Arduino darbināms krāsošanas robots: 11 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Fusion 360 projekti »

Vai esat kādreiz domājuši, vai robots varētu uzburt aizraujošas gleznas un mākslu? Šajā projektā es cenšos to realizēt ar Arduino darbināmu gleznošanas robotu. Mērķis ir, lai robots spētu pats izgatavot gleznas un izmantot atsauces attēlu kā ceļvedi mākslas darbu atkārtošanai. Es izmantoju CAD un digitālās izgatavošanas spēku, lai izveidotu izturīgu šasiju, uz kuras es uzstādīju roku, kas varētu iemērkt otu vienā no 7 krāsas traukiem un zīmēt uz audekla.

Robots ir izgatavots, izmantojot parastās detaļas, piemēram, pakāpju motorus un servomotorus, un tas ir paredzēts darbam ar jebkura veida krāsām.

Turpiniet, lai izveidotu savu Arduino darbināmo apgleznošanas robotu, un balsojiet par šo projektu sadaļā "Paint Challenge", ja jums patika projekts un nolemjat izveidot savu versiju.

1. darbība: dizaina pārskats

Gleznošanas robota dizains ir iedvesmots no Roomba tīrīšanas robota struktūras. Tas sastāv no divām galvenajām sistēmām:

• Piedziņas sistēma, kas sastāv no diviem pakāpju motoriem, kas piestiprināti pie riteņiem, un pasīvajiem planieriem. Tas ļauj robotam pārvietoties pa audeklu jebkurā virzienā.
• Birstes sistēma, kas sastāv no trešā pakāpju motora, kas novieto otu virs krāsas tvertnēm, un servomotors, kas iemērc otu krāsā.

Robots var pārvadāt līdz 7 dažādām krāsām vienlaicīgi. Dizains sākotnēji tika izgatavots uz Autodesk Fusion 360. Pēc tam detaļas tika eksportētas uz atbilstošajiem formātiem, lai tās varētu griezt ar lāzeru vai 3D drukāt.

Robota šasijas dizains ir veidots, ņemot vērā mērogojamību, izmantojot vairākus stiprinājuma punktus un moduļu detaļas. Tas ļauj to pašu šasiju izmantot dažādiem citiem lietojumiem. Šajā kontekstā šasiju izmanto brīnišķīgu mākslas darbu izgatavošanai, izmantojot krāsu.

2. darbība. Nepieciešamie materiāli

Šeit ir saraksts ar visām sastāvdaļām un detaļām, kas nepieciešamas, lai izveidotu savu Arduino darbināmo krāsošanas robotu. Visām detaļām jābūt plaši pieejamām un viegli atrodamām vietējos datortehnikas veikalos vai tiešsaistē.

ELEKTRONIKA:

• Arduino Uno x 1
• Servo motors Towerpro MG995 x 1
• NEMA17 pakāpju motors x 3
• CNC vairogs V3 x 1
• 11,1 V LiPo akumulators x 1

Aparatūra:

• M4 uzgriežņi un skrūves
• M3 uzgriežņi un skrūves
• Riteņi (diametrs 7 cm x 2)
• 3D printera kvēldiegs (ja jums nepieder 3D printeris, vietējā darbvietā jābūt 3D printerim vai izdrukas var izdarīt tiešsaistē par diezgan lētu cenu)
• Akrila loksnes (3 mm)
• Krāsas
• Krāsas suka

RĪKI:

• 3D printeris
• Lāzera griezējs

Neskaitot rīkus, šī projekta kopējās izmaksas ir aptuveni 60 USD.

3. darbība. Digitāli izgatavotas detaļas

Lielākā daļa šim projektam nepieciešamo detaļu ir pielāgotas atbilstoši prasībām, tāpēc es nolēmu izmantot digitāli izgatavotu detaļu jaudu. Daļas sākotnēji tika veidotas, izmantojot Fusion 360, un pēc tam CAD modeļi tika izmantoti detaļu lāzera griešanai vai 3D drukāšanai. Izmantojot PLA, izdrukas tika veiktas ar 40% piepildījumu, 2 perimetriem, 0, 4 mm sprauslu un 0, 1 mm slāņa augstumu. Dažām detaļām ir nepieciešami balsti, jo tām ir sarežģīta forma ar pārkarēm, tomēr balsti ir viegli pieejami un tos var noņemt, izmantojot dažus griezējus. Kvēldiegam varat izvēlēties sev vēlamo krāsu. Lāzera grieztie gabali tika izgriezti no 3 mm caurspīdīga akrila.

Zemāk varat atrast pilnu detaļu sarakstu kopā ar dizaina failiem.

Piezīme. Turpmāk uz detaļām tiks atsauktas, izmantojot nosaukumus, kas norādīti šajā sarakstā.

