Nizkocenovni, Arduino združljiv risalni robot: 15 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Opomba: Imam novo različico tega robota, ki uporablja tiskano vezje, ga je lažje sestaviti in ima zaznavanje IR ovir! Preverite na

Ta projekt sem oblikoval za 10-urno delavnico za ChickTech.org, katere cilj je najstnice predstaviti temam STEM. Cilji tega projekta so bili:

• Enostaven za gradnjo.
• Enostavno programiranje.
• Naredil nekaj zanimivega.
• Poceni, da bi ga udeleženci lahko odnesli domov in se še naprej učili.

Ob upoštevanju teh ciljev je bilo tukaj nekaj oblikovalskih odločitev:

• Arduino združljiv za lažje programiranje.
• Napajanje baterije 4xAA za stroške in razpoložljivost.
• Koračni motorji za natančno gibanje.
• 3D natisnjeno za lažje prilagajanje.
• Načrtovanje peresa z grafiko želve za zanimiv izhod.
• Odprtokodni vir, da lahko ustvarite svojega!

Tukaj je robot, ki se mi je najbolj približal: https://mirobot.io. Nimam laserskega rezalnika in pošiljanje iz Anglije je bilo prepovedano. Imam 3D tiskalnik, zato lahko vidite, kam to pelje…

Naj vas pomanjkanje 3D tiskalnika ne odvrne. Lokalne ljubitelje, ki so vam pripravljeni pomagati, najdete na

Ta projekt ima licenco Creative Commons in uporablja 3D dele, ki temeljijo na modelih drugih (kot je navedeno v naslednjem razdelku), od katerih je najbolj omejujoče nekomercialno kolo. To pomeni, da mora biti ta projekt tudi nekomercialni. Ne bodi ta tip.

1. korak: Deli

Obstaja več načinov za napajanje, vožnjo in nadzor robotov. Morda imate pri roki različne dele, vendar sem poskusil in ugotovil, da delujejo dobro:

Elektronika:

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

  • Strojna oprema po licenci CC BY-SA
  • Programska oprema (zagonski nalagalnik) pod licenco GPL
• 2-stopenjski 5V koračni adapter- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlingtonski voznik - adafruit.com/products/970
• 1- Okvir polovice velikosti- adafruit.com/products/64
• 16- Moško-moški skakalci- adafruit.com/products/759
• 1- Mikro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - Drsno stikalo SPDT - adafruit.com/product/805 ali www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Moški zatič glave- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x držalo AA- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- mikro USB kabel
• 4 AA baterije

*Opomba: Glejte zadnji korak za razpravo o uporabi običajnih plošč Arduino ali Raspberry Pi.

Strojna oprema:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-obroč- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Ležaj 5/8 "ležaj- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- Vijak z glavo glave M3 x 8 mm- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm vijak z ravno glavo- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Matica- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D-natisnjeni deli (obiščite www.3dhubs.com, če nimate dostopa do tiskalnika):

• 1 x kolesni ležaj - thingiverse.com/thing:1052674 (na podlagi dela onebytegone, CC BY -SA 3.0)
• 1 x ohišje - thingiverse.com/thing:1053269 (izvirno delo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 2 x kolesi - thingiverse.com/thing:862438 (na podlagi dela Mark Benson, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x koračni nosilec - thingiverse.com/thing:1053267 (na podlagi dela jbeale, CC BY -SA 3.0)
• 1 x držalo za pero / servo nosilec - thingiverse.com/thing:1052725 (izvirno delo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 1 x ovratnik za pero - thingiverse.com/thing:1053273 (izvirno delo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)

* Opomba: CC BY-NC je nekomercialna licenca

Orodja in potrebščine:

• Phillips izvijač
• Pištola za vroče lepilo
• Digitalni večmetrski
• Oster nož
• Barvni označevalci Crayola

2. korak: utripajte vdelano programsko opremo

Preden gremo predaleč v gradnjo, naložimo preskusno vdelano programsko opremo na mikrokrmilnik. Testni program samo črpa polja, tako da lahko preverimo pravilno smer in dimenzije.

