Cum să construiești ProtoBot - un robot educativ 100% open source, super-ieftin, educațional: 29 de pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

ProtoBot este un robot 100% open source, accesibil, foarte ieftin și ușor de construit. Totul este Open Source - Hardware, Software, Ghiduri și Curriculum - ceea ce înseamnă că oricine poate accesa tot ce are nevoie pentru a construi și utiliza robotul.

Este o modalitate excelentă de a învăța elementele de bază ale lipirii, ingineriei electrice și programării.

Acest instructable acoperă modul de construire a unuia, de la placa goală, componente și piese imprimate 3D, până la un ProtoBot complet asamblat (și, sperăm, funcțional!).

(Dacă doriți să aflați mai multe despre ProtoBots în general și / sau Proiectul ProtoBot, vizitați https://theprotobotproject.wordpress.com sau ProtoBots Github, la

De asemenea, puteți găsi o versiune PDF a acestui ghid la

Pasul 1: Consumabile: Piese

Odată ce sunteți gata să începeți, iată ce veți avea nevoie. Cantitățile sunt pentru 1 robot.

Piese: (Link-ul 1 este eBay, # 2 este AliExpress, de obicei mai ieftin)

• 2 x motorizoare N20, 300 rpm, 12V (link, link)
• 1 x Arduino Nano (link, link)
• 2 x roți din plastic, 39 mm, gaură de 3 mm (lot de 10: link galben, link galben, link roz)
• 2 x comutatoare de limită tactile (10 piese link)
• 2 rezistoare de 220 Ohm (100 bucăți: link, link)
• 4 x rezistențe 10K (100 bucăți: link, link)
• 1 x driver de motor L293D (link, link)
• 2 x senzor IR TCRT5000L (10 piese: link, link)
• 7 x fire DuPont Feminin-Feminin (40 bucăți: link, link)
• 1 x clip baterie 9V (10 piese: link, link)
• 18 x pini antet masculin (200 de piese: link, deja îndoit la 90 grade link)
• 32 x pini antet feminin (400 piese: link, link)

Cantitățile se aplică numai listărilor în care se vinde un singur articol (Arduino și motoare), deoarece toate celelalte sunt în vrac și veți avea resturi suplimentare. Atunci când înregistrările depășesc cantitatea necesară, de obicei este mai ieftin să cumperi în vrac decât articolele individuale. Nu mă plâng!

Încă un lucru: totul vine din China și, prin urmare, transportul durează în mod normal o lună, iar uneori două în cazuri extreme. Cu toate acestea, nu am avut niciodată nimic care să nu apară în cele din urmă.

Pasul 2: consumabile: piese (restul lor)

Dar asteapta! Mai este!

Mai aveți nevoie de câteva piese, și anume de piesele imprimate 3D, placa de circuit, bateria și „Hook and Loop Fastner” (Ca Velcro, de exemplu) pentru baterie.

• Hook and loop fastner (eBay Link, un metru din lucruri)
• Baterie (eBay Link, dar cumpărați-o doar de la magazin)

Piese imprimate 3D:

• Fișierele STL sunt la
• Când mergeți la imprimare, redimensionați-le la dimensiunea de 105% și schimbați completarea la 30%. Nu sunt necesare suporturi, stabiliți dacă aveți nevoie de o plută. Antenele se pot potrivi mai ușor pe senzorii de lovire dacă sunt scalate puțin mai mari.

Placă de circuit:

Dacă doriți să încercați să-l gravați singur, continuați. Tot ce trebuie să aveți este la

Ce am făcut (modalitatea mai ușoară, dacă nu aveți deja lucrurile):

• Am folosit www.pcbway.com și vă vor permite să faceți 5 piese pentru 5 USD, fără a lua în considerare transportul. Când facem aproximativ 20 de piese pentru taberele STEM, costă aproximativ 24 USD, transportul inclus.
• Creați un cont cu ei, încărcați fișierul zip gerber și vă vor primi numărul de panouri solicitate.

Pasul 3: Consumabile: Instrumente

Acum este posibil să aveți deja lucruri pe care le aveți, dar voi oferi linkuri aici oricum.

