ربات عنکبوتی چهارپا با آردوینو

+9

اول از همه باید قطعات مورد نیاز رو دور هم جمع کنی.

لیست قطعات شامل این موارده: یک عدد برد Arduino Pro Mini، یک ماژول کاهنده ولتاژ DC-DC با خروجی 5 ولت و 3 آمپر، ماژول بلوتوث HC-06 (اگه دوست داری با گوشی کنترلش کنی)، 12 عدد سروو موتور SG90 برای مفاصل، یک باتری لیتیومی 12 ولت، جک آداپتور، یک مقاومت 680 اهم، یک ال‌ای‌دی آبی، کلید فشاری (Tactile Switch)، برد سوراخ‌دار (پرف‌برد) و مقداری پین‌هدر و سیم‌های رشته‌ای.

این قطعات همگی تو بازار الکترونیک به راحتی پیدا می‌شن و هزینه خیلی بالایی هم برات نمی‌تراشن. پس نگران تهیه کردنشون نباش.

+5

برای ساخت برد اصلی، بهتره تمام قطعات رو روی یک برد سوراخ‌دار یا همون پرف‌برد پیاده کنی. سعی کن چینش قطعات رو طوری در نظر بگیری که برد نهایی تا جای ممکن کوچیک و جمع‌وجور بشه. اگه دوست داشتی می‌تونی خودت یک فیبر مدار چاپی اختصاصی هم براش طراحی کنی تا کار تمیزتر دربیاد. با توجه به شماتیک مدار، قطعات رو لحیم کن. تصاویر این مرحله می‌تونن ایده خوبی برای چیدمان قطعات بهت بدن.

چند تا نکته مهم موقع لحیم‌کاری هست که حتما باید رعایت کنی: اول اینکه قبل از نصب ماژول DC-DC روی برد، حتما با مولتی‌متر چکش کن که خروجیش دقیقا روی 5 ولت تنظیم شده باشه، وگرنه ممکنه بقیه قطعات بسوزن.

دوم اینکه سروو موتورها موقع حرکت جریان زیادی می‌کشن (گاهی تا 3 آمپر). پس برای مسیرهای تغذیه و زمین (GND) حتما از سیم‌های ضخیم‌تر یا قلع‌اندود کردن مسیرها استفاده کن.

سومین نکته: وقتی لحیم‌کاری تموم شد، کل مسیرها رو با تست بوق مولتی‌متر چک کن تا اتصالی نداشته باشن. چهارم: برای نصب آردوینو و ماژول تغذیه، به جای لحیم کردن مستقیمشون، از پین‌هدر مادگی روی برد استفاده کن تا اگه خراب شدن راحت بتونی عوضشون کنی.

نکته پنجم در مورد مدار ال‌ای‌دیه؛ این مدار طوری طراحی شده که وقتی کلید رو خاموش می‌کنی، ال‌ای‌دی روشن می‌شه. این کار بهت نشون می‌ده که باتری درست متصل شده و جریان پشت سوییچ وجود داره. اگه باتری رو وصل کردی و ال‌ای‌دی روشن شد، بهت تبریک می‌گم؛ بخش اول کار رو با موفقیت پشت سر گذاشتی!

حالا بریم سراغ تست عملی. اول مطمئن شو که آردوینو و ماژول DC-DC هنوز روی پین‌هدرها نصب نشدن. باتری رو به جک 12 ولت متصل کن. باید ال‌ای‌دی روشن بشه. اگه شد، یعنی اتصالات ورودیت درسته. حالا کلید روشن/خاموش رو فشار بده تا ال‌ای‌دی خاموش بشه.

با مولتی‌متر تمام پایه‌هایی که باید 5 ولت باشن رو چک کن. بعد دوباره کلید رو بزن تا مدار خاموش بشه (ال‌ای‌دی روشن می‌شه).

حالا ماژول‌های آردوینو و تغذیه رو روی برد جا بزن. وقتی کلید رو فشار بدی، ال‌ای‌دی اصلی خاموش می‌شه اما چراغ روی خود آردوینو باید روشن بشه. برای تست موتورها، یک سروو رو به پین مربوط به پای اول (پین 2 آردوینو) وصل کن و کد تست حرکت سروو رو روی آردوینو آپلود کن. باید ببینی که موتور از 0 تا 180 درجه می‌چرخه. اگه تا اینجا هیچ مشکلی نداشتی، پیشرفتت عالی بوده و بخش الکترونیک به طور کامل آماده‌ست!

تو این مرحله باید استخوان‌بندی و پاهای ربات رو بسازیم. بهترین و راحت‌ترین راه، استفاده از پرینتر سه‌بعدیه. فایل‌های مربوط به بدنه و پاهای ربات عنکبوتی رو می‌تونی به راحتی تهیه کنی و به دستگاه پرینتر بدی. قطعاتی که نیاز داری شامل قاب بالایی و پایینی بدنه، بخش‌های ران، ساق و مفاصل چپ و راست می‌شه.

لیست دقیق قطعات شامل یک قاب بالا، یک قاب پایین، قطعات مفصل و ساق دست راست و چپ (هرکدوم دو تا) و 8 عدد نگهدارنده مفصل هست.

فایل‌ها رو وارد نرم‌افزار اسلایسر کن. قبل از شروع چاپ، حتما تنظیمات پرینترت رو چک کن، چون پرینت همه این قطعات با هم حدود 7 تا 8 ساعت طول می‌کشه و باید صبور باشی. تنظیمات پیشنهادی برای این ربات: تراکم داخلی (Infill) روی 15 درصد، نازل 0.3 میلی‌متری و سرعت چاپ روی 65 تنظیم بشه. می‌تونی قطعات رو گروه‌بندی کنی و با رنگ‌های مختلف فیلامنت پرینت بگیری تا رباتت جذاب‌تر بشه.

بعد از اینکه پرینت تموم شد، قطعات رو جدا کن و کیفیتشون رو بررسی کن. برای اینکه مفاصل ربات گیر نکنن و حرکت روانی داشته باشن، لبه‌ها و سطوح ناهموار رو با یک سنباده نرم به خوبی پولیش بده تا کاملا صاف بشن.

حالا باتری لیتیومی رو دقیقا وسط قاب پایینی قرار بده و قاب بالایی رو بذار روش. با استفاده از 4 عدد پیچ M3 (طول 25 میلی‌متر)، این دو بخش بدنه رو محکم به هم پیچ کن تا باتری کاملا ساندویچ بشه و تکون نخوره.

وقتشه که سروو موتورها رو داخل قطعات پا قرار بدی. هر پا نیاز به 3 تا موتور داره. موتورها رو با پیچ‌های ریز یا کمی چسب سر جای خودشون محکم کن.

دو تا نکته خیلی مهم تو این مرحله وجود داره: اول اینکه در حال حاضر اصلا نباید بازویی‌های پلاستیکی (شاخک‌های) موتور رو نصب کنی! دوم اینکه به جهت قرارگیری پاها خوب دقت کن تا چپ و راست رو اشتباه نبندی.

پاهای آماده‌شده رو به بدنه اصلی متصل کن. با دست مفاصل رو کمی تکون بده تا مطمئن بشی هیچ گیری ندارن و به نرمی حرکت می‌کنن.

برد اصلی رو روی بدنه ربات قرار بده و با کمی چسب خمیری یا دوطرفه، سر جاش فیکسش کن تا تکون نخوره.

حالا با دقت سیم‌های سروو موتورها رو به پین‌های برد متصل کن. حواست به رنگ سیم‌ها باشه: سیم زرد برای سیگنال (S)، سیم قرمز برای مثبت تغذیه (+) و سیم قهوه‌ای برای زمین (-) هست. دقت کن که پین هر مفصل رو دقیقا به خروجی مربوطه روی آردوینو وصل کنی؛ در غیر این صورت ربات موقع راه رفتن گیج می‌زنه و حرکاتش قاطی می‌شه!

این مرحله برای درست راه رفتن ربات حیاتیه. اول کد مربوط به تنظیم اولیه (Init) رو روی آردوینو آپلود کن تا تمام موتورها در زاویه پیش‌فرض و صفر خودشون قفل بشن. حالا پاهای ربات رو با دست دقیقا تو حالتی که توی تصاویر مشخص شده تنظیم کن. وقتی پاها تو زاویه درست قرار گرفتن، بازویی‌های پلاستیکی (شاخک‌ها) رو روی شفت موتورها قرار بده و پیچشون رو محکم ببند.

سیم‌های بلند و آویزون موتورها رو با بست کمربندی ریز یا چسب برق جمع‌وجور کن تا هم ظاهر رباتت تمیزتر بشه و هم موقع حرکت، سیم‌ها لای مفاصل گیر نکنن. الان نصب سخت‌افزاری کاملا به پایان رسیده!

لحظه هیجان‌انگیز فرا رسید! وقتشه کد اصلی حرکت ربات رو روی آردوینو آپلود کنیم. قبل از کامپایل کردن کد، حتما کتابخونه FlexiTimer2 رو دانلود و به نرم‌افزار آردوینو اضافه کن تا ارور نده.

وقتی برنامه اجرا بشه، ربات این توالی حرکات رو به نمایش می‌ذاره: اول بلند می‌شه و 2 ثانیه صبر می‌کنه، بعد 5 قدم به جلو می‌ره و دوباره مکث می‌کنه، سپس 5 قدم به عقب برمی‌گرده. در ادامه به سمت راست می‌چرخه، بعد به سمت چپ می‌چرخه. حتی می‌تونه یکی از پاهاش رو بالا بیاره و برات دست تکون بده!

در نهایت می‌شینه و این چرخه دوباره تکرار می‌شه.

تو می‌تونی این ربات رو خیلی هوشمندتر کنی. مثلا با اضافه کردن ماژول بلوتوث، سرعت و جهت حرکتش رو با گوشی موبایل کنترل کنی. یا با قرار دادن سنسورهای مادون قرمز و اولتراسونیک، بهش قابلیت تشخیص مانع بدی تا خودش مسیرش رو پیدا کنه. همچنین طراحی یک برد مدار چاپی (PCB) اختصاصی می‌تونه ظاهر ربات رو خیلی حرفه‌ای‌تر و صنعتی‌تر کنه.

بهت تبریک می‌گم که تا اینجا پیش اومدی و یک ربات عنکبوتی جذاب ساختی. حتما نظراتت رو در مورد این آموزش برای تیم آیسی‌مدار بنویس و اگه حرکت جدیدی به رباتت اضافه کردی، خوشحال می‌شیم تجربه‌ت رو با بقیه هم به اشتراک بذاری!