Zīmēšanas robots Arduino: 18 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Piezīme: Man ir jauna šī robota versija, kurā tiek izmantota iespiedshēmas plate, to ir vieglāk izveidot un tai ir IR šķēršļu noteikšana! Pārbaudiet to vietnē

Es izstrādāju šo projektu 10 stundu semināram vietnē ChickTech.org, kura mērķis ir iepazīstināt pusaudžus ar STEM tēmām. Šī projekta mērķi bija:

• Viegli veidot.
• Viegli programmēt.
• Darīja kaut ko interesantu.
• Zemas izmaksas, lai dalībnieki varētu to ņemt mājās un turpināt mācīties.

Paturot prātā šos mērķus, šeit bija dažas dizaina izvēles:

• Saderīgs ar Arduino, lai atvieglotu programmēšanu.
• AA akumulatora jauda par izmaksām un pieejamību.
• Pakāpju motori precīzai kustībai.
• 3D drukāts, lai atvieglotu pielāgošanu.
• Pildspalvu zīmējums ar bruņurupuču grafiku interesantam iznākumam.
• Atvērtais avots, lai jūs varētu izveidot savu!

Šeit ir robots, kas bija vistuvāk tam, ko vēlējos darīt: https://mirobot.io. Man nav lāzera griezēja, un piegāde no Anglijas bija pārmērīga. Man ir 3D printeris, tāpēc es domāju, ka jūs varat redzēt, kur tas notiek…

Neļaujiet 3D printera trūkumam jūs atturēt. Vietējos hobijus, kuri vēlas jums palīdzēt, varat atrast vietnē www.3dhubs.com

Tas prasīja daudz darba, bet es priecājos par to, kā tas izvērtās. Un šajā procesā es diezgan daudz iemācījos. Ļaujiet man zināt, ko jūs domājat!

1. darbība: detaļas

Ir vairāki veidi, kā barot, vadīt un vadīt robotus. Iespējams, jums būs pieejamas dažādas detaļas, taču tās ir tās, kuras esmu izmēģinājis un atklājis, ka tās darbojas labi:

Elektronika:

• 1- Arduino UNO vai līdzvērtīgs- adafruit.com/products/50

  Adafruit tagad ir ASV ražotne īstiem Arduinos! Iegūstiet tos no avota

• 2- Pārnesums ar 5 V soli- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlingtonas draiveris - adafruit.com/products/970
• 1- pusizmēra maizes dēlis- adafruit.com/products/64

• 12- Vīriešu un vīriešu džemperi- adafruit.com/products/1956

  Vismaz diviem jābūt 6 ", pārējiem - 3"

• 1- Mikro servo-adafruit.com/products/169
• 1- Vīriešu tapas galvene- digikey.com/short/t93cbd
• 1- 2 x AA turētājs- digikey.com/short/tz5bd1
• 1 - 3 x AA turētājs - digikey.com/short/t5nw1c
• 1-470 uF 25V kondensators-www.digikey.com/product-detail/en/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• 1 -SPDT slīdņa slēdzis -www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- USB mikro kabelis
• 5 - AA baterijas

Aparatūra:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-gredzens- mcmaster.com/#9452K96
• 1- ritentiņš 5/8 "gultnis- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8mm pannas galvas skrūve- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm plakanas galvas skrūve- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 uzgrieznis- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• 2 - 1/4 "vītņu veidošanas 4-20 skrūves

Iespiestas detaļas (skatiet vietni www.3dhubs.com, ja jums nav piekļuves printerim):

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

  • 1 x lodīšu gultņu ritentiņš
  • 1 x šasija
  • 2 x riteņi
  • 2 x pakāpju kronšteins
  • 1 x pildspalvas turētājs / servo kronšteins
  • 1 x pildspalvas apkakle
• Es izmantoju zemu izšķirtspēju, 100% aizpildījumu un atbalstu. Tas ir aptuveni 4 stundu vērts drukāšanai.

Piegādes:

• Phillips skrūvgriezis
• Karstās līmes pistole
• Digitālais daudzmetrs
• Ass nazis
• Crayola krāsas marķieri

2. darbība: atlaidiet programmaparatūru

Pirms mēs pārāk tālu ķeramies pie būvniecības, ļaujim ielādēt testa programmaparatūru mikrokontrollerī. Pārbaudes programma vienkārši zīmē kastes, lai mēs varētu pārbaudīt pareizo virzienu un izmēru.

1. Lejupielādējiet Arduino programmatūru no vietnes www.arduino.cc/en/Main/Software
2. Atveriet Arduino programmatūru.

3. Lejupielādējiet pievienoto zip failu un izpakojiet to Arduino skiču grāmatas vietā.

   Šo atrašanās vietu varat atrast (vai mainīt) Arduino IDE: [Fails] -> [Preferences] -> "Sketchbook Location"

4. Ielādējiet testa skici: [Fails] -> [Sketchbook] -> [TIRL_Arduino_TEST]
5. Pievienojiet Arduino datoram, izmantojot USB kabeli.

