Sweepy: Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 korakov (s slikami)

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

Avtor: Evan Guan, Terence Lo in Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Uvod in motivacija

Čistilnik studia Sweepy je bil zasnovan kot odgovor na kaotične razmere arhitekturnega studia, ki so jih pustili barbarski študenti. Ste naveličani, kako neurejen je studio med pregledi? No, ne reci več. S Sweepyjem morate le nastaviti in pozabiti. Studio bo novo blagovno znamko predstavil hitreje, kot je potrebno, da dokončate ta model projekta.

Sweepy se zaveda samega sebe in se bo premaknil, da pobriše ves smeti in ostanke po želji vašega srca, zahvaljujoč dvema ultrazvočnima senzorjema, ki mu pomenita, naj se obrne, ko se približa steni. Potrebujete Sweepy za več dela? Ni problema, samo kriči na to. Sweepy nenehno posluša svoje okolje zahvaljujoč zvočnemu senzorju. Doseganje določenega praga hrupa bo povzročilo, da bo Sweepy za kratek čas pobegnil in se pometil hitreje.

Studio brez Sweepyja je neurejen.

‏‏‎ ‎

Deli, materiali in orodja

Večino delov na tem seznamu najdete v začetnem kompletu projekta ELEGOO UNO R3. Druge dele lahko kupite v Creatron Inc. ali drugih trgovinah z elektroniko.

‏‏‎ ‎

Sestavni deli

x1 Krmilna plošča ELEGOO UNO R3

x1 Prototip razširitveni modul

x1 Ultrazvočni senzor (HC-SR04)

x1 Modul senzorja zvoka (KY-038)

x2 DC N20 motorji (ROBOT-011394)

x1 mikro servo motor 9G (SG90)

x1 LCD modul (1602A)

x1 9V baterija

x2 60x8mm gumijasta kolesa (UWHLL-601421)

x1 Brezplačno kolesce (višina 64 mm)

x1 Krtača za pometanje (višina ročaja 12 mm)

x2 NPN tranzistorji (PN2222)

x3 upori (220Ω)

x2 diode (1N4007)

x1 Potenciometer (10K)

x15 Mostične žice za ploščice

x26 Žice Dupont za ženske in moške

‏‏‎ ‎

Materiali

x1 3 mm vezan list (velikost laserske postelje 18 "x 32")

x6 vijaki M3 (YSCRE-300016)

x4 matice M3 (YSNUT-300000)

x6 vijaki M2.5 (YSCRE-251404)

x6 M2,5 matice (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Orodja

Komplet izvijačev

Pištola za vroče lepilo

‏‏‎ ‎

Oprema

Računalnik

3D tiskalnik

Laserski rezalnik

‏‏‎ ‎

Programska oprema

Arduino IDE

1. korak: Razumevanje logike

Vezje

Nadzorna plošča ELEGOO UNO R3 bo služila kot "možgani" robota, v katerega bo koda naložena in obdelana. Na vrh pritrdite prototipno razširitveno ploščo in mini ploščico. Za komunikacijo s senzorji in aktuatorji bodo komponente povezane prek plošče in žic.

Zgoraj je prikazan diagram vezja, ki je potreben, da je Sweepy srečen. Posebno pozornost posvetite vhodu in izhodu žic. Pomaga slediti vzdolž žice, če pogledamo njeno barvo. Napačna povezava lahko povzroči, da Sweepy ne deluje pravilno ali v slabšem primeru poškoduje vašo elektroniko s kratkim stikom.

‏‏‎ ‎

Programiranje

Spodaj je priložena koda, potrebna za zagon programa Sweepy. Odprite datoteko v Arduino IDE in jo naložite na krmilno ploščo ELEGOO UNO R3. Če želite to narediti, morate krmilno ploščo povezati z računalnikom prek kabla USB. Prepričajte se, da so izbrana pravilna vrata, tako da v spustnem meniju odprete Orodja in vrata. Preden zgradite Sweepy, obvezno naložite kodo, da ne boste priklopili kabla USB, medtem ko ste v 3D tiskanem ohišju.

Spremenljivk v kodi ni priporočljivo spreminjati, razen če imate izkušnje ali ne veste, kaj počnete.

Korak: Zberite vse dele, materiale in orodja

Za začetek projekta zberite vse dele, materiale in orodja, opisana na zgornjem seznamu. Kot smo že omenili, lahko večino delov na seznamu najdete v začetnem kompletu ELEGOO UNO R3, pa tudi v Creatron Inc. ali drugih trgovinah z elektroniko.

Zelo priporočljivo je, da 3D tiskanje začnete čim prej, saj lahko postopek traja nekaj ur. Priporočene nastavitve so: višina plasti 0,16 mm, polnilo 20% in debelina stene 1,2 mm z robovi in nosilci. Spodaj je priložena datoteka 3D tiskanja.

