Sweepy: Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 soļi (ar attēliem)

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Autori: Evan Guan, Terence Lo un Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Ievads un motivācija

Sweepy studijas tīrītājs tika izstrādāts, reaģējot uz haotiskajiem arhitektūras studijas apstākļiem, kurus atstāja barbariskie studenti. Vai esat noguris no tā, cik netīra studija ir pārskatīšanas laikā? Nu nesaki vairāk. Izmantojot Sweepy, viss, kas jums jādara, ir to iestatīt un aizmirst. Studio kļūs par zīmola jaunumiem ātrāk, nekā nepieciešams, lai pabeigtu šo viena projekta modeli.

Sweepy apzinās sevi un, pārvietojoties apkārt, noņem visus atkritumus un lūžņus pēc sirds vēlēšanās, pateicoties diviem ultraskaņas sensoriem, kas liek tai ieslēgties, tuvojoties sienai. Nepieciešams Sweepy, lai strādātu vairāk? Nav problēmu, vienkārši kliedziet uz to. Pateicoties skaņas sensoram, Sweepy pastāvīgi klausās savu vidi. Sasniedzot noteiktu trokšņa slieksni, Sweepy ieslēgsies sašutuma režīmā, slaucīs un īsāku laiku pārvietosies.

Studija bez Sweepy ir netīra.

‏‏‎ ‎

Detaļas, materiāli un instrumenti

Lielāko daļu šī saraksta detaļu var atrast projekta sākuma komplektā ELEGOO UNO R3. Citas detaļas var iegādāties Creatron Inc. vai citos elektroniskajos veikalos.

‏‏‎ ‎

Sastāvdaļas

x1 ELEGOO UNO R3 Vadības pults

x1 Prototipa paplašināšanas modulis

x1 ultraskaņas sensors (HC-SR04)

x1 skaņas sensora modulis (KY-038)

x2 DC N20 motori (ROBOT-011394)

x1 Micro Servo Motors 9G (SG90)

x1 LCD modulis (1602A)

x1 9V akumulators

x2 60x8mm gumijas riteņi (UWHLL-601421)

x1 brīvā ritentiņa ritenis (augstums 64 mm)

x1 slaucīšanas birste (12 mm roktura augstums)

x2 NPN tranzistori (PN2222)

x3 rezistori (220Ω)

x2 diodes (1N4007)

x1 potenciometrs (10K)

x15 Maizes dēļa džemperu vadi

x26 Dupont vadi no sievietēm līdz vīriešiem

‏‏‎ ‎

Materiāli

x1 3 mm saplākšņa loksne (lāzera gultas izmērs 18 "x 32")

x6 M3 skrūves (YSCRE-300016)

x4 M3 uzgriežņi (YSNUT-300000)

x6 M2.5 skrūves (YSCRE-251404)

x6 M2.5 uzgriežņi (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Rīki

Skrūvgriežu komplekts

Karstās līmes pistole

‏‏‎ ‎

Aprīkojums

Dators

3D printeris

Lāzera griezējs

‏‏‎ ‎

Programmatūra

Arduino IDE

1. darbība: loģikas izpratne

Ķēde

ELEGOO UNO R3 vadības pults kalpos kā robota “smadzenes”, kurā kods tiks augšupielādēts un apstrādāts. Pievienojiet tā augšpusē prototipa paplašināšanas paneli un mini maizes dēli. Lai sazinātos ar sensoriem un izpildmehānismiem, komponenti tiks savienoti, izmantojot maizes dēli un vadus.

Iepriekš ir iekļauta shēma, kas nepieciešama, lai padarītu Sweepy laimīgu. Pievērsiet īpašu uzmanību vadu ieejai un izejai. Tas palīdz sekot līdzi vadam, aplūkojot tā krāsu. Nepareizs savienojums var izraisīt Sweepy nepareizu darbību vai sliktākajā gadījumā sabojāt elektroniku, izraisot īssavienojumu.

