SKARA- avtonomni plus ročni robot za čiščenje bazena: 17 korakov (s slikami)

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-23 15:08

• Čas je denar, ročno delo pa drago. S prihodom in napredkom tehnologij avtomatizacije je treba razviti brezskrbno rešitev za lastnike stanovanj, društva in klube za čiščenje bazenov pred umazanijo in umazanijo vsakdanjega življenja, vzdrževanje osebne higiene in ohranjanje določenega življenjskega standarda.
• Ob neposredni obravnavi te dileme sem razvil ročni avtonomni stroj za čiščenje površin bazena. S svojimi preprostimi, a inovativnimi mehanizmi ga čez noč pustite v umazanem bazenu in se zbudite, da ga očistite.
• Avtomat ima dva načina delovanja, enega avtonomnega, ki ga lahko vklopite s pritiskom na gumb na telefonu in ga pustite brez nadzora, da opravi svoje delo, in drugega ročnega načina, da dobite te posebne koščke vej in listov, ko je čas bistven. V ročnem načinu lahko uporabite merilnik pospeška v telefonu za nadzor gibanja robota, podobno kot igranje dirkalnih iger na telefonu. Aplikacija po meri je bila narejena z uporabo aplikacije Blynk, odčitki merilnika pospeška pa so poslani na glavni strežnik in nazaj na mobilno napravo, nato pa se podatki o preklopu vroče točke pošljejo v NodeMCU.
• Tudi danes na domače čistilne robote gledajo kot na eksotične aparate ali luksuzne igrače, zato sem jih, da bi spremenil to miselnost, razvil sam. Zato je bil v projektu glavni cilj zasnovati in izdelati avtonomno čistilo za površino bazena z uporabo razpoložljivih in poceni tehnologij, da bi bil celoten prototip stroškovno učinkovit, zato ga lahko večina ljudi zgradi v svojem domu, tako kot jaz.

1. korak: Delovni mehanizem

Gibanje in zbiranje:

• Osnovni mehanizem našega prototipa je sestavljen iz nenehno vrtečega se transportnega traku spredaj za zbiranje naplavin in umazanije.
• Dva motorja, ki poganjata vodna kolesa, potrebna za gibanje.

Navigacija:

• Ročni način: S pomočjo podatkov merilnika pospeška Mobile lahko nadzorujete smer Skara. Zato mora oseba samo nagniti telefon.
• Avtonomni način: Izvedel sem naključno gibanje, ki dopolnjuje algoritem za izogibanje oviram, da bi avtomatu pomagal, ko zazna bližino stene. Za odkrivanje ovir se uporabljata dva ultrazvočna senzorja.

2. korak: CAD model

• CAD model je bil narejen na SolidWorksu
• Datoteko cad najdete v teh navodilih za uporabo

Korak: Komponente

Mehanski:

1. Lasersko rezane plošče -2nos
2. Akrilna plošča debeline 4 mm
3. Plošča iz termokola ali polistirena
4. Stružnice rezane palice
5. Ukrivljena plastična pločevina (lesena površina)
6. 3D tiskani deli
7. Vijaki in matice
8. Šablona (tisk "Skara")
9. Mseal- epoksi
10. Mrežna tkanina

Orodja:

• Brusni papir
• Barve
• Kotni brusilnik
• Vrtalnik
• Rezalniki
• Drugo električno orodje

Elektronika:

• NodeMCU
• Vijačni priključki: 2pin in 3pin
• Pretvornik dolarjev mini 360
• Preklopite stikalo
• IRF540n- Mosfet
• BC547b- Tranzistor
• 4.7K upor
• Enožilna žica
• L293d- Gonilnik motorja
• Ultrazvočni senzor- 2 št
• 100rpm enosmerni motor - 3nos
• 12v svinčevo -kislinska baterija
• Polnilec baterij
• Spajkalna deska
• Spajkalna žica
• Spajkalna palica

4. korak: 3D tiskanje

• 3D tiskanje je opravil domači tiskalnik enega mojih prijateljev
• Najdete lahko 4 datoteke, ki jih je treba 3D natisniti

• Deli so bili 3D natisnjeni s pretvorbo 3d CAD datoteke v format stl.

