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Hexabot: ¡Construye un robot de seis patas para trabajo pesado!

julio 10, 2021
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¡Este Instructable te mostrará cómo construir Hexabot, una gran plataforma de robot de seis patas que es capaz de llevar a un pasajero humano! El robot también se puede hacer completamente autónomo con la adición de algunos sensores y un poco de reprogramación.

Construí este robot como proyecto final para Hacer las cosas interactivas, un curso ofrecido en la Universidad Carnegie Mellon.

Por lo general, la mayoría de los proyectos de robótica que he realizado han sido a pequeña escala, sin exceder un pie en su dimensión más grande. Con la reciente donación de una silla de ruedas eléctrica al CMU Robotics Club, me intrigó la idea de utilizar los motores de la silla de ruedas en algún tipo de gran proyecto. Cuando mencioné la idea de hacer un gran alguna cosa con Mark Gross, el profesor de CMU que enseña Making Things Interactive, sus ojos se iluminaron como un niño en la mañana de Navidad. Su respuesta fue “¡Adelante!”

Con su aprobación, necesitaba idear algo para construir con estos motores. Dado que los motores de la silla de ruedas eran muy potentes, definitivamente quería hacer algo en lo que pudiera montar. La idea de un vehículo con ruedas parecía un poco aburrida, así que comencé a pensar en los mecanismos para caminar. Esto fue algo desafiante ya que solo tenía dos motores a mi disposición y todavía quería crear algo capaz de girar, no solo moverse hacia adelante y hacia atrás. Después de algunos intentos frustrantes de creación de prototipos, comencé a buscar juguetes en Internet para obtener algunas ideas. Encontré el Insecto de Tamiya. ¡Fue perfecto! Con esto como mi inspiración, pude crear modelos CAD del robot y comenzar la construcción.

Durante la creación de este proyecto, fui estúpido y no tomé ninguna foto durante el proceso de construcción real. Entonces, para crear este Instructable, desmonté el robot y tomé fotografías del proceso de ensamblaje paso a paso. Por lo tanto, puede notar que aparecen agujeros antes de que hable de perforarlos y otras pequeñas discrepancias que no existirían si lo hubiera hecho bien en primer lugar.

Edición 20/01/09: Descubrí que, por alguna razón, el Paso 10 tenía exactamente el mismo texto que el Paso 4. Esta discrepancia se ha corregido. El paso 10 ahora le dice cómo conectar los motores, en lugar de decirle cómo volver a mecanizar los enlaces del motor. Además, gracias a Instructables por guardar un historial de ediciones, ¡simplemente pude encontrar una versión anterior con el texto correcto y copiarla / pegarla!

Paso 1: modelo CAD

Modelo CAD

Con SolidWorks, creé un modelo CAD del robot para poder colocar los componentes fácilmente y determinar la ubicación de los orificios para los pernos que conectan las patas y los enlaces del robot al marco. No modelé los tornillos ellos mismos para ahorrar tiempo. El marco está hecho de tubería de acero de 1 “x 1” y 2 “x 1”.

A continuación, se puede descargar una carpeta de archivos de piezas, ensamblajes y dibujos para el robot. Necesitará SolidWorks para abrir los distintos archivos. También hay algunos dibujos .pdf en la carpeta, que también están disponibles para descargar en los pasos posteriores de este informe.

Archivos adjuntos

Paso 2: Materiales

MaterialesMaterialesMaterialesMateriales

Aquí hay una lista de los materiales que necesitará para construir el robot:

-41 pies de tubería de acero cuadrada de 1 “, pared de 0.065”

-14 pies de tubería de acero rectangular cuadrada de 2 “x 1”, pared de 0.065 “

– A 1 “x 2″ x 12 ” barra de aluminio

-4 5 “3 / 4-10 tornillos

-2 3 “3 / 4-10 tornillos

-6 2 1/2 “1 / 2-13 tornillos

-6 1 1/2 “1 / 2-13 tornillos

-2 4 1/2 “1 / 2-13 tornillos

– 4 Tuercas estándar 3 / 4-10

– 6 Tuercas de seguridad con inserto de nailon 3 / 4-10

– 18 Tuercas de seguridad con inserto de nailon 1 / 2-13

– 2 Pernos en U de 3 1/2 “ID 1 / 2-13

– Pernos pequeños para tornillos de fijación (1 / 4-20 funciona bien)

Arandelas para tornillos de 3/4 “

Arandelas de pernos de 1/2 “

– 2 motores eléctricos para sillas de ruedas (se pueden encontrar en eBay y pueden costar entre $ 50 y $ 300 cada uno)

– Un poco de madera y metal de desecho

– Microcontrolador (utilicé un Arduino)

– Algunos perfboard (a proto escudo es bueno si estás usando un Arduino)

– 4 relés SPDT de alta corriente (usé estos relés automotrices)

– 4 transistores NPN que pueden manejar el voltaje emitido por la batería (los TIP 120 deberían funcionar bien)

– 1 interruptor de encendido / apagado de alta corriente

– Un fusible de 30 amperios

– Portafusibles en línea

-Alambre calibre 14

– Varios consumibles electrónicos (resistencias, diodos, cables, crimpado en terminales, interruptores y botones)

– Un recinto para albergar la electrónica.

– Baterías de plomo-ácido selladas de 12V

Es posible que desee agregar componentes adicionales (pero no son necesarios):

– Una silla para montar en tu robot (¡para que puedas montarla!)

– Un joystick para controlar el robot.

Paso 3: corte y taladre el metal

Cortar y perforar el metal

Después de adquirir el metal, puede comenzar a cortar y perforar los diversos componentes, lo cual es una tarea que requiere bastante tiempo.

Comience cortando las siguientes cantidades y longitudes de tubería de acero:

1 “x 1”
– Rieles del marco: 4 piezas de 40 “de largo
– Vínculos de las piernas: 6 piezas de 24 “de largo
– Travesaño central: 1 pieza de 20 “de largo
– Travesaños: 8 piezas de 18 “de largo
– Soportes del motor: 2 piezas de 8 “de largo

2 “x 1”
– Patas: 6 piezas de 24 “de largo
– Soportes para piernas: 4 piezas de 6 “de largo

Después de cortar la tubería de acero, marque y taladre los orificios de acuerdo con los dibujos proporcionados en este paso (los dibujos también están disponibles con los archivos CAD en el Paso 1). El primer dibujo proporciona las ubicaciones y los tamaños de los orificios para los soportes para las piernas y el soporte del motor. El segundo dibujo proporciona los tamaños de los orificios y la ubicación de las patas y las articulaciones de las patas.

* Nota * Los tamaños de los orificios en estos dibujos son los tamaños de ajuste perfecto para pernos de 3/4 “y 1/2”, 49/64 “y 33/64”, respectivamente. Sin embargo, descubrí que solo con brocas de 3/4 “y 1/2” se hacen mejores agujeros. El ajuste sigue siendo lo suficientemente flojo para insertar los pernos fácilmente, pero lo suficientemente apretado para eliminar una gran cantidad de pendiente en las uniones, lo que lo convierte en un robot muy estable.

Paso 4: mecanice las conexiones del motor

Mecanizar los enlaces del motorMecanizar los enlaces del motor

Después de cortar y perforar el metal, querrá mecanizar los enlaces que se conectan al motor y transfieren energía a las patas. Los múltiples orificios permiten cambiar el tamaño del paso del robot (aunque no puedes hacer eso en el mío, explicaré por qué en un paso posterior).

Comience cortando el bloque de aluminio de 12 “en dos piezas de ~ 5”, luego taladre y frese los orificios y las ranuras. La ranura es donde el motor está unido al varillaje, y su tamaño depende del eje de los motores que tenga.

Después de mecanizar el bloque, taladre dos agujeros perpendiculares a la ranura y golpéelos para tornillos de fijación (vea la segunda imagen). Mis motores tienen dos caras planas en el eje, por lo que agregar tornillos de fijación permite una fijación extremadamente rígida de los enlaces.

Si no tiene las habilidades o el equipo para realizar estos enlaces, puede llevar el dibujo de la pieza a un taller de máquinas para que lo fabrique. Esta es una pieza muy simple de mecanizar, por lo que no debería costarle mucho. Diseñé mi varillaje con una ranura de fondo plano (para poder asegurarlo con un perno preexistente en el eje del motor, así como aprovechar las partes planas del eje), por eso necesitaba mecanizado en primer lugar. Sin embargo, este enlace podría diseñarse sin una ranura, sino más bien con un gran orificio pasante, por lo que, en teoría, todo el trabajo podría realizarse en una taladradora.

El dibujo que utilicé para el mecanizado se puede descargar a continuación. A este dibujo le falta la dimensión de la profundidad de la ranura, que debe marcarse como 3/4 “.

Archivos adjuntos

Paso 5: suelde el marco

Soldar el marcoSoldar el marcoSoldar el marco

Desafortunadamente, no tomé fotografías del proceso por el que pasé para soldar el marco, por lo que solo hay fotos del producto terminado. La soldadura en sí es un tema demasiado profundo para este Instructable, por lo que no entraré en detalles aquí. Soldaba todo con MIG y usé una amoladora para suavizar las soldaduras.

El marco utiliza todas las piezas de acero cortadas en el paso 3, excepto las patas y los enlaces de las patas. Puede notar que hay algunas piezas adicionales de metal en mi marco, pero estos no son componentes estructurales críticos. Se agregaron cuando ya tenía la mayor parte del robot ensamblado y decidí agregar algunos componentes adicionales.

Al soldar el marco, suelde cada junta. En cualquier lugar donde se toquen dos piezas de metal diferentes, debe haber un cordón de soldadura, incluso donde el borde de una pieza de tubería se encuentra con la pared de otra. El paso de este robot somete el marco a una gran cantidad de tensiones de torsión, por lo que el marco debe ser lo más rígido posible. Soldar todas las juntas completamente logrará esto.

Puede notar que los dos travesaños del medio están ligeramente fuera de posición. Medí desde el lado equivocado de la tubería cuando inicialmente dispuse la mitad inferior del marco para soldar, por lo que las posiciones de esos dos travesaños están desviadas en 1 pulgada. Afortunadamente, esto tiene poco efecto en la rigidez del marco, por lo que no me vi obligado a rehacer todo.

Los archivos pdf presentados aquí son dibujos con dimensiones para mostrar la posición de los componentes en el marco. Estos archivos también están presentes en la carpeta con los archivos CAD en el Paso 1.

Paso 6: agregue orificios para soportes de motor

Agregar orificios para soportes de motorAgregar orificios para soportes de motorAgregar orificios para soportes de motorAgregar orificios para soportes de motorAgregar orificios para soportes de motor

Después de soldar el marco, es necesario perforar algunos orificios adicionales para un montaje seguro del motor. Primero coloque un motor en el marco y agregue un perno a través del pivote de montaje frontal y el soporte del motor en el marco. Asegúrese de que el eje impulsor del motor sobresalga del bastidor y que el motor esté sobre el travesaño central.

Verá que el extremo del cilindro del motor está sobre un travesaño. Coloque su perno en U sobre el motor y céntrelo en el travesaño. Marque la ubicación donde los dos extremos del perno en U están colocados en el marco. Estas ubicaciones son donde se deben perforar los orificios. Quite el motor. Ahora, dado que hay un travesaño superior que interferiría con la perforación, es necesario voltear el marco. Antes de darle la vuelta al marco, mida la ubicación de estos orificios desde el costado del marco, luego dé la vuelta al marco y marque los orificios de acuerdo con las medidas que acaba de tomar (y asegúrese de marcar en el lado correcto del marco). marco).

Primero, taladre el orificio más cerca del centro. Ahora, para el segundo orificio cerca del riel del marco, se debe tener cuidado. Dependiendo del tamaño de su motor, el orificio puede colocarse sobre una soldadura que conecta el travesaño al riel del marco. Este fue mi caso. Esto coloca el orificio sobre la pared lateral del riel del marco, lo que dificulta mucho la perforación. Si intenta perforar este orificio con una broca normal, la geometría de la punta de corte y la flexibilidad de la broca no le permitirán cortar a través de la pared lateral, sino que doblará la broca alejándola de la pared, lo que resultará en una salida de orificio de posición (ver croquis).

Hay dos soluciones para este problema:
1. Taladre el orificio con una fresa de punta, que tiene una punta de corte plana para quitar la pared lateral (requiere sujetar el marco a la prensa taladradora o fresadora)
2. Taladre el orificio con una broca, luego lime el orificio en la posición correcta con una lima redonda (requiere mucho esfuerzo y tiempo)

Después de dimensionar y colocar ambos orificios, repita este proceso para el motor en el otro lado del marco.

Paso 7: Prepare los motores para el montaje

Prepare los motores para el montajePrepare los motores para el montajePrepare los motores para el montajePrepare los motores para el montaje

Después de perforar los orificios para los soportes del motor, los motores deben estar preparados para el montaje.

Ubique un motor, junto con una conexión de motor de aluminio, los tornillos de fijación para la conexión y un perno de 5 “3 / 4-10. Primero, coloque el perno de 5” en el orificio más cercano a la ranura para el eje de transmisión y coloque el perno de manera que apunte en dirección opuesta al motor cuando el varillaje esté conectado al motor. A continuación, coloque el conjunto de varillaje / perno en el eje de transmisión. Agregue la tuerca al final del eje de transmisión (mis motores vinieron …

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