من الروبوت. يجب أن تبدو المسامير مثل تلك الموجودة في الصورة المقدمة ولكن يمكن أن يعتمد الحجم على الحكم. تم استخدام شريط سكوتش والأربطة المضغوطة بشكل أساسي لإدارة الأسلاك. في النهاية ، أنفقنا ما مجموعه 51.88 دولارًا على المواد التي لم تكن متوفرة لدينا.

الإمدادات التي كانت لدينا في متناول اليد

1. (الكمية: 1) طابعة ثلاثية الأبعاد
2. (الكمية: 1) غسالة مواد الدعم
3. (الكمية: 5) صواني طباعة ثلاثية الأبعاد
4. (الكمية: 27.39 بوصة ^ 3) مادة طباعة ثلاثية الأبعاد
5. (الكمية: 1) قواطع للاسلاك
6. (الكمية: 1) حفر
7. (الكمية: 24) براغي
8. (الكمية: 1) اللوح
9. (الكمية: 4) حاملي بطارية
10. (الكمية: 1) كمبيوتر
11. (الكمية: 8) بطاريات AA
12. (الكمية: 4) روابط مضغوطة
13. (الكمية: 1) شريط كهربائي
14. (الكمية: 1) شريط سكوتش

الإمدادات التي اشتريناها

1. (المبلغ: 8) MG90S Tower Pro Servo Motors (التكلفة الإجمالية: 23.99 دولارًا)
2. (المبلغ: 2) Crazy Glue (التكلفة الإجمالية: 7.98 دولار)
3. (المبلغ: 1) Arduino MEGA 2560 R3 Board (التكلفة الإجمالية: 12.95 دولارًا)
4. (المبلغ: 38) أسلاك توصيل (إجمالي التكلفة: 6.96 دولار)

البرنامج مطلوب

1. المخترع 2018
2. بيئة التطوير المتكاملة لاردوينو

الخطوة 2: الساعات التي تم إنفاقها على التجميع

لقد أمضينا بضع ساعات في إنشاء روبوتنا رباعي الأرجل ، لكن الجزء الأكبر من الوقت الذي استخدمناه كان في برمجة العنكبوت. استغرقنا ما يقرب من 68 ساعة لبرمجة الروبوت ، و 57 ساعة في الطباعة ، و 48 ساعة في التصميم ، و 40 ساعة من التجميع ، و 20 ساعة من الاختبار.

الخطوة 3: تطبيقات STEM

علم

يتم تشغيل الجانب العلمي لمشروعنا أثناء إنشاء الدائرة التي تم استخدامها لتشغيل محركات المؤازرة. طبقنا فهمنا للدوائر ، وبشكل أكثر تحديدًا خاصية الدوائر المتوازية. هذه الخاصية هي أن الدوائر المتوازية توفر نفس الجهد لجميع المكونات داخل الدائرة.

تقنية

كان استخدامنا للتكنولوجيا مهمًا جدًا خلال عملية تصميم العنكبوت وتجميعه وبرمجته. استخدمنا برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر ، Inventor لإنشاء الروبوت الرباعي بالكامل بما في ذلك: الجسم والغطاء والفخذين والعجول. تم طباعة جميع الأجزاء المصممة من طابعة ثلاثية الأبعاد. باستخدام Arduino IDE. البرنامج ، تمكنا من استخدام محركات Arduino و servo لجعل العنكبوت العنكبوتي يمشي.

هندسة

الجانب الهندسي لمشروعنا هو العملية التكرارية المستخدمة لتصميم الأجزاء المصنوعة للروبوت رباعي الأرجل. كان علينا التفكير في طرق لربط المحركات وإيواء Arduino ولوح التجارب. يتطلب جانب البرمجة في المشروع أيضًا التفكير بشكل خلاق في الحلول الممكنة للمشكلات التي واجهناها. في النهاية ، كانت الطريقة التي استخدمناها فعالة وساعدتنا في جعل الروبوت يتحرك بالطرق التي نحتاجها.