• Vodno kolo ima intuitivno zasnovo z lamelnimi plavuti, ki izpodrivajo vodo učinkoviteje kot tradicionalni modeli. To pomaga pri manjši obremenitvi motorja in opazno poveča hitrost gibanja avtomata.

5. korak: Lasersko rezane plošče in stružnice

Stranske plošče:

• Da bi CAD upodabljanje postalo resničnost, je bilo treba materiale, ki so bili izbrani za konstrukcijo prototipa, natančno pretehtati, pri čemer je treba upoštevati, da mora celotna struktura imeti neto pozitivno vzgon.
• Glavno strukturo lahko vidite na sliki. Prvotna izbira okvirja je bila aluminij serije 7 zaradi manjše teže, boljše odpornosti proti koroziji in boljše strukturne togosti. Zaradi nedostopnosti materiala na lokalnem trgu pa sem ga moral izdelati z Mild Steel.
• Stranski okvir Cad je bil pretvorjen v format. DXF in dan prodajalcu. Datoteko v tem navodilu najdete.
• Laserski rez je bil narejen na LCG3015
• Na tem spletnem mestu lahko podate tudi lasersko rezanje (https://www.ponoko.com/laser-cutting/metal)

Stružnice:

• Palice, ki povezujejo dve plošči in podpirajo koš, so bile izdelane s stružnico iz lokalne prodajalne.
• Skupaj so bile potrebne 4 palice

Korak 6: Konstrukcija koša

• Smetnjak je izdelan z uporabo akrilnih listov, ki so bili izrezani z električnimi orodji z dimenzijami glede na risbo CAD.
• Posamezni rezani deli koša so sestavljeni in zlepljeni z uporabo vodoodporne epoksidne smole.
• Celotno ohišje in njegovi sestavni deli so sestavljeni skupaj s 4 mm vijaki iz nerjavečega jekla in 3 čepi iz nerjavečega jekla. Uporabljene matice so samozaporne, da se izognejo kakršni koli naravi.
• Krožne luknje na dveh straneh akrilnih listov so bile narejene za namestitev motorjev

• Ohišje baterije in elektronike se nato izreže iz 1 mm plastične pločevine in zapakira v ohišje. Odprtine za žice pravilno zaprte in izolirane.

7. korak: Lebdenje

• Zadnja komponenta, ki se nanaša izključno na strukturo, so flotacijske naprave, ki se uporabljajo za zagotovitev pozitivnega vzgona celotnega prototipa in ohranjanje težišča približno celotnega geometrijskega središča prototipa.
• Flotacijske naprave so bile izdelane iz polistirena (termokol). Za njihovo pravilno oblikovanje smo uporabili brusni papir
• Ti so bili nato pritrjeni na okvir na lokacijah z uporabo mSeal, izračunano ob upoštevanju zgornjih omejitev.

8. korak: Podpora ultrazvočnega senzorja

• Tiskana je bila v 3D obliki, zadnje plošče pa so bile narejene s pločevinami
• Pritrjen je bil z uporabo mseal (nekakšen epoksid)

9. korak: Elektronika

• 12V svinčena kislinska baterija se uporablja za napajanje celotnega sistema
• Vzporedno se je povezal s pretvornikom dolarja in krmilnikom motorja L293d
• Pretvornik Buck za sistem pretvori 12v v 5v
• MOSFET IRF540n se uporablja kot digitalno stikalo za krmiljenje motorja tekočega traku
• NodeMCU se uporablja kot glavni mikrokrmilnik, povezuje se z mobilnim telefonom prek WiFi (vroča točka)