Instrumente: (Link-uri către Amazon)

• Fier de lipit (7 dolari pe Amazon, dar le-am folosit în tabere și sunt foarte impresionat, depășesc cele 25 de dolari pe care le avem.)
• Solder (Vine cu fierul de călcat de 7 USD, deci nu mai aveți nevoie acum, dar acest lucru vă va dura pentru totdeauna)
• Mâinile ajutătoare (Nu este necesar, nu m-am cumpărat încă, dar sigur fac viața mai ușoară)
• Solder Sucker (Foarte util când nu este înfundat)
• Detergent pentru lână din alamă (pentru a vă menține vârful de fier în stare bună)
• Suport pentru fier de lipit (deci nu puneți accidental brațul pe fier)
• Mașini de tuns sârmă (veți avea nevoie de acestea)
• Wire Strippers (Puteți face fără, dar vă fac viața mult mai ușoară)
• Cleste pentru nas cu ac (Nu este absolut necesar, dar frumos)
• Pistol și lipici de înaltă temperatură cu temperatură înaltă (lipiciul CA sau altceva ar putea funcționa și el)

Cheltuitorul conservator poate clătină din cap la această imensă masă de instrumente care trebuie achiziționate, dar rețineți - fiecare dintre aceste instrumente, dacă este îngrijit corespunzător, va dura ani de zile și poate fi folosit și pentru o varietate de lucruri făcând mici roboți. (Acestea fiind spuse, te simt!)

Pasul 4: ansamblul senzorului motorului și al dispozitivului de defectare: tăiați, decupați, firele de tablă

Să începem cu firele pentru senzorii și motoarele Bump. Va trebui să vă configurați un fier de lipit și un loc de muncă pentru lipit și este posibil să doriți o formă de ventilație. Un ventilator mic, de viteză mică, este frumos.

1. Separați 2 seturi de 4 fire de la jumperii feminini la cei feminini.
2. Utilizați tăietori de sârmă pentru a le tăia în mijlocul fiecărui set.
3. Folosind decapantele, îndepărtați aproximativ 5 mm sau 1/4 de izolație de pe capetele firelor.
4. Separați capetele sârmei, apoi răsuciți firele individuale de cupru pentru a le menține ordonate.
5. Întindeți fiecare capăt al firului ținând fierul tău conservat deasupra firului, în timp ce aplicați firul pe lipit.

Când ați terminat, ar trebui să aveți 4 seturi de 2 fire fiecare, cu 2 fire cosite la un capăt și 2 conectori de sex feminin la fiecare capăt.

Pasul 5: Ansamblul senzorului motorului și al amortizorului: motoare și senzori de lipit

Păstrați-vă fierul de lipit, pentru că încă nu am terminat …

1. Pentru fiecare set de fire, îndoiți capetele conservate la 180 de grade.
2. Introduceți capetele de sârmă în clapele conectorilor de pe motoare și senzorii de lovire, așa cum se arată în imagini.
3. Asigurați cumva motoarele și senzorii.
4. Folosind fierul tău de conserve, lipiți firele pe filele conectorului.

Pasul 6: Ansamblul senzorului IR: tăiat, dezbrăcat, 'n cositor

După terminarea motoarelor și a senzorilor de lovire, este timpul să treceți la senzorii IR.

• Separați un set de 3 fire de sex feminin.
• Tăiați-le în jumătate.
• Îndepărtați aproximativ 5 mm sau 1/4 inch de izolație de pe capete.
• Întindeți firele ținându-le pe lipit, apoi aplicați fierul tău conservat.

Când ați terminat, ar trebui să aveți 2 seturi de 3 fire cu conectorii de sex feminin la un capăt și capetele de sârmă cositorite pe celălalt.

Pasul 7: Ansamblul senzorului IR: Pregătiți senzorii

Aceasta este probabil cea mai grea lipire pe care va trebui să o faceți. Nu vă grăbiți!

