BUGS the Educational Robot: 11 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:42

Under det senaste året har jag tillbringat ganska mycket all min fritid med att designa och lära mig om 3D -utskrivbar robotik med öppen källkod, så när jag såg att Instructables hade ställt upp en Robotics -tävling kunde jag inte delta i det.

Jag ville att designen av denna robot skulle vara så pedagogisk som möjligt. Så som att lärare bildas runt om i världen med få design- och programmeringskunskaper och som har tillgång till en 3D -skrivare enkelt kan bygga och använda robotarna många olika funktioner i klassrummet.

Jag hade tidigare designat och lagt upp BORIS the Biped (länk här) en robot som jag också hade designat för utbildningsändamål och jag har bestämt mig för att använda samma elektronik i BORIS som i BUGS så att någon av er som bestämmer sig för att bygga BUGS på väldigt mycket lite extra kostnad kan också bygga BORIS

Jag har haft det här projektet i tankarna länge nu och det är äntligen dags att dela det.

Det har tagit mig ungefär 3 veckor med att designa, prototypera och dokumentera för att få detta projekt gjort.

Jag hoppas att du gillar och tycker att det här är användbart

Hur mycket kostar BUGS:

Sammantaget kostar BUGS dig cirka 90 $ att bygga batterier och laddare ingår

Vad är BUGS: s funktioner:

• Först och främst ville jag att BUGS skulle sticka ut, så till skillnad från många andra pedagogiska robotar på hjul går BUGS på 8 ben med Klann -länken, detta har fördelen att reducera de servon som behövs till en servo per sida och därmed minskar kostnaden.
• BUGS är utrustad med en ledad klo som är den perfekta storleken för att fånga en golf- eller bordtennisboll.
• För att verkligen driva BUGS: s utbildningsmöjligheter till det yttersta bestämde jag mig för att lägga till massor av extra sensorer på honom så att han verkligen kan förfylla alla robotuppgifter som du ber honom om. Dessa funktioner inkluderar:

- Raden följer

- Digital kompassriktning

- Undvikande av hinder

- summer

- Manuell kontroll med 3D -tryckt Arduino -kontroller (länk här)

Vad är BUGS förprogrammerat att göra:

BUGS är programmerad med Arduino, det finns tre förprogrammerade arduino -koder som kan laddas upp till hans hjärna:

- Autonomt linjeföljningsläge där BUGS kan plocka upp en boll följa en linje och släppa en boll i slutet av linjen

- Autonoumous digital kompass och hinder undvikande läge där BUGS kan hålla sig till en fast kurs och undvika hinder som är placerade framför honom samtidigt som den behåller samma kurs

- Manuellt läge där BUGS kan styras manuellt och utföra de två autonoma lägena ovan med ett tryck på en knapp

Tillbehör

För detta instruerbara behöver du:

VERKTYG:

Liten korsskruvmejsel

LEVERANSER FÖR ROBOTEN:

3x äkta Tower Pro MG90S analog 180 grader servo (länk här)

Du kan gå billigt från Kina på många saker, men servon är inte en av dem! Efter att ha testat många olika typer, särskilt billiga förfalskade towerpro -servon, fick jag reda på att de billiga förfalskade är så opålitliga och går ofta sönder en dag efter användning så jag bestämde mig för att äkta towerpro -servon skulle vara de bästa!

1x Sunfounder Wireless Servo Control Board (länk här)

Du kan inte hitta en bättre prototyper ombord än den här för trådlös servokontroll. Detta kort har en bulit i 5V 3A effektomvandlare och 12 servoingångar och stift för en trådlös nrf24L01 sändtagarmodul och Arduino NANO allt i ett kondenserat snyggt paket så oroa dig inte för röriga kablar överallt!

• 1x Arduino NANO (länk här)
• 1x NRF24L01 Sändtagarmodul (länk här) (Du behöver inte detta om du inte använder kontrollenheten)
• 1x Magnometer (digital kompass) QMC5883L GY-273 (länk här)
• 1x ultraljudssensor HC-SR04 (länk här)
• 2x IR -modul för infraröd hinderundvikelse (länk här)
• 1x passiv summer (länk här)
• 2x 18650 3,7V Li -ion -batterier (länk här)
• 1x 18650 batterihållare (länk här) (dessa batterier ger dig cirka 30 minuters drifttid bättre, de ger dig cirka 2 timmar drifttid)
• 1x LI -ion batteriladdare (länk här)
• 1x bygelkablar 120 st 10 cm långa (länk här)
• 1x skruvar 2 mm x 8 mm paket med 100 (länk här)

All elektronik kan också hittas på Amazon om du inte har råd att vänta på leverans men de blir lite dyrare.

