Piirustusrobotti Arduinolle: 18 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Huomaa: Minulla on uusi versio tästä robotista, joka käyttää piirilevyä, on helpompi rakentaa ja jossa on IR -esteiden tunnistus! Katso se osoitteesta

Suunnittelin tämän projektin 10 tunnin työpajaan ChickTech.org-sivustolle, jonka tavoitteena on esitellä teini-ikäiset naiset STEM-aiheisiin. Tämän projektin tavoitteet olivat:

• Helppo rakentaa.
• Helppo ohjelmoida.
• Teki jotain mielenkiintoista.
• Halvat, joten osallistujat voivat viedä sen kotiin ja jatkaa oppimista.

Nämä tavoitteet huomioon ottaen tässä oli pari suunnitteluvaihtoehtoa:

• Arduino -yhteensopiva ohjelmoinnin helpottamiseksi.
• AA -paristovirta kustannuksiin ja saatavuuteen.
• Askelmoottorit tarkkaan liikkeeseen.
• 3D -tulostettu mukauttamisen helpottamiseksi.
• Kynän piirtäminen kilpikonnagrafiikalla takaa mielenkiintoisen tuloksen.
• Avoin lähdekoodi, jotta voit tehdä oman!

Tässä on robotti, joka tuli lähelle sitä, mitä halusin tehdä: https://mirobot.io. Minulla ei ole laserleikkuria, ja toimitus Englannista oli kiellettyä. Minulla on 3D -tulostin, joten näen varmaan, mihin tämä on menossa…

Älä anna 3D -tulostimen puuttumisen estää sinua. Voit etsiä paikallisia harrastajia, jotka ovat valmiita auttamaan sinua osoitteessa www.3dhubs.com

Se vei paljon työtä, mutta olen tyytyväinen siihen, miten se meni. Ja opin paljon tässä prosessissa. Kerro minulle mitä mieltä olet!

Vaihe 1: Osat

Robotteja voidaan ohjata, ohjata ja hallita useilla tavoilla. Sinulla voi olla käsilläsi erilaisia osia, jotka toimivat, mutta nämä olen kokeillut ja havainnut toimivan hyvin:

Elektroniikka:

• 1- Arduino UNO tai vastaava- adafruit.com/products/50

  Adafruit on nyt Yhdysvalloissa valmistettu aitoille Arduinoille! Hanki ne lähteestä

• 2-vaihteinen 5 V: n askel- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlingtonin kuljettaja - adafruit.com/products/970
• 1- Puolikokoinen leipälauta- adafruit.com/products/64

• 12- Uros-uros-hyppääjät- adafruit.com/products/1956

  Vähintään kahden tulisi olla 6 ", loput 3"

• 1- Mikro-servo-adafruit.com/products/169
• 1- urosnastainen otsikko- digikey.com/short/t93cbd
• 1-2 x AA-pidike- digikey.com/short/tz5bd1
• 1-3 x AA -pidike - digikey.com/short/t5nw1c
• 1-470 uF 25V kondensaattori-www.digikey.com/product-detail/en/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• 1 -SPDT -liukukytkin -www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- USB-mikrokaapeli
• 5 - AA -paristot

Laitteisto:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-rengas- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Pyörä 5/8 "laakeri- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8 mm pannun pääruuvi- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm: n litteäpääruuvi- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3-mutteri- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• 2 - 1/4 "kierremuovaus 4-20 ruuvia

Tulostetut osat (katso www.3dhubs.com, jos sinulla ei ole tulostinta):

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

  • 1 x kuulalaakeri
  • 1 x runko
  • 2 x pyörät
  • 2 x askelkiinnike
  • 1 x kynäpidike / servokannatin
  • 1 x kynän kaulus
• Käytän matalaa resoluutiota, 100% täyttöä, eikä tukea. Tulostus kestää noin 4 tuntia.

Tarvikkeet:

• Phillips -ruuvimeisseli
• Kuuma liimapistooli
• Digitaalinen yleismittari
• Terävä veitsi
• Crayolan väriset tussit

Vaihe 2: Flash -laiteohjelmisto

Ennen kuin menemme liian pitkälle rakentamiseen, lataa testin laiteohjelmisto mikrokontrolleriin. Testiohjelma vain piirtää laatikoita, jotta voimme tarkistaa oikean suunnan ja mitat.