1. Folosiți tăietorul pentru a tăia cablurile suplimentare, lăsând aproximativ 5 MM sau 1/4 inch expuse de corpul de plastic al senzorului.
2. Descoperiți orientarea senzorului pe baza imaginii.
3. Îndoiți cablul GND pentru LED-ul albastru pentru a contacta cablul GND al LED-ului negru.
4. Fixați senzorii, apoi folosiți fierul de lipit pentru a realiza o conexiune de lipit între cablurile GND pe care le-ați conectat.

Pasul 8: Ansamblu senzor IR: fire de lipit

Acum suntem gata să conectăm firele la senzorii IR.

1. Separați capetele firelor, astfel încât să aveți firele individuale separate de aproximativ 2,5 cm sau 1 inch.
2. Începeți să lipiți firele, în ordine, la fiecare dintre cele 3 conductoare de la senzor.
3. Dacă folosiți bandă de mascare ca mine, când ați terminat cu o parte, întoarceți senzorul și lipiți cealaltă parte.

Notă: Întrucât firele DuPont sunt colorate aleatoriu, nu este ușor să rămâneți cu o convenție de culoare, așa că aș recomanda doar păstrarea acesteia între perechile de senzori. De obicei, încerc să le fac în ordine, cu GND, Sense și apoi + 5V, cea mai închisă culoare finală fiind GND.

Pasul 9: Asamblați cablul bateriei

Nu în ultimul rând, va trebui să lipim împreună cablul bateriei.

• Obțineți ultimele lungimi cu 2 pini de anteturi masculine, apoi împingeți bucata separatoare de plastic în jos până la aproximativ mijlocul știfturilor.
• Cu ajutorul unui clește, îndoiți o parte la un unghi de 90 de grade.
• Asigurați-o cumva (am folosit o bucată de spumă, apoi am adăugat bandă de mascare pentru a menține antetele la locul lor când s-a topit spuma).
• Întindeți fiecare pin, astfel încât să fie ușor să lipiți firele.
• Asigurându-vă că polaritatea este corectă (roșu = +, negru = -), lipiți conectorul bateriei la pini.

(Dacă conectorii bateriei nu vin pre-decupați și cosiți, va trebui să faceți acest lucru.)

În retrospectivă, ar putea fi o idee bună să puneți o bucată mică de tub termocontractabil peste îmbinarea dintre fire și știfturi de cap.

Pasul 10: ia o pauză

Acum că ați terminat senzorii și motoarele, este o idee bună să faceți o pauză. Am asamblat o mulțime de piese pentru ProtoBots și încă mai trebuie să fac pauze din când în când.

În timp ce faceți pauză, mergeți mai departe și profitați de ocazie pentru a curăța toate bucățile de izolație metalică și de sârmă de pe spațiul dvs. de lucru. Apoi, ia o gură de aer proaspăt și ia-ți o băutură plăcută din ceva răcoritor.

Când vă simțiți suficient de revigorat, nu ezitați să continuați!

Pasul 11: Asamblați Arduino

Să continuăm cu el, începând cu punerea Arduino laolaltă.

• Scoate Arduino din punga de plastic în care a intrat
• Găsiți cele două lungimi de 15 pini ale anteturilor și introduceți-le, cu partea scurtă în sus, în Arduino, așa cum se arată.
• Introduceți arduino într-o placă pentru a vă asigura că anteturile rămân la unghiul corect în timpul lipirii.
• Începând de la colțuri, lipiți fiecare pin pe Arduino.

Când ați terminat, verificați dacă există lipire care să pună în legătură cele două pini. Pentru a elimina excesul de lipit, topește-l în mijloc cu fierul de călcat, apoi trage-l înapoi departe de știfturi. Dacă acest lucru nu funcționează, încercați să aspirați excesul cu ventuzele de lipit.

Veți observa că nu am lipit setul de 6 pini - Aceștia sunt pinii ICSP, utilizați pentru programarea acestuia fără USB. Nu avem nevoie de ele pentru ProtoBot, dar puteți alege să le lipiți, dacă doriți.