KONTROLLER:

För att styra denna robot manuellt behöver du den 3D -tryckta Arduino -kontrollen (länk här) Roboten kan också vara rent autonoum så att styrenheten inte är obligatorisk.

PLAST:

Delarna kan tryckas i PLA eller PETG eller ABS. !! Observera att en 500 g spole är mer än tillräckligt för att skriva ut 1 robot !!

3D SKRIVARE:

Minsta byggplattform krävs: L150mm x B150mm x H100mm

Vilken 3d -skrivare som helst.

Jag skrev personligen ut delarna på Creality Ender 3 som är en billig 3D -skrivare under 200 $. Utskrifterna blev perfekt.

Steg 1: 3D -utskrift av delarna

Så nu är det dags för utskrift … Ja

Jag utformade noggrant alla BUGS -delar för att vara 3D -tryckta utan att behöva stödmaterial eller flottar vid utskrift.

Alla delar kan laddas ner på Pinshape (länk här)

Alla delar har testats på Creality Ender 3

Material: PETG

Lagerhöjd: 0,3 mm

Påfyllning: 15%

Munstycksdiameter: 0,4 mm

Reservdelslistan för BUGS är följande:

• 1x HUVUDKROPP
• 1x TOPPKROPP
• 2x SIDKROPP
• 1x ARM
• 1x FORARM
• 1x HAND
• 2x ARM -PINS
• 1x HAND -PIN
• 2x COGS
• 4x LINKAGE COG
• 4x FYRKANTIG PIN -LÄNKNING
• 4x LINKED DRIVE
• 8x LÄNKNING YTTRE
• 8x LÄNKBEN
• 8x LÄNKNINGSTOPP SMÅ
• 8x LÄNKNING BOTTOM Liten
• 8x CIRCULR PIN L1
• 4x CIRKULAR PIN -kod L2
• 16x CIRKULAR PIN -kod L3
• 8x CIRKULAR PIN -kod L4
• 4x CIRKULAR PIN -kod L5
• 4x STOR CIRKULÄR KLIPP
• 36x Cirkulära klipp
• 12x Rektangulära klipp

Varje del kan antingen skrivas ut som en grupp eller individuellt.

Följ gruppstegen för grupputskrift:

• Börja med att skriva ut GROUP ARM FOREARM.stl dessa delar är de svåraste att skriva ut och kan kräva en kant för att undvika vridning
• Fortsätt skriva ut resten av delarna. Att skriva ut alla delar allt du behöver göra är att skriva ut varenda GROUP.stl -fil och du kommer att ha hela uppsättningen delar, se till att du skriver ut GROUP LEG LINKAGES AND PINS.stl -filen 4 gånger

Och där har vi det ungefär en och en halv dag av utskrift senare ska du ha alla BUGS plastdelar.

Steg 1 klar !!!

Steg 2: Installera Arduino

BUGS använder C ++ - programmering för att fungera. För att ladda upp program till BUGS kommer vi att använda Arduino IDE tillsammans med några andra bibliotek som måste installeras i Arduino IDE.

Installera Arduino IDE på din dator

Arduino IDE (länk här)

För att installera biblioteken i Arduino IDE måste du göra följande med alla bibliotek i länkarna nedan

1. Klicka på länkarna nedan (detta tar dig till bibliotekens GitHub -sida)
2. Klicka på Klona eller Hämta
3. Klicka på ladda ner ZIP (nedladdningen ska börja i din webbläsare)
4. Öppna den nedladdade biblioteksmappen
5. Packa upp den nedladdade biblioteksmappen
6. Kopiera den uppackade biblioteksmappen
7. Klistra in den uppackade biblioteksmappen i Arduino -biblioteksmappen (C: / Documents / Arduino / libraries)

Bibliotek:

• Varspeedservo bibliotek (länk här)
• QMC5883L bibliotek (länk här)
• RF24 -biblioteket (länk här)

Och där har vi det du bör vara redo att gå För att se till att du har konfigurerat Arduino IDE korrekt följ följande steg

1. Ladda ner önskad Arduino -kod nedan (Robot Controller & Autonomous.ino eller Robot Autonomous Compass.ino eller Robot Autonomous Line follower.ino) (av någon anledning kunde jag inte ladda upp koden till Instructables, skicka ett PM till mig på seb.coddington@ gmail.com för kod tills jag löser problemet)
2. Öppna den i Arduino IDE
3. Välj Verktyg:
4. Välj styrelse:
5. Välj Arduino Nano
6. Välj Verktyg:
7. Välj processor:
8. Välj ATmega328p (gammal bootloader)
9. Klicka på knappen Verifiera (kryss) i det övre vänstra hörnet av Arduino IDE

Om allt går bra bör du få ett meddelande längst ner där det står Klar kompilering.

