Arduino -käyttöinen maalausrobotti: 11 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Fusion 360 -projektit »

Oletko koskaan miettinyt, voisiko robotti tehdä lumoavia maalauksia ja taidetta? Tässä projektissa yritän tehdä siitä todellisuuden Arduinolla toimivalla maalausrobotilla. Tavoitteena on, että robotti pystyy tekemään maalauksia yksin ja käyttämään viitekuvaa oppaana taideteoksen kopioimiseksi. Käytin CAD: n ja digitaalisen valmistuksen voimaa luodakseni vankan rungon, johon asensin varren, joka voisi kastaa sivellin johonkin seitsemästä maalisäiliöstä ja piirtää kankaalle.

Robotti on valmistettu yleisistä osista, kuten askelmoottoreista ja servomoottoreista, ja se on suunniteltu toimimaan minkä tahansa maalin kanssa.

Jatka luomalla oma Arduino -käyttöinen maalausrobotti ja pudota äänestys tästä projektista "Paint Challenge" -osiossa, jos pidit projektista ja päätät rakentaa oman version.

Vaihe 1: Yleiskatsaus suunnitteluun

Maalausrobotin suunnittelu on saanut inspiraationsa Roomban puhdistusrobotin rakenteesta. Se koostuu kahdesta suuresta järjestelmästä:

• Käyttöjärjestelmä, joka koostuu kahdesta askelmoottorista, jotka on kiinnitetty pyöriin ja passiivisiin purjelentokoneisiin. Tämän ansiosta robotti voi liikkua mihin tahansa suuntaan kangasta pitkin.
• Harjajärjestelmä, joka koostuu kolmannesta askelmoottorista, joka sijoittaa harjan maalisäiliöiden päälle, ja servomoottorista, joka kastaa sivellimen maaliin.

Robotti voi kuljettaa jopa 7 eri väriä samanaikaisesti. Suunnittelu tehtiin alun perin Autodeskin Fusion 360 -laitteella. Osat vietiin sitten sopiviin formaatteihin laserleikkausta tai 3D-tulostusta varten.

Robotin runko on suunniteltu skaalautuvuutta ajatellen, ja siinä on useita kiinnityspisteitä ja modulaarisia osia. Tämä mahdollistaa saman rungon käyttämisen useissa muissa sovelluksissa. Tässä yhteydessä runkoa käytetään upeiden taideteosten tekemiseen maalilla.

Vaihe 2: Tarvittavat materiaalit

Tässä on luettelo kaikista komponenteista ja osista, joita tarvitaan oman Arduino -käyttömaalausrobotin valmistamiseen. Kaikkien osien pitäisi olla yleisesti saatavilla ja helposti löydettävissä paikallisista rautakaupoista tai verkossa.

ELEKTRONIIKKA:

• Arduino Uno x 1
• Towerpro MG995 -servomoottori x 1
• NEMA17 Askelmoottori x 3
• CNC -suoja V3 x 1
• 11,1 V LiPo -akku x 1

LAITTEISTO:

• M4 mutterit ja pultit
• M3 mutterit ja pultit
• Pyörät (halkaisija 7 cm x 2)
• 3D -tulostimen filamentti (jos sinulla ei ole 3D -tulostinta, paikallisessa työtilassa pitäisi olla 3D -tulostin tai tulosteet voidaan tehdä verkossa melko halvalla)
• Akryylilevyt (3mm)
• Maalit
• Sivellin

TYÖKALUT:

• 3D tulostin
• Laserleikkuri

Ilman työkaluja tämän projektin kokonaiskustannukset ovat noin 60 dollaria.

Vaihe 3: Digitaalisesti valmistetut osat

Suurin osa tähän projektiin tarvittavista osista on räätälöity vaatimusten mukaan, siksi päätin käyttää digitaalisesti valmistettujen osien voimaa. Osat rakennettiin alun perin Fusion 360: lle ja sitten CAD-malleja käytettiin osien laserleikkaukseen tai 3D-tulostamiseen. Tulokset tehtiin 40% täyteaineella, 2 kehällä, 0,4 mm: n suuttimella ja 0,1 mm: n kerroksen korkeudella käyttämällä PLA: ta. Jotkut osat vaativat tukia, koska niillä on monimutkainen muoto, jossa on ulokkeita, mutta tuet ovat helposti saatavilla ja ne voidaan poistaa joidenkin leikkureiden avulla. Voit valita filamentille haluamasi värin. Laserleikatut kappaleet leikattiin 3 mm kirkkaasta akryylistä.

Alla on täydellinen luettelo osista ja suunnittelutiedostot.

Huomautus: Tästä eteenpäin osiin viitataan käyttämällä seuraavassa luettelossa olevia nimiä.