Pasul 12: Asamblați placa: Adunați piese

Ar trebui să aveți toate piesele de care aveți nevoie pentru tablă, dar luați un moment pentru a le aduna în cantitățile de care aveți nevoie.

• 1 x ProtoBotBoard
• 1 x Arduino Nano asamblat
• 2 rezistoare de 220 ohmi
• 4 x rezistențe 10K
• 1 x 14 pini lungime de pini antet masculin
• 2 x 15 pini lungimea pinilor antet feminin
• 1 x 2 pini lungimea pinilor antet feminin
• 1 x cip driver de motor L293D

Pentru a tăia antetele de sex feminin, folosesc tăietoare de sârmă și le fixez pe un știft suplimentar. Va trebui să sacrificați un știft pentru fiecare tăietură, dar oricum ar trebui să vă rămână mult.

Pasul 13: Asamblați placa: știfturi feminine pentru antet

Puteți sări peste pinii antetului feminin, dacă doriți, dar face mai ușoară reutilizarea Arduino sau depanarea în cazul în care ceva nu merge bine.

1. Introduceți Arduino în pinii antetului feminin. (În acest caz, îl folosim doar pentru a le menține aliniate)
2. Introduceți ansamblul pin Arduino / antet în placă și fixați-l pe placă.
3. Începând de la știfturile de colț, lipiți știfturile de la capătul feminin pe tablă.

Pasul 14: Asamblați placa: Chipul driverului motorului de lipit

E timpul să lipiți șoferul motorului!

1. Introduceți driverul motorului în placă, cu crestătura din partea superioară a cipului aliniată cu spațiul din conturul plăcii.
2. Asigurați-l cu o bandă de mascare.
3. Lipiți fiecare pin, începând cu cele din colț, apoi continuând cu restul.

Pasul 15: Asamblați placa: rezistențe de lipit 10K

Când ați terminat cu șoferul motorului, vom trece la rezistențele de 10K.

1. Găsiți 4 rezistențe de 10K. Ar putea fi de culoare albastră sau cafenie, dar oricare ar fi acestea, ar trebui să se potrivească benzilor de culori din diagramă.
2. Îndoiți cablurile de pe fiecare rezistor la un unghi de 90 de grade în jos.
3. Introduceți fiecare dintre cele 4 rezistențe în punctele marcate cu "10K" de pe tablă.
4. Folosiți bandă de mascare pentru a le fixa pe tablă (Sau pur și simplu îndoiți cablurile, dar banda de mascare funcționează mai bine).
5. Lipiți fiecare, având grijă să nu completați celelalte găuri din jurul lor.
6. Când ați terminat, decupați cablul suplimentar de deasupra îmbinării de lipit, apoi scoateți banda de mascare.

Notă: rareori am avut probleme cu acest lucru, dar uneori tăierea cablurilor după lipire poate rupe urmele de pe placă, care de obicei nu poate fi reparată. Ai grijă!

Pasul 16: Asamblați placa: lipiți rezistoarele de 220 Ohm

Acum să facem rezistențele de 220 ohmi.

1. Ca și în cazul rezistențelor de 10K, cele 220 ar putea fi de culoare cafenie sau albastră, asigurați-vă că se potrivesc benzilor de culori, așa cum se arată în diagramă.
2. Îndoiți cablurile la 90 de grade, apoi introduceți-le în punctele marcate cu „220”.
3. Asigurați-le cu bandă de mascare sau îndoiți cablurile.
4. Lipiți cablurile în tablă.
5. Când ați terminat, tăiați cablurile, apoi scoateți banda de mascare.

Pasul 17: Asamblați placa: pinii antetului senzorului

Să trecem la anteturi pentru conectarea senzorilor.