Och det är det du nu har slutfört steg 2 !!!

Steg 3: Programmering av BUGS

Nu är det dags att ladda upp koden till BUGS hjärna Arduino Nano.

1. Anslut Arduino Nano till din dator via USB -kabel
2. Klicka på uppladdningsknappen (högerpil)

Om allt går bra bör du få ett meddelande längst ner där det står Klar uppladdning.

Och det är det för steg 3.

Steg 4: Montering av BUGS's Legs

Alla följande steg visas i Assembley -videon ovan.

Montering av vänster sidokropp

Elektroniska delar behövs:

1x Fitech FS90R kontinuerlig rotation servo

Plastdelar som behövs:

• 1x Sidokropp
• 1x kugghjul
• 2x länkhjul
• 2x fyrkantig stift
• 2x kopplingsdrev
• 2x fyrkantiga klipp
• 4x Cirkulärt stift L4

Skruvar och servohorn behövs:

• 2x långa självsmalnande skruvar
• 1x korta skruvar för Servo Horn
• 1x servohorn med dubbla armar

Monteringsanvisningar:

1. Sätt in FS90R -servon i sidokroppen
2. Säkra på plats med 2 långa självsmalnande skruvar
3. Sätt in servohornet i kuggen
4. Sätt in kuggen på servon
5. Säkra på plats med 1 kort servohornsskruv
6. Skjut in de cirkulära stiften L4 i länkhjulen och och länkarna
7. Skjut in de fyrkantiga länkstiften i länkarna (se till att skjuta dem på rätt sätt)
8. Skjut in länkarna i sidokroppen, var noga med att placera kuggarna i spegelbilder av varandra som visas i monteringsvideon ovan
9. Skjut kopplingsenheten över den motsatta sidan av den fyrkantiga länkstiftet och se till att cirkulära stiften L4 är i motsatta riktningar mot varandra
10. Fäst den fyrkantiga kopplingsstiftet med 2 fyrkantiga klämmor

Montering av höger sida kugghjul

Fortsätt på samma sätt som med vänstra sidokropparna

Montering av benen

Plastdelar som behövs:

• 2x länk yttre
• 2x kopplingstopp liten
• 2x Länkbotten liten
• 2x kopplingsben
• 2x cirkulärt stift L1
• 1x cirkulärt stift L2
• 4x Cirkulärt stift L3
• 1x cirkulärt stift L5
• 1x stort klipp
• 9x Clip -cirkulär

Monteringsanvisningar:

1. Skjut in cirkulärt stift L5 i sidokroppen
2. Säkra cirkulärt stift L5 på plats med Big Clip
3. Skjut en av länkstoppens små bitar över cirkulärt stift L2
4. Skjut cirkulärt stift L2 genom sidokroppen
5. Skjut den andra lilla kopplingsöverdelen över cirkulärt stift L2
6. Säkra med Clip Circular
7. Skjut båda cirkulära stift L1 -bitarna genom båda små länkbotten
8. Skjut båda länkbotten små bitar över cirkulärt stift L5
9. Skjut både yttre kopplingsdelar över cirkulärt stift L4 och cirkulärt stift L1 som visas i monteringsvideo ovan
10. Säkra båda länkens ytterstycken med 2 cirkulära klipp vardera
11. Skjut 2 cirkulära stift L3 genom båda små länkstyckena
12. Skjut båda benlänkarna över den andra sidan av cirkelstiftet L3
13. Säkra båda benlänkarna på plats med 2 cirkulära klämmor
14. Skjut de två sista cirkulära stiften L3 genom de 2 benlänkarna
15. Skjut den andra änden av cirkelstiftet L3 genom den yttre länken
16. Säkra med 2 cirkulära klipp

Fortsätt samma process med de återstående tre hörnen av roboten.

Steg 5: Montering av BUGS's Claw

Alla följande steg visas i Assembley -videon ovan.