3D -painetut osat:

• Askelukannatin x 2
• Kerroksen välilevy x 4
• Varren liitin x 1
• Passiivinen purjelentokone x 2
• Maalilavan pidike x 2
• Maalilava x 2

Laserleikatut osat:

• Alapaneeli x 1
• Yläpaneeli x 1
• Harjavarsi x 1

Yhteensä on 13 3D-tulostettua osaa ja 3 laserleikattua osaa. Kaikkien osien valmistusaika on noin 12 tuntia.

Vaihe 4: Alustan ja käyttöjärjestelmän rakentaminen (pohjakerros)

Kun kaikki osat on valmistettu, voit aloittaa maalausrobotin pohjakerroksen kokoamisen. Tämä kerros vastaa käyttöjärjestelmästä ja sisältää myös elektroniikan. Aloita asentamalla 2 askelmoottoria kahteen askelmoottoriin mukana toimitetuilla ruuveilla. Seuraavaksi kiinnitettiin 8 x M4 -mutterilla ja -pultilla kaksi askelukiinnitintä pohjalevyyn. Kun askelmat on asennettu, voit kiinnittää kaksi pyörää askelmoottorien akseleihin. Voit myös asentaa Arduinon paikalleen käyttämällä M3 -muttereita ja -pultteja ja joitain pysäytyksiä, jotta Arduinoon pääsee helposti käsiksi. Kun Arduino on kiinnitetty, asenna CNC -suoja Arduinoon. Robotin edessä ja takana on kaksi reikää. Vie passiiviset purjelentokoneet reikien läpi ja liimaa ne paikalleen. Nämä kappaleet estävät robotin rungon naarmuuntumisen kankaan pintaa pitkin.

Voit myös asentaa kaksi takakerroksen välikappaletta M4 -muttereilla ja -pulteilla.

Huomautus: Älä kiinnitä vielä kahta etuosaa, koska ne on lopulta poistettava.

Vaihe 5: Maalipidikkeen asennus (yläkerros)

Kun käyttöjärjestelmä on rakennettu, voit alkaa koota ylemmän kerroksen, joka pitää maalausharjaa, joka liikuttaa sivellintä ja kastaa harjan eri maalisäiliöihin. Aloita kiinnittämällä kaksi maalipaletin pidikettä. Osan sisäpuolella oleva rako on linjassa kahden etukerroksen välikappaleen kanssa. Yhdistetty osa on kiinnitetty kahdella mutterilla ja pultilla ylä- ja alakerrokseen. Kappaletta vahvistetaan edelleen neljällä ylimääräisellä ruuvimutterilla yläpaneeliin.

Maalilavat kiinnitetään sitten maalipaletin pidikkeiden pohjaan kahdella mutterilla ja pultilla kummallakin puolella.

Liu'uta yläpaneeli paikalleen ja kiinnitä takakerroksen välikkeet yläpaneeliin kahdella mutterilla ja pultilla. Kiinnitä kääntyvä askelmoottori yläpaneelin keskelle käyttämällä mukana toimitettuja ruuveja akselin ollessa ylöspäin. Tämän avulla robotin runko rakennetaan ja voimme aloittaa maalausvarren kokoamisen.

Vaihe 6: Maalausvarren ja harjakokoonpanon rakentaminen

Voit rakentaa maalausvarren kiinnittämällä varren liittimen laserleikattuun harjanvarteen 4 mutterilla ja pultilla. Kiinnitä seuraavaksi servomoottori toiseen päähän käyttämällä vielä 4 mutteria ja ruuvia. Varmista, että servomoottorin akseli on varren liittimen vastakkaista päätä kohti. Työnnä varren liitin askelmoottorin ylemmälle akselille.

Käytä servon pitkää sarvea ja kiinnitä sivellin siihen kuminauhoilla tai vetoketjuilla. Suosittelen kuminauhojen käyttöä, koska se antaa harjakokoonpanolle jonkin verran vaatimustenmukaisuutta, joka on tarpeen järjestelmän toimimiseksi. Varmista, että harja on kiinnitetty niin, että kun torvi on kytketty servoon, harja tuskin liukuu lattian tai paperin pintaa pitkin.

Tämän jälkeen maalausrobotin laitteisto on valmis ja voit aloittaa johdotuksen ja ohjelmoinnin.

Vaihe 7: Elektroniikka ja piirit

Tämän projektin elektroniikka on melko yksinkertaista, se selitetään seuraavassa taulukossa:

• Vasen pyöränaskelija CNC -suojan X -akselin porttiin
• Oikean pyörän askelmoottori CNC -suojan Y -akselin porttiin
• Kääntyvä askelin CNC -suojan Z -akselin porttiin
• Servomoottorin signaali karan käyttöönottotappiin CNC -kilvessä
• Servomoottori 5v - +5v CNC -kilvessä
• Servomoottori GND - GND CNC -kilvessä

Tämän projektin piiri on valmis. Akku voidaan kytkeä CNC -suojan virtaliittimiin sarjakytkimellä, joka käynnistää ja sammuttaa robotin.