1. Împărțiți setul de anteturi masculine cu 14 pini în lungimi de 4 x 2 pini și 2 x 3 pini.
2. Folosiți bandă de mascare pentru a fixa anteturile, cu partea scurtă în jos, în petele plăcilor marcate cu „BL”, „BR” (lungimi cu 2 pini) și „IRR” și „IRL” (lungimi cu 3 pini). Vă vor rămâne 2 seturi de lungimi cu 2 pini, nu vă faceți griji pentru ele pentru moment.
3. Lipiți știfturile în poziție din partea inferioară a plăcii. Am făcut lungimile cu 2 pini și 3 pini separat, dar le puteți face pe toate împreună.
4. Scoateți banda de mascare

Pasul 18: Asamblați placa: știfturile antetului motorului

Vă amintiți acele două lungimi suplimentare ale antetului cu 2 pini? Le vom folosi pentru a conecta motoarele.

1. Cu ajutorul unui clește, îndoiți partea mai lungă a cablurilor la un unghi de 90 de grade.
2. Introduceți-le în petele de pe tablă marcate cu „MR” și „ML”.
3. Asigurați-le cu bandă de mascare.
4. Lipiți-le pe loc, apoi scoateți banda de mascare.

Pasul 19: Asamblați placa: conectorul bateriei

Aproape gata! Trebuie doar să adăugăm conectorul bateriei.

1. Obțineți lungimea cu 2 pini a știfturilor de sex feminin și introduceți-le în locul de pe tablă marcat cu „Bat”.
2. Asigurați-le pe loc cu o bucată de bandă de mascare.
3. Lipiți știfturile în tablă, apoi scoateți banda de mascare.

Pasul 20: Asamblați placa: verificați totul

Înainte de a termina, aruncați o privire la tablă și asigurați-vă că totul este cum și unde ar trebui să fie.

Verifica pentru:

• Poduri de lipit (când lipirea conectează doi pini împreună)
• Lucrurile sunt plasate într-un mod greșit sau într-un loc greșit
• Pinuri conectate / lipite necorespunzător

Podurile de lipit sunt suficient de ușor de reparat, trebuie doar să folosiți o ventuză de lipit și un fier de călcat fierbinte pentru a scăpa de plus.

Lucrurile care au fost lipite într-un mod greșit vor trebui dezlipite și puse înapoi în modul corect. Aceeași procedură ca și înlăturarea podurilor, pur și simplu faceți-o la fiecare știft pe orice trebuie eliminat.

Pasul 21: Ia o pauză

Până acum, lipiți de ceva vreme. Ar putea fi o idee bună să faceți o pauză, să respirați aerul proaspăt și să întindeți mușchii gâtului.

În timp ce vă aflați, puteți curăța lucrurile de lipit și puteți pune fierul de călcat, apoi setați pistolul cu lipici fierbinte pentru a începe încălzirea.

Pasul 22: Asamblarea robotului: Adunați piese

Acum sunteți gata să asamblați ProtoBot!

Să ne asigurăm că aveți piesele de care aveți nevoie.

• 1 x ProtoBotBoard cu Arduino Nano introdus
• 1 x bază imprimată 3D
• 2 piese de antenă tipărite 3D
• 4 suporturi pentru tablă tipărită 3D
• 2 x senzori Bump
• 2 x senzori IR
• 2 x motoare cu angrenaj N20
• 2 x roți din plastic de 39 mm (gaură interioară cu diametru de 3 mm)
• 1 x conector baterie
• 1 x baterie de 9V
• 1 set de Hook and Loop Fastner (Ca Velcro), tăiat la aproximativ lungimea bateriei de 9V

De asemenea, veți avea nevoie de un pistol și lipici fierbinte, de preferință High-Temp.

Pasul 23: Asamblarea robotului: lipirea motoarelor

Să începem cu motoarele

• Puneți o băutură generoasă de adeziv fierbinte în suporturile motorului.
• Așezați motoarele în suporturi, firele ieșind din spatele robotului.

Notă: Aveți grijă să nu primiți adeziv fierbinte în zona în care vor fi cutiile de viteze, acestea se vor guma și nu vor funcționa. În general, așez pata de lipici pe capetele suporturilor motorului care sunt cele mai apropiate de mijlocul robotului pentru a mă asigura că nu se deplasează până la capete, acolo unde este cutia de viteze.

Pasul 24: Ansamblul robotului: senzori de lovire

Să facem acum senzorii de lovire.