الرياضيات

الجانب الرياضي لمشروعنا هو استخدام المعادلات لحساب مقدار الجهد والتيار الذي نحتاجه لتشغيل المحرك الذي يتطلب تطبيق قانون أوم. استخدمنا أيضًا الرياضيات لحساب حجم جميع الأجزاء الفردية التي تم إنشاؤها للروبوت.

الخطوة 4: غطاء الروبوت رباعي الأرجل التكرار الثاني

تم تصميم غطاء العنكبوت بأربعة أوتاد في الأسفل والتي تم تحديد حجمها ووضعها داخل الثقوب التي تم إجراؤها على الجسم. تمكنت هذه الأوتاد ، إلى جانب مساعدة Crazy Glue ، من ربط الغطاء بجسم الروبوت. تم إنشاء هذا الجزء للمساعدة في حماية Ardiuno وإعطاء الروبوت مظهرًا أكثر اكتمالاً. قررنا المضي قدمًا في التصميم الحالي ولكنه مر بتكرارين من التصميم قبل اختيار هذا التصميم.

الخطوة 5: التكرار الثاني لجسم الروبوت الرباعي

تم إنشاء هذا الجزء لإيواء المحركات الأربعة المستخدمة لتحريك أجزاء الفخذ والأردوينو واللوح. تم جعل الأجزاء الموجودة على جوانب الجسم أكبر من المحركات التي نستخدمها حاليًا للمشروع الذي تم إنجازه مع وضع جزء المباعد في الاعتبار. سمح هذا التصميم في النهاية بتشتت الحرارة بشكل مناسب وجعل من الممكن توصيل المحركات باستخدام البراغي دون التسبب في تلف محتمل للجسم والذي سيستغرق وقتًا أطول لإعادة الطبع. تم عمل الثقوب في المقدمة وعدم وجود جدار في الجزء الخلفي من الجسم بشكل مقصود بحيث يمكن توصيل الأسلاك في Arduino ولوح التجارب. تم تصميم المساحة الموجودة في منتصف الجسم من أجل وضع Arduino ولوح التجارب والبطاريات. هناك أيضًا أربعة ثقوب مصممة في الجزء السفلي من الجزء المخصص خصيصًا لأسلاك محركات المؤازرة للتشغيل من خلالها وداخلها. خلف الروبوت. هذا الجزء هو واحد من أهم الأجزاء لأنه يعمل كأساس تم تصميم كل جزء آخر من أجله. مررنا بتكرارين قبل أن نقرر التكرار المعروض.

الخطوة 6: فاصل محرك سيرفو التكرار الثاني

تم تصميم فاصل المحرك المؤازر خصيصًا للأجزاء الموجودة على جوانب جسم العنكبوت. تم تصميم هذه الفواصل مع مراعاة فكرة أن أي حفر في جانب الجسم يمكن أن يكون خطيرًا ويتسبب في إهدار المواد والوقت في إعادة طباعة الجزء الأكبر. لهذا السبب ذهبنا بدلاً من ذلك إلى الفاصل الذي لم يحل هذه المشكلة فحسب ، بل سمح لنا أيضًا بإنشاء مساحة أكبر للمحركات التي تساعد على منع ارتفاع درجة الحرارة. مر الفاصل بتكرارين. تضمنت الفكرة الأصلية ما يلي: جداران رقيقان على كلا الجانبين متصلان بفاصل ثان. تم إلغاء هذه الفكرة لأننا على الرغم من أنه سيكون من الأسهل حفر كل جانب على حدة ، لذلك إذا تعرض أحدهما للتلف ، فلن يحتاج الآخر أيضًا إلى التخلص منه. قمنا بطباعة 8 من هذه القطع والتي كانت كافية للغراء في الجزء العلوي والسفلي من حجرة المحرك على الجسم. استخدمنا بعد ذلك مثقابًا تم تركيزه على الجانب الطويل من القطعة لإنشاء ثقب تجريبي والذي تم استخدامه بعد ذلك لمسمار على جانبي المحرك للتركيب.