1. Lataa Arduino -ohjelmisto osoitteesta www.arduino.cc/en/Main/Software
2. Avaa Arduino -ohjelmisto.

3. Lataa liitteenä oleva zip -tiedosto ja pura se Arduinon luonnoskirjaan.

   Löydät (tai vaihdat) tämän sijainnin Arduino IDE: stä: [Tiedosto] -> [Asetukset] -> "Luonnoskirjan sijainti"

4. Lataa testiluonnos: [Tiedosto] -> [Luonnoskirja] -> [TIRL_Arduino_TEST]
5. Liitä Arduino tietokoneeseen USB -kaapelilla.

6. Arduino IDE: ssä:

   1. Aseta korttityyppi: [Työkalut] -> [Taulu] -> Taulukon tyyppi.
   2. Aseta sarjaportti: [Työkalut] -> [Portti] -> Yleensä viimeinen luettelossa.
7. Lataa luonnos nuolikuvakkeen avulla.

Jos sinulla on ongelmia, katso ohjeita osoitteesta www.arduino.cc/en/Guide/Troubleshooting.

Vaihe 3: Kynänpidin ja paristopidikkeet

1. Aseta mutterit rungon yläpuolelle (kuva 1). Sinun on ehkä painettava ne sisään.
2. Asenna kynän pidike ja servokiinnike kotelon yläpuolelle (kuva 2 ja 3).

3. Kiinnitä paristopidikkeet kotelon pohjaan 3Mx6mm litteillä ruuveilla (kuva 4)

   • Tarvitset vähintään 5xAA, jotta Arduino saa virtaa kunnolla sen sisäisen säätimen kautta. Kuusi toimisi samoin, joten olen sisällyttänyt reikiä kummallekin koolle molemmin puolin.
   • Haluat painon siirtyvän pyörää kohti, joten aseta 3xAA taaksepäin.
   • Suuntaa pidikkeet siten, että johdot ovat lähimpänä suorakulmaisia kaapeliverkkoja.
4. Pujota akkujohdot suorakulmaisten kaapelien läpi (kuva 4).
5. Toista sama toisen paristopidikkeen kohdalla.

Huomautus: Ellei toisin mainita, loput ruuvit ovat 3Mx8mm pannaruuvia

Vaihe 4: Stepper Backets

1. Aseta mutteri askelmatelineeseen ja kiinnitä ne ruuvilla rungon yläosaan (Kuva 1).
2. Aseta askelin pidikkeeseen ja kiinnitä ruuveilla ja muttereilla.
3. Toista toiselle kiinnikkeelle.

Vaihe 5: Pyörä

1. Aseta kuulalaakeri pyörään.

   Älä pakota sitä sisään tai se rikkoutuu. Käytä tarvittaessa hiustenkuivaajaa tai kuumailmapistoolia materiaalin pehmentämiseen

2. Kiinnitä pyörä pyörän alaosaan paristopidikkeen eteen.

Olen kokeillut muita pyöreitä esineitä, kuten marmoria, mutta sileä ja raskas tuntuu toimivan hyvin. Jos tarvitset eri halkaisijan, voit muokata openScad -tiedostoa (https://www.thingiverse.com/thing:1052674) sopimaan mihin tahansa käsilläsi olevaan.

Vaihe 6: Leipälauta ja aivot

1. Irrota yksi sähkökiskoista terävällä veitsellä ja leikkaa pohjaliima (Kuva 1).

   Yhdessä kiskossa on teho (punainen) ulkoreunassa, toisessa negatiivinen (sininen). Pidän ensimmäisen liitteenä, ja se vastaa kaavioita ja valokuvia. Jos käytät toista, säädä johdot vastaavasti

2. Pidä leipälautaa runkokiskojen päällä ja merkitse, missä reunat leikkaavat (kuva 2).
3. Merkitse viivat ja leikkaa tausta suoran reunan (kuten irrotetun virtakiskon) avulla (kuva 3).
4. Aseta leipälauta kotelon päälle kiskojen koskettamalla paljastettua liimaa (kuva 4).
5. Kiinnitä Arduino rungon toiselle puolelle 4-20 ruuvilla (kuva 5).

Vaihe 7: Kondensaattorin ja osan sijoittaminen

1. Aseta darlington -ohjain ja virtakytkin leipätauluun (kuva 1).

   • Olen lisännyt oranssit pisteet näkyvyyden vuoksi merkitsemään seuraavat:

     • Darlington -ohjaimen nasta 1
     • Mikrotrollerin akkutappi. Virtakytkin "päällä" -asennossa.
2. Leikkaa kondensaattorin johdot tarvittaessa (pidempi on negatiivinen) (kuva 2).
3. Aseta kondensaattori oikeisiin kiskoihin leipälevyn päällä (Kuva 3).

