Odav, Arduino-ühilduv joonistusrobot: 15 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Märkus: mul on sellest robotist uus versioon, mis kasutab trükkplaati, on lihtsam ehitada ja millel on IR takistuste tuvastamine! Tutvu sellega aadressil

Kavandasin selle projekti ChickTech.org jaoks mõeldud 10-tunniseks töötoaks, mille eesmärk on tutvustada teismelistele naistele STEM-i teemasid. Selle projekti eesmärgid olid järgmised:

• Lihtne ehitada.
• Lihtne programmeerida.
• Tegi midagi huvitavat.
• Odav, nii et osalejad saaksid selle koju viia ja edasi õppida.

Neid eesmärke silmas pidades oli siin paar disainivalikut:

• Programmeerimise hõlbustamiseks ühildub Arduinoga.
• 4xAA patarei kulude ja saadavuse jaoks.
• Sammumootorid täpseks liikumiseks.
• 3D trükitud kohandamise hõlbustamiseks.
• Kilpkonna graafikaga pliiatsi joonistamine huvitava tulemuse saamiseks.
• Avatud lähtekoodiga, et saaksite teha ühe oma!

Siin on robot, mis jõudis kõige lähemale sellele, mida ma tahtsin teha: https://mirobot.io. Mul pole laserlõikurit ja Inglismaalt saatmine oli keelatud. Mul on 3D -printer, nii et ilmselt näete, kuhu see läheb…

Ärge laske 3D -printeri puudumisel end heidutada. Kohalikud harrastajad, kes on valmis teid aitama, leiate aadressilt

Sellel projektil on litsents Creative Commonsis ja see kasutab 3D-osi, mis põhinevad teiste kavanditel (nagu on näidatud järgmises jaotises), millest kõige piiravam on ratas, mis on mitteäriline. See tähendab, et see projekt peab olema ka mitteäriline. Ära ole see mees.

Samm: osad

Robotite toiteks, juhtimiseks ja juhtimiseks on mitmeid viise. Teil võib olla käepärast erinevaid osi, mis töötavad, kuid olen proovinud ja leidnud, et need toimivad hästi:

Elektroonika:

• 1- *Adafruit Pro Trinket 3V- adafruit.com/products/2010

  • Riistvara CC BY-SA litsentsi alusel
  • Tarkvara (alglaadur) GPL -litsentsi alusel
• 2-käiguline 5V samm- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlingtoni draiver - adafruit.com/products/970
• 1- Poole suurusega leivalaud- adafruit.com/products/64
• 16- Mees-mees džemprid- adafruit.com/products/759
• 1- Mikroservo-adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT slaidilüliti - adafruit.com/product/805 või www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- isase tihvti päis- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA hoidja- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB mikrokaabel
• 4- AA patareid

*Märkus: vaadake viimast sammu, et arutada tavaliste Arduino või Raspberry Pi tahvlite kasutamist.

Riistvara:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-rõngas- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Ratas 5/8 "laager- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8mm pannipea kruvi- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm lameda peaga kruvi- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D-prinditud osad (kui teil pole printerile juurdepääsu, vaadake veebisaiti www.3dhubs.com):

• 1 x kuullaagrite ratas - thingiverse.com/thing:1052674 (põhineb onebytegone'i tööl, CC BY -SA 3.0)
• 1 x šassii - thingiverse.com/thing:1053269 (originaaltöö autor: Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 2 x ratast - thingiverse.com/thing:862438 (põhineb Mark Bensoni tööl, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x sammuklamber - thingiverse.com/thing:1053267 (põhineb jbeale'i tööl, CC BY -SA 3.0)
• 1 x pliiatsihoidja / servoklamber - thingiverse.com/thing:1052725 (Maker's Boxi originaalteos, CC BY -SA 3.0)
• 1 x pliiatskrae - thingiverse.com/thing:1053273 (Maker's Boxi originaalteos, CC BY -SA 3.0)

* Märkus: CC BY-NC on mittekaubanduslik litsents

Tööriistad ja tarvikud:

• Phillipsi kruvikeeraja
• Kuum liimipüstol
• Digitaalne multimeeter
• Terav nuga
• Crayola värvilised markerid

Samm 2: Välk püsivara

Enne kui ehitusega liiga kaugele jõuame, laadime testitava püsivara mikrokontrollerile. Testprogramm lihtsalt joonistab kaste, et saaksime kontrollida õiget suunda ja mõõtmeid.

