DFRobot -kilpikonnarobotti: 12 vaihetta (kuvilla)

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

Tähän mennessä työpajarobottejani on kehitetty edulliseen ja helppoon kokoamiseen. Mitä jos suorituskyky ja tarkkuus olisivat tavoitteet eivätkä kustannukset? Entä jos robottipakkausyritys olisi valmis lahjoittamaan osia? Entä jos piirtäisimme muulla kuin tussilla?

Joten tämän projektin tavoitteena on tehdä tarkka kilpikonnarobotti, joka käyttää hyllyn osia, jotka piirtävät jotain mielenkiintoista seuraavalle Maker Fairille.

Kilpikonnat pois!

Vaihe 1: Osat

DFRobot toimitti pääkomponentit. Tässä on mitä käytämme:

• 1 kpl, Bluno M0 -levy, SKU: DFR0416 tai tavallinen Arduino Uno
• 1 kpl, kaksisuuntainen kaksisuuntainen askelmoottorisuoja Arduinolle (DRV8825), tuotenumero: DRI0023
• 2 kpl, hybridi -askelmoottori, SKU: FIT0278
• 1 kpl, 5mm kumipyörän kytkinsarja (pari), tuotenumero: FIT0387
• 1 kpl, 9G -servotunnus: SER0006

Käytän virtalähteenä 18650 litiumkennoa, joten ostin:

• 3 kpl, EBL 18650 Akku 3,7V
• 1 kpl, KINDEN 18650 Smart Battery Charger
• 3 kpl, 18650 Akun pidike

Käytin myös erilaisia laitteistoja:

• 2 kpl, Buna-N-kumi #343 O-rengas (3/16 "x 3-3/4" ID)
• 1 ea., 1 "vähähiilistä terästä oleva kuulalaakeri
• 10 ea., M3x6MM Pan -ruuvi
• 2 kpl, M3x8MM Pan -ruuvi
• 4 kpl, M3x6MM Litteä ruuvi
• 14 ea., M3 -mutteri
• 4 kpl, #2 x 1/4 kierteenmuodostusruuvi

Tarvitsemme myös luovaa tapaa jakaa akkuvirta Motor Shieldin ja Arduinon välillä, koska siihen ei näytä olevan majoitusta. Käytin kuolleen virtalähteen 2,1 mm x 5 mm tynnyrin jakkipäätä tai jotain tällaista.

Työkalut:

• Phillips -kärjen ruuvimeisseli
• Langanpoistimet
• Kuuma liimapistooli (valinnainen)
• Juotin & juote

Eikä vähiten niistä:

• Kärsivällisyyttä
• Pysyvyys
• Positiivinen asenne

Vaihe 2: 3D -osat

Päätin kokeilla tämän 3D: n suunnittelua FreeCadissa tälle robotille auttamaan minua oppimaan. Ainoa mitä minun tarvitsi tehdä, oli siirtää servon ja kynän järjestelyn mitat ja skaalata loput sopimaan paljon suurempiin askelmiin.

• Isommat pyörät antavat tilaa paristoille.
• Paksumpi runko antaa voimaa lisääntyneelle painolle.
• Suurempi pyörä, joka vastaa korotettua kannen korkeutta.
• Modulaarinen helppo testaus ja mukauttaminen.

Tässä ovat tarvitsemasi kappaleet. Kaikki tiedostot sijaitsevat osoitteessa

• 1 kpl, runko
• 1 kpl, ylätuki
• 2 ea., Pyörä
• 1 ea., Tynnyri
• 1 kpl, servopidike

Vaihe 3: Rungon kokoonpano Osa 1

• Aloita asettamalla M3 -mutterit rungon seisokkeihin. Ne voidaan joko painaa sisään tai vetää sisään M3 -ruuvilla.
• Asenna askelmat M3 -ruuveilla sähköliittimet takaosaa (lyhyempi) kohti.
• Kiinnitä paristopidikkeet litteäpäisillä ruuveilla.

Vaihe 4: Rungon kokoonpano Osa 2

• Asenna tynnyri, yläkappale ja servo yhdessä M3 -ruuvien ja muttereiden kanssa.
• Kiinnitä yhdistetty yläosa askelmiin M3 -ruuveilla.
• Aseta teräslaakeri pyöränpitimeen ja lämmitä sitä tarvittaessa hiustenkuivaajalla pehmentääksesi sitä.
• Kiinnitä pyörä pyörään runkoon M3 -ruuveilla.

