Robot de desen pentru Arduino: 18 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Notă: Am o nouă versiune a acestui robot care folosește o placă cu circuite imprimate, este mai ușor de construit și are detecție de obstacole IR! Verificați-l la

Am proiectat acest proiect pentru un atelier de 10 ore pentru ChickTech.org al cărui obiectiv este de a introduce femeile adolescente în subiectele STEM. Obiectivele acestui proiect au fost:

• Ușor de construit.
• Ușor de programat.
• A făcut ceva interesant.
• Cost redus, astfel încât participanții să o poată lua acasă și să continue să învețe.

Având în vedere aceste obiective, iată câteva opțiuni de proiectare:

• Compatibil Arduino pentru ușurința programării.
• Baterie AA pentru cost și disponibilitate.
• Motoare pas cu pas pentru o mișcare precisă.
• Imprimat 3D pentru personalizare ușoară.
• Graficarea stiloului cu grafica Turtle pentru rezultate interesante.
• Open Source, astfel încât să puteți crea unul dintre dvs.!

Iată robotul care s-a apropiat cel mai mult de ceea ce am vrut să fac: https://mirobot.io. Nu am un dispozitiv de tăiat cu laser și transportul din Anglia a fost prohibitiv. Am o imprimantă 3D, așa că cred că puteți vedea unde se îndreaptă acest lucru…

Nu lăsați lipsa unei imprimante 3D să vă descurajeze. Puteți găsi pasionați locali care doresc să vă ajute la www.3dhubs.com

A fost nevoie de multă muncă, dar sunt mulțumit de modul în care a ieșit. Și, am învățat destul de mult în acest proces. Spune-mi ce părere ai!

Pasul 1: Piese

Există mai multe moduri de a alimenta, conduce și controla roboții. Este posibil să aveți la îndemână diferite părți care vor funcționa, dar acestea sunt cele pe care le-am încercat și le-am găsit să funcționeze bine:

Electronică:

• 1- Arduino UNO sau echivalent- adafruit.com/products/50

  Adafruit este acum Fabrica SUA pentru Arduino Genuine! Ia-le de la sursă

• 2- Geared 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- Driver ULN2803 Darlington - adafruit.com/products/970
• 1- Panou de dimensiuni jumătate- adafruit.com/products/64

• 12- Jumperi bărbați-bărbați- adafruit.com/products/1956

  Cel puțin două ar trebui să aibă 6 ", restul să fie de 3"

• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1- Antet pin masculin- digikey.com/short/t93cbd
• 1- 2 x Suport AA- digikey.com/short/tz5bd1
• 1 -3 x Suport AA- digikey.com/short/t5nw1c
• Condensator 1 -470 uF 25V - www.digikey.com/product-detail/en/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• 1 comutator glisant SPDT - www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Cablu micro USB
• 5 - Baterii AA

Hardware:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Rulment cu role de 5/8 "- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- Șurub cu cap pană M3 x 8mm- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- Șurub cu cap plat M3 x 6mm- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• 2 - 1/4 "filet format 4-20 șuruburi

Piese tipărite (verificați www.3dhubs.com dacă nu aveți acces la o imprimantă):

• https://www.thingiverse.com/thing:1091401

  • 1 x Rola rulment cu bile
  • 1 x șasiu
  • 2 x roți
  • 2 x consolă pas cu pas
  • 1 x Suport pentru stilou / suport pentru servo
  • 1 x guler stilou
• Folosesc rezoluție mică, umplere 100% și nu am suport. Tipărirea este în valoare de aproximativ 4 ore.

Provizii:

• Surubelnita Phillips
• Pistol de lipit fierbinte
• Multimetru digital
• Cuțit ascuțit
• Markere colorate Crayola

Pasul 2: Blițează firmware-ul

Înainte de a ajunge prea departe în construcție, permiteți încărcarea firmware-ului de testare pe microcontroler. Programul de testare atrage doar casetele, astfel încât să putem verifica direcția și dimensiunea corespunzătoare.

1. Descărcați software-ul Arduino de pe www.arduino.cc/en/Main/Software
2. Deschideți software-ul Arduino.

3. Descărcați fișierul zip atașat și dezarhivați-l în locația caietului de schițe Arduino.

   Puteți găsi (sau schimba) această locație în ID-ul Arduino: [Fișier] -> [Preferințe] -> „Locație Sketchbook”

4. Încărcați schița de testare: [Fișier] -> [Sketchbook] -> [TIRL_Arduino_TEST]
5. Atașați Arduino la computer cu un cablu USB.