Za pogovor s Trinket Pro boste potrebovali:

1. Gonilnik s
2. Arduino programska oprema iz

Lady Ada in ekipa Adafruit sta na zgornjih povezavah ustvarila veliko boljši nabor navodil, kot jih lahko ponudim jaz. Uporabite jih, če ste obtičali.

Opomba: En trik, po katerem se Trinket razlikuje od običajnega Arduina, je, da morate ploščo ponastaviti, preden naložite skico.

3. korak: Držalo za pero in držala za baterije

1. Nosilec peresa s servo nosilcem namestite na krajšo stran ohišja (slika 1).
2. Vstavite matice na zgornji strani ohišja (slika 2)
3. Nosilce baterij pritrdite na dno ohišja z vijaki s plosko glavo 3Mx6 mm (sliki 3 in 4).
4. Kable akumulatorja napeljite skozi pravokotne kable (slika 4 in 5).
5. Ponovite za drugo držalo baterije.

Opomba: Če ni določeno, so preostali vijaki vijaki z glavo 3 mm x 8 mm.

4. korak: Kolesa

1. Preizkusite pritrditev kolesa na koračno gred (slika 1).

   1. Če je pretesno, lahko pesto kolesa segrejete s sušilcem za lase ali pištolo za vroč zrak, nato pa vstavite gred.
   2. Če je preveč ohlapen, ga lahko z vijakom 3Mx8 mm pritrdite ob ploskev gredi (slika 2).
   3. Če ste perfekcionist, lahko kalibrirate tiskalnik in ga dobite ravno prav.
2. O-obroč namestite okoli obroča (slika 3 in 4).
3. Ponovite za drugo kolo.

5. korak: Stepper Backets

1. V nosilec koraka vstavite matico in jih z vijakom pritrdite na vrh ohišja (slika 1).
2. Steper vstavite v nosilec in ga pritrdite z vijaki in maticami.
3. Ponovite za drugi oklepaj.

6. korak: Kolesa

1. Kroglični ležaj vstavite v kolesce.

   Ne vsiljujte ga, sicer se bo zlomil. Po potrebi uporabite sušilec za lase ali pištolo z vročim zrakom, da zmehčate material

2. Kolesce pritrdite na spodnjo stran ohišja pred držalom baterije.

7. korak: Ogledna plošča

1. Odstranite eno od vodil z ostrim nožem in prerežite spodnje lepilo (slika 1).
2. Držite ploščo nad tirnicami ohišja in označite, kje sekajo rob (slika 2).
3. Z ravnim robom (kot je odstranjena električna tirnica) označite črte in prerežite podlago (slika 3).
4. Ohišje postavite na ohišje tako, da se tirnice dotikajo izpostavljenega lepila (slika 4).

8. korak: Napajanje

1. Postavite mikrokrmilnik, gonilnik darlington in stikalo za vklop na ploščo za kruh (slika 1).

   • Za vidnost sem dodal oranžne pike, ki označujejo naslednje:

     • Pin 1 gonilnika darlington.
     • Baterijski zatič mikrokrmilnika.
     • Stikalo za vklop "vklopljeno".

2. Z desnimi vodi akumulatorja:

   1. Rdečo črto priključite na prvi zatič stikala za vklop (slika 2).
   2. Črni kabel priključite na prazno vrsto med mikrokrmilnikom in čipom darlington (slika 2).

3. Z levimi akumulatorskimi vodi:

   1. Rdečo črto priključite v isto vrstico kot črni kabel druge baterije (slika 3).
   2. Črno črto povežite z negativno tirnico na plošči (slika 3).

