ربات چهارپای کوچک با طراحی بدون سیم و تنها با مدار الکتریکی جهش می‌کند
Q8bot را ملاقات کنید، یک ربات کوچک به اندازه کف دست که شبیه نسخه مینیاتوری روبات چهارپای معروف Spot از Boston Dynamics است.
این ربات چهارپای کوچک توسط اریک یوفنگ طراحی شده است و تمام قطعات آن، از جمله عملگرها، مستقیماً بر روی مدار الکتریکی آن ساخته شده‌اند.
این ربات از یک برد مدار چاپی سفارشی به عنوان ستون فقرات خود استفاده می‌کند که هشت سروو را مستقیماً به اتصال‌دهنده‌های روی برد متصل می‌کند.
ربات همچنین دارای قاب‌های چاپ شده با پرینتر سه‌بعدی است که سرووها و باتری را نگه می‌دارد. الکترونیک مینیمالیستی آن شامل ماژول ESP32C3، مبدل بوست و گیج باتری است. پاهای آن چهار قطعه چاپ شده با پرینتر سه‌بعدی با یاتاقان‌های فشاری دارند.
طراحی کارآمد رباتیک
Q8bot به خاطر سادگی مکانیکی خود برجسته است. هیچ سیم یا کابلی خارجی ندارد. تمام اجزا به طور مستقیم به یک PCB مرکزی متصل می‌شوند که باعث کاهش پیچیدگی، وزن و هزینه می‌شود.
با وجود طراحی ساده، Q8bot قابلیت‌های حرکتی نظیر پرش و راه رفتن را دارد، همانطور که در نمایش‌ها نشان داده شده است. این پروژه ترکیبی از طراحی مکانیکی، الکترونیک، توسعه فریمور و مهارت‌های رباتیک را به نمایش می‌گذارد.
فرایند مونتاژ ساده است: دو قاب چاپ شده با پرینتر سه‌بعدی PCB مرکزی را نگه می‌دارند و به عنوان نگهدارنده باتری عمل می‌کنند. سرووها با استفاده از بست‌های داخلی متصل می‌شوند و پیوندهای پنج میله‌ای به عنوان پاهای ربات عمل می‌کنند. تنها سیم‌کشی داخلی درون موتورها است.
به گفته سازنده آن، طراحی Q8bot بر بهره‌وری در تولید اولویت دارد و بسیاری از قطعات سفارشی در دو طرف آن به طور متقارن قرار دارند تا قطعات منحصر به فرد کاهش یابند و هزینه‌های تولید کاهش یابد. از سخت‌افزار استاندارد مانند پیچ‌های خود‌ضربه‌ای M2، پین‌های دوار 3 میلی‌متری و یاتاقان‌های توپ مینی استفاده می‌شود که به قابلیت کاربردی آن می‌افزایند.
این طراحی مینیمالیستی عملکرد را فدای خود نکرده است، همانطور که Q8bot نشان‌دهنده مجموعه‌ای از حرکات چابک است. ترکیب سادگی، کارایی هزینه و عملکرد پیشرفته نمایانگر رویکرد جامعی به رباتیک و مهندسی است که Q8bot را به عنوان نمونه‌ای بارز از طراحی نوآورانه در این زمینه معرفی می‌کند.
مهندسی کارآمد PCB
ایده یک ربات مبتنی بر PCB از موتور Dynamixel XL-330 شرکت Robotis نشأت گرفته است. هر موتور دارای یک انکودر مغناطیسی و یک میکروکنترلر Cortex-M0 برای کنترل موقعیت است که به راحتی در اتصال‌دهنده‌های روی هدر استاندارد در PCB مرکزی جای می‌گیرد. برای کاهش پیچیدگی، طراح محفظه زیری موتور را حذف کرد و آن را به‌طور مستقیم به فریم سوار کرد.
برای آزمایش قابلیت‌های موتور، یک دستگاه با ریل خطی ساخته شد که به بهینه‌سازی هندسه پاهای ربات برای پرش کمک می‌کرد. اولین نمونه ربات تنها بر طراحی مکانیکی متمرکز بود.
به گفته یوفنگ، PCB اولیه فقط شامل اتصال‌دهنده‌های موتور و یک ورودی برای یک کنترلر موتور آماده بود که رباتی با اتصال سیم برای آزمایش‌های اولیه ایجاد کرد. در این مرحله، نرم‌افزار پایه‌ای برای ربات توسعه یافت که شامل الگوریتم‌های حرکتی و کنترل با استفاده از یک اسکریپت کیبورد چندمنظوره بود.
با پیشرفت طراحی، الکترونیک مستقل و کنترل بی‌سیم با استفاده از ماژول Seeed Studio XIAO ESP32C3 به آن افزوده شد. برای تغذیه ربات، دو باتری لی‌تیوم یون به اندازه AA با استفاده از تماس‌های فنری به شاسی متصل شد و سیم‌کشی اضافی حذف شد.
تمام PCBها در Altium طراحی و از JLCPCB سفارش داده شدند و با استفاده از تکنیک‌های حرفه‌ای مونتاژ شدند تا نتیجه‌ای کامل ایجاد کنند. این رویکرد ساده نوآوری در طراحی رباتیک و کارایی را برجسته می‌کند.
بروزرسانی نسخه ۲ ربات چهارپا هدفش نهایی کردن طراحی ربات با بهبودهای کلیدی است. تغییرات تمرکز بر روی اصلاح ترتیب پرش از طریق تنظیمات نرم‌افزاری و تنظیم PID مفاصل دارد و ارتباط دو طرفه با یک لپ‌تاپ با استفاده از ESPNow را ممکن می‌سازد.
اکنون PCB شامل یک مدار سنجش سوخت باتری و یک کلید صرفه‌جویی در مصرف انرژی است. بهبودهای ساختار مکانیکی فرآیند مونتاژ را ساده می‌کند در حالی که مدل‌سازی هندسه پاها را بهینه می‌سازد. یوفنگ می‌گوید هدف کاهش وزن و اصلاح تمام قطعات چاپ شده با پرینتر سه‌بعدی برای قالب‌گیری تزریقی است.