6. În IDE-ul Arduino:

   1. Setează tipul tău de placă: [Instrumente] -> [Placă] -> Tipul tău de placă.
   2. Setați portul serial: [Instrumente] -> [Port] -> De obicei, ultimul listat.
7. Încărcați schița folosind pictograma săgeată.

Dacă aveți probleme, consultați www.arduino.cc/en/Guide/Troubleshooting pentru ajutor.

Pasul 3: Suport stilou și Suport baterie

1. Introduceți piulițele în partea superioară a șasiului (imaginea 1). Poate că va trebui să le apăsați.
2. Instalați suportul pentru stilou cu suportul pentru servomotor în partea superioară a șasiului (imaginea 2 și 3).

3. Atașați suporturile bateriei pe partea de jos a șasiului folosind șuruburi cu cap plat de 3Mx6mm (Imaginea 4)

   • Aveți nevoie de cel puțin 5xAA pentru a alimenta corect un Arduino prin intermediul regulatorului de la bord. Șase ar funcționa la fel, așa că am inclus găuri pentru ambele dimensiuni pe ambele părți.
   • Vrei ca greutatea să se deplaseze spre rotor, așa că așează 3xAA spre spate.
   • Orientați suporturile astfel încât cablurile să fie cele mai apropiate de cablurile dreptunghiulare.
4. Înfilați cablurile bateriei prin cablurile dreptunghiulare (imaginea 4).
5. Repetați pentru celălalt suport al bateriei.

Notă: Cu excepția cazului în care se specifică, restul șuruburilor sunt șuruburi cu cap panoramic de 3Mx8mm

Pasul 4: Backets Backper

1. Introduceți o piuliță în consola pas cu pas și atașați-o la partea superioară a șasiului cu un șurub (Imaginea 1).
2. Introduceți pasul în consolă și atașați-l cu șuruburi și piulițe.
3. Repetați pentru cealaltă paranteză.

Pasul 5: Rolați

1. Introduceți rulmentul cu bile în rotor.

   Nu-l forțați sau se va sparge. Utilizați un uscător de păr sau un pistol cu aer cald pentru a înmuia materialul, dacă este necesar

2. Atașați rotorul la partea inferioară a șasiului în fața suportului bateriei.

Am încercat alte obiecte rotunde, cum ar fi marmura, dar netedă și grea pare să funcționeze bine. Dacă aveți nevoie de un diametru diferit, puteți edita fișierul openScad (https://www.thingiverse.com/thing:1052674) pentru a se potrivi cu ceea ce aveți la îndemână.

Pasul 6: Panou și creiere

1. Îndepărtați unul dintre șinele electrice cu ajutorul unui cuțit ascuțit, tăind adezivul inferior (imaginea 1).

   O șină are putere (roșu) pe marginea exterioară, iar alta negativă (albastră). Îl țin pe primul atașat și se va potrivi cu schemele și fotografiile. Dacă îl utilizați pe celălalt, reglați firele în consecință

2. Ținând panoul peste șinele șasiului, marcați unde intersectează marginea (imaginea 2).
3. Folosind o margine dreaptă (cum ar fi șina electrică îndepărtată), marcați liniile și tăiați fundul (imaginea 3).
4. Așezați panoul pe șasiu cu șinele atingând adezivul expus (imaginea 4).
5. Atașați Arduino la cealaltă parte a șasiului folosind 4-20 șuruburi (Imaginea 5).

Pasul 7: Plasarea condensatorului și a pieselor

1. Așezați driverul darlington și comutatorul de alimentare pe placa de panificație (imaginea 1).

   • Am adăugat puncte portocalii pentru vizibilitate pentru a marca următoarele:

     • Pinul 1 al șoferului darlington
     • Știftul bateriei microtroller-ului. Comutatorul de alimentare este poziția „pornit”.
2. Tăiați cablurile condensatorului dacă este necesar (mai mult este negativ) (Imaginea 2).
3. Introduceți condensatorul în șinele corecte de pe partea superioară a panoului (imaginea 3).