Vaihe 5: Pyörän asennus

• Napojen saaminen tarttumaan akseliin on ongelma, koska akselit ovat 5 mm ja napa (joka väittää olevan 5 mm) on itse asiassa 6 mm. Riittävien vääntömomenttien käyttäminen kiristysruuveissa poistaa ne todennäköisesti, joten käytin ensin pari kahvaa sulkemaan toleranssi ensin.
• Toleranssin säätämisen jälkeen liu'uta napa askelakseliin ja kiristä kiristysruuvit.
• Aseta 3D -pyörä napaan, aseta sisään suuri pultti ja kiristä.
• Aseta O-rengas navan päälle.
• Varmista, että pyörä pyörii ilman heilumista. Säädä tarvittaessa.

Vaihe 6: Johdotus

Otetaan virta pois tieltä, jotta voimme testata askelmat. Me tarvitsemme:

• Askelkilpi vaatii 8-35 V askelmien käyttämiseen.
• Askelmat on mitoitettu 3,4 V jännitteelle, mutta tyypillisesti 12 V.
• Blunon (Arduino) suositeltu tulojännite on 7 - 12 V, tai se voi saada virtaa suoraan 5 V: n USB -liitännästä.

Litiumakun kennojen nimellisjännite on 3,7 V. Jos laitamme kolme sarjaan, se antaa meille 3 x 3,7 V = 11,1 V ja suunnilleen 3 x 3000 mAh = 9000 mAh. Bluno kuluttaa luultavasti vain 20 mA, joten suurin osa tyhjennyksestä tulee portaista, jotka voivat nostaa vahvistimen tai enemmän kuormituksesta riippuen. Sen pitäisi antaa meille tuntia käyttöaikaa.

Testausta varten voit toimittaa 12 V: n säädetyn kilven ja 5 V: n USB: n Arduinolle. Voi olla helpompaa kytkeä paristot vain virransyöttöön molempiin samanaikaisesti.

• Juota paristopidikkeet rinnakkain kuvan mukaisesti.
• Kiinnitä Arduino kierteenmuodostusruuveilla #2.
• Aseta moottorin suojus Arduinon päälle

• Kuori pelastetut 2,1 mm x 5 mm: n liitinjohdot ja kierrä ne yhteen akkujohtojen kanssa:

  Valkoinen raita on positiivinen, kierrä punaisella akkujohdolla

• Työnnä punainen johto VCC: hen ja musta johto GND: hen moottorin suojuksessa.

Vaihe 7: Askel askeleen

Minulla oli hieman vaikeuksia koota tarpeeksi tietoa saadakseni tämän toimimaan, joten toivottavasti tämä auttaa muita. Avainasiakirja, jonka tarvitset, on osoitteessa

Liitä askeljohdot ja virtalähde suojaasi:

• 2B Sininen
• 2A Punainen
• 1A Musta
• 1B Grenn

Annettu esimerkki luonnos toimi minulle, mutta ei liian opettavainen. Meidän on hallittava nopeutta ja pyörimistä sekä vapautettava askelmoottorit, kun niitä ei käytetä virran säästämiseksi.

Löysin muokatun esimerkin osoitteesta https://bildr.org/2011/06/easydriver/, jossa on avustajatoimintoja. Se ajaa vain yhtä askelta kerrallaan, mutta antaa sinulle luottamusta siihen, että olemme oikealla tiellä. Kirjoitamme myöhemmin hienostuneempaa koodia.

Vaihe 8: Servo

Servoa käytetään kynän nostamiseen ja laskemiseen piirtämistä varten.

• Aseta varsi napaan ja pyöritä askelinta varovasti vastapäivään katsellen sitä alaspäin, kunnes se saavuttaa pysäytyksen.
• Irrota varsi ja aseta se vasemmalle (tämä on ala -asennossa).
• Aseta pieni kierremuodostusruuvi paikalleen ja kiristä.
• Aseta servo telineeseen napapää ylöspäin ja kiinnitä kahdella suuremmalla kierteenmuodostusruuvilla.

Vaihe 9: Kalibrointi

Kokoonpanon ja kohdistuksen vaihteluiden vuoksi robotti on kalibroitava siten, että se voi liikkua tarkasti määriteltyjä etäisyyksiä ja kulmia.

• Mittaa pyörän halkaisija kumisen O-renkaan ulkoreunoista.
• Mittaa akseliväli robotin pohjan O-renkaiden keskeltä (jossa se koskettaa lattiaa).
• Lataa liitteenä oleva kalibrointiluonnos
• Syötä mitatut parametrit.
• Lataa luonnos..

Valmistele kynä:

• Poista korkki ja liu'uta kynän kaulus kärjen puolelta.
• Aseta kynä pidikkeeseen servovarsi suoraan ylöspäin.
• Varmista, että kynä ei kosketa paperia tässä asennossa.
• Jos kynä tarttuu akseliin, poista karkeus ja lisää reiän halkaisijaa viilalla.