Vaihe 8: Virta

1. Oikeanpuoleisilla akkujohdoilla: Liitä punainen viiva virtakytkimen ensimmäiseen napaan (Kuva 1).
2. Liitä musta johto tyhjään riviin mikro -ohjaimen ja darlington -sirun välille (Kuva 1).
3. Vasemmanpuoleisilla akkujohdoilla: Liitä punainen viiva samaan riviin kuin toisen akun musta johto (Kuva 2).
4. Liitä musta viiva leipälevyn negatiivikiskoon (Kuva 2).

5. Liitä virta mikrokontrolleriin:

   1. Punainen hyppyjohdin positiivisesta kiskosta akun nastaan (oranssi piste, kuva 3).
   2. Musta hyppyjohdin negatiivikiskosta "G" -merkkiin (kuva 4).
6. Asenna paristot ja kytke virta päälle (kuva 5).
7. Sinun pitäisi nähdä ohjaimen vihreät ja punaiset valot (kuva 6).

Ongelmien karttoittaminen:

• Jos mikro -ohjaimen valot eivät syty, katkaise virta välittömästi ja suorita vianmääritys:

  • Onko paristot asennettu oikein?
  • Tarkista paristojen johtimien sijainti.
  • Tarkista kytkimen johtimien asento.
  • Tarkista paristojen jännitteet monimetrillä.
  • Tarkista sähkömittarin jännitteet monimetrillä.

Vaihe 9: Askelvoima

Nyt kun sinulla on virtaa mikrokontrolleriin, lopetamme kytkentöjen virittämisen steppereihin:

1. Liitä musta hyppyjohdin vasemman yläkulman darlington -nastasta virtakiskon negatiiviseen puoleen (Kuva 1).
2. Liitä punainen hyppyjohdin vasemman alakulman darlington -nastasta virtakiskon positiiviseen puoleen (kuva 1).
3. Liitä punainen hyppyjohdin vasemmasta alakulmasta darlington -nastasta Darlingtonin oikealle riville (kuva 2).
4. Aseta tapin otsikot askelman valkoisiin JST -liittimiin (kuva 2).

Vaihe 10: Stepper -ohjaussignaalit

Mikro -ohjain antaa 5 voltin signaaleja darlington -ryhmälle, joka puolestaan antaa VCC: n askelkelaille:

1. Aloita darlington -ohjaimen maadoitustapin vieressä olevasta nastasta ja asenna oranssit, keltaiset, vihreät ja siniset johdot tässä järjestyksessä (Kuva 1).

2. Kiinnitä puserot seuraaviin arduino -nastoihin (Kuva 2):

   1. oranssi - Digitaalinen nasta 4
   2. keltainen - Digitaalinen nasta 5
   3. vihreä - digitaalinen nasta 6
   4. sininen - Digitaalinen nasta 7

3. Takaisin darlingtoniin, jatka toisen askelman hyppääjää toisten taakse:

   sininen, vihreä, keltainen ja oranssi (kuva 3)

4. Kiinnitä puserot seuraaviin arduino -nastoihin (Kuva 4):

   1. sininen - Digitaalinen nasta 9 (nasta 8 käytettiin jälkimmäistä servolle).
   2. vihreä - digitaalinen nasta 10
   3. keltainen - digitaalinen nasta 11
   4. oranssi - Digitaalinen nasta 12

Vaihe 11: Askelkelan liitännät

Stepperin valkoiset JST -liittimet kiinnittyvät tapin otsikkoon. Punainen johto on virta, ja sen pitäisi vastata aiemmin asentamiamme punaisia voimahyppyjä (kuva 1).

Kaikkien värien on vastattava darlingtonin vastakkaisella puolella olevia mikrokytkimiä, lukuun ottamatta vihreää, joka vastaa askeleen vaaleanpunaista lankaa (kuva 2).

Vaihe 12: Servo

1. Asenna servosarvi niin, että servo on käännetty myötäpäivään vasteeseen asti ja äänitorvi vaakasuoraan (Kuva 1).
2. Kiinnitä servo pidikkeeseen, ja torvi osoitti oikealle askelpuolelle (Kuva 1).
3. Kiinnitä ruskeat (maadoitetut), punaiset (5 V: n teho) ja valkoiset (signaali) -puserot servoliitäntään, jotka sopivat servojohtimen väreihin (Kuva 2).
4. Kiinnitä teho- ja maahyppyjohdot maahan ja 5 V: n liitin Arduinoon (kuva 3).
5. Liitä valkoinen signaalijohto Arduinon digitaaliseen nastaan 8 (kuva 4).