3D drukātas detaļas:

• Stepper kronšteins x 2
• Slāņu starplikas x 4
• Rokas savienotājs x 1
• Pasīvais planieris x 2
• Krāsu paliktņu turētājs x 2
• Krāsu palete x 2

Lāzera griešanas detaļas:

• Apakšējais panelis x 1
• Augšējais panelis x 1
• Birstes rokturis x 1

Kopumā ir 13 3D drukātas detaļas un 3 lāzergrieztas detaļas. Visu detaļu izgatavošanai nepieciešamais laiks ir aptuveni 12 stundas.

4. darbība: šasijas un piedziņas sistēmas izveide (apakšējais slānis)

Kad visas detaļas ir izgatavotas, jūs varat sākt montēt krāsošanas robota apakšējo slāni. Šis slānis ir atbildīgs par piedziņas sistēmu un satur arī elektroniku. Sāciet, uzstādot 2 pakāpju motorus uz diviem pakāpju kronšteiniem, izmantojot komplektā iekļautās skrūves. Pēc tam izmantojiet 8 x M4 uzgriežņus un skrūves, lai nostiprinātu abus pakāpju kronšteinus uz apakšējās plāksnes. Kad pakāpieni ir uzstādīti, abus riteņus var piestiprināt pie pakāpienu motoru asīm. Jūs varat arī uzstādīt Arduino vietā, izmantojot M3 uzgriežņus un skrūves, kā arī dažus ierobežojumus, lai padarītu Arduino viegli pieejamu. Kad Arduino ir nostiprināts, uzstādiet CNC vairogu uz Arduino. Robota priekšā un aizmugurē ir divi caurumi. Izlaidiet pasīvos planierus caur caurumiem un pielīmējiet tos vietā. Šie gabali neļauj robota ķermenim nokasīties gar audekla virsmu.

Jūs varat arī uzstādīt divus aizmugurējā slāņa starplikas, izmantojot M4 uzgriežņus un skrūves.

Piezīme: vēl nepiestipriniet divus priekšējos, jo tie galu galā būs jānoņem.

5. solis: krāsas turētāja (augšējā slāņa) uzstādīšana

Kad piedziņas sistēma ir uzbūvēta, jūs varat sākt montēt augšējo slāni, kurā atrodas krāsošanas roka, kas kustina otu un iemērc suku dažādās krāsu tvertnēs. Sāciet, pievienojot divus krāsu paliktņu turētāja gabalus. Slots gar detaļas iekšpusi izlīdzinās ar diviem priekšējā slāņa starplikas gabaliem. Kombinētā daļa ir piestiprināta ar diviem uzgriežņiem un skrūvēm augšējā un apakšējā slānī. Gabals tiek pastiprināts ar četriem papildu skrūvju uzgriežņu komplektiem augšējā panelī.

Pēc tam krāsu paliktņi tiek piestiprināti pie krāsu paliktņu turētāju gabalu apakšas, izmantojot divus uzgriežņus un skrūves katrā pusē.

Bīdiet augšējo paneli vietā un izmantojiet vēl divus uzgriežņus un skrūves, lai piestiprinātu aizmugurējā slāņa starplikas pie augšējā paneļa. Uzstādiet pagriežamo pakāpju motoru augšējā paneļa centrā, izmantojot komplektā iekļautās skrūves ar asi uz augšu. Tādējādi tiek uzbūvēta robota šasija, un mēs varam sākt montēt krāsošanas roku.

6. solis: krāsošanas sviras un otas mezgla izveide

Lai izveidotu krāsošanas roku, vispirms pievienojiet rokas savienotāju pie lāzera griezuma suku, izmantojot 4 uzgriežņus un skrūves. Pēc tam piestipriniet servomotoru otrā galā, izmantojot vēl 4 uzgriežņus un skrūves. Pārliecinieties, vai servomotora ass ir virzienā uz rokas savienotāja pretējo galu. Iebīdiet rokas savienotāju augšējā pakāpiena motora asī.

Izmantojiet servo garo ragu un piestipriniet tam otu, izmantojot gumijas lentes vai rāvējslēdzējus. Es ieteiktu izmantot gumijas lentes, jo tas nodrošina suku komplektam zināmu atbilstību, kas nepieciešama, lai sistēma darbotos labi. Pārliecinieties, ka birste ir piestiprināta tā, ka, tiklīdz rags ir pievienots servo, birste tik tikko neslīd gar grīdas vai papīra virsmu.

Tādējādi krāsošanas robota aparatūra ir pabeigta, un jūs varat sākt elektroinstalāciju un programmēšanu.