Trinket Proga rääkimiseks vajate:

1. Draiver saidilt
2. Arduino tarkvara saidilt

Lady Ada ja Adafruit meeskond on loonud ülaltoodud linkidel palju parema juhiste komplekti, kui ma suudan pakkuda. Palun kasutage neid, kui olete ummikus.

Märkus: Üks trikk, mis muudab Trinketi tavalisest Arduino'st erinevaks, on see, et enne visandi üleslaadimist peate tahvli lähtestama.

3. samm: pliiatsihoidja ja akuhoidikud

1. Paigaldage pliiatsihoidik koos servoklambriga šassii lühemale küljele (joonis 1).
2. Sisestage mutrid šassii ülemisele küljele (joonis 2)
3. Kinnitage akuhoidikud šassii põhjale, kasutades 3Mx6mm lamedapoolseid kruvisid (pildid 3 ja 4).
4. Keerake akujuhtmed läbi ristkülikukujuliste kaablite (joonis 4 ja 5).
5. Korrake sama ka teise akuhoidiku puhul.

Märkus. Kui pole täpsustatud, on ülejäänud kruvid 3Mx8mm pannipea kruvid.

Samm: rattad

1. Kontrollige, kas ratas sobib astmelisele võllile (joonis 1).

   1. Kui see on liiga pingul, saate ratta rummu fööni või kuumaõhupüstoliga soojendada ja seejärel võlli sisestada.
   2. Kui see on liiga lahti, võite kasutada 3Mx8mm kruvi, et hoida seda vastu võlli tasapinda (joonis 2).
   3. Kui olete perfektsionist, saate oma printeri kalibreerida ja selle õigesti hankida.
2. Asetage O-rõngas ratta velje ümber (joonis 3 ja 4).
3. Korrake sama teise ratta puhul.

5. samm: sammude tagastamine

1. Sisestage mutter samm -kronsteini ja kinnitage need kruviga šassii ülaossa (joonis 1).
2. Sisestage samm kronsteini ja kinnitage kruvide ja mutritega.
3. Korrake sama teise sulgu puhul.

6. samm: ratas

1. Sisestage kuullaager ratasesse.

   Ärge suruge seda sisse või muidu puruneb. Vajadusel kasutage materjali pehmendamiseks fööni või kuumaõhupüstolit

2. Kinnitage ratas šassii alumisele küljele akuhoidiku ette.

7. samm: leivaplaat

1. Eemaldage üks toitepiire terava noaga, lõigates läbi alumise liimi (joonis 1).
2. Hoides leivaplaati šassiirööbaste kohal, märkige koht, kus need serva lõikavad (joonis 2).
3. Märkige sirged servad (nagu eemaldatud toiteliin) jooned ja lõigake aluspind läbi (joonis 3).
4. Asetage leivaplaat šassiile nii, et rööpad puudutavad katmata liimi (joonis 4).

8. samm: toide

1. Asetage mikrokontroller, darlingtoni draiver ja toitelüliti leivaplaadile (joonis 1).

   • Lisasin nähtavuse huvides oranžid punktid, et tähistada järgmist:

     • Darlingtoni draiveri tihvt 1.
     • Mikrorulli aku tihvt.
     • Toitelüliti asendis "sees".

2. Parempoolsete akujuhtmetega:

   1. Ühendage punane joon toitelüliti esimese tihvtiga (joonis 2).
   2. Ühendage must juhe tühjale reale mikrokontrolleri ja darlingtoni kiibi vahel (joonis 2).

3. Vasakpoolsete akujuhtmetega:

   1. Ühendage punane joon teise aku musta juhtmega samale reale (joonis 3).
   2. Ühendage must joon leivaplaadi negatiivse rööpaga (joonis 3).