‏‏‎ ‎

Programmēšana

Tālāk pievienots kods, kas nepieciešams, lai palaistu Sweepy. Atveriet failu Arduino IDE un augšupielādējiet to ELEGOO UNO R3 vadības panelī. Lai to izdarītu, jums ir jāpievieno kontrollera panelis ar datoru, izmantojot USB kabeli. Pārliecinieties, vai ir atlasīts pareizais ports, nolaižamajā izvēlnē dodoties uz Rīki un ports. Pirms Sweepy veidošanas noteikti augšupielādējiet kodu, lai 3D drukātajā korpusā nebūtu jāpievieno USB kabelis.

Nav ieteicams mainīt koda mainīgos, ja vien jums nav pieredzes vai jūs zināt, ko darāt.

2. darbība: visu detaļu, materiālu un rīku savākšana

Lai sāktu projektu, apkopojiet visas detaļas, materiālus un instrumentus, kas norādīti iepriekš minētajā sarakstā. Kā jau iepriekš minēts, lielāko daļu saraksta var atrast ELEGOO UNO R3 sākuma komplektā, kā arī Creatron Inc. vai citos elektroniskajos veikalos.

Ir ļoti ieteicams sākt 3D drukāšanu pēc iespējas agrāk, jo process var ilgt vairākas stundas. Ieteicamie iestatījumi ir: 0,16 mm slāņa augstums, 20% aizpildījums un 1,2 mm sienas biezums ar malām un balstiem. 3D drukas fails ir pievienots zemāk.

Lāzera griešana var aizņemt arī daudz laika, tāpēc noteikti sāciet to agri. Lāzera griezuma failā ir arī slānis vadotnes kodināšanai, kas nodrošina pareizā komponenta uzstādīšanu pareizajā vietā. Noteikti vēlreiz pārbaudiet, kas tiek sagriezts un kas ir iegravēts, attiecīgi mainot jaudas un ātruma iestatījumus. Lāzera griešanas fails ir pievienots arī zemāk.

Kamēr mēs savam robotam izmantojām saplāksni, nekautrējieties izmantot jebkuru materiālu, kas jums patīk, piemēram, akrilu, ja vien tā biezums ir aptuveni 3 mm.

3. solis: pamatnes plāksnes nostiprināšana

Uzklājiet līmi pa pamatplāksnes perimetru un piestipriniet to 3D drukātā korpusa apakšai. Izlīdziniet abas daļas pēc iespējas uzmanīgāk, vienlaikus nodrošinot, ka kodināšanas lāzera griešanas vadotne ir vērsta uz augšu.

4. solis: pamatnes plāksnes sastāvdaļu montāža

Kad pamatplāksne ir pienācīgi nostiprināta, mēs varam sākt savienot pirmās kārtas elektroniskos komponentus. Tas ietver līdzstrāvas motorus ar riteņiem, servomotoru, LCD ekrānu un akumulatoru. Pamatplāksnē ir iekļauta lāzera griešanas vadotne, lai nodrošinātu ērtu komponentu izvietošanu jūsu ērtībai. Lai atvieglotu shēmu, sastāvdaļas jānostiprina ar atbilstošiem vadiem, kas jau ir pievienoti.

Riteņiem vajadzētu slīdēt divās spraugās abās pusēs ar līdzstrāvas motoru uz iekšu. Nostipriniet to ar komplektā iekļautajiem baltajiem skavām, izmantojot divas skrūves un uzgriežņus (M2.5).

Servomotors arī jānostiprina, izmantojot tās pašas skrūves un uzgriežņus (M2.5), vienlaikus nodrošinot, ka baltais pārnesums, kas izspiež no apakšas, atrodas robota priekšpusē. Tas veicinās suku slaucīšanas kustību.

LCD ekrānam jāieslīd korpusa priekšējā kabatā ar tapām uz leju. Nostipriniet to ar dažām karstas līmes uzlikām uz katra stūra.

Visbeidzot, akumulatora blokam vajadzētu ieslīdēt korpusa aizmugurējā kabatā ar ieslēgšanas-izslēgšanas slēdzi uz āru cauruma izgriezumā. Tas ļauj robotu ieslēgt un izslēgt.

5. darbība: atbalsta plāksnes nostiprināšana

Tālāk ir pienācis laiks nodrošināt Sweepy "smadzenes". Izmantojot četras skrūves un uzgriežņus (M3), piestipriniet UNO R3 vadības paneli un prototipa paplašināšanas moduli atbalsta plāksnes augšpusē. Tas darbotos kā korpusa otrais stāvs. Pirms tam Arduino IDE kodam jau vajadzētu būt augšupielādētam uz tāfeles un gatavam darbam.