الخطوة 7: التكرار الثاني لجزء الفخذ رباعي الأرجل

هذا الجزء هو الفخذ أو النصف العلوي من ساق الروبوت. لقد تم تصميمه بفتحة في الجزء الداخلي من الجزء الذي تم تصنيعه خصيصًا للحديد الذي يأتي مع المحرك الذي تم تعديله لروبوتنا. أضفنا أيضًا فتحة في الجزء السفلي من الجزء الذي تم تصنيعه للمحرك بحيث يتم استخدامه لتحريك النصف السفلي من الساق. يعالج هذا الجزء غالبية الحركة الرئيسية للساق. التكرار الحالي لهذا الجزء الذي نستخدمه هو الثاني حيث كان للجزء الأول تصميم أكثر كثافة وقررنا أنه غير ضروري.

الخطوة 8: التكرار الخامس لمفصل الركبة الروبوتي الرباعي

كان مفصل الركبة من أكثر الأجزاء صعوبة في التصميم. استغرق الأمر العديد من العمليات الحسابية والاختبارات ولكن التصميم الحالي الموضح يعمل بشكل جيد للغاية. تم تصميم هذا الجزء للالتفاف حول المحرك من أجل نقل حركة المحرك بكفاءة إلى الحركة على العجل أو أسفل الساق. استغرق الأمر خمس تكرارات من التصميم وإعادة التصميم للإنشاء ولكن الشكل المحدد الذي تم إنشاؤه حول الثقوب زاد من درجات الحركة الممكنة مع عدم فقدان القوة التي طلبناها منه. قمنا أيضًا بتوصيل المحركات باستخدام المزيد من التركيبات التي تتناسب مع الفتحات الموجودة على الجانبين وتتناسب تمامًا مع المحرك مما يتيح لنا استخدام البراغي لإبقائها في مكانها. مكنت الفتحة التجريبية الموجودة في الجزء السفلي من القطعة من تجنب الحفر والتلف المحتمل.

الخطوة 9: ربلة الساق الروبوتية الرباعية التكرار الثالث

تم إنشاء النصف الثاني من ساق الروبوت بطريقة تجعل الروبوت يحافظ دائمًا على نفس القدر من الشد بغض النظر عن كيفية هبوط قدمه. هذا بفضل التصميم نصف الدائري للقدم والوسادة الرغوية التي قطعناها ولصقناها في الأسفل. إنه يخدم الغرض منه بشكل جيد وهو السماح للروبوت بلمس الأرض والمشي. لقد مررنا بثلاث تكرارات مع هذا التصميم والتي تضمنت بشكل أساسي تغييرات في الطول وتصميم القدم.

الخطوة العاشرة: تنزيل ملفات مخترع الأجزاء

هذه الملفات من المخترع. إنها ملفات جزئية على وجه التحديد لجميع الأجزاء النهائية التي صممناها لهذا المشروع.

الخطوة 11: التجميع

يشرح الفيديو الذي قدمناه كيف قمنا بتجميع العنكبوت العنكبوتي ، ولكن هناك نقطة واحدة لم يتم ذكرها فيه وهي أنه سيتعين عليك إزالة الحامل البلاستيكي من كلا جانبي المحرك عن طريق قطعه والصنفرة في المكان الذي كان عليه من قبل.. الصور الأخرى المقدمة مأخوذة من أثناء التجميع.

الخطوة 12: البرمجة

تعتمد لغة البرمجة arduiono على لغة البرمجة C. داخل محرر كود Arduino ، يعطينا وظيفتين.

• إعداد باطل (): يتم تشغيل كل التعليمات البرمجية الموجودة داخل هذه الوظيفة مرة واحدة في البداية
• حلقة فارغة (): الكود الموجود داخل حلقات الوظيفة بدون نهاية.

تحقق أدناه من خلال النقر على الرابط البرتقالي لمعرفة المزيد من المعلومات عن الكود!

