Robot de desen ieftin, compatibil Arduino: 15 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

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 4xAA 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

Acest proiect este licențiat sub Creative Commons și utilizează piese 3D bazate pe modele realizate de alții (așa cum este indicat în secțiunea următoare), dintre care cea mai restrictivă este roata, care este necomercială. Asta înseamnă că acest proiect trebuie să fie și necomercial. Nu fi tipul ăsta.

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

  • Hardware sub licență CC BY-SA
  • Software (Bootloader) sub licență GPL
• 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
• 16- Jumperi bărbați-bărbați- adafruit.com/products/759
• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - Comutator glisant SPDT - adafruit.com/product/805 sau www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Antet pin masculin- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x Suport AA- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- Cablu micro USB
• 4- Baterii AA

* Notă: Consultați ultimul pas pentru o discuție despre utilizarea plăcilor Arduino sau Raspberry Pi obișnuite.

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/=yskc6u

Părți imprimate 3D (consultați www.3dhubs.com dacă nu aveți acces la o imprimantă):

• 1 x rulment cu rulment cu bile - thingiverse.com/thing:1052674 (pe baza lucrărilor de onebytegone, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Șasiu - thingiverse.com/thing:1053269 (lucrare originală de Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 2 x Roți - thingiverse.com/thing:862438 (pe baza lucrărilor lui Mark Benson, CC BY-NC 3.0 *)
• 2 x bracket Stepper - thingiverse.com/thing:1053267 (bazat pe lucrarea de jbeale, CC BY-SA 3.0)
• 1 x suport pentru stilou / suport pentru servodirect - thingiverse.com/thing:1052725 (lucrare originală de Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Pen Collar - thingiverse.com/thing:1053273 (lucrare originală de Maker's Box, CC BY-SA 3.0)

* Notă: CC BY-NC este o licență necomercială

Instrumente și consumabile:

• 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.

Pentru a vorbi cu Trinket Pro, veți avea nevoie de:

1. Driver de la
2. Software Arduino de la

Lady Ada și echipa Adafruit au creat un set de instrucțiuni mult mai bun în linkurile de mai sus decât pot oferi eu. Vă rugăm să le folosiți dacă sunteți blocat.

Notă: Singurul truc care face Trinket diferit de Arduino obișnuit este că trebuie să resetați placa înainte de a încărca schița.

Pasul 3: Suport stilou și Suport baterie

1. Instalați suportul pentru stilou cu suportul pentru servomotor pe partea mai scurtă a șasiului (imaginea 1).
2. Introduceți piulițele în partea superioară a șasiului (imaginea 2)
3. Atașați suporturile bateriei pe partea de jos a șasiului folosind șuruburi cu cap plat de 3Mx6mm (Imaginile 3 și 4).
4. Infilați cablurile bateriei prin cablurile dreptunghiulare (Imaginile 4 și 5).
5. Repetați pentru celălalt suport al bateriei.

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

Pasul 4: Roți

1. Testați montarea roții pe arborele pas cu pas (Imaginea 1).

   1. Dacă este prea strâns, puteți încălzi butucul roții cu un uscător de păr sau un pistol cu aer cald și apoi introduceți arborele.
   2. Dacă este prea slab, puteți utiliza un șurub de 3Mx8mm pentru a-l ține de platul arborelui (imaginea 2).
   3. Dacă sunteți un perfecționist, vă puteți calibra imprimanta și o puteți face corect.
2. Așezați inelul în jurul marginii roții (Imaginile 3 și 4).
3. Repetați pentru cealaltă roată.

Pasul 5: 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 6: 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.

Pasul 7: Breadboard

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

Pasul 8: Putere

1. Așezați microcontrolerul, driverul darlington și comutatorul de alimentare pe placa de pâine (Imaginea 1).

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

     • Pinul 1 al șoferului darlington.
     • Știftul bateriei microtroller-ului.
     • Întrerupătorul de poziție „pornit”.

2. Cu cablurile bateriei din dreapta:

   1. Conectați linia roșie la primul pin al întrerupătorului de alimentare (imaginea 2).
   2. Conectați cablul negru la un rând gol între microcontroler și cipul Darlington (Imaginea 2).

3. Cu cablurile bateriei din stânga:

   1. Conectați linia roșie la același rând ca firul negru al celeilalte baterii (Imaginea 3).
   2. Conectați linia neagră la șina negativă a panoului (imaginea 3).

4. Conectați alimentarea la microcontroler:

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

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

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

Pasul 9: anteturi și cabluri servo

Pinii antetului de sex masculin ne permit să conectăm conectorii servo JST cu 5 pini la alimentare și driverul darlington (Imaginea 1):

1. Primul antet cu 5 pini începe un rând în fața șoferului darlington.
2. Al doilea antet servo ar trebui să se alinieze cu capătul driverului darlington.

