Edullinen, Arduino-yhteensopiva piirustusrobotti: 15 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

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.
• 4xAA -akkuvirta kustannuksista ja saatavuudesta.
• 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

Tämä projekti on lisensoitu Creative Commonsin alla, ja siinä käytetään muiden suunnittelemia 3D-osia (kuten seuraavassa osassa on esitetty), joista kaikkein rajoittava on pyörä, joka on ei-kaupallinen. Tämä tarkoittaa, että tämän hankkeen on oltava myös ei-kaupallinen. Älä ole tämä kaveri.

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

  • Laitteisto CC BY-SA -lisenssin alaisena
  • Ohjelmisto (Bootloader) GPL -lisenssillä
• 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
• 16- Uros-uros-hyppääjät- adafruit.com/products/759
• 1- Mikro-servo-adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT -liukukytkin - adafruit.com/product/805 tai www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- urosnastainen otsikko- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA-pidike- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB-mikrokaapeli
• 4- AA-paristot

*Huomautus: Katso viimeisestä vaiheesta keskustelu tavallisten Arduino- tai Raspberry Pi -levyjen käyttämisestä.

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 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

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

• 1 x kuulalaakeripyörä - thingiverse.com/thing:1052674 (perustuu onebytegonen työhön, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Alusta - thingiverse.com/thing:1053269 (Maker's Boxin alkuperäinen teos, CC BY -SA 3.0)
• 2 x pyörää - thingiverse.com/thing:862438 (perustuu Mark Bensonin teokseen, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x askelkiinnike - thingiverse.com/thing:1053267 (perustuu jbeale -teokseen, CC BY -SA 3.0)
• 1 x kynänpidike / servokannatin - thingiverse.com/thing:1052725 (Maker's Boxin alkuperäinen teos, CC BY -SA 3.0)
• 1 x kynän kaulus - thingiverse.com/thing:1053273 (Maker's Boxin alkuperäinen teos, CC BY -SA 3.0)

* Huomautus: CC BY-NC on ei-kaupallinen lisenssi

Työkalut ja 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.

Puhuaksesi Trinket Pron kanssa tarvitset:

1. Ajuri osoitteesta
2. Arduino-ohjelmisto osoitteesta

Lady Ada ja Adafruit -tiimi ovat luoneet paljon parempia ohjeita yllä olevista linkeistä kuin voin tarjota. Käytä niitä, jos olet jumissa.

Huomautus: Yksi temppu, joka tekee Trinketistä erilaisen kuin tavallinen Arduino, on, että sinun on nollattava levy ennen luonnoksen lataamista.

Vaihe 3: Kynänpidin ja paristopidikkeet

1. Asenna kynän pidike ja servokiinnike kotelon lyhyemmälle puolelle (kuva 1).
2. Aseta mutterit rungon yläpuolelle (kuva 2)
3. Kiinnitä paristopidikkeet kotelon pohjaan 3Mx6mm litteillä ruuveilla (kuvat 3 ja 4).
4. Pujota akkujohdot suorakulmaisten kaapelien läpi (kuva 4 ja 5).
5. Toista sama toisen paristopidikkeen kohdalla.

Huomautus: Ellei toisin mainita, loput ruuvit ovat 3 Mx8 mm: n pannupään ruuveja.

Vaihe 4: Pyörät

1. Testaa pyörän asentaminen askelakseliin (kuva 1).

   1. Jos se on liian tiukka, voit lämmittää pyörännapaa hiustenkuivaajalla tai kuumailmapistoolilla ja asentaa sitten akselin.
   2. Jos se on liian löysä, voit käyttää sitä 3Mx8mm ruuvilla pitääksesi sitä akselin litteänä (kuva 2).
   3. Jos olet perfektionisti, voit kalibroida tulostimesi ja saada sen oikein.
2. Aseta O-rengas pyörän reunan ympärille (Kuva 3 ja 4).
3. Toista toiselle pyörälle.

Vaihe 5: 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 6: Caster

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.

Vaihe 7: Leipälevy

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

Vaihe 8: Virta

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

   • Olen lisännyt oranssit pisteet näkyvyyden vuoksi merkitsemään seuraavat:

     • Darlington -ohjaimen nasta 1.
     • Mikrolinjan akkutappi.
     • Virtakytkin "päällä" -asennossa.

2. Oikeanpuoleisilla akkujohdoilla:

   1. Liitä punainen viiva virtakytkimen ensimmäiseen nastaan (kuva 2).
   2. Liitä musta johto tyhjään riviin mikro -ohjaimen ja darlington -sirun välille (Kuva 2).

3. Vasemmanpuoleisilla akkujohdoilla:

   1. Liitä punainen viiva samaan riviin kuin toisen akun musta johto (Kuva 3).
   2. Liitä musta viiva leipälevyn negatiivikiskoon (kuva 3).

4. Liitä virta mikrokontrolleriin:

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

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

1. Onko paristot asennettu oikein?
2. Tarkista paristojen johtimien sijainti.
3. Tarkista kytkimen johtimien asento.
4. Tarkista paristojen jännitteet monimetrillä.
5. Tarkista sähkömittarin jännitteet monimetrillä.

Vaihe 9: Otsikot ja servojohdotus

Urosliittimien avulla voimme liittää 5-nastaiset servo-JST-liittimet virtalähteeseen ja darlington-ohjaimeen (Kuva 1):

1. Ensimmäinen 5-nastainen otsikko alkaa yhden rivin Darlingtonin kuljettajan edessä.
2. Toisen servopään otsikon tulisi sitten olla linjassa darlington -ohjaimen pään kanssa.