Piirrä neliö:

• Liu'uta virtakytkin asentoon "On".
• Odota useita sekunteja, kunnes käynnistyslatain käynnistyy.
• Kun robotti on suorittanut ensimmäisen neliön, poista kynä ja sammuta robotti.

Säädä ensin wheel_dia -parametri. Mittaa neliön sivun pituus. Sen tulisi olla 100 mm:

• Jos mitattu etäisyys on liian pitkä, lisää pyörän etäisyyttä.
• Jos mitattu etäisyys on liian lyhyt, vähennä pyörän etäisyyttä.

Kun olet suorittanut etäisyyden kalibroinnin, säädä pyörä_base -parametri, joka vaikuttaa kääntymiskulmaan. Aseta robotti tuoreelle paperiarkille, käynnistä se ja anna sen piirtää kaikki neljä neliötä:

• Jos robotti pyörii liian jyrkästi (laatikko pyörii myötäpäivään), pienennä pyörän perusarvoa.
• Jos robotti ei pyöri tarpeeksi jyrkästi (laatikko pyörii vastapäivään), lisää pyörän kantta.
• Koska askelkoodissa on pyöristysvirheitä ja halpojen askelinten vaihteissa on vino, et koskaan saa sitä täydelliseksi, joten älä käytä liikaa vaivaa siihen.

Vaihe 10: Piirustus

Aika piirtää! Lataa liitteenä olevat luonnokset, jotta pääset alkuun.

Vaihe 11: Mitä nyt? Opetussuunnitelma

Se toimii ja piirtää mukavia neliöitä. Nyt alkaa hauskuus.

Tässä on muutamia resursseja kilpikonnagrafiikan oppimiseen.

• https://blockly-games.appspot.com/ (lohko-ohjelmointi)
• TinyTurtle -opetusohjelma (JavaScript)
• Koodi Anna ja Elsa kanssa tunnista Code

Olen myös julkaissut ohjeen kilpikonnarobotin käytöstä näiden online-resurssien kanssa kilpikonnarobotin kanssa. Yleensä mikä tahansa Turtle JavaScript -koodi voidaan liittää ja suorittaa kalibrointiluonnoksessa. Voit ensin testata tulostusta verkossa tietokoneella ja sitten ladata sen kilpikonnaasi piirtääksesi tosielämässä!

Opiskelijoille tässä muutama projektiidea:

• Ohjelmoi robotti kirjoittamaan nimesi!
• Suunnittele ja tulosta mallikilpi TinkerCadissa 3D -mallista. Se voidaan kiinnittää servomoottorin alle.
• Anna robotillesi persoonallisuutta kuumalla liimalla ja blingillä. (Pidä vain pyörät ja silmät poissa esteistä).
• Suunnittele ja testaa algoritmi OSTR_eyes -luonnoksesta huoneeseen navigoimiseksi. Mitä tehdä, kun toinen silmä havaitsee jotain? Molemmat silmät? Voisitko sisällyttää Arduinon satunnaisen () funktion.
• Rakenna sokkelo suurelle paperiarkille lattialle ja ohjelmoi robotti navigoimaan sen läpi.
• Rakenna sokkelo seinillä ja suunnittele algoritmi sen navigoimiseksi automaattisesti.
• LEDien välissä olevaa painiketta ei ole vielä otettu käyttöön, ja se on liitetty Arduino -nastaan "A3". Mihin sitä voisi käyttää? Käytä sitä kytkeäksesi LED -valon päälle ja pois päältä aluksi.
• Jos et tehnyt "Laiteohjelmisto (FW): Testaus ja vilkkuminen" -vaiheen Tutkinta -osiota, palaa takaisin ja kokeile sitä.

Vaihe 12: Mutta odota, on enemmän

Jos olet kiinnittänyt huomiota, huomasit, että tynnyri on neliö. Erään kummallisen kosmisen sattuman vuoksi pastellitaiteilijaliitu on yhtä leveä kuin Crayola -merkkien halkaisija. Tarvitsemme vain tavan painostaa liituja riittävästi, ja olemme jalkakäytävätaiteilija.

Tarvitset:

• 3D -tulostettu tynnyri ja ram (https://www.thingiverse.com/thing:2976527)

• Liitu, joko pastellineliötaiteilijaliitu tai pieni pyöreä liitu (ei rasvaa jalkakäytävän tavaraa).

  https://a.co/6B3SzS5

3/4 "aluslevyt painolle

Askeleet:

• Tulosta kaksi liitteenä olevaa tiedostoa.
• Irrota servo ja servopidike.
• Kiinnitä nelikulmainen syöttösylinteri.
• Teroita liitu lähelle.
• Aseta liitu tynnyriin.
• Aseta ram tynnyriin.
• Aseta aluslevyn paino painimeen.