7. solis: elektronika un shēmas

Šī projekta elektronika ir diezgan vienkārša, tas ir paskaidrots nākamajā tabulā:

• Kreisā riteņa solis uz CNC vairoga X ass pieslēgvietu
• Labā riteņa pakāpiens uz Y ass CNC vairoga portu
• Grozāms pakāpiens uz Z ass CNC vairoga portu
• Servomotora signāls uz vārpstas iespējošanas tapu uz CNC vairoga
• Servo motors no 5v līdz +5v uz CNC vairoga
• Servomotors no GND līdz GND uz CNC vairoga

Tādējādi šī projekta ķēde ir pabeigta. Lai ieslēgtu un izslēgtu robotu, akumulatoru var savienot ar CNC vairoga barošanas spailēm ar sērijveida pārslēgšanas slēdzi.

8. solis: mazliet par teoriju

Runājot par punkta pozicionēšanu 2D režģī, visizplatītākais un vienkāršākais veids, kā to izdarīt, ir norādīt punkta taisnās koordinātas. To veic, norādot kopu, parasti (x, y), kur x ir x koordināta vai attālums starp punkta projekciju uz x ass uz sākumpunktu un y ir punkta koordināta vai attālums starp projekciju no punkta uz y ass līdz sākumpunktam. Tādā veidā jebkuru sarežģītu attēlu vai formu var aprakstīt, izmantojot punktu secību tā, ka, “pievienojoties punktiem”, attēls tiek veidots. Tas ir ērts veids, kā aprakstīt punkta stāvokli attiecībā pret izcelsmi. Tomēr šim projektam tika izmantota cita sistēma.

Punktu 2D režģī var aprakstīt arī, izmantojot polārās koordinātas. Šajā metodē punkta atrašanās vieta tiek aprakstīta, izmantojot citu kopu, ko parasti apzīmē kā (teta, r), kur teta ir leņķis starp x asi un puslīniju, kas savieno sākumpunktu un punktu, un r ir attālums starp izcelsme un būtība.

Formulu konvertēšanai no vienas uz otru var atrast pievienotajā attēlā. Nav nepieciešams pilnībā izprast formulas, lai gan to zināšana palīdz.

9. solis: Arduino programmēšana

Programma ir veidota, izmantojot uz objektu orientētu tehniku, padarot programmu vienkārši lietojamu. Sāciet, izveidojot robota objektu, kura parametri ir audekla platums un augstums (izmēriet tos, izmantojot lineālu vai mērlenti centimetros, un nomainiet skripta paintRobot.ino 4. rindas vērtības). Objektorientētās programmēšanas metodes ļauj attīstīties tālāk.

Pēc tam tiek piedāvātas 3 vienkāršas funkcijas:

1. gotoXY ņem Dekarta koordinātu un pārvieto robotu uz šo pozīciju. (Piemēram, robots. GotoXY (100, 150))
2. brushControl iegūst Būla vērtību: false paaugstina otu no audekla, bet true novieto otu uz audekla. (Piemēram, robot.brushControl (true))
3. pickPaint ņem veselu skaitli -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4, kas liek robotam iemērkt otu atbilstošajā krāsas traukā. (Piemēram, robot.pickPaint (3))

Tālāk pievienotā programma liek robotam pārvietoties nejaušās pozīcijās un izvēlas nejaušas krāsas, kas galu galā rada skaistu un unikālu mākslas darbu. Lai gan to var viegli mainīt, lai robots zīmētu visu, kas jums patīk.

Piezīme: Kad kods ir augšupielādēts, jums, iespējams, būs jāpārvieto sukai pievienotais servo signāls. Kad p

10. solis: krāsas pievienošana

Kad aparatūra, elektronika un programmēšana ir pabeigta, jūs beidzot varat pievienot dažas krāsas atsevišķiem krāsu konteineriem. Es ieteiktu krāsu nedaudz atšķaidīt, lai padarītu gleznu vienmērīgāku.

Paletes paletes ārējā tvertnē pievienojiet nedaudz tīra ūdens. Robots izmantos šo ūdeni suku tīrīšanai pirms krāsu maiņas.

Lai sāktu gleznošanu, novietojiet robotu audekla apakšējā kreisajā stūrī, novietojot to pret apakšējo malu, un iedarbiniet robotu, apsēdieties un vērojiet, kā mākslas darbs lēnām atdzīvojas.

11. darbība. Galīgie rezultāti

Izmantojot pašreizējo programmu, robots veic nejaušas kustības uz audekla, radot unikālas un skaistas gleznas. Lai gan ar dažām izmaiņām robotu var likt veikt konkrētas gleznas, izmantojot atsauces attēlu. Pašreizējā sistēma nodrošina stabilu pamatu attīstībai. Robota šasija ir veidota arī modulāri ar vairākiem standartizētiem stiprinājuma punktiem, lai robotu varētu viegli pārveidot atbilstoši jūsu vajadzībām.

Ceru, ka jums patika šis Instructable un tas ir iedvesmojis jūs izveidot savu krāsošanas robotu.

Ja jums patika projekts, atbalstiet to, atmetot balsojumu "Paint Challenge".

Laimīgu izgatavošanu!

Paint Challenge galvenā balva