Zemu izmaksu, ar Arduino saderīgs zīmēšanas robots: 15 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

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.
• 4xAA 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

Šis projekts ir licencēts saskaņā ar Creative Commons, un tajā tiek izmantotas 3D detaļas, kuru pamatā ir citu dizainparaugi (kā norādīts nākamajā sadaļā), no kurām visierobežojošākais ir nekomerciālais ritenis. Tas nozīmē, ka šim projektam jābūt arī nekomerciālam. Neesi šis puisis.

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

  • Aparatūra saskaņā ar CC BY-SA licenci
  • Programmatūra (sāknēšanas ielādētājs) saskaņā ar GPL licenci
• 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
• 16- Vīriešu un vīriešu džemperi- adafruit.com/products/759
• 1- Mikro servo-adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT slīdņa slēdzis - adafruit.com/product/805 vai www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Vīriešu tapas galvene- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA turētājs- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB mikro kabelis
• 4- AA baterijas

*Piezīme: skatiet pēdējo soli diskusijai par parasto Arduino vai Raspberry Pi dēļu izmantošanu.

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

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

• 1 x lodīšu gultņu ritentiņš - thingiverse.com/thing:1052674 (pamatojoties uz onebytegone darbu, CC BY -SA 3.0)
• 1 x šasija - thingiverse.com/thing:1053269 (oriģinālais Maker's Box darbs, CC BY -SA 3.0)
• 2 x riteņi - thingiverse.com/thing:862438 (pamatojoties uz Marka Bensona darbu, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x pakāpju kronšteins - thingiverse.com/thing:1053267 (pamatojoties uz jbeale darbu, CC BY -SA 3.0)
• 1 x pildspalvas turētājs / servo kronšteins - thingiverse.com/thing:1052725 (oriģinālais Maker's Box darbs, CC BY -SA 3.0)
• 1 x pildspalvas apkakle - thingiverse.com/thing:1053273 (oriģinālais Maker's Box darbs, CC BY -SA 3.0)

* Piezīme: CC BY-NC ir nekomerciāla licence

Instrumenti un piederumi:

• 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.

Lai sarunātos ar Trinket Pro, jums būs nepieciešams:

1. Vadītājs no vietnes
2. Arduino programmatūra no

Lēdija Ada un Adafruit komanda iepriekšējās saitēs ir izveidojušas daudz labāku instrukciju kopumu, nekā es varu sniegt. Lūdzu, izmantojiet tos, ja esat iestrēdzis.

Piezīme: Viens triks, kas padara Trinket atšķirīgu no parastā Arduino, ir tas, ka pirms skices augšupielādes jums ir jāatiestata tāfele.

3. solis: pildspalvu turētājs un bateriju turētāji

1. Uzstādiet pildspalvas turētāju ar servo kronšteinu šasijas īsākajā pusē (1. attēls).
2. Ievietojiet uzgriežņus šasijas augšpusē (2. attēls)
3. Piestipriniet akumulatora turētājus šasijas apakšā, izmantojot 3Mx6mm plakanas galvas skrūves (3. un 4. attēls).
4. Izvelciet akumulatora vadus caur taisnstūra kabeļu vadiem (4. un 5. attēls).
5. Atkārtojiet to pašu ar otru akumulatora turētāju.

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

4. solis: riteņi

1. Pārbaudiet, vai ritenis ir piestiprināts pie pakāpiena vārpstas (1. attēls).

   1. Ja tas ir pārāk saspringts, varat sildīt riteņa rumbu ar matu žāvētāju vai karstā gaisa pistoli un pēc tam ievietot vārpstu.
   2. Ja tas ir pārāk vaļīgs, varat ar 3Mx8mm skrūvi turēt to pret vārpstas plakanumu (2. attēls).
   3. Ja esat perfekcionists, varat kalibrēt printeri un iegūt to pareizi.
2. Novietojiet blīvgredzenu ap riteņa malu (3. un 4. attēls).
3. Atkārtojiet ar otru riteni.

5. 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.

6. 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.

7. solis: maizes dēlis

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

8. solis: jauda

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

   • Redzamībai esmu pievienojis oranžus punktus, lai atzīmētu:

     • Darlington draivera 1. tapa.
     • Mikrotelfera akumulatora tapa.
     • Strāvas slēdzis ir ieslēgts.

2. Ar labās puses akumulatora vadiem:

   1. Pievienojiet sarkano līniju barošanas slēdža pirmajai tapai (2. attēls).
   2. Pievienojiet melno vadu tukšai rindai starp mikrokontrolleru un darlington mikroshēmu (2. attēls).

3. Ar kreisās puses akumulatora vadiem:

   1. Pievienojiet sarkano līniju tai pašai rindai, kurā atrodas otra akumulatora melnais vads (3. attēls).
   2. Pievienojiet melno līniju maizes dēļa negatīvajai sliedei (3. attēls).

4. Pievienojiet strāvu mikrokontrolleram:

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

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

1. Vai baterijas ir ievietotas pareizajā virzienā?
2. Vēlreiz pārbaudiet akumulatora vadu novietojumu.
3. Vēlreiz pārbaudiet slēdža vadu novietojumu.
4. Izmantojiet multimetru, lai pārbaudītu bateriju spriegumu.
5. Izmantojiet multimetru, lai pārbaudītu strāvas sliedes spriegumu.