Lasersko rezanje lahko traja tudi precej časa, zato ga začnite zgodaj. Datoteka za lasersko rezanje vsebuje tudi plast za jedkanje vodila, ki zagotavlja, da je prava komponenta nameščena na pravem mestu. Dvakrat preverite, kaj se reže in kaj jedka, ter ustrezno spremenite nastavitve moči in hitrosti. Spodaj je priložena tudi datoteka za lasersko rezanje.

Medtem ko smo za našega robota uporabljali vezane plošče, lahko uporabite kateri koli material, ki vam je všeč, na primer akril, če je debelina približno 3 mm.

3. korak: Pritrditev osnovne plošče

Nanesite lepilo po obodu osnovne plošče in ga pritrdite na dno 3D tiskanega ohišja. Dva dela čim bolj previdno poravnajte, hkrati pa zagotovite, da je vodilo za lasersko rezanje obrnjeno navzgor.

4. korak: Montaža komponent osnovne plošče

Ko je osnovna plošča ustrezno pritrjena, lahko začnemo povezovati prvi krog elektronskih komponent. To vključuje enosmerne motorje s kolesi, servo motor, LCD zaslon in baterijo. V osnovno ploščo je vključen laserski rezalni vodnik za jedkanje, ki zagotavlja pravilno namestitev komponent za vaše udobje. Za olajšanje vezja je treba komponente pritrditi z ustreznimi žicami, ki so že priključene.

Kolesa naj zdrsnejo v obe reži na obeh straneh z enosmernim motorjem navznoter. To pritrdite s priloženimi belimi sponkami z dvema vijakoma in maticami za vsako (M2.5).

Servo motor je treba pritrditi tudi z istimi vijaki in maticami (M2.5), pri tem pa zagotoviti, da je belo orodje, ki izstopa od spodaj, na sprednji strani robota. To bo omogočilo pometanje krtače.

Zaslon LCD mora zdrsniti v sprednji žep ohišja z zatiči navzdol. To pritrdite z nekaj kapljicami vročega lepila na vsakem vogalu.

Nazadnje, baterija mora zdrsniti v zadnji žep ohišja s stikalom za vklop / izklop navzven v izrez za luknjo. To omogoča vklop in izklop robota.

5. korak: Pritrditev podporne plošče

Nato je čas, da si zagotovimo "možgane" Sweepyja. S štirimi vijaki in maticami (M3) namestite krmilno ploščo UNO R3 in prototipni razširitveni modul na vrh podporne plošče. To bi delovalo kot drugo nadstropje stanovanja. Pred tem je treba kodo Arduino IDE že naložiti na ploščo in pripraviti za uporabo.

Podporno ploščo potisnite v ohišje od zgoraj, dokler ne leži na treh policah, vgrajenih v ohišje 3D tiskanja, da zagotovite pravilno višino. Ploščo pritrdite z dvema vijakoma (M3) skozi luknje na obeh koncih.

Žice iz komponent na osnovni plošči napeljite navzgor in skozi luknje na nosilni plošči. Žice LCD zaslona in servo motorja naj se napeljejo skozi sprednjo luknjo, žice motorja enosmernega toka pa skozi stranske luknje. Žice akumulatorja lahko gredo skozi katero koli luknjo, kot želite.

Korak 6: Namestitev končnih elektronskih komponent

Z vročim lepilom pritrdite oba ultrazvočna senzorja na sprednji del ohišja s sprožilnimi in odmevnimi moduli, ki segajo iz lukenj ali "očes". Zatiči na enem senzorju morajo biti obrnjeni navzgor, drugi pa navzdol, kar kaže luknja na podporni plošči. To je za zagotovitev, da so oddajni in sprožilni moduli simetrični v ohišju pri pošiljanju in sprejemanju signalov.

Nazadnje nanesite vroče lepilo na zadnjo stran zvočnega senzorja in ga pritrdite na režo na notranji strani ohišja. Zgornji del mikrofona mora biti poravnan z vrhom roba ohišja, tako da lahko namestite pokrovček Sweepy. Mikrofon bi se poravnal z luknjo na pokrovčku, kot boste videli kasneje.

7. korak: Žice, žice in več žic

Naslednji korak je verjetno najtežji, a najpomembnejši del zagotavljanja, da je Sweepy dobro in srečno: vezje. Z uporabo Fritzing diagrama na vrhu teh navodil za vodilo povežite vse žice iz komponent na razširitveni modul prototipa.

Preden priključite napajalni kabel na ploščo, se prepričajte, da je stikalo na akumulatorju izklopljeno. Ker bi morala biti koda že naložena na ploščo, Sweepy ne bi mogel zadržati navdušenja nad čiščenjem in začeti delati, ko prejme moč, tudi ko še delate na žicah.

Posebno pozornost posvetite vhodom in izhodom vsake žice. Pomaga pri uporabi barve žice, da ji sledimo po poti.