Bīdiet atbalsta plāksni korpusā no augšas, līdz tā balstās uz trim malām, kas integrētas 3D drukas korpusā, lai nodrošinātu pareizu augstumu. Nostipriniet šo plāksni ar divām skrūvēm (M3) caur caurumiem abos galos.

Izvelciet vadus no pamatplāksnes komponentiem uz augšu un caur atbalsta plāksnes caurumiem. LCD ekrānam un servomotoru vadiem jāšķijas caur priekšējo caurumu, bet līdzstrāvas motora vadiem - caur sānu caurumiem. Akumulatora bloka vadi var iziet caur jebkuru caurumu pēc vēlēšanās.

6. darbība. Galīgo elektronisko komponentu uzstādīšana

Izmantojot karstu līmi, piestipriniet divus ultraskaņas sensorus korpusa priekšpusē ar sprūda un atbalss moduļiem, kas stiepjas no caurumiem vai "acīm". Viena sensora tapām jābūt vērstām uz augšu, bet otra - uz leju, kā norādīts caurumā uz atbalsta plāksnes. Tas ir paredzēts, lai atbalss un sprūda moduļi būtu simetriski korpusā, nosūtot un saņemot signālus.

Visbeidzot, notīriet karsto līmi skaņas sensora aizmugurē un piestipriniet to slotā korpusa iekšpusē. Mikrofona augšdaļai jāatrodas vienā līmenī ar korpusa malas augšpusi, lai varētu uzlikt Sweepy vāciņu. Mikrofons izlīdzināsies ar vāciņa caurumu, kā redzēsit vēlāk.

7. darbība: vadi, vadi un citi vadi

Nākamais solis neapšaubāmi ir visgrūtākais, bet vissvarīgākais, lai pārliecinātos, ka Sweepy ir kārtībā un laimīgs: shēma. Kā vadlīnijas, izmantojot Fritzing diagrammu šīs instrukcijas augšpusē, pievienojiet visus vadus no komponentiem uz prototipa paplašināšanas moduli.

Pārliecinieties, vai akumulatora bloka slēdzis ir izslēgts, pirms pievienojat strāvas kabeli plāksnei. Tā kā kods jau ir jāaugšupielādē uz tāfeles, Sweepy nespēs noturēt satraukumu par tīrīšanu un sāks strādāt, tiklīdz saņems strāvu, pat ja jūs joprojām strādājat pie vadiem.

Pievērsiet īpašu uzmanību katra stieples ieejai un izejai. Tas palīdz izmantot stieples krāsu, lai sekotu tai pa savu ceļu.

8. darbība: kustīgo daļu pievienošana

Tagad ir pienācis laiks Sweepy aizmugurējam ritenim un slaucīšanas suku.

Aizmugurējam ritenim jābūt ritentiņam, kas var brīvi griezties apkārt. Tam vajadzētu būt aptuveni 6,4 cm augstam no augšas uz leju, bet pielaide var būt dāsna atkarībā no tā, cik lielu lejupvērsto spēku vēlaties izmantot. Piestipriniet to zem atbalsta plāksnes caur caurumu pamatplāksnē.

Slaucīšanas birstei ir arī liela tolerance, taču rokturim jāatrodas aptuveni 1,2 cm attālumā no zemes. Rokturim jābūt arī aptuveni 10 cm garam, lai tas nesaskartos ar korpusu, kamēr tas slaucās atpakaļ un ceturtais. Piestipriniet to pie baltā sviras stiprinājuma, kas pievienots servomotorei, ar līmi.

9. solis: maksimālā ierobežojuma izslēgšana

Lai pabeigtu savu Sweepy, jums ir jāizveido tā vāciņš. Līmējiet vāciņa malu zem vāka plāksnes ar caurumu. Pārliecinieties, vai caurums ir izlīdzināts ar skaņas sensora mikrofonu. Visbeidzot, pielīmējiet vāciņu Sweepy augšpusē, izlīdzinot priekšējās malas ar korpusa priekšpusi.