4. Ühendage toide mikrokontrolleriga:

   1. Punane hüppaja positiivse rööpa juurest aku tihvtini (oranž täpp, joonis 4).
   2. Must hüppaja negatiivsest rööpast nööpnõelani, mis on tähistatud tähega "G" (joonis 4).
5. Paigaldage patareid ja lülitage toide sisse. Peaksite nägema kontrolleri rohelisi ja punaseid tulesid (pilt 5).

Tõrkeotsing: kui mikrokontrolleri tuled ei sütti, lülitage kohe toide välja ja tehke veaotsing:

1. Patareid on paigaldatud õiges suunas?
2. Kontrollige veel kord akujuhtmete asukohta.
3. Kontrollige kahekordselt lüliti juhtmete positsioneerimist.
4. Patareide pinge kontrollimiseks kasutage multimeetrit.
5. Kasutage toitekaabli pinge kontrollimiseks multimeetrit.

9. samm: päised ja servo juhtmestik

Meeste päise tihvtid võimaldavad meil ühendada 5-kontaktilised servo JST pistikud toiteallika ja darlingtoni draiveriga (joonis 1):

1. Esimene 5-kontaktiline päis algab ühe reaga darlingtoni juhi ees.
2. Teine servo päis peaks siis joonduma Darlingtoni draiveri otsaga.

Enne juhtmestiku keeruliseks muutmist ühendage servo:

1. Lisage servo jaoks 3-kontaktiline päis leivalaua esiosa paremasse serva (joonis 2).
2. Lisage toitekaabli positiivsele küljele keskmisest tihvtist punane hüppaja.
3. Lisage must või pruun hüppaja välimisest tihvtist toiteliini negatiivsele küljele.
4. Lisage sisemise tihvti värviline hüppaja mikrokontrolleri tihvti 8 juurde.
5. Paigaldage servosarv nii, et võll on päripäeva täis asendis ja õlg ulatub parema ratta poole (joonis 3)
6. Paigaldage servo pliiatsihoidikusse, kasutades servo kruvisid (joonis 3).
7. Ühendage servopistik, joondades värvid (joonis 4).

10. samm: sammude juhtimine

Aeg toitejuhtme ühendamiseks Darlingtoni juhil ja sammudel, mida juhitakse otse akult:

1. Ühendage must või pruun hüppaja parempoolsest Darlingtoni tihvtist toiteliini negatiivse küljega (joonis 1).
2. Ühendage punane hüppaja ülemisest paremast Darlingtoni tihvtist toiteliini positiivse küljega.
3. Ühendage ülemise vasaku tihvti päisest punane hüppaja toitekaabli positiivse küljega (joonis 2).
4. Ühendage vasakpoolne samm -pistik vasaku külje tihvtipeaga, punase juhtmega paremal küljel (joonis 3).
5. Ühendage parem samm -pistik parema külje tihvti päisega, lugedes vasakul küljel.

Märkus: Stepper -pistiku punane juhe on toide ja see peaks sobima leivaplaadil olevate punaste juhtmetega.

11. samm: samm -juhtimine (jätkub)

Nüüd ühendame mikrokontrolleri samm -signaali juhtmed darlingtoni draiveri sisendpoolega:

1. Alustades mikrokontrolleri tihvtiga 6, ühendage vasaku samm -mootori nelja juhthüppaja juhtmed (joonis 1).
2. Sobitage need džemprid paremal asuva darlingtoni sisendküljega. Kõik värvid peaksid sobima, välja arvatud roheline, mis sobib stepperi roosa traadiga (joonis 2).
3. Alustades mikrokontrolleri tihvtiga 13, ühendage parempoolse samm -mootori nelja juhtliigendi juhtmed (Pilt (3)).
4. Sobitage need džemprid vasakul oleva darlingtoni sisendküljega. Kõik värvid peaksid sobima, välja arvatud roheline, mis sobib stepperi roosa traadiga (joonis 3).

12. samm: testimine ja kalibreerimine

Loodetavasti laadisite püsivara juba 2. etapis üles. Kui ei, siis tehke seda kohe.

Testi püsivara lihtsalt joonistab ruudu korduvalt, et saaksime kontrollida suunda ja täpsust.

1. Asetage robot siledale, tasasele ja avatud pinnale.
2. Lülitage toide sisse.
3. Vaadake, kuidas teie robot ruute joonistab.