Vaihe 8: Hieman teoriasta

Mitä tulee pisteiden sijoittamiseen 2D -ruudukkoon, yleisin ja yksinkertaisin tapa tehdä tämä on antaa pisteen suorakulmaiset koordinaatit. Tämä tehdään määrittämällä tuple, yleensä (x, y), jossa x on x -koordinaatti tai etäisyys x -akselin pisteen projektion alkuperästä ja y on y -pisteen koordinaatti tai projektion välinen etäisyys y -akselin pisteestä lähtökohtaan. Tällä tavalla mitä tahansa monimutkaista kuvaa tai muotoa voidaan kuvata käyttämällä pistejärjestystä, niin että "yhdistettäessä pisteitä" kuva muodostuu. Tämä on kätevä tapa kuvata pisteen sijainti suhteessa alkuperään. Tässä hankkeessa käytettiin kuitenkin eri järjestelmää.

Piste 2D -ruudukossa voidaan myös kuvata käyttämällä napakoordinaatteja. Tässä menetelmässä pisteen sijainti kuvataan käyttäen toista tuplea, yleisesti merkittyä (theta, r), jossa theta on kulma x -akselin ja puolilinjan välillä, joka yhdistää alkuperän ja pisteen ja r on etäisyys alkuperä ja pointti.

Kaava muuntamiseksi yhdestä toiseen löytyy liitteenä olevasta kuvasta. Kaavojen ei tarvitse olla täysin ymmärrettäviä, vaikka niiden tunteminen auttaa.

Vaihe 9: Arduinon ohjelmointi

Ohjelma on tehty olio -tekniikalla, joka tekee siitä helppokäyttöisen. Aloita luomalla robottiobjekti, jonka parametrit ovat kankaan leveydet ja korkeudet (mittaa ne viivaimella tai mittanauhalla senttimetreinä ja korvaa paintRobot.ino -skriptin rivin 4 arvot). Objektisuuntautuneet ohjelmointitekniikat antavat tilaa kehitykselle.

Sitten saat 3 yksinkertaista toimintoa:

1. gotoXY ottaa suorakulmaisen koordinaatin ja siirtää robotin kyseiseen asentoon. (Esim. Robotti.gotoXY (100, 150))
2. brushControl ottaa loogisen arvon: false nostaa harjan pois kankaalta, kun taas true asettaa harjan kankaalle. (Esim. Robot.brushControl (tosi))
3. pickPaint ottaa kokonaisluvun -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4, mikä saa robotin upottamaan sivellin vastaavaan maalisäiliöön. (Esim. Robot.pickPaint (3))

Alla oleva ohjelma saa robotin siirtymään satunnaisiin paikkoihin ja valitsee satunnaisia värejä, mikä lopulta luo kauniin ja ainutlaatuisen taideteoksen. Vaikka tämä voidaan helposti muuttaa niin, että robotti piirtää mitä tahansa.

Huomautus: Kun koodi on ladattu, sinun on ehkä siirrettävä harjaan kytketty servosarvi uudelleen. Kun s

Vaihe 10: Maalin lisääminen

Kun laitteisto, elektroniikka ja ohjelmointi on valmis, voit vihdoin lisätä joitain maaleja yksittäisiin maalisäiliöihin. Suosittelen laimentamaan maalia hieman, jotta maalaus olisi tasaisempaa.

Lisää oikean kuormalavan uloimpaan astiaan tavallista vettä. Robotti käyttää tätä vettä harjan puhdistamiseen ennen värien vaihtamista.

Aloita maalaus asettamalla robotti kankaan vasempaan alakulmaan ja asettamalla se alareunaa pitkin. Käynnistä robotti ja istu alas ja katso, kuinka taideteos herää hitaasti eloon.

Vaihe 11: Lopputulokset

Nykyisellä ohjelmalla robotti suorittaa satunnaisia liikkeitä kankaalle, joka tuottaa ainutlaatuisia ja kauniita maalauksia. Vaikka joillakin muutoksilla robotti voidaan tehdä suorittamaan tiettyjä maalauksia viitekuvan avulla. Nykyinen järjestelmä tarjoaa vankan perustan kehitykselle. Robotin runko on myös suunniteltu modulaarisesti ja siinä on useita standardoituja kiinnityspisteitä, jotta robotti voidaan helposti muuntaa tarpeitasi vastaavaksi.

Toivottavasti pidit tästä Instructable -ohjelmasta ja se on inspiroinut sinua rakentamaan oman maalausrobotin.

Jos pidit projektista, tue sitä pudottamalla ääni Paint Challenge -kilpailussa.

Hyvää tekemistä!

Pääpalkinto Paint Challenge -kilpailussa