8. korak: Dodajanje gibljivih delov

Zdaj je čas za Sweepyjevo zadnje kolo in krtačo za pometanje.

Zadnje kolo mora biti kolesce, ki se lahko prosto vrti. Višina mora biti približno 6,4 cm od vrha do dna, vendar je toleranca lahko velikodušna, odvisno od tega, koliko sile navzdol želite, da čopič deluje. To pritrdite pod nosilno ploščo skozi luknjo v osnovni plošči.

Krtača za pometanje je tudi velikodušna glede tolerance, vendar mora ročaj sedeti približno 1,2 cm od tal. Ročaj mora biti dolg tudi približno 10 cm, da prepreči, da bi udaril v ohišje med pometom nazaj in četrti. To z lepilom pritrdite na nastavek bele ročice, priložen servo motorju.

9. korak: omejite vse

Če želite dokončati svoj lasten Sweepy, morate narediti pokrovček. Rob pokrovčka prilepite pod zaporno ploščo z luknjo. Prepričajte se, da je luknja poravnana z mikrofonom senzorja zvoka. Na koncu lepilo zalepite na vrh Sweepyja, tako da sprednje robove poravnate s sprednjo stranjo ohišja.

Vklopite napajanje od zadaj in si oglejte, kako Sweepy uresničuje svoje sanje, da bi studio naredil čistejše mesto za vse.

10. korak: Rezultati in razmislek

Kljub obsežnemu načrtovanju načrtovanja se napake dogajajo, vendar je v redu: vse je del učnega procesa. In za nas stvari niso bile drugačne.

Eden naših največjih izzivov je bil zasnovanje ohišja podjetja Sweepy, v katerem so vse potrebne komponente. To je pomenilo natančno merjenje dimenzij vseh sestavnih delov, načrtovanje žičnih poti, zagotavljanje celovitosti konstrukcije itd. Na koncu smo 3D tiskanje in lasersko rezanje dveh ponovitev ohišja Sweepyja, druga je končna različica, ki temelji na tem, kar smo se naučili iz prve ponovitev.

Ena velika ovira, s katero smo se soočili, so omejene zmogljivosti ultrazvočnega senzorja: ni pokrival dovolj velikega območja in Sweepy je ob približevanju pod kotom občasno udaril v steno. To je bilo rešeno z vključitvijo drugega ultrazvočnega senzorja za učinkovito povečanje območja učinka.

Sprva smo se odločili tudi za servo motor za krmiljenje obračanja, vendar ni bil tako učinkovit in strukturno trden, kot smo upali. Zato smo zadnje kolo zamenjali s prostim kolesom in odgovornost za obračanje na oba voznikova kolesa preusmerili z diferencialnim obračanjem (eno kolo bi se premikalo počasneje od drugega, da bi simuliralo obračanje). Čeprav je to pomenilo velike spremembe kode, je učinkovito poenostavilo našo celotno zasnovo, pri čemer je iz enačbe vzelo manj enega servo motorja.

‏‏‎ ‎

Prihodnje interakcije

Vedno je prostor za izboljšave. V prihodnosti je ena sprememba zasnove našega projekta razmislek o vzdrževanju Sweepy in dostopnosti njegovih notranjosti. Imeli smo več težav, vključno z okvarami motorja in izpraznjenimi baterijami, zaradi katerih smo morali Sweepy razstaviti samo zato, da izklopimo komponente, ki so bile zelo neintuitivne. V prihodnosti bi zasnovali ohišje z odprtinami, ki bi omogočale dostop do njegovih komponent, kot je baterija.

Razmišljamo tudi o uporabi senzorja tlaka na sprednji strani, da zaznamo, kdaj se Sweepy zaleti v površino, saj smo ugotovili, da je ultrazvočni senzor včasih nezanesljiv, zlasti pri približevanju pod strmim kotom. S mehanskim senzorjem bi bil Sweepy doslednejši pri odločanju, kdaj in kdaj se ne obrniti.

Čeprav Sweepy dobro deluje v majhnih prostorih, je lahko manj učinkovit v večjih prostorih. To je zato, ker je Sweepy programiran samo za obračanje, kadar zazna površino pred seboj, sicer pa se bo nadaljeval po ravni črti, dokler se zemlja ne uniči. V prihodnosti je morda vredno vnaprej programirati nastavljeno pot čiščenja za Sweepy, tako da ostane znotraj meje, namesto da bi za vedno odšel.

‏‏‎ ‎

Reference in krediti

Ta projekt je nastal kot del tečaja fizikalnega računalništva (ARC385) na podiplomskem programu Fakultete za arhitekturo, krajino in oblikovanje Daniels na UofT.

‏‏‎ ‎

Člani ekipe

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Navdihnjen od

• Roomba Robotski sesalnik
• Wipy: Preveč motivirano čistilo za tablo
• Neurejeni pogoji studijskega prostora