Ennen kuin johdotus muuttuu monimutkaiseksi, kytke servo johdotukseen:

1. Lisää 3-nastainen otsikko servoa varten leipälaudan etuosan oikeaan reunaan (kuva 2).
2. Lisää punainen hyppyjohdin keskitapista virtakiskon positiiviselle puolelle.
3. Lisää musta tai ruskea hyppyjohdin ulommasta tapista virtakiskon negatiiviselle puolelle.
4. Lisää värillinen hyppyjohdin sisätappista mikro -ohjaimen nastaan 8.
5. Asenna servosarvi siten, että akseli on täysin myötäpäivään ja varsi ulottuu oikealle puolelle (kuva 3)
6. Asenna servo kynäpidikkeeseen servon ruuveilla (kuva 3).
7. Liitä servoliitin värejä kohden (Kuva 4).

Vaihe 10: Askelohjaus

Aika kytkeä virta Darlingtonin kuljettajalle ja askelmille, joita käytetään suoraan akusta:

1. Liitä musta tai ruskea hyppyjohdin oikeasta alakulmasta Darlington -nastasta virtakiskon negatiiviseen puoleen (Kuva 1).
2. Liitä punainen hyppyjohdin oikeasta yläkulmasta darlington -nastasta virtakiskon positiiviseen puoleen.
3. Kytke punainen hyppyjohdin vasemmasta yläreunasta ylhäältä virtakiskon positiiviseen puoleen (kuva 2).
4. Liitä vasen askelmoottorin liitin vasemmanpuoleiseen tapin päähän punaisella johdolla oikealla puolella (Kuva 3).
5. Kytke oikea askelliitin oikeanpuoleiseen tapin otsikkoon siten, että lukujohto on vasemmalla puolella.

Huomautus: Askelliittimen punainen johto on virta ja sen on vastattava leipälevyn punaisia johtimia.

Vaihe 11: Askelohjaus (jatkuu)

Nyt liitämme mikro -ohjaimen askelmerkkijohdot darlington -ohjaimen tulopuolelle:

1. Aloita mikrokontrollerin nastasta 6 ja liitä vasemman askelmoottorin neljän hyppyjohtimen johdot (Kuva 1).
2. Yhdistä nämä puserot oikeanpuoleisen darlingtonin tulopuolelle. Kaikkien värien tulee sopia yhteen, lukuun ottamatta vihreää, joka sopii askeleen vaaleanpunaiseen lankaan (kuva 2).
3. Aloita mikrokontrollerin nastasta 13 ja liitä oikean askelmoottorin neljän ohjaushyppyjohdon johdot (Kuva (3)).
4. Yhdistä nämä puserot vasemmanpuoleisen darlingtonin tulopuolelle. Kaikkien värien tulee sopia yhteen, lukuun ottamatta vihreää, joka sopii askeleen vaaleanpunaiseen lankaan (kuva 3).

Vaihe 12: Testaus ja kalibrointi

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.

Jos robotti liikkuu suunnilleen neliössä, on aika laittaa paperia alas ja laittaa siihen kynä (Kuva 1).

Kalibrointipisteesi ovat:

float wheel_dia = 66,25; // mm (lisäys = kierre ulos)

float wheel_base = 112; // mm (lisäys = kierre sisään) int steps_rev = 128; // 128 16x vaihdelaatikolle, 512 64x vaihteelle

Aloitin mitatulla pyörän halkaisijalla 65 mm ja näet laatikot pyörivän sisäänpäin (kuva 2).

Lisäsin halkaisijaa 67: een, ja näet sen pyörivän ulospäin (kuva 3).

Sain lopulta arvon 66,25 mm (kuva 4). Voit nähdä, että vaihteen ripsien ja vastaavien vuoksi on edelleen jokin luontainen virhe. Riittävän lähellä tehdä jotain mielenkiintoista!

Vaihe 13: 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).
2. Jos se on löysä, teippaa se paikalleen.
3. Tarkista, että se koskettaa paperia, kun servovarsi on laskettu alas.
4. Tarkista, ettei se kosketa paperia nostettaessa (kuva 2).

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

int PEN_DOWN = 170; // servokulma, kun kynä on alhaalla

int PEN_UP = 80; // servokulma kynän ollessa ylhäällä

Kynän komennot ovat:

penup ();

pendown ();

Vaihe 14: 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 15: Muut alustat

Voisiko tämän robotin tehdä tavallisella Arduinolla? Joo! Menin Trinketin kanssa alhaisen hinnan ja pienen koon vuoksi. Jos pidennät rungon pituutta, voit asentaa tavallisen Arduinon toiselle puolelle ja leipälevyn toiselle puolelle (Kuva 1). Sen pitäisi toimia pin-to-pin kanssa testiluonnoksen kanssa, ja nyt voit siirtyä sarjakonsoliin virheenkorjausta varten!

Voisiko tämä robotti tehdä Rasberry Pi: llä? Joo! Tämä oli ensimmäinen tutkimuslinjani, koska halusin ohjelmoida Pythonissa ja hallita sitä verkossa. Kuten edellä oleva täysikokoinen Arduino, aseta Pi vain toiselle puolelle ja leipälauta toiselle puolelle (Kuva 2). Virta tulee ensisijaiseksi huolenaiheeksi, koska neljä AA: ta ei aio leikata sitä. Sinun on annettava noin 1 A virtaa vakaalla 5 V: n jännitteellä, muuten WiFi -moduuli lakkaa kommunikoimasta. Olen huomannut, että malli A on paljon parempi virrankulutuksessa, mutta kehittelen edelleen luotettavan virran saantia. Jos keksit sen, kerro minulle!