Pasul 8: Putere

1. Cu cablurile bateriei din dreapta: Conectați linia roșie la primul pin al întrerupătorului de alimentare (Imaginea 1).
2. Conectați cablul negru la un rând gol între microcontroler și cipul Darlington (Imaginea 1).
3. Cu cablurile bateriei din stânga: Conectați linia roșie la același rând cu cablul negru al celeilalte baterii (Imaginea 2).
4. Conectați linia neagră la șina negativă a panoului (imaginea 2).

5. Conectați alimentarea la microcontroler:

   1. Jumper roșu de la șina pozitivă la știftul bateriei (punct portocaliu, imaginea 3).
   2. Jumper negru de la șina negativă la știftul marcat cu „G” (Imaginea 4).
6. Instalați bateriile și porniți alimentarea (Imaginea 5).
7. Ar trebui să vedeți luminile verzi și roșii ale controlerului aprinse (imaginea 6).

Depanare:

• Dacă luminile microcontrolerului nu se aprind, opriți imediat alimentarea și depanați:

  • Bateriile instalate în orientarea corectă?
  • Verificați dublu poziționarea cablurilor bateriei.
  • Comutatorul de verificare dublă poziționează cablurile.
  • Folosiți un multimetru pentru a verifica tensiunile bateriilor.
  • Folosiți multimetru pentru a verifica tensiunile șinei de alimentare.

Pasul 9: Putere pas cu pas

Acum că ați alimentat microcontrolerul, haideți să terminăm cablarea puterii la steppers:

1. Conectați un jumper negru de la știftul stânga sus la partea negativă a șinei de alimentare (Imaginea 1).
2. Conectați un jumper roșu de la știftul din stânga jos la partea pozitivă a șinei de alimentare (Imaginea 1).
3. Conectați un jumper roșu de la știftul din stânga jos la un rând în dreapta lui Darlington (Imaginea 2).
4. Introduceți anteturile pinilor pentru conectorii JST albi ai pasului (imaginea 2).

Pasul 10: Semnalele de control pas cu pas

Microcontrolerul furnizează semnale de 5 volți către matricea darlington care, la rândul său, furnizează VCC bobinelor pas cu pas:

1. Începeți cu știftul de lângă știftul de la sol pe driverul Darlington și instalați firele portocalii, galbene, verzi și albastre în această ordine (Imaginea 1).

2. Atașați jumperii la următorii pini arduino (imaginea 2):

   1. portocaliu - PIN digital 4
   2. galben - PIN digital 5
   3. verde - Pin digital 6
   4. albastru - PIN digital 7

3. Înapoi la Darlington, continuați săritorul pentru celălalt pas în spatele celorlalte:

   albastru, verde, galben și portocaliu (Imaginea 3)

4. Atașați jumperii la următorii pini arduino (imaginea 4):

   1. albastru - Pinul digital 9 (pinul 8 utilizat din urmă pentru servo).
   2. verde - PIN digital 10
   3. galben - PIN digital 11
   4. portocaliu - Pin digital 12

Pasul 11: Conexiuni bobină pas cu pas

Conectorii JST albi ai stepperului se atașează la antetul pinului. Conductorul roșu este alimentat și ar trebui să se potrivească cu jumperii de putere roșii pe care i-am instalat anterior (Imaginea 1).

Toate culorile ar trebui să se potrivească cu jumperii microcontrolerului de pe partea opusă a lui Darlington, cu excepția verdelui, care se potrivește cu firul roz al stepperului (Imaginea 2).

Pasul 12: Servo

1. Instalați claxonul servo cu servo rotit în sensul acelor de ceasornic până la oprire și claxonul orizontal (imaginea 1).
2. Atașați servo-ul la suport și claxonul îndreptat spre partea dreaptă a pasului (imaginea 1).
3. Atașați jumperii de culoare maro (la sol), roșu (putere 5V) și alb (semnal) în conectorul servo, potrivind culorile sârmei servo (imaginea 2).
4. Atașați jumperii de putere și sol la sol și la antetul de 5V de pe Arduino (imaginea 3).
5. Conectați firul de semnal alb la pinul digital 8 al Arduino (imaginea 4).

Pasul 13: Roți

1. Așezați inelul din cauciuc în jurul marginii roții (Imaginea 1).

2. Dacă fixarea butucului pe osie este slăbită, puteți utiliza un șurub de 3M pentru a-l menține în poziție (imaginea 2).