6. Arduino IDE:

   1. Iestatiet tāfeles veidu: [Tools] -> [Board] -> Jūsu dēļa tips.
   2. Iestatiet seriālo portu: [Rīki] -> [Ports] -> Parasti tas ir pēdējais.
7. Augšupielādējiet skici, izmantojot bultiņas ikonu.

Ja rodas kādas problēmas, lūdzu, skatiet vietni www.arduino.cc/en/Guide/Troubleshooting, lai saņemtu palīdzību.

3. solis: pildspalvu turētājs un bateriju turētāji

1. Ievietojiet uzgriežņus šasijas augšpusē (1. attēls). Jums, iespējams, vajadzēs tos nospiest.
2. Uzstādiet pildspalvas turētāju ar servo kronšteinu šasijas augšpusē (2. un 3. attēls).

3. Piestipriniet akumulatora turētājus šasijas apakšā, izmantojot 3Mx6mm plakanas galvas skrūves (4. attēls)

   • Lai pareizi barotu Arduino, izmantojot tā borta regulatoru, jums ir nepieciešams vismaz 5xAA. Derētu arī seši, tāpēc abās pusēs esmu iekļāvis caurumus jebkuram izmēram.
   • Jūs vēlaties, lai svars tiktu novirzīts uz ritentiņu, tāpēc novietojiet 3xAA uz aizmuguri.
   • Novietojiet turētājus tā, lai vadi būtu vistuvāk taisnstūra kabeļu vadiem.
4. Izvelciet akumulatora vadus caur taisnstūra kabeļu vadiem (4. attēls).
5. Atkārtojiet to pašu ar otru akumulatora turētāju.

Piezīme. Ja nav norādīts, atlikušās skrūves ir 3Mx8mm pannas galvas skrūves

4. solis: Stepper Backets

1. Ievietojiet uzgriezni pakāpiena kronšteinā un ar skrūvi piestipriniet tos pie šasijas augšdaļas (1. attēls).
2. Ievietojiet soli kronšteinā un piestipriniet ar skrūvēm un uzgriežņiem.
3. Atkārtojiet ar otru kronšteinu.

5. solis: ritentiņš

1. Ievietojiet lodīšu gultni ritentiņā.

   Nepiespiediet to iekšā, pretējā gadījumā tas salūzīs. Ja nepieciešams, mīkstiniet materiālu, izmantojiet matu žāvētāju vai karstā gaisa pistoli

2. Pievienojiet ritentiņu šasijas apakšējai daļai akumulatora turētāja priekšā.

Esmu izmēģinājis citus apaļus priekšmetus, piemēram, bumbiņas, bet gluds un smags, šķiet, darbojas labi. Ja jums ir nepieciešams cits diametrs, varat rediģēt failu openScad (https://www.thingiverse.com/thing:1052674), lai tas atbilstu jūsu rīcībā esošajam.

6. darbība: maizes dēlis un smadzenes

1. Noņemiet vienu no strāvas sliedēm, izmantojot asu nazi, izgriežot apakšējo līmi (1. attēls).

   Vienas sliedes ārējā malā ir jauda (sarkana), citai - negatīva (zila). Es saglabāju pirmo pievienoto, un tas atbilst shēmām un fotoattēliem. Ja izmantojat otru, vienkārši attiecīgi noregulējiet vadus

2. Turot maizes dēli virs šasijas sliedēm, atzīmējiet vietu, kur tās krustojas ar malu (2. attēls).
3. Izmantojot taisnu malu (piemēram, noņemto strāvas sliedi), atzīmējiet līnijas un izgrieziet pamatni (3. attēls).
4. Novietojiet maizes dēli uz šasijas tā, lai sliedes pieskartos atklātajai līmei (4. attēls).
5. Piestipriniet Arduino šasijas otrā pusē, izmantojot 4-20 skrūves (5. attēls).

7. solis: Kondensatora un detaļu izvietojums

1. Novietojiet darlington draiveri un barošanas slēdzi uz maizes dēļa (1. attēls).

   • Redzamībai esmu pievienojis oranžus punktus, lai atzīmētu:

     • Darlington draivera 1. tapa
     • Mikrotrollera akumulatora tapa. Strāvas slēdzis ir ieslēgts.
2. Ja nepieciešams, sagrieziet kondensatora vadus (garāks ir negatīvs) (2. attēls).
3. Ievietojiet kondensatoru pareizajās sliedēs maizes dēļa augšpusē (3. attēls).