• Montați antena pe un senzor de lovire, așa cum se arată.
• După ce l-ați pus, puteți adăuga un pic de adeziv fierbinte pentru a-l asigura, dacă doriți.
• Puneți pete de adeziv fierbinte pe fiecare platformă a senzorului de umflare de pe bază.
• Apăsați senzorii de lovire în poziție, asigurându-vă că sunt aliniați cu marginile platformei.

Notă: În funcție de cât de bine funcționează imprimanta dvs., antena poate fi greu de pus. Doar aveți grijă să nu așezați senzorii de umflare sau să le rupeți. (Acesta este motivul pentru care imprimarea lor puțin mai mare ajută foarte mult)

Pasul 25: Ansamblul robotului: senzori IR

Senzori EyeR! (Hehe, Geddit? Ok, ok, ochiul se va opri acum)

• Puneți un pic de clei în partea superioară a suporturilor senzorului IR.
• Îndoiți firele de la senzorii IR în afară, apoi introduceți-le în suporturi, astfel încât vârfurile să iasă puțin.

Pasul 26: Asamblarea robotului: Atașați placa

Să atașăm tabloul la Robot acum.

• Pregătiți-vă cele 4 suporturi pentru plăci de circuit.
• Puneți o picătură de adeziv fierbinte pe fiecare colț al tablei.
• Atașați suporturile plăcii la fiecare colț.
• După ce ați terminat, puneți o picătură de adeziv fierbinte pe fiecare suport.
• Atașați placa la corpul robotului, cu driverul motorului și pinii spre spate și pinii de conectare a senzorului spre față.

Pasul 27: Asamblarea robotului: conectați fire, adăugați roți

Să conectăm toți senzorii și motoarele.

• Luați firele de la senzorul IR și de la senzori IR și introduceți-le prin gaura din baza robotului.
• Conectați motorul din stânga la portul etichetat „ML”
• Conectați motorul potrivit la portul etichetat „MR”
• Atașați roțile la motoare.
• Dacă sunt roz, vor avea o gaură în formă de "D" care trebuie să se alinieze cu locul plat de pe arborele motorului.
• Dacă sunt galbene, pot continua însă, dar probabil că veți dori să adăugați niște lipici pentru a vă asigura că nu se învârt doar.
• Conectați senzorii de protecție stânga și dreapta în porturile respective, etichetate „BL” și „BR”. Ordinea firelor nu contează aici.(Rețineți că senzorul din dreapta nu se va conecta la portul din dreapta, deoarece antena este de fapt în stânga.)
• Aflați care sunt firele care sunt pe senzorii IR, pe baza diagramei și care sunt firele, apoi conectați-le la pinii corecți de pe placă, etichetați PWR, IN și GND. (Senzor drept în „IRR”, senzor stâng în „IRL”).

Pasul 28: Asamblarea robotului: atașați bateria de 9V

Acum vom atașa bateria.

• Obțineți dispozitivul de fixare cu cârlig și buclă (IE, Velcro) și tăiați câte o bucată din fiecare parte atât cât durează bateria.
• Atașați o parte la partea inferioară a bazei, unde merge bateria.
• Aflați în ce direcție va sta bateria, pe baza direcției firelor care vin de la cablul bateriei, apoi atașați dispozitivul de fixare cu cârlig și buclă (IE, Velcro), astfel încât să se potrivească corect. (Vezi imagini. Nu contează prea mult dacă nu o orientezi corect.)
• Introduceți firul de la baterie prin orificiul din bază.

Pasul 29: Finalizat

Conectați bateria! Dacă nu scapă niciun fum magic, ești bun!

Următorul pas este să-l programați, dar vom acoperi acest lucru într-un alt instructable. (Voi face legătura aici, imediat ce o voi face)

Dacă sunteți nerăbdător, nu puteți aștepta și știți cum să utilizați bibliotecile Arduino, biblioteca poate fi găsită aici:

Dacă doriți să aflați mai multe despre ProtoBots în general și / sau Proiectul ProtoBot, vizitați https://theprotobotproject.wordpress.com sau ProtoBots Github, la