10. korak: Transportni trak

• Izdelana je bila iz mrežaste tkanine, kupljene v lokalni trgovini
• Tkanina je bila krožno pritrjena, tako da je neprekinjena

11. korak: Slikanje

Skara je bila naslikana s sintetičnimi barvami

12. korak: laserski rez simbola Skara

• Šablono sem izrezal z domačim laserjem, ki ga je izdelal moj prijatelj.
• Material, na katerem je bilo narejeno lasersko rezanje, je nalepka

Korak: Kodiranje

Predkodiranje stvari:

• Za ta projekt sem uporabil Arduino IDE za programiranje svojega NodeMCU. To je lažji način, če ste že uporabljali Arduino in vam ne bo treba učiti novega programskega jezika, na primer Python ali Lua.

• Če tega še niste storili, boste morali programski opremi Arduino najprej dodati podporo za ploščo ESP8266.
• Najnovejšo različico za Windows, Linux ali MAC OSX najdete na spletnem mestu Arduino: https://www.arduino.cc/en/main/software Brezplačno jo naložite, namestite v računalnik in zaženite.
• Arduino IDE že podpira številne različne plošče: Arduino Nano, Mine, Uno, Mega, Yún itd. ESP8266 na žalost ni privzeto med podprtimi razvojnimi ploščami. Če želite naložiti svoje kode na osnovno ploščo ESP8266, morate najprej dodati njene lastnosti v programsko opremo Arduino. Pojdite na Datoteka> Nastavitve (Ctrl +, v operacijskem sistemu Windows); V besedilno polje Dodatni upravitelj plošč (tistega na dnu okna Nastavitve) dodajte naslednji URL:
• Če polje z besedilom ni bilo prazno, to pomeni, da ste že prej dodali druge plošče v Arduino IDE. Dodajte vejico na koncu prejšnjega URL -ja in zgornjega.

• Pritisnite gumb »V redu« in zaprite okno Nastavitve.

• Pomaknite se do Orodja> Plošča> Upravitelj plošč, če želite dodati ploščo ESP8266.
• V polje za iskanje vnesite "ESP8266", izberite "esp8266 s strani skupnosti ESP8266" in ga namestite.
• Zdaj bo vaš Arduino IDE pripravljen za delo z veliko razvojnimi ploščami, ki temeljijo na ESP8266, kot so generični ESP8266, NodeMcu (ki sem ga uporabil v tej vadnici), Adafruit Huzzah, Sparkfun Thing, WeMos itd.
• V tem projektu sem uporabil knjižnico Blynk. Knjižnico Blynk je treba namestiti ročno. Prenesite knjižnico Blynk na https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases… Razpakirajte datoteko in kopirajte mape v mape knjižnic/orodij Arduino IDE.

Glavno kodiranje:

• Preden naložite kodo, boste morali posodobiti ključ za avtorizacijo Blynk in poverilnice WiFi (ssid in geslo).
• Prenesite spodnjo kodo in knjižnice.
• Odprite priloženo kodo ("končna koda") v Arduino IDE in jo naložite v NodeMCU.

• Nekatere senzorje pametnega telefona lahko uporabljate tudi z Blynkom. Tokrat sem za nadzor svojega robota želel uporabiti njegov merilnik pospeška. Nagnite telefon in robot se bo obrnil levo/desno ali se pomaknil naprej/nazaj.

Korak 14: Razlaga kode

• V tem projektu sem moral uporabljati le knjižnici ESP8266 in Blynk. Dodane so na začetku kode.
• Morali boste konfigurirati svoj pooblaščeni ključ Blynk in poverilnice za Wi-Fi. Tako bo vaš ESP8266 lahko dosegel vaš usmerjevalnik Wi-Fi in čakal na ukaze s strežnika Blynk. Zamenjajte "vnesite svojo kodo za pooblastilo", XXXX in LLLL s ključem za avtorizacijo (prejeli ga boste po e-pošti), SSID in geslom vašega omrežja Wi-Fi.
• Določite nožice NodeMCU, povezane s h-mostom. Lahko uporabite dobesedno vrednost (D1, D2 itd.) Številke GPIO vsakega zatiča.

