„Arduino“varomas dažymo robotas: 11 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

„Fusion 360“projektai »

Ar kada pagalvojote, ar robotas galėtų sukurti įtaigius paveikslus ir meną? Šiame projekte aš bandau tai paversti realybe su „Arduino“varomu tapybos robotu. Tikslas yra tas, kad robotas galėtų savarankiškai daryti paveikslus ir naudoti pamatinį vaizdą kaip vadovą, kad atkartotų meno kūrinį. Aš panaudojau CAD ir skaitmeninės gamybos galimybes, kad sukurtų tvirtą važiuoklę, ant kurios pritvirtinau ranką, galinčią panardinti teptuką į vieną iš 7 dažų talpyklų ir piešti ant drobės.

Robotas pagamintas naudojant įprastas dalis, tokias kaip žingsniniai varikliai ir servo varikliai, ir sukurtas dirbti su bet kokiais dažais.

Toliau kurkite savo „Arduino Powered Painting Robot“ir balsuokite už šį projektą „Paint Challenge“, jei jums patiko projektas ir nusprendėte sukurti savo versiją.

1 žingsnis: dizaino apžvalga

Piešimo roboto dizainą įkvėpė „Roomba“valymo roboto struktūra. Jį sudaro dvi pagrindinės sistemos:

• Pavaros sistema, kurią sudaro du žingsniniai varikliai, pritvirtinti prie ratų, ir pasyvieji sklandytuvai. Tai leidžia robotui judėti bet kuria kryptimi išilgai drobės.
• Šepetėlių sistema, kurią sudaro trečias žingsninis variklis, padedantis teptuką virš dažų konteinerių, ir servo variklis, kuris panardina teptuką į dažus.

Robotas vienu metu gali nešti iki 7 skirtingų spalvų. Iš pradžių dizainas buvo sukurtas naudojant „Autodesk“„Fusion 360“. Tada dalys buvo eksportuotos į atitinkamus formatus, kad jas būtų galima iškirpti lazeriu arba atspausdinti 3D.

Roboto važiuoklės dizainas buvo sukurtas atsižvelgiant į mastelio keitimą, naudojant kelis tvirtinimo taškus ir modulines dalis. Tai leidžia tą pačią važiuoklę naudoti įvairioms kitoms programoms. Šiame kontekste važiuoklė naudojama nuostabiems meno kūriniams gaminti naudojant dažus.

2 žingsnis: reikalingos medžiagos

Čia yra visų komponentų ir dalių, reikalingų norint sukurti savo „Arduino“varomą dažymo robotą, sąrašas. Visos dalys turėtų būti paprastai prieinamos ir lengvai randamos vietinėse techninės įrangos parduotuvėse arba internete.

ELEKTRONIKA:

• „Arduino Uno“x 1
• „Towerpro MG995“servo variklis x 1
• NEMA17 žingsninis variklis x 3
• CNC skydas V3 x 1
• 11,1 V LiPