Σχεδίαση και κατασκευή βαδίζοντος ρομπότ με την βοήθεια 3D Εκτυπωτή και Arduino

Abstract

Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, κατασκευάστηκε ένα βαδίζον ρομπότ με τέσσερα πόδια με την χρήση 3D Εκτυπωτή και Arduino. Σκοπός του ρομπότ είναι η αυτόνομη κίνηση προς τα εμπρός, πίσω αλλά και προς τα πλάγια και η αποφυγή εμποδίων. Αρχικά, παρουσιάζεται το πρόβλημα, επισημαίνοντας τη σημασία της διερεύνησης προβλημάτων που σχετίζονται με την ανάπτυξη ενός βαδίζοντος ρομπότ. Ακόμα, παρέχεται μια πλήρης αναφορά της τρέχουσας κατάστασης της τεχνολογίας, εμβαθύνοντας στις μεθόδους σχεδιασμού, την τρισδιάστατη εκτύπωση, το Arduino Uno, τους αισθητήρες υπερήχων, τους σερβομηχανισμούς και τα υπάρχοντα ρομπότ με πόδια. Στη συνέχεια, περιγράφεται η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την υλοποίηση του ρομπότ και αναλύεται το κύριο μέρος της εργασίας. Περιγράφεται η επιλογή του σκελετού του ρομπότ και η 3D εκτύπωση των κομματιών του, η συναρμολόγηση του, η ενσωμάτωση ενεργών στοιχείων όπως σερβομηχανισμών, Arduino και αισθητήρες. Ακόμα, παρατίθεται αναλυτικά η κίνηση των ποδιών και ο τελικός προγραμματισμός του Arduino, έπειτα από μια σειρά δοκιμαστικών προγραμμάτων. Τέλος, πραγματοποιείται μια αξιολόγηση των συμπερασμάτων που προκύπτουν από την υλοποίηση του βαδίζοντος ρομπότ και ολοκληρώνεται με μια σύνοψη των βασικών σημείων της εργασίας, ενώ προτείνονται και κατευθύνσεις για μελλοντική επέκταση και ανάπτυξη του ρομπότ.

This thesis revolves around the construction of a four-legged walking robot using a 3D printer and Arduino, designed to autonomously navigate forward, backward, sideways and avoid obstacles. The initial presentation of the problem highlights the critical need for thorough investigation in the field of walking robot development. The paper then offers a complete review of the current state of the art, thoroughly examining design methodologies, 3D printing techniques, Arduino Uno integration, ultrasonic sensors, servo motors, and existing walking robots. The methodology used to implement the robot is then clarified, and a detailed description of the whole process is provided. The central part of the paper unfolds with a detailed narrative of the critical steps, including the selection of the robot skeleton, 3D printing of its components, the assembling procedures and the integration of active components such as servos, Arduino and sensors. The mechanics of leg movement and the final programming of the Arduino are analyzed, following a comprehensive set of test programs. Finally, an evaluation of the conclusions drawn from the practical application of the walking robot is thoroughly discussed. The paper concludes with a brief summary, that includes the key points and suggests ways for future expansion and improvement of the robot.