   Nu-l strângeți prea mult sau veți dezlipi plasticul

Pasul 14: Testarea

Sperăm că ați încărcat deja firmware-ul la pasul 2. Dacă nu, faceți-l acum.

Firmware-ul de testare desenează un pătrat în mod repetat, astfel încât să putem verifica direcția și acuratețea.

1. Așezați robotul pe o suprafață netedă, plană și deschisă.
2. Porniți alimentarea.
3. Urmăriți robotul dvs. desenând pătrate.

Dacă nu vedeți lumini pe microcontroler, întoarceți-vă și provocați puterea ca la Pasul 8.

Dacă robotul dvs. nu se mișcă, verificați dublu conexiunile de alimentare la driverul darlington la pasul 9.

Dacă robotul dvs. se mișcă neregulat, verificați dublu conexiunile pin pentru microcontroler și driverul darlington la pasul 10.

Pasul 15: Calibrare

Dacă robotul dvs. se mișcă într-un pătrat aproximativ, este timpul să puneți puțină hârtie și să puneți un pix în el.

Măsurați diametrul roții (imaginea 1) și ampatamentul (imaginea 2) în milimetri.

Setările de calibrare din cod sunt:

float wheel_dia = 63; // mm (creștere = spirală)

float wheel_base = 109; // mm (mărire = spirală în) int steps_rev = 128; // 128 pentru cutia de viteze 16x, 512 pentru cutia de viteze 64x

Am început cu un diametru de roată măsurat de 65 mm și puteți vedea cutiile rotindu-se în exterior sau în sensul acelor de ceasornic la fiecare pas (imaginea 3).

Am ajuns în cele din urmă la o valoare de 63 mm (imaginea 4). Puteți vedea că există încă o eroare inerentă din cauza genelor de angrenaj și altele. Destul de aproape pentru a face ceva interesant!

Pasul 16: Ridicarea și coborârea stiloului

Am adăugat un servo, dar nu am făcut nimic cu el. Vă permite să ridicați și să coborâți stiloul, astfel încât robotul să se poată deplasa fără să deseneze.

1. Așezați gulerul stiloului pe stilou (Imaginea 1).

   Dacă este slăbit, lipiți-l cu bandă în loc

2. Verificați dacă va atinge hârtia când brațul servo este coborât.
3. Verificați dacă nu va atinge hârtia atunci când este ridicată.

Unghiurile servo pot fi ajustate fie prin scoaterea claxonului și repoziționarea acestuia, fie prin intermediul software-ului:

int PEN_DOWN = 20; // unghiul servo când stiloul este în jos

int PEN_UP = 80; // unghiul servo când stiloul este ridicat

Comenzile stiloului sunt:

penup ();

pendown ();

Dacă doriți să utilizați diferite dimensiuni stilou, va trebui să modificați suportul stiloului (www.thingiverse.com/thing:1052725) și gulerul stiloului (www.thingiverse.com/thing:1053273) cu diametrul corect.

Pasul 17: Distrează-te

Sper că ați făcut este până aici fără prea multe cuvinte blestemate. Anunță-mă cu ce te-ai luptat, astfel încât să pot îmbunătăți instrucțiunile.

Acum este timpul să explorăm. Dacă te uiți la schița testului, vei vedea că ți-am furnizat câteva comenzi standard „Turtle”:

înainte (distanță); // milimetri

înapoi (distanță); stânga (unghi); // grade dreapta (unghi); penup (); pendown (); Terminat(); // eliberați stepper pentru a economisi bateria

Folosind aceste comenzi, ar trebui să puteți face aproape orice, de la desenarea fulgilor de zăpadă sau scrierea numelui dvs. Dacă aveți nevoie de ajutor pentru a începe, verificați:

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

Pasul 18: Alte platforme

Ar putea fi făcut acest robot cu un?

Da! Această platformă este foarte flexibilă. În principal, ar trebui doar să modificați șasiul.

Am făcut-o cu un Raspberry Pi (Imaginea 1) și un Adafruit Trinket (www.instructables.com/id/Low-Cost-Arduino-Compatible-Drawing-Robot/) (Imaginea 2).

Anunță-mă cu ce ai venit!