Korak 15: Namestite Blynk

• Blynk je storitev, namenjena daljinskemu upravljanju strojne opreme prek internetne povezave. Omogoča vam preprosto ustvarjanje pripomočkov Internet of Things in podpira več strojne opreme, kot so Arduinos, ESP8266, Raspberry Pi itd.
• Uporabite ga lahko za pošiljanje podatkov iz pametnega telefona Android ali iOS (ali tabličnega računalnika) v oddaljeno napravo. Prav tako lahko preberete, shranite in prikažete podatke, ki jih na primer pridobijo vaši senzorji za programsko opremo.
• Aplikacija Blynk se uporablja za ustvarjanje uporabniškega vmesnika. Ima različne pripomočke: gumbe, drsnike, krmilno palico, zaslone itd. Uporabniki pripomoček povlečejo in spustijo na nadzorno ploščo ter ustvarijo grafični vmesnik po meri za številne projekte.
• Ima "energetski" koncept. Uporabniki začnejo z 2000 brezplačnimi energetskimi točkami. Vsak uporabljeni gradnik (v katerem koli projektu) porabi nekaj energije in s tem omeji največje število pripomočkov, uporabljenih pri projektih. Gumb na primer porabi 200 energijskih točk. Tako lahko na primer ustvarite vmesnik z do 10 gumbi. Uporabniki lahko kupijo dodatne energetske točke in ustvarijo bolj zapletene vmesnike in/ali več različnih projektov.
• Ukazi iz aplikacije Blynk se naložijo na strežnik Blynk prek interneta. Druga strojna oprema (na primer NodeMCU) uporablja knjižnice Blynk za branje teh ukazov s strežnika in izvajanje dejanj. Strojna oprema lahko strežniku posreduje tudi nekaj podatkov, ki so lahko prikazani v aplikaciji.
• Prenesite aplikacijo Blynk za Android ali iOS s teh povezav: https://play.google.com/store/apps/details?id=cc….
• Namestite aplikacijo in ustvarite nov račun. Po tem boste pripravljeni ustvariti svoj prvi projekt. Prav tako boste morali namestiti knjižnice Blynk in pridobiti kodo za preverjanje pristnosti. Postopek namestitve knjižnice je bil opisan v prejšnjem koraku.
• · Za branje vrednosti merilnika pospeška je bila uporabljena funkcija BLYNK_WRITE (V0). Pospešek na osi y je bil uporabljen za nadzor, ali naj robot zavije desno/levo, in pospešek osi z, da se preveri, ali naj bi se robot premikal naprej/nazaj. Če mejne vrednosti niso presežene, se motorji ustavijo.
• Prenesite aplikacijo blynk na mobilno napravo Povlecite predmet merilnika pospeška iz polja Widget Box in ga spustite na nadzorno ploščo. V razdelku Nastavitve gumbov kot izhod dodelite navidezni pin. Uporabil sem virtualni pin V0. Žeton Auth bi morali dobiti v aplikaciji Blynk.
• Pojdite na Nastavitve projekta (ikona matice). Za ročni/avtonomni gumb sem v aplikaciji uporabil V1 Za transportni trak sem kot izhod uporabil V2.
• Na slikah si lahko ogledate posnetek zaslona zadnje aplikacije.

Korak 16: Končna montaža

Pritrdil sem vse dele

Tako je projekt končan

17. korak: Krediti

Prijateljem bi se rad zahvalil za:

1. Zeeshan Mallick: Pomagajte mi pri modelu CAD, izdelavi podvozja

2. Ambarish Pradeep: Pisanje vsebine

3. Patrick: 3D tiskanje in lasersko rezanje

Druga nagrada v IoT Challenge