带有Arduino、乐高和3D打印部件的DIY双足机器人 |
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带有Arduino、乐高和3D打印部件的DIY双足机器人
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介绍
多年来，制造能够模仿人类行走的双足机器人一直是科学家、制造商和发明家关注的焦点。事实上，双足机器人是具有提供运动的铰接腿机构的移动机器人。与轮式机器人相比，它们可以上楼并越过障碍物，尽管速度较慢。由于关节数量多且在行走过程中保持稳定性，构建仿人双足机器人一直很困难。如果你没有正向、逆向运动学和控制工程的学术知识，那绝对没有问题。在本教程中，我们将使用乐高组件、Arduino 板和一些现成的电气组件制作一个有趣且易于构建的双足机器人（图 A）。这些说明是按照您可以在家中制作的方式准备的。 图 A - 双足机器人的一般视图 在这个项目中，双足机器人使用了一种有趣的机械机构，该机构仅使用一个直流齿轮电机模拟人类行走。结果非常有趣。 在本教程中，我们将使用 Lego Technic 零件制作 Biped 机器人的身体结构和腿部机构。然后，一个直流齿轮电机将通过锥齿轮和正齿轮系驱动支腿机构（图 B）。 
图 B – 车身结构、电子设备和齿轮电机的组合
在下一步中，我们将添加一个 Arduino Nano 作为 Biped 的大脑。Arduino Nano 使用小型强大的微处理器，使其适用于轻量和小型项目（图 C）。 
图 C - Arduino Nano 板
各种现成的电机、传感器和屏蔽可以轻松连接到 Arduino 板。此功能使我们能够使用 Biped 执行各种任务。例如，您可以通过对 Arduino 板进行编程来告诉 Biped 来回移动和跳舞。 材料
图 D – 电子和机电元件
1x TT 齿轮马达
1x 3D 打印齿轮电机外壳
1x 面包板，迷你尺寸
1x Arduino Nano
1x Neo Pixel LED 环
1 个电源插孔
1x 3D 打印乐高兼容联轴器
1x L298N 迷你电机驱动器
1 个按钮
1x M3 x 30 机械螺丝
2x M3 x 25 机械螺丝
公对公跳线
图 E - Lego Technic 组件
框架，5x7 模块
双锥齿轮，36齿
锥齿轮，12 齿
梁，9 模块
梁，5 模块
梁，3 模块
角梁，3x5 模块
衬套，1 个模块
车轴，8 模块
角块 2, 180°
双十字块，3模块
带十字孔的横梁，2 模块
带挡块的轴，4 模块
梁，3 模块
车轴，2 模块
带摩擦/轴的连接销，2 模块
带轴的连接器销，2 个模块
管，2 模块
带衬套的连接器销钉，3 个模块
带摩擦的连接器销，3 模块
带摩擦力的连接销，2 模块
带轴孔的轴连接器
角块 1, 0°
机械零件的组装
让我们开始组装 Biped 的身体结构和腿部机构。 
图 F - 四连杆机构和平行四边形机构
3D打印零件
Lego Technic 组件仅与 LEGO 齿轮马达匹配。为了将动力从现成的齿轮电机的轴传输到乐高齿轮或车轴，我们需要打印齿轮电机的外壳和联轴器。外壳将用作齿轮电机和乐高技术梁之间的接口或适配器。联轴器将齿轮电机轴连接到乐高技术轴。这些 3D 打印部件称为乐高兼容外壳和轴（图 G 和图 H）。我们还创建了正面和背面机器人的身体覆盖物。后盖看起来像氧气胶囊，保护电子部分。前盖的作用类似于盔甲（图一）。请下载 3D 文件并使用您的 3D 打印机打印电机外壳、乐高兼容联轴器和盖子，或使用附近的创客空间中的那些。 
图 G - 3D 打印乐高兼容电机外壳
图 H - LEGO 兼容齿轮电机的一般视图
图 I - 3D 打印的前后车身盖
。确保正确实现图 J 中所示的电路原理图，这样您就不会最终损坏您的 Arduino 板和电机驱动器。
图 J - 电路示意图
编程
您可以拿起乐高积木，让您的想象力发挥无限。当然，编码也是您可以享受很多乐趣并最具创造力的部分。您可以转到 Arduino IDE 并编写自己的代码来告诉 Biped 做什么。但是现在，让我们从这段代码开始。 #include #define PIXELSPIN A1 // Which pin on the Arduino is connected to the NeoPixels? #define NUMPIXELS 8 // How many NeoPixels are attached to the Arduino? Adafruit_NeoPixel pixels = Adafruit_NeoPixel(NUMPIXELS, PIXELSPIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800); #define M1 A4 #define M12 A5 #define button A3 int buttonNew; int buttonOld = 1; int Motorstate = 0; void setup() { // Initialize Arduino pins to outputs pinMode(M1, OUTPUT); pinMode(M12, OUTPUT); pinMode(button, INPUT_PULLUP); // This initializes the NeoPixel library. pixels.begin(); for (int i = 0; i 9; i++) { // pixels.Color takes RGB values, from 0,0,0 up to 255,255,255. pixels.setPixelColor(i, pixels.Color(0, 0, 0)); // This sends the updated pixel color to the hardware. pixels.show(); } } void loop() { buttonNew = digitalRead(button); if (buttonOld == 0 && buttonNew == 1) { if (Motorstate == 0) { // bright blue color. pixels.setPixelColor(1, pixels.Color(0, 0, 250)); pixels.setPixelColor(2, pixels.Color(0, 0, 250)); pixels.setPixelColor(3, pixels.Color(0, 0, 250)); pixels.setPixelColor(5, pixels.Color(0, 0, 250)); pixels.setPixelColor(6, pixels.Color(0, 0, 250)); pixels.setPixelColor(7, pixels.Color(0, 0, 250)); pixels.show(); // Motor run. digitalWrite(M1, HIGH); digitalWrite(M12, LOW); delay(1000); digitalWrite(M12, HIGH); digitalWrite(M1, LOW); delay(1000); Motorstate = 1; } else { for (int i = 1 ; i 8 ; i++) { pixels.setPixelColor(1, pixels.Color(0, 0, 0)); // Neopixel off. pixels.show(); } // Motor stop. digitalWrite(M1, HIGH); digitalWrite(M12, HIGH); Motorstate = 0; } } buttonOld = buttonNew; } 运行你的 Biped请通过下面的评论告诉我们您对本教程的看法。您的反馈将帮助我们改进未来的工作。 |
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