Înainte ca cablarea să devină complicată, permiteți să conectați servo-ul:

1. Adăugați un antet cu 3 pini pentru servo pe marginea dreaptă a secțiunii înainte a panoului (imaginea 2).
2. Adăugați un jumper roșu de la știftul central pe partea pozitivă a șinei de alimentare.
3. Adăugați un jumper negru sau maro de la știftul exterior la partea negativă a șinei de alimentare.
4. Adăugați un jumper colorat de la pinul interior la pinul 8 al microcontrolerului.
5. Instalați claxonul servo cu axul în poziția completă în sensul acelor de ceasornic și brațul extinzându-se spre roata din dreapta (Imaginea 3)
6. Instalați servo-ul în suportul stiloului utilizând șuruburile servo-ului (imaginea 3).
7. Conectați conectorul servo aliniind culorile (Imaginea 4).

Pasul 10: Control pas cu pas

Este timpul să conectați alimentarea pentru șoferul darlington și steppers, care vor fi conduse direct de la baterie:

1. Conectați un jumper negru sau maro de la știftul din dreapta jos dreapta la partea negativă a șinei de alimentare (Imaginea 1).
2. Conectați un jumper roșu de la știftul din dreapta sus la partea pozitivă a șinei de alimentare.
3. Conectați un jumper roșu de la antetul pinului stânga sus la partea pozitivă a șinei de alimentare (imaginea 2).
4. Conectați conectorul pas cu stânga la antetul pinului din stânga cu cablul roșu din partea dreaptă (imaginea 3).
5. Conectați conectorul pas cu pas dreapta la antetul pinului din dreapta cu cablul de citire din partea stângă.

Notă: Conductorul roșu al conectorului pas cu pas este puterea și ar trebui să se potrivească cu cablurile roșii de pe panou.

Pasul 11: Control pas cu pas (continuare)

Acum vom conecta firele de semnal pas cu pas de la microcontroler la partea de intrare a driverului darlington:

1. Începând cu Pinul 6 al microcontrolerului, conectați cablurile pentru patru jumperi de control pentru motorul pas cu pas stânga (Imaginea 1).
2. Potriviți aceste jumperi cu partea de intrare a drăguțului din dreapta. Toate culorile ar trebui să se potrivească cu excepția verde, care se potrivește cu firul roz al pasului (imaginea 2).
3. Începând cu Pinul 13 al microcontrolerului, conectați cablurile pentru cele patru jumperi de control pentru motorul pas cu pas potrivit (Imagine (3).
4. Potriviți aceste jumperi cu partea de intrare a darlington-ului din stânga. Toate culorile ar trebui să se potrivească cu excepția verde, care se potrivește cu firul roz al pasului (imaginea 3).

Pasul 12: Testare și calibrare

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.

Dacă robotul dvs. se mișcă într-un pătrat aproximativ, este timpul să puneți puțină hârtie și să puneți un pix în el (Imaginea 1).

Punctele dvs. de calibrare sunt:

roată plutitoare_dia = 66,25; // mm (creștere = spirală)

float wheel_base = 112; // 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 care se rotesc spre interior (imaginea 2).

Am mărit diametrul la 67 și puteți vedea că se rotea spre exterior (imaginea 3).

Am ajuns în cele din urmă la o valoare de 66,25 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 13: 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).
2. Dacă este slăbit, lipiți-l cu bandă în loc.
3. Verificați dacă va atinge hârtia când brațul servo este coborât.
4. Verificați dacă nu va atinge hârtia când este ridicată (imaginea 2).

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

int PEN_DOWN = 170; // unghiul servo când stiloul este în jos

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

Comenzile stiloului sunt:

penup ();

pendown ();

Pasul 14: 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 15: Alte platforme

Ar putea fi făcut acest robot cu un Arduino obișnuit? Da! Am fost cu Trinket din cauza costului redus și a dimensiunilor mici. Dacă măriți lungimea șasiului, puteți monta un Arduino obișnuit pe o parte și panoul de măsurare pe cealaltă (Imaginea 1). Ar trebui să funcționeze pin-cu-pin cu schița de test, plus că acum puteți ajunge la consola serială pentru depanare!

Ar putea fi făcut acest robot cu un Rasberry Pi? Da! Aceasta a fost prima mea linie de investigație, deoarece am vrut să programez în Python și să o pot controla pe web. La fel ca Arduino la dimensiunea completă de mai sus, trebuie doar să plasați Pi pe o parte, iar panoul de măsurare pe cealaltă (Imaginea 2). Puterea devine principala preocupare, deoarece patru AA nu o vor întrerupe. Trebuie să furnizați aproximativ 1A de curent la 5V stabil, altfel modulul WiFi nu va mai comunica. Am descoperit că Modelul A este mult mai bun în ceea ce privește consumul de energie, dar încă mai aflu cum să furnizez energie fiabilă. Dacă îți dai seama, anunță-mă!