هذا هو رمز المشي

#يشمل

classServoManager {

عام:

مؤازرة FrontRightThigh ؛

مؤازرة FrontRightKnee ؛

المؤازرة BackRightThigh ؛

مؤازرة BackRightKnee ؛

مؤازرة FrontLeftThigh ؛

مؤازرة FrontLeftKnee ؛

المؤازرة BackLeftThigh ؛

المؤازرة BackLeftKnee ؛

الإعداد باطل(){

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 ، int BRK ، int FLK ، int BLK) {

FrontRightThigh.write (FRT) ؛

BackRightThigh.write (BRT) ،

FrontLeftThigh.write (FLT) ؛

BackLeftThigh.write (BLT) ،

FrontRightKnee.write (FRK) ؛

BackRightKnee.write (BRK) ،

FrontLeftKnee.write (FLK) ؛

BackLeftKnee.write (BLK) ،

}

};

مدير سيرفوماناجر ؛

الإعداد باطل(){

Manager.setup () ؛

}

حلقة فارغة(){

Manager.writeLegs (90 ، 90 ، 90 ، 90 ، 90 + 30 ، 90-35 ، 90-30 ، 90 + 35) ؛

تأخير (1000) ؛

Manager.writeLegs (60 ، 90 ، 110 ، 90 ، 90 + 15 ، 90-35 ، 90-30 ، 90 + 35) ؛

تأخير (5000) ؛

Manager.writeLegs (90 ، 60 ، 110 ، 90 ، 90 + 30 ، 90-65 ، 90-30 ، 90 + 35) ؛

تأخير (1000) ؛

Manager.writeLegs (70، 60، 110، 90، 90 + 30، 90-65، 90-30، 90 + 35) ؛

تأخير (1000) ؛

Manager.writeLegs (70 ، 60 ، 110 ، 120 ، 90 + 30 ، 90-65 ، 90-30 ، 90 + 35) ؛

تأخير (1000) ؛

Manager.writeLegs (90 ، 90 ، 90 ، 90 ، 90 + 30 ، 90-35 ، 90-30 ، 90 + 35) ؛

تأخير (1000) ؛

}

عرض rawQuad.ino مستضاف مع ❤ بواسطة GitHub

الخطوة 13: الاختبار

مقاطع الفيديو التي أضفناها هنا منا تختبر العنكبوت العنكبوتي. النقاط التي تراها تمشي قصيرة بعض الشيء ولكننا نعتقد أنها يجب أن تعطيك فكرة عن كيفية سير الروبوت رباعي الأرجل. قرب نهاية مشروعنا جعلناه يسير ولكن ببطء شديد حتى تم تحقيق هدفنا. مقاطع الفيديو السابقة لنا تختبر المحركات التي ربطناها للجزء العلوي من الساق.

الخطوة 14: أثناء عملية التصميم والطباعة

مقاطع الفيديو التي أضفناها هنا هي في الأساس عمليات تحقق من التقدم خلال عملية تصميم وطباعة الأجزاء التي صنعناها.

الخطوة 15: التحسينات الممكنة

لقد استغرقنا وقتًا في التفكير في كيفية المضي قدمًا مع العنكبوتية إذا كان لدينا المزيد من الوقت معها وتوصلنا إلى بعض الأفكار. سنبحث عن طريقة أفضل لتشغيل العنكبوت بما في ذلك: العثور على حزمة بطارية أفضل وأخف وزنًا يمكن إعادة شحنها. سنبحث أيضًا عن طريقة أفضل لربط محركات المؤازرة بالنصف العلوي من الساق التي صممناها من خلال إعادة تصميم الجزء الذي أنشأناه. هناك اعتبار آخر قمنا به وهو إرفاق كاميرا بالروبوت بحيث يمكن استخدامه لدخول مناطق لا يمكن للناس الوصول إليها. لقد مرت كل هذه الاعتبارات في أذهاننا أثناء تصميم الروبوت وتجميعه ولكننا لم نتمكن من متابعتها بسبب ضيق الوقت.

الخطوة 16: التصميم النهائي

في النهاية ، نحن سعداء تمامًا بالطريقة التي ظهر بها تصميمنا النهائي ونأمل أن تشعر بنفس الطريقة. شكرا لك على وقتك واحترامك.