8. solis: jauda

1. Ar labajiem akumulatora vadiem: savienojiet sarkano līniju ar barošanas slēdža pirmo tapu (1. attēls).
2. Pievienojiet melno vadu tukšai rindai starp mikrokontrolleru un darlington mikroshēmu (1. attēls).
3. Izmantojot kreisās puses akumulatora vadus: pievienojiet sarkano līniju tai pašai rindai, kurā atrodas otra akumulatora melnais vads (2. attēls).
4. Pievienojiet melno līniju maizes dēļa negatīvajai sliedei (2. attēls).

5. Pievienojiet strāvu mikrokontrolleram:

   1. Sarkans džemperis no pozitīvās sliedes līdz akumulatora tapai (oranžs punkts, 3. attēls).
   2. Melns džemperis no negatīvās sliedes līdz tapai ar atzīmi "G" (4. attēls).
6. Ievietojiet baterijas un ieslēdziet barošanu (5. attēls).
7. Jums vajadzētu redzēt kontrollera zaļo un sarkano gaismu (6. attēls).

Problēmu novēršana:

• Ja mikrokontrollera gaismas neiedegas, nekavējoties izslēdziet strāvu un novērsiet problēmu:

  • Vai baterijas ir ievietotas pareizajā virzienā?
  • Vēlreiz pārbaudiet akumulatora vadu novietojumu.
  • Vēlreiz pārbaudiet slēdža vadu novietojumu.
  • Izmantojiet multimetru, lai pārbaudītu bateriju spriegumu.
  • Izmantojiet multimetru, lai pārbaudītu strāvas sliedes spriegumu.

9. solis: Stepper Power

Tagad, kad esat ieguvis jaudu mikrokontrolleram, pabeidzim elektroinstalācijas jaudu stepperiem:

1. Pievienojiet melnu džemperi no augšējās kreisās darlingtonas tapas līdz strāvas sliedes negatīvajai pusei (1. attēls).
2. Pievienojiet sarkano džemperi no apakšējās kreisās darlingtonas tapas pie barošanas sliedes pozitīvās puses (1. attēls).
3. Pievienojiet sarkano džemperi no apakšējās kreisās darlingtonas tapas vienā rindā pa labi no darlington (2. attēls).
4. Ievietojiet stepu baltos JST savienotāju tapas (2. attēls).

10. solis: pakāpienu vadības signāli

Mikrokontrolleris nodrošina 5 voltu signālus Darlington masīvam, kas savukārt nodrošina VCC stepper spoles:

1. Sāciet ar tapu, kas atrodas blakus darlington draivera zemējuma tapai, un šajā secībā ievietojiet oranžus, dzeltenus, zaļus un zilus vadus (1. attēls).

2. Pievienojiet džemperus šādām arduino tapām (2. attēls):

   1. oranža - digitālā tapa 4
   2. dzeltens - digitālā tapa 5
   3. zaļa - digitālā tapa 6
   4. zils - digitālā tapa 7

3. Atgriežoties pie darlingtonas, turpiniet džemperi otram solim pretējā virzienā:

   zilā, zaļā, dzeltenā un oranžā krāsā (3. attēls)

4. Pievienojiet džemperus šādām arduino tapām (4. attēls):

   1. zils - digitālā tapa 9 (piespraude 8 izmantota pēdējā servo).
   2. zaļa - digitālā tapa 10
   3. dzeltens - digitālā tapa 11
   4. oranža - digitālā tapa 12

11. solis: pakāpienu spoles savienojumi

Stepera baltie JST savienotāji ir piestiprināti pie tapas galvenes. Sarkanais vads ir jauda, un tam jāatbilst iepriekš uzstādītajiem sarkanajiem jaudas džemperiem (1. attēls).

Visām krāsām jāatbilst mikrokontrolleru džemperiem darlingtonas pretējā pusē, izņemot zaļo, kas atbilst stepera rozā vadam (2. attēls).

12. solis: Servo

1. Uzstādiet servo ragu, pagriežot servo pulksteņrādītāja virzienā līdz galam un ragu horizontāli (1. attēls).
2. Piestipriniet servo turētājam, un rags norādīja uz labo pakāpiena pusi (1. attēls).
3. Piestipriniet servo savienotājā brūnos (zemes), sarkanos (5 V jauda) un baltos (signāla) džemperus, kas atbilst servo vadu krāsām (2. attēls).
4. Pievienojiet strāvas un zemes džemperus pie zemes un 5 V galveni uz Arduino (3. attēls).
5. Pievienojiet balto signāla vadu Arduino digitālajai tapai 8 (4. attēls).

