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ShakerBot: Ein Snakeboard-Roboter

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ShakerBot: Ein Snakeboard-Roboter

Wenn Sie an Roboter-Fortbewegung denken, was ist das erste, was in den Sinn kommt? Ein zweifüßiger? Ein mobiler Roboter mit Rädern? Ein Differentialantriebssystem? Ich glaube ehrlich, dass es viele interessante biologisch inspirierte Bewegungsmechanismen gibt, die nur noch umgesetzt werden müssen.

Zum Beispiel, denke ich, Schlangen verwenden einen sehr coolen Bewegungsmechanismus. Sie können vorwärts, seitwärts, drehen und klettern ein Rohr ohne Beine oder Räder! Nun stell dir vor , wenn die Schlange Fortbewegung auf einem fahrbaren Roboter implementiert werden soll, können Sie etwas Ähnliches wie die haben Roller Rennfahrer aus den 80er Jahren ( Sie erinnern sich diejenigen?).

In der snakeboards späten 80ern entstanden, sie sind ein gutes Beispiel für ein nonholonomic System , das die Änderung in der Geometrie , um in verschiedene Richtungen zu treiben verwendet. Weitere Informationen über den Mechanismus und den Betrieb eines Snakeboard finden Sie unter wikipedia und in diesem kühlen Youtube Link .

Im Rahmen einer an der American University of Beirut durchgeführten Untersuchung haben wir beschlossen, einen Roboter zu bauen, der von der Bewegung des Snakeboards inspiriert wird. So wurde ShakerBot geboren. Dieser Roboter wird in Zukunft verwendet werden, um verschiedene Fortbewegungsalgorithmen zu studieren.

Das folgende Video zeigt das ShakerBot während der drahtlosen Fernbedienung. Das ursprüngliche 3D-Modell des ShakerBot wird ebenfalls angezeigt.

Um über die Theorie hinter der Fortbewegung des ShakerBot zu lesen, gehen Sie zu Schritt 8. Allerdings, wenn Sie sehen wollen, wie der ShakerBot entworfen wurde und sich in den Schritten bewegen.

Das System ist einfach zu bauen, folgen Sie den Schritten und Sie können die seltsamsten bewegenden Roboter überhaupt!

Für weitere Informationen über unsere ShakerBot Kasse diesen Link .

Schritt 1: Was Sie brauchen

ShakerBot: Ein Snakeboard-Roboter

So einfach es klingt, alles, was man braucht, sind zwei Lenkaggregate und eine Rotorbaugruppe.
Die Wahl der Stellantriebe reicht von Gleichstrommotoren, die mit Gebern (wie in unserem Fall) mit einfachen RC-Servomotoren gekoppelt sind. Für eine fortgeschrittene Ganggenerierung kann eine vollständige Rotation erforderlich sein, aber eine einfache Begrenzung kann mit einfachen RC-Servomotoren erreicht werden.

Die Mehrheit der Teile ist maßgeschneidert. Die Liste der Rohstoffe geht wie folgt:

Fahrgestell: 50X60cm 12mm Plexiglas
Schwungrad: 8mm starke Stahlscheibe, 27 cm Durchmesser.
Stahl 8cm Durchmesser Stange, 15cm in der Länge
Stahl 2cm Durchmesser Stange, 15cm lang

Darüber hinaus kauften wir viele nicht benutzerdefinierte Teile:

1X Bohrgestänge (12 Zoll in der Länge) von der McMaster (Teil # 4345T41 )
4XFriction Räder von der McMaster (Teil # 2471K26 )
2X Creeper Lenkrollen (Mcmaster Teil # 2475T6 ) (Alle Arbeiten Fußrollenrad)
Arduino Mega (Uno wenn Servos verwendet wurden)
2X Gleichstrommotoren ( 24V Planetary Gbox 100: 1 )
2X optische Encoder AMT103
2X 10mmX26mm Lager (SKF Artikel # 6000-2RSH)

(24X) 8mm Unterlegscheiben
(28 X) 3 mm Unterlegscheiben
(8 x) 3 * 25mm Schraube
(4 x) 8 * 70mm Schraube
(8 x) 8 * 40mm Schraube
(12 x) 3 · 10 mm Schraube
(12 x) 3 mm Mutter
(12 X) 8mm Mutter
(4X) 5 * 5mm Inbusschraube
(2X) 6 * 6mm Inbusschraube

Power:
11.1V 2200mAh Lipo Batterien, aber jede normale Ni-Cd-Batterie (schwer) wird die Arbeit erledigen.

Kommunikation:
Für die Telearbeit des Roboters wurde eine drahtlose Kommunikation (Bluetooth) verwendet. Low - Cost - Bluetooth - Adapter ARF32 oder MikroElektronika Bluetooth - Stick kann die Arbeit erledigen.

Schritt 2: Chassis und Montage

ShakerBot: Ein Snakeboard-Roboter

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Eine vollständige 3D-Modell des Systems finden Sie in der ZIP-Datei beigefügt (IGES FORMAT). Ein 3D-PDF-Dokument ist ebenfalls beigefügt.

Wie bereits erwähnt, besteht das Chassis aus einer 12 mm starken Plexiglasplatte. Die Platine kann beliebig geformt sein, solange sie symmetrisch ist und die Balance des Systems nicht beeinträchtigt.

Die verschiedenen Teile und Baugruppen werden als nächstes gezeigt.

Schritt 3: Die Lenkeinrichtung

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Wie im vorhergehenden Schritt zu sehen ist, gibt es zwei Lenkanordnungen.
Sie bestehen aus einem Motor, der eine Achse dreht, die mit zwei Reibrädern verbunden ist.
8mm Schrauben befestigen diese Baugruppe an das System.
Der Wellenkuppler, der wichtigste Teil in dieser Baugruppe, ist unten gezeigt. Es verbindet die 1/2-Zoll-Bohrstange mit dem Motor.

Schritt 4: Die Schwungrad-Baugruppe

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Das Schwungrad ist so konzipiert, dass eine schwere Scheibe mit hoher Trägheit mit dem Ziel der Bereitstellung von Impuls für die richtige ShakerBot. Das Schwungrad ist als 27 cm Durchmesser und 8 mm dicke Stahlscheibe mit Hohlprofilen gewählt, das ergibt ein Gewicht von 2 kg.

Der Zwang des Motors, 2 kg Stahl in der Luft zu halten, kann tatsächlich zu hohen Belastungen auf der Motorwelle führen. Aus diesem Grund werden zwei 10mm-Lager verwendet, um das Schwungrad unter Verwendung einer speziellen Welle zu halten, die auch als die Kupplung zwischen dem Motor und dem Schwungrad dient.

Das Schwungrad hat eine Gewindebohrung, die es mit der Motorwelle verbindet, eine Sicherungsmutter sorgt dafür, dass die Verbindung starr ist.

Schritt 5: Motortreiber

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Die verwendeten Motoren sind Hochleistungs-Gleichstrommotoren. Um diese Motoren anzutreiben, wurde ein kundenspezifischer Schaltungstreiber unter Verwendung des Dual Hbridge L298 IC (jeder Motor erfordert eine Treiberplatine) hergestellt. Die Dual-HBC auf jeder Schaltung ist parallel geschaltet, um Strom bis 4A zu liefern.

Der Schaltplan und die Platine sowie die Gerber-Dateien für das Board finden Sie in der Zip-Datei unten.

Schritt 6: Hauptregler und Arduino Shield

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Das System wird über eine ARDUINO MEGA 2560-Platine gesteuert, ein kundenspezifischer Schirm leitet die Verdrahtung um, um die Verdrahtung des Systems zu vereinfachen und die I / O-Ports an die Encoder und Motorsteuerungen zu verteilen.

Die Gerber-Dateien für den Schild finden Sie in der Zip-Datei unten.

Schritt 7: Encoder

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Die Encoder geben eine Rückmeldung über die genaue Position des Motors. Sie können verwendet werden, um dem Benutzer die Reaktion des Systems auf die angegebenen Eingaben zu zeigen.

Die verwendeten Motoren haben eine lange Welle von der Rückseite, so dass es einfach, die AMT103 Encoder, die wir verwendet anschließen.

Schritt 8: Was ist also die Theorie hinter der Bewegung?

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Die Theorie hinter der Bewegung der Snakeboard ist kompliziert und erfordert viel Mathe. Für Interessenten können den Download folgende Papier von Lewis A. et al. Um jedoch die Erklärung zu vereinfachen, stellen wir uns nur vor, dass die einzige Kontrolle, die wir haben, die der Winkelposition der Lenkmotoren A und B und des Schwungradwinkels C ist.

Typische Eingaben sind sinusförmig und werden durch die folgenden einfachen Gleichungen gegeben:

A = sin (a * t)
B = sin (-a * t)
C = sin (c * t)

Wobei a und c Konstanten sind.

Um einen Vorwärtsgang zu erreichen, muss a gleich c sein.
Für einen Rückwärtsgang: a = -c
Für einen Rotationsgang: a = c / 2
Und für einen Parallelpark: c = 1,5 * a.

Das folgende Video zeigt eine numerische Simulation auf Mathematica durchgeführt, um eine Vorwärts-und eine rotierende Gangbewegung anzuzeigen.

Ein einfacher Arduino-Code liest von verdrahteten seriellen (oder Bluetooth) und ändert die Variablen entsprechend.
Es ist also sehr einfach, das System mit nur Hyperterminal Software oder einem Bluetooth-fähigen Gerät zu steuern!

Schritt 9: Das Ende

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Glückliches snakeboarding jeder!

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