4. Priključite napajanje na mikrokrmilnik:

   1. Rdeči mostiček od pozitivne tirnice do zatiča baterije (oranžna pika, slika 4).
   2. Črni mostiček od negativne tirnice do zatiča z oznako "G" (slika 4).
5. Vstavite baterije in vklopite napajanje. Videti morate, da se prižgeta zelena in rdeča lučka krmilnika (slika 5).

Odpravljanje težav: Če lučke mikrokrmilnika ne svetijo, takoj izklopite napajanje in odpravite težave:

1. Ali so baterije pravilno nameščene?
2. Dvakrat preverite položaj baterijskih vodnikov.
3. Dvojno preverite položaj stikalnih vodnikov.
4. Za merjenje napetosti baterij uporabite večmetrski meter.
5. Za merjenje napetosti na vodilih uporabite večmetrski meter.

9. korak: glave in servo ožičenje

Možni zatiči za glavo nam omogočajo priključitev 5-polnih servo priključkov JST na napajanje in gonilnika darlington (slika 1):

1. Prva 5-polna glava se začne eno vrstico pred gonilnikom darlington.
2. Druga glava servo se mora nato poravnati s koncem gonilnika darlington.

Preden se ožičenje zaplete, priklopimo servo:

1. Dodajte 3-polno glavo za servo na desnem robu sprednjega dela plošče (slika 2).
2. Dodajte rdeč mostiček s sredinskega zatiča na pozitivno stran vodila.
3. Dodajte črni ali rjavi mostiček z zunanjega zatiča na negativno stran vodila.
4. Dodajte barvni mostiček z notranjega zatiča na pin 8 mikrokrmilnika.
5. Namestite servo rog z gredjo v polni smeri urinega kazalca in roko, ki sega do desnega kolesa (slika 3)
6. S pomočjo servo vijakov namestite servo v držalo peresa (slika 3).
7. Priključite servo konektor tako, da poravnate barve (slika 4).

10. korak: Stepper Control

Čas za priključitev napajanja za voznika in koračnike Darlington, ki se poganja neposredno iz baterije:

1. Priključite črni ali rjavi mostiček iz spodnjega desnega darlingtonovega zatiča na negativno stran vodila (slika 1).
2. Priključite rdeči mostiček iz zgornjega desnega zatiča Darlington na pozitivno stran vodila.
3. Priključite rdeči mostiček iz zgornjega levega zatiča na pozitivno stran vodila (slika 2).
4. Priključite levi koračni konektor v glavo levega zatiča z rdečo žico na desni strani (slika 3).
5. Desni koračni konektor priključite na glavo desnega zatiča, odvod za branje pa na levi strani.

Opomba: Rdeči vodnik koračnega priključka je napajalnik in se mora ujemati z rdečimi vodi na matični plošči.

11. korak: Koračni nadzor (nadaljevanje)

Zdaj bomo priključili žice koračnega signala iz mikrokrmilnika na vhodno stran gonilnika darlington:

1. Začenši s pin 6 mikrokrmilnika, priključite kable štirih krmilnih mostov za levi koračni motor (slika 1).
2. Te skakalce povežite z vhodno stranjo darlingtona na desni. Vse barve se morajo ujemati, razen zelene, ki se ujema z rožnato žico koraka (slika 2).
3. Začenši s pin 13 mikrokrmilnika, priključite kable štirih krmilnih mostov za desni koračni motor (slika (3).
4. Te skakalce povežite z vhodno stranjo darlingtona na levi. Vse barve se morajo ujemati, razen zelene, ki se ujema z rožnato žico koraka (slika 3).

12. korak: Testiranje in kalibracija

Upajmo, da ste v 2. koraku že naložili vdelano programsko opremo. Če ne, storite to zdaj.

Preskusna vdelana programska oprema večkrat nariše kvadrat, tako da lahko preverimo smer in natančnost.

1. Robota postavite na gladko, ravno in odprto površino.
2. Vklopite napajanje.
3. Opazujte, kako vaš robot riše kvadratke.