Ieslēdziet barošanu no aizmugures un skatieties, kā Sweepy īsteno savus sapņus, padarot studiju par tīrāku vietu ikvienam.

10. darbība. Rezultāti un pārdomas

Neskatoties uz plašu dizaina plānošanu, kļūdas gadās, bet viss ir kārtībā: tas viss ir daļa no mācību procesa. Un mums viss nebija citādi.

Viens no mūsu lielākajiem izaicinājumiem bija Sweepy korpusa projektēšana, lai tajā būtu visas nepieciešamās sastāvdaļas. Tas nozīmēja rūpīgi izmērīt visu sastāvdaļu izmērus, plānot vadu ceļus, nodrošināt konstrukcijas integritāti utt. Mēs beidzām ar 3D drukāšanu un divu Sweepy korpusa atkārtojumu lāzergriešanu, otrā bija galīgā versija, pamatojoties uz to, ko esam iemācījušies no pirmās iterācija.

Viens no galvenajiem šķēršļiem, ar ko mēs saskārāmies, ir ultraskaņas sensora ierobežotās iespējas: tas neaptvēra pietiekami lielu laukumu, un Sweepy laiku pa laikam atsitās pret sienu, tuvojoties leņķim. Tas tika atrisināts, iekļaujot otru ultraskaņas sensoru, lai efektīvi palielinātu iedarbības laukumu.

Mēs arī sākotnēji izvēlējāmies servomotoru, lai kontrolētu pagriezienu, taču tas nebija tik efektīvs un strukturāli stabils, kā cerējām. Tā rezultātā mēs nomainījām aizmugurējo riteni ar brīvu ritentiņu un uzlikām atbildību pagriezties uz diviem vadītāja riteņiem, pagriežot diferenciāli (viens ritenis kustētos lēnāk nekā otrs, lai imitētu pagriezienu). Lai gan tas nozīmēja būtiskas izmaiņas kodā, tas efektīvi vienkāršoja mūsu vispārējo dizainu, no vienādojuma izņemot mazāk vienu servomotoru.

‏‏‎ ‎

Nākotnes atkārtojumi

Vienmēr ir iespēja uzlabot. Nākotnē viena no mūsu projekta dizaina izmaiņām ir apsvēršana par Sweepy apkopi un tā iekšējo elementu pieejamību. Mums bija vairākas problēmas, tostarp motora atteice un izlādējušās baterijas, kuru dēļ mums bija jāizjauc Sweepy, lai izslēgtu ļoti neintuitīvas sastāvdaļas. Nākotnē mēs projektētu korpusu ar darbināmām atverēm, kas ļaus piekļūt tā sastāvdaļām, piemēram, akumulatoram.

Mēs arī apsveram iespēju izmantot spiediena sensoru priekšpusē, lai noteiktu, kad Sweepy ietriecas virsmā, jo mēs atklājām, ka ultraskaņas sensors reizēm ir neuzticams, it īpaši, ja tuvojas stāvam leņķim. Izmantojot mehānisko sensoru, Sweepy konsekventāk izlemtu, kad un kad negriezties.

Lai gan Sweepy labi darbojas nelielās telpās, tas var būt mazāk efektīvs lielākās telpās. Tas ir tāpēc, ka Sweepy ir ieprogrammēts griezties tikai tad, kad tas atrod virsmu priekšā, bet citādi turpinās taisnā līnijā, līdz zeme tiks iznīcināta. Nākotnē var būt vērts iepriekš ieprogrammēt Sweepy tīrīšanas ceļu, lai tas paliktu robežās, nevis klīst uz visiem laikiem.

‏‏‎ ‎

Atsauces un kredīti

Šis projekts tika izveidots kā daļa no fiziskās skaitļošanas kursa (ARC385) Daniela Arhitektūras, ainavu un dizaina fakultātes bakalaura programmā UofT.

‏‏‎ ‎

Komandas dalībnieki

• Evans Guans
• Terence Lo
• Vilsons Jangs

‏‏‎ ‎

Iedvesmots

• Roomba robotu putekļsūcējs
• Wipy: Pārāk motivēts tāfeles tīrītājs
• Studijas telpas nekārtīgie apstākļi