9. solis: galvenes un servo vadi

Vīriešu galvenes tapas ļauj mums savienot 5 kontaktu servo JST savienotājus ar strāvu un darlington draiveri (1. attēls):

1. Pirmā 5 kontaktu galviņa sākas vienā rindā dārlingtonas vadītāja priekšā.
2. Pēc tam otrajai servo galvenei jāatbilst darlingtonas draivera galam.

Pirms elektroinstalācijas kļūst sarežģītas, ļaujiet pieslēgt servo:

1. Maizes dēļa priekšējās daļas labajā malā pievienojiet servo 3 kontaktu galveni (2. attēls).
2. Pievienojiet sarkanu džemperi no centrālās tapas strāvas sliedes pozitīvajai pusei.
3. Pievienojiet melnu vai brūnu džemperi no ārējās tapas strāvas sliedes negatīvajai pusei.
4. Pievienojiet krāsainu džemperi no iekšējās tapas mikrokontrollera 8. tapai.
5. Uzstādiet servo ragu ar vārpstu pilnā pulksteņrādītāja virzienā un roku izstiepiet līdz labās puses ritenim (3. attēls)
6. Uzstādiet servo pildspalvas turētājā, izmantojot servo skrūves (3. attēls).
7. Pievienojiet servo savienotāju, izlīdzinot krāsas (4. attēls).

10. solis: pakāpienu vadība

Laiks pieslēgt strāvu darlington vadītājam un pakāpieniem, kas tiks darbināti tieši no akumulatora:

1. Pievienojiet melnu vai brūnu džemperi no apakšējās labās darlingtonas tapas līdz strāvas sliedes negatīvajai pusei (1. attēls).
2. Pievienojiet sarkano džemperi no augšējās labās darlingtonas tapas pie barošanas sliedes pozitīvās puses.
3. Pievienojiet sarkano džemperi no augšējās kreisās tapas galvenes līdz barošanas sliedes pozitīvajai pusei (2. attēls).
4. Pievienojiet kreisā pakāpiena savienotāju kreisās puses tapas galvenei ar sarkano vadu labajā pusē (3. attēls).
5. Pievienojiet labā pakāpiena savienotāju labās puses tapas galvenei ar nolasīšanas vadu kreisajā pusē.

Piezīme: Stepper savienotāja sarkanais vads ir strāva, un tam jāatbilst maizes dēļa sarkanajiem vadiem.

11. solis: pakāpienu vadība (turpinājums)

Tagad mēs savienosim pakāpju signāla vadus no mikrokontrollera ar darlington draivera ieejas pusi:

1. Sākot ar mikrokontrollera 6. tapu, pievienojiet vadus četriem kreisā soļa motora vadības džemperiem (1. attēls).
2. Saskaņojiet šos džemperus ar darlington ievades pusi labajā pusē. Visām krāsām jāatbilst, izņemot zaļo, kas atbilst stepera rozā vadam (2. attēls).
3. Sākot ar mikrokontrollera 13. tapu, savienojiet četru vadības džemperu vadus labajam soļa motoram (attēls (3)).
4. Saskaņojiet šos džemperus ar darlington ievades pusi kreisajā pusē. Visām krāsām jāatbilst, izņemot zaļo, kas atbilst stepera rozā vadam (3. attēls).

12. darbība: pārbaude un kalibrēšana

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.

Ja jūsu robots pārvietojas aptuveni kvadrātā, ir pienācis laiks nolikt papīru un ievietot tajā pildspalvu (1. attēls).

Jūsu kalibrēšanas punkti ir:

pludiņš wheel_dia = 66,25; // mm (palielinājums = spirāle ārā)

pludiņa ritenis_base = 112; // 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 griežas uz iekšu (2. attēls).

Es palielināju diametru līdz 67, un jūs varat redzēt, ka tas rotē uz āru (3. attēls).

Galu galā es sasniedzu vērtību 66,25 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!

13. 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).
2. Ja tas ir vaļīgs, uzlīmējiet to vietā.
3. Pārbaudiet, vai tas pieskaras papīram, kad servo roka ir nolaista.
4. Pārbaudiet, vai pacelšanas laikā tas nepieskaras papīram (2. attēls).

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

int PEN_DOWN = 170; // servo leņķis, kad pildspalva ir uz leju

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

Pildspalvu komandas ir šādas:

penup ();

pendown ();

14. 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/

15. darbība. Citas platformas

Vai šo robotu varētu veikt ar parasto Arduino? Jā! Es devos ar piekariņu, jo bija zemas izmaksas un mazs izmērs. Palielinot šasijas garumu, vienā pusē varat ievietot parasto Arduino, bet otrā - maizes dēli (1. attēls). Ar testa skici tam vajadzētu darboties ar tapu, turklāt tagad jūs varat nokļūt sērijas konsolē atkļūdošanai!

Vai šo robotu var izdarīt ar Rasberry Pi? Jā! Šī bija mana pirmā izmeklēšanas līnija, jo vēlējos programmēt programmā Python un spēt to kontrolēt tīmeklī. Tāpat kā pilna izmēra Arduino iepriekš, jūs vienkārši ievietojat Pi vienā pusē un maizes dēli otrā pusē (2. attēls). Jauda kļūst par galveno problēmu, jo četri AA to negrasās samazināt. Jums ir jānodrošina aptuveni 1A strāva pie stabila 5V, pretējā gadījumā jūsu WiFi modulis pārtrauks sazināties. Es atklāju, ka A modelis ir daudz labāks attiecībā uz enerģijas patēriņu, taču es joprojām strādāju pie tā, kā nodrošināt uzticamu jaudu. Ja jūs to izdomājat, dariet man zināmu!