Vaihe 13: Pyörät

1. Aseta kuminen O-rengas pyörän reunan ympärille (Kuva 1).

2. Jos navan kiinnitys akselille on löysä, voit pitää sen paikallaan 3M -ruuvilla (kuva 2).

   Älä kiristä liikaa, muuten nauhat poistetaan

Vaihe 14: Testaus

Toivottavasti olet jo ladannut laiteohjelmiston vaiheessa 2. Jos ei, tee se nyt.

Testilaiteohjelmisto piirtää neliön toistuvasti, jotta voimme tarkistaa suunnan ja tarkkuuden.

1. Aseta robotti tasaiselle, tasaiselle, avoimelle pinnalle.
2. Kytke virta päälle.
3. Katso robotin piirtävän neliöitä.

Jos et näe valoja mikrokontrollerissa, mene taaksepäin ja häiritse virtaa kuten vaiheessa 8.

Jos robotti ei liiku, tarkista virtaliitännät darlington -ohjaimeen vaiheessa 9.

Jos robotti liikkuu epäsäännöllisesti, tarkista mikrokontrollerin ja darlington -ohjaimen nastaliitännät vaiheessa 10.

Vaihe 15: Kalibrointi

Jos robotti liikkuu suunnilleen neliössä, on aika laittaa paperia alas ja laittaa siihen kynä.

Mittaa pyörän halkaisija (kuva 1) ja akseliväli (kuva 2) millimetreinä.

Kalibrointiasetuksesi koodissa ovat:

float wheel_dia = 63; // mm (lisäys = kierre ulos)

float wheel_base = 109; // mm (lisäys = kierre sisään) int steps_rev = 128; // 128 16x vaihdelaatikolle, 512 64x vaihteelle

Aloitin mitatulla pyörän halkaisijalla 65 mm ja näet laatikot pyörivän ulospäin tai myötäpäivään jokaisessa vaiheessa (Kuva 3).

Sain lopulta arvon 63 mm (kuva 4). Voit nähdä, että vaihteen ripsien ja vastaavien vuoksi on edelleen jokin luontainen virhe. Riittävän lähellä tehdä jotain mielenkiintoista!

Vaihe 16: Kynän nostaminen ja laskeminen

Olemme lisänneet servon, mutta emme ole tehneet mitään sen kanssa. Sen avulla voit nostaa ja laskea kynää, jotta robotti voi liikkua ilman piirtämistä.

1. Aseta kynän kaulus kynälle (kuva 1).

   Jos se on löysä, teippaa se paikalleen

2. Tarkista, että se koskettaa paperia, kun servovarsi on laskettu alas.
3. Tarkista, ettei se kosketa paperia nostettaessa.

Servokulmia voidaan säätää joko poistamalla äänitorvi ja asettamalla se uudelleen tai ohjelmiston avulla:

int PEN_DOWN = 20; // servokulma, kun kynä on alhaalla

int PEN_UP = 80; // servokulma kynän ollessa ylhäällä

Kynän komennot ovat:

penup ();

pendown ();

Jos haluat käyttää eri kokoisia kynää, sinun on muutettava kynän pidike (www.thingiverse.com/thing:1052725) ja kynän kaulus (www.thingiverse.com/thing:1053273) halkaisijaltaan.

Vaihe 17: Pidä hauskaa

Toivottavasti teit tämän ilman liikaa kiroussanoja. Kerro minulle, mitä kamppailit, jotta voin parantaa ohjeita.

Nyt on aika tutkia. Jos katsot testiluonnosta, näet, että olen antanut sinulle joitain "Turtle" -komentoja:

eteenpäin (etäisyys); // millimetriä

taaksepäin (etäisyys); vasen (kulma); // astetta oikea (kulma); penup (); pendown (); tehty(); // vapauta askelin säästääksesi akkua

Näitä komentoja käyttämällä sinun pitäisi pystyä tekemään melkein mitä tahansa, piirtämään lumihiutaleita tai kirjoittamaan nimeäsi. Jos tarvitset apua aloittamisessa, tutustu:

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

Vaihe 18: Muut alustat

Voisiko tämän robotin tehdä?

Joo! Tämä alusta on erittäin joustava. Sinun on lähinnä vain muutettava runkoa.

Olen tehnyt sen Raspberry Pi: llä (kuva 1) ja Adafruit Trinketillä (www.instructables.com/id/Low-Cost-Arduino-Compatible-Drawing-Robot/) (Kuva 2).

Kerro mitä keksit!