Če na mikrokrmilniku ne vidite luči, se vrnite nazaj in odpravite napako, kot v 8. koraku.

Če se vaš robot ne premika, v 9. koraku dvakrat preverite napajalne povezave z gonilnikom darlington.

Če se vaš robot neredno giblje, v 10. koraku dvakrat preverite povezave nožic za mikrokrmilnik in gonilnik darlington.

Če se vaš robot giblje po približnem kvadratu, je čas, da odložite nekaj papirja in vanj položite pisalo (slika 1).

Vaše kalibracijske točke so:

plavajoče kolo_diadia = 66,25; // mm (povečanje = spiralno ven)

plavajoča medosna razdalja = 112; // mm (povečanje = spirala v) int steps_rev = 128; // 128 za 16x menjalnik, 512 za 64x menjalnik

Začel sem z izmerjenim premerom kolesa 65 mm in vidite, da se škatle vrtijo navznoter (slika 2).

Premer sem povečal na 67 in vidite, da se je vrtel navzven (slika 3).

Na koncu sem dosegel vrednost 66,25 mm (slika 4). Vidite lahko, da je še vedno nekaj inherentne napake zaradi vrtenja zobnikov in podobnega. Dovolj blizu, da naredite nekaj zanimivega!

13. korak: dvig in spustitev peresa

Dodali smo servo, vendar z njim nismo storili ničesar. Omogoča dviganje in spuščanje peresa, tako da se robot lahko premika brez risanja.

1. Na peresnik položite ovratnik (slika 1).
2. Če je ohlapen, ga prilepite na mesto.
3. Ko spustite servo roko, preverite, ali se bo dotaknila papirja.
4. Prepričajte se, da se ne bo dotaknil papirja, ko bo dvignjen (slika 2).

Servo kote lahko prilagodite tako, da odstranite trubo in jo znova postavite ali prek programske opreme:

int PEN_DOWN = 170; // kot servo ko je pero spuščeno

int PEN_UP = 80; // kot servo ko je pero dvignjeno

Ukazi peresa so:

penup ();

pendown ();

14. korak: Zabavajte se

Upam, da vam je uspelo tako daleč brez preveč preklinjajočih besed. Povejte mi, s čim ste se borili, da bom lahko izboljšala navodila.

Zdaj je čas za raziskovanje. Če pogledate preskusno skico, boste videli, da sem vam dal nekaj standardnih ukazov "Želva":

naprej (razdalja); // milimetri

nazaj (razdalja); levo (kot); // stopinje desno (kot); penup (); pendown (); Končano(); // sprostite stepper za varčevanje z baterijo

S temi ukazi bi morali narediti skoraj vse, na primer risanje snežnih kosmičev ali pisanje svojega imena. Če potrebujete pomoč pri začetku, si oglejte:

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

Korak 15: Druge platforme

Ali je mogoče tega robota narediti z običajnim Arduinom? Ja! Šel sem z Trinketom zaradi nizkih stroškov in majhnosti. Če povečate dolžino ohišja, lahko na eno stran namestite navaden Arduino, na drugo pa ploščico (slika 1). Moral bi delovati pin-for-pin s preskusno skico, poleg tega pa lahko zdaj pridete do serijske konzole za odpravljanje napak!

Ali je mogoče tega robota narediti z Rasberry Pi? Ja! To je bila moja prva vrstica preiskave, ker sem želel programirati v Pythonu in ga nadzorovati po spletu. Tako kot Arduino v polni velikosti zgoraj postavite Pi na eno stran, ploščo pa na drugo (Slika 2). Moč postane glavna skrb, ker je štirje AA ne bodo zmanjšali. Zagotoviti morate približno 1A toka pri stabilnih 5V, sicer bo vaš modul WiFi prenehal komunicirati. Ugotovil sem, da je model A veliko boljši glede porabe energije, vendar se še vedno trudim, kako zagotoviti zanesljivo napajanje. Če ugotovite, mi sporočite!