Kui te ei näe mikrokontrolleri tulesid, minge tagasi ja proovige voolutugevust, nagu punktis 8.

Kui teie robot ei liigu, kontrollige 9. sammus darlingtoni draiveri toiteühendusi.

Kui teie robot liigub ebaühtlaselt, kontrollige 10. sammus mikrokontrolleri ja darlingtoni draiveri tihvtühendusi.

Kui teie robot liigub ligikaudsel ruudul, on aeg paber alla panna ja pliiats sinna panna (joonis 1).

Teie kalibreerimispunktid on järgmised:

float wheel_dia = 66,25; // mm (kasv = spiraal välja)

ujuk ratas_base = 112; // mm (suurenemine = spiraal) int steps_rev = 128; // 128 16x käigukasti jaoks, 512 64x käigukasti jaoks

Alustasin mõõdetud ratta läbimõõduga 65 mm ja näete kastide pöörlemist sissepoole (joonis 2).

Suurendasin läbimõõtu 67 -ni ja näete, et see pöörles väljapoole (joonis 3).

Lõpuks jõudsin väärtuseni 66,25 mm (pilt 4). Näete, et käigukasti ja muu sellise tõttu on ikka veel omane viga. Piisavalt lähedal, et teha midagi huvitavat!

13. samm: pliiatsi tõstmine ja langetamine

Oleme lisanud servo, kuid pole sellega midagi teinud. See võimaldab teil pliiatsit tõsta ja langetada, et robot saaks ilma joonistamiseta liikuda.

1. Asetage pliiatsi krae pliiatsile (joonis 1).
2. Kui see on lahti, kleepige see oma kohale.
3. Kontrollige, kas see puudutab paberit, kui servohoob on langetatud.
4. Kontrollige, et see ei puudutaks paberit tõstmisel (joonis 2).

Servo nurki saab reguleerida, eemaldades sarve ja asetades selle uuesti, või tarkvara abil:

int PEN_DOWN = 170; // servo nurk, kui pliiats on maas

int PEN_UP = 80; // servo nurk, kui pliiats on üleval

Pliiatsi käsud on järgmised:

penup ();

pendown ();

14. samm: nautige

Loodan, et saite hakkama, ilma liiga paljude sõimusõnadeta. Andke mulle teada, millega te vaeva nägite, et saaksin juhiseid täiustada.

Nüüd on aeg uurida. Kui vaatate testi visandit, näete, et olen andnud teile mõned standardsed "Turtle" käsud:

edasi (kaugus); // millimeetrit

tagurpidi (kaugus); vasak (nurk); // kraadi paremale (nurk); penup (); pendown (); tehtud (); // vabastage aku säästmiseks stepper

Neid käske kasutades peaksite saama teha peaaegu kõike, alates lumehelveste joonistamisest või oma nime kirjutamisest. Kui vajate alustamisel abi, vaadake järgmist:

• https://code.org/learn
• https://codecombat.com/

15. samm: muud platvormid

Kas seda robotit saaks teha tavalise Arduinoga? Jah! Ma läksin Trinketiga madala hinna ja väiksuse tõttu. Kui suurendate šassii pikkust, saate ühele küljele paigaldada tavalise Arduino ja teisele leivalaua (pilt 1). See peaks testvisandiga töötama pin-to-pin, lisaks saate nüüd siluda jadakonsooli!

Kas seda robotit saab teha Rasberry Pi -ga? Jah! See oli minu esimene uurimisliin, kuna tahtsin programmeerida Pythonis ja seda veebis juhtida. Nagu ülaltoodud täissuuruses Arduino, asetate lihtsalt Pi ühele küljele ja leivalaua teisele küljele (joonis 2). Toide muutub esmaseks mureks, sest neli AA ei kavatse seda kärpida. Peate andma stabiilse 5 V juures umbes 1A voolu, vastasel juhul lõpetab teie WiFi -moodul suhtlemise. Olen avastanud, et mudel A on energiatarbimise osas palju parem, kuid töötan endiselt välja, kuidas toita usaldusväärset energiat. Kui saad aru, anna teada!