13. solis: riteņi

1. Novietojiet gumijas gredzenu ap riteņa malu (1. attēls).

2. Ja rumbas stiprinājums uz ass ir vaļīgs, varat ar 3M skrūvi turēt to vietā (2. attēls).

   Nepievelciet to pārāk daudz, pretējā gadījumā jūs noņemsiet plastmasu

14. darbība: pārbaude

Cerams, ka jūs jau augšupielādējāt programmaparatūru 2. solī. Ja nē, dariet to tūlīt.

Testa programmaparatūra vienkārši atkārtoti uzzīmē kvadrātu, lai mēs varētu pārbaudīt virzienu un precizitāti.

1. Novietojiet robotu uz gludas, līdzenas, atvērtas virsmas.
2. Ieslēdziet barošanu.
3. Skatieties, kā jūsu robots zīmē kvadrātus.

Ja uz mikrokontrollera neredzat gaismas, atgriezieties un traucējiet strāvu, kā norādīts 8. darbībā.

Ja jūsu robots nekustās, vēlreiz pārbaudiet strāvas savienojumus ar darlington draiveri, veicot 9. darbību.

Ja jūsu robots pārvietojas nepareizi, vēlreiz pārbaudiet mikrokontrollera un darlington draivera tapu savienojumus, veicot 10. darbību.

15. solis: kalibrēšana

Ja jūsu robots pārvietojas aptuveni kvadrātā, ir pienācis laiks nolikt papīru un ievietot tajā pildspalvu.

Izmēriet riteņa diametru (1. attēls) un riteņa bāzi (2. attēls) milimetros.

Kalibrēšanas iestatījumi kodā ir šādi:

pludiņš wheel_dia = 63; // mm (palielinājums = spirāle ārā)

pludiņa ritenis_base = 109; // mm (palielinājums = spirāle) int steps_rev = 128; // 128 16x pārnesumkārbai, 512 64x pārnesumkārbai

Es sāku ar izmērīto riteņa diametru 65 mm, un jūs varat redzēt kastes, kas rotē uz āru vai pulksteņrādītāja virzienā (3. attēls).

Es beidzot sasniedzu vērtību 63 mm (4. attēls). Jūs varat redzēt, ka joprojām ir kāda raksturīga kļūda pārnesumu skropstu un tā tālāk dēļ. Pietiekami tuvu, lai darītu kaut ko interesantu!

16. darbība. Pildspalvas pacelšana un nolaišana

Mēs esam pievienojuši servo, bet ar to neko neesam darījuši. Tas ļauj pacelt un nolaist pildspalvu, lai robots varētu pārvietoties bez zīmēšanas.

1. Uzlieciet pildspalvas apkakli uz pildspalvas (1. attēls).

   Ja tas ir vaļīgs, uzlīmējiet to vietā

2. Pārbaudiet, vai tas pieskaras papīram, kad servo roka ir nolaista.
3. Pārbaudiet, vai pacelšanas laikā tas nepieskaras papīram.

Servo leņķus var noregulēt, noņemot ragu un novietojot to no jauna, vai izmantojot programmatūru:

int PEN_DOWN = 20; // servo leņķis, kad pildspalva ir uz leju

int PEN_UP = 80; // servo leņķis, kad pildspalva ir uz augšu

Pildspalvu komandas ir šādas:

penup ();

pendown ();

Ja vēlaties izmantot dažādus pildspalvu izmērus, jums būs jāpārveido pildspalvas turētājs (www.thingiverse.com/thing:1052725) un pildspalvas apkakle (www.thingiverse.com/thing:1053273) ar pareizo diametru.

17. solis: izklaidējieties

Es ceru, ka jūs to izdarījāt līdz šim bez pārāk daudziem lāsta vārdiem. Ļaujiet man zināt, ar ko jūs cīnījāties, lai es varētu uzlabot norādījumus.

Tagad ir pienācis laiks izpētīt. Apskatot testa skici, jūs redzēsit, ka esmu jums sniedzis dažas standarta "Bruņurupuča" komandas:

uz priekšu (attālums); // milimetri

atpakaļ (attālums); pa kreisi (leņķis); // grādi pa labi (leņķis); penup (); pendown (); darīts (); // atlaidiet soli, lai taupītu akumulatoru

Izmantojot šīs komandas, jums vajadzētu būt iespējai darīt jebko, sākot ar sniega pārslu zīmēšanu vai uzrakstot savu vārdu. Ja jums nepieciešama palīdzība darba sākšanā, pārbaudiet:

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

18. darbība. Citas platformas

Vai šo robotu var izdarīt ar?

Jā! Šī platforma ir ļoti elastīga. Galvenokārt jums vienkārši jāmaina šasija.

Esmu to darījis ar Raspberry Pi (1. attēls) un Adafruit piekariņu (www.instructables.com/id/Low-Cost-Arduino-Compatible-Drawing-Robot/) (2. attēls).

Ļaujiet man zināt, ko jūs izdomājat!