Elektroniska delar behövs:

3x äkta Towerpro MG90S servo

Plastdelar som behövs:

• 1x överdel
• 1x arm
• 1x underarm
• 1x hand
• 2x armstift
• 1x handstift

Skruvar som behövs:

2x långa självsmalnande skruvar

Monteringsanvisningar:

1. Sätt in en av armstiften i det övre kroppshålet
2. Sätt in en av servona i överkroppen
3. Säkra servon med 2 långa, självsmalnande skruvar
4. Sätt in den andra armstiftet i det nedre underarmshålet
5. För in handstiftet i det övre (handsida) underarmshålet
6. Sätt in de 2 återstående servon i underarmen
7. Sätt in armen över den övre delen av servon och stiftet (den bredaste sidan), se till att få den åt rätt håll
8. Sätt in armen över underarmsservot och stiftet (tunnaste sidan), se till att det går åt rätt håll
9. För in handen över den andra underarmsservon och nålen

Steg 6: Montering av BUGS elektronik

Alla följande steg visas i Assembley -videon ovan.

Elektroniska delar behövs:

• 1x Arduino NANO
• 1x NRF24L01 sändtagare (tillval)
• 1x servosköld
• 1x summer
• 1x ultraljudssensor
• 1x Magnometer (digital kompass)
• 2x IR -sensorer
• 1x batterihållare
• 2x 18650 batterier

Plastdelar som behövs:

1x huvudkropp

Skruvar som behövs:

9x långa självgängande skruvar

Monteringsanvisningar:

1. Kläm fast Arduino NANO- och NRF24L01 -sändtagaren på servoskölden
2. Skruva fast batterihållarens ledningar på servoskölden (kontrollera polariteten)
3. Skruva fast batterihållaren på huvudkroppen med 2 skruvar diagonalt
4. Skruva summern till huvudkroppen med en skruv
5. Skruva fast servoskyddet på huvudkroppen med 2 skruvar diagonalt
6. Skruva fast magnometern (digital kompass) på huvudkroppen med 2 skruvar
7. Fäst ultraljudssensorn på plats på huvudkroppen
8. Skruva båda IR -sensorerna till huvudkroppen med 1 skruv vardera
9. Sätt i batterierna i batterihållaren

Steg 7: Montering av BUGS -ben och klo på kroppen

Alla följande steg visas i Assembley -videon ovan.

Plastdelar som behövs:

• 2x monterade ben
• 1x monterad klo
• 1x monterad huvudkropp
• 8x fyrkantiga klipp

Monteringsanvisningar:

1. Skjut in sidan av den monterade kloen i de övre fyrkantiga hålen på ett av de monterade benen
2. Skjut in sidan av den sammansatta huvudkroppen i de nedre fyrkantiga hålen på samma monterade ben
3. Fäst på plats med 4 fyrkantiga klipp
4. Skjut det återstående monterade benet över den andra sidan av monterad klo och monterad kropp
5. Fäst på plats med 4 fyrkantiga klipp

Steg 8: Anslutning till BUGS elektronik

Använd kopplingsschemat ovan för att bestämma kopplingsanslutningarna

Förbered de kvinnliga till kvinnliga bygelkablarna som behövs

• 5x röd eller orange för positiv 5V
• 5x brun eller svart för negativ mark
• 1x Blå för Buzzer I/O -stift
• 2x grönt för de två IR -sensorerna OUT -stiften
• 2x gul för ultraljudstrigg och ekostift
• 2x lila för magneterna (digital kompass) SDA- och SCL -stift

Kabeldragning:

1. Anslut handserven till stift nummer 1 på servokontrollkortet (se till att anslutningarna går rätt)
2. Anslut underarmsservon till stift nummer 2 på servokontrollkortet (se till att anslutningarna går åt rätt håll)
3. Anslut armservon till stift nummer 3 på servokontrollkortet (se till att anslutningarna går åt rätt håll)
4. Anslut vänster ben -servo till stift nummer 4 på servokontrollkortet (se till att anslutningarna går åt rätt håll)
5. Anslut höger bens servo till stift nummer 5 på servokontrollkortet (se till att anslutningarna går åt rätt håll)
6. Anslut den blå honkabeln till honkabeln till signalstift 6 på servokontrollkortet
7. Anslut en röd eller orange hona till honkabel till VCC -stift nummer 6 på servokontrollkortet
8. Anslut en brun eller svart hona till honkabel till GND -stift nummer 6 på servokontrollkortet
9. Anslut 2 gröna hona till kvinnliga bygelkablar till signalstift 7 och 8 på servokontrollkortet
10. Anslut 2 röd eller orange hona till honkabel till VCC -stift nummer 7 och 8 på servokontrollkortet
11. Anslut 2 bruna eller svarta kvinnliga till kvinnliga bygelkablar till GND -stift nummer 7 och 8 på servokontrollkortet
12. Anslut 2 gula hona till hona -bygelkablar till signalstift 9 och 10 på servokontrollkortet
13. Anslut 1 röd eller orange hona till honkabel till VCC -stift nummer 9 på servokontrollkortet
14. Anslut 1 brun eller svart hona till honkabel till GND -stift nummer 9 på servokontrollkortet
15. Anslut 2 lila hona till honkabelkablar till signalstift 11 och 12 på servokontrollkortet
16. Anslut 1 röd eller orange hona till honkabel till VCC -stift nummer 10 på servokontrollkortet
17. Anslut 1 brun eller svart hona till honkabel till GND -stift nummer 10 på servokontrollkortet
18. Anslut den blå hona till honkabeln på stift 6 till I/O -stiftet på summern
19. Anslut den röda eller orange hona till honkabeln på stift 6 till VCC -stiftet på summern
20. Anslut den bruna eller svarta hona till honkabeln på stift 6 till GND -stiftet på summern
21. Anslut den gröna hona till honkabeln på stift 7 till OUT -stiftet på den vänstra IR -sensorn
22. Anslut den röda eller orange hona till honkabeln på stift 7 till VCC -stiftet på den vänstra IR -sensorn
23. Anslut den bruna eller svarta hona till honkabeln på stift 7 till GND -stiftet på den vänstra IR -sensorn
24. Anslut den gröna hona till honkabeln på stift 8 till OUT -stiftet på höger IR -sensor
25. Anslut den röda eller orange hona till honkabeln på stift 8 till VCC -stiftet på höger IR -sensor
26. Anslut den bruna eller svarta hona till honkabeln på stift 8 till GND -stiftet på höger IR -sensor
27. Anslut den gula hona till honkabeln på stift 9 till Trig -stiftet på ultraljudssensorn
28. Anslut den gula hona till honkabeln på stift 10 till Echo -stiftet på ultraljudssensorn
29. Anslut den röda eller orange hona till honkabeln på stift 9 till VCC -stiftet på ultraljudssensorn
30. Anslut den bruna eller svarta hona till honkabeln på stift 9 till GND -stiftet på ultraljudssensorn
31. Anslut den lila hona till honkabeln på stift 11 till SDA -stiftet på magnometern
32. Anslut den lila hona till honkabeln på stift 12 till SCL -stiftet på magnometern
33. Anslut den röda eller orange hona till honkabeln på stift 10 till VCC -stiftet på magnometern
34. Anslut den bruna eller svarta hona till honkabeln på stift 10 till GND -stiftet på magnometern

Steg 9: Kalibrera BUGS Claw Servos

Alla följande steg visas i Assembley -videon ovan.

Skruvar och servohorn behövs:

• 3x enkelarms servohorn
• 3x korta skruvar för servohorn

Monteringsanvisningar:

1. Slå på roboten i 5 sekunder tills servon når sitt utgångsläge och stäng sedan av roboten
2. Placera armen i en 90 graders vinkel mot kroppen
3. Sätt i arm-/kroppsservohornet
4. Fäst på plats med en kort servohornsskruv
5. Placera underarmen i 90 graders vinkel mot armen
6. Sätt i underarmen/armen servohornet
7. Fäst på plats med en kort servohornsskruv
8. Placera handen i stängt läge
9. Sätt i servohornet för hand/underarm
10. Fäst på plats med en kort servohornsskruv

Steg 10: Kalibrering av IR -sensorer för linjeföljning

För att IR -sensorerna ska upptäcka en svart linje måste du justera potentiometerskruven på varje IR -sensor så att de två röda lysdioderna lyser när sensorn är nära en vit yta och att endast en röd lysdiod lyser när sensorn är nära en svart yta.

Steg 11: Använda BUGS

Använda BUGS i rad följande läge:

• Placera roboten på golvet i början av linjen
• Placera en golfboll 3 cm framför roboten
• Slå på roboten och se honom gå !!!

Använda BUGS i kompass och hinder för att undvika läge:

• Placera roboten i den riktning du vill att han ska rikta
• Slå på roboten och se honom gå

Använda BUGS med en styrenhet:

• Använd styrspaken för att flytta roboten
• Använd Upp -knappen för att öppna och stänga Claw
• Använd nedknappen för att lyfta armen upp och ner
• Använd vänster -knappen för att aktivera läget Kompass och hinder
• Håll knappen Vänster intryckt för att inaktivera läget för att undvika hinder för kompass
• Använd höger knapp för att aktivera radföljningsläge
• Håll den högra knappen intryckt för att inaktivera radföljningsläge

Andra pris i Robotics Contest