基于Arduino的3D打印六足机器人

news2024/10/5 19:13:54

本项目是在原有项目基础上进行的改进，改进了六足机器人的姿态算法，使姿态在变化时更稳定

基于Arduino的3D打印六足机器人

一、项目说明
二、所需配件
三、3D打印
四、机械腿部
- 4.1腿部结构
- 4.2腿部代码
- 4.3 COPY腿部结构
- 4.4伺服电机接线
- 4.5 连接腿部结构
五、底盘安装
六、顶部电路设计
七、机器人源码烧录
八、完成成果

一、项目说明

六足机器人是一种有6条腿的机器人，它们可以独立移动，这使得它们擅长在不同类型的地形上移动。几个月前，我突然想到要自己制作一个六足机器人，只是为了好玩。因此，在本项目中，展示了一个完全由3D打印制作、基于Arduino的六足机器人的设计和组装。
实物图：
在这里插入图片描述

视频：

六足机器人

二、所需配件

部件：

18× MG996R 伺服电机
Arduino MEGA
Arduino MEGA 传感器盾板
3S 锂电池 2200mAh
9V 电池
9V 电池桶形连接器
DC-DC 降压转换模块
22 AWG 固体芯线
XT60 连接器
M3 螺丝
扎带
工具：
3D 打印机
烙铁
螺丝刀
万用表

三、3D打印

对于这个项目，所有的机械部件都是3D打印的。其中大部分可以使用标准的PLA设置打印，并且需要的支撑很少。

一条腿由以下部件组成：leg_mount.stl, coxa.stl, femur.stl, tibia.stl，这些部件总共需要打印6次。

其余的部件构成了机器人的底座，只需要打印一次，其中mounting_post.stl是唯一的例外，因为它需要打印两份。

⚠️ 我建议首先打印一条腿并组装起来，以检查所有部件是否正确配合。
以上需要的.stl文件可以私信我进行获取

四、机械腿部

4.1腿部结构

在这里插入图片描述

首先，将伺服电机插入leg_mount、coxa和tibia部件中 - 确保小心地将伺服电缆穿过每个部件的电线孔。尺寸可能非常紧凑，但所有部件应该能够紧密地组装在一起。

确保每个伺服电机都设置在0度位置，然后将伺服角连接到每个电机轴上。现在，所有部件都摆放好了，组装一条腿应该相当简单。我们希望腿部有尽可能宽的运动范围，所以我建议按照上面GIF中显示的相同角度连接关节（当腿部被拉下时）。

⚠️ 注意每个关节连接的角度，因为我们稍后会在代码中使用这些角度。

4.2腿部代码

在这里插入图片描述

下一步是让腿部动起来。每个伺服电机的3个引脚需要连接：红色连接到5V电源或电池，棕色连接到地线，黄色连接到Arduino上的数字引脚。

// snippet to move leg joints
#include <Servo.h>

#define SERVO_PIN 23
#define J1_OFFSET 45
#define J2_OFFSET 0
#define J3_OFFSET 90

Servo servo;

void move_joints(double j1, double j2, double j3){
  if (j1>=-15 && j1<=105 && j2>=0 && j2<=90 && j3>=0 && j3<=90){
    servo.write(j1 + J1_OFFSET);
    servo.write(j2 + J2_OFFSET);
    servo.write(j3 + J3_OFFSET);
  }
}

void setup(){
  servo.attach(SERVO_PIN, 600, 2600);
}

void loop(){
  move_joints(...);
}

逆运动学
在这里插入图片描述

将腿的末端放置在特定点需要计算腿的逆运动学。结合之前提到的move_joints()代码，下面的代码可以用来移动到XYZ位置：

// inverse kinematics
#define FEMUR_L 60
#define TIBIA_L 95.334
#define TIBIA_ANGLE 17.543
#define Y_OFFSET 50
#define Z_OFFSET -90

void move_xyz(int leg, double x, double y, double z)
{
  y += Y_OFFSET;
  z += Z_OFFSET;

  double l = sqrt(x*x + y*y + z*z);
  double j1 = atan(x/y);
  double j2 = acos((FEMUR_L*FEMUR_L - TIBIA_L*TIBIA_L + l*l) / (2*FEMUR_L*l)) + atan(z / sqrt(x*x + y*y));
  double j3 = acos((FEMUR_L*FEMUR_L + TIBIA_L*TIBIA_L - l*l) / (2*FEMUR_L*TIBIA_L));

  j1 = 45 + j1*(180/PI);
  j2 = 30 + j2*(180/PI);
  j3 = 90 + 30 - TIBIA_ANGLE - j3*(180/PI);

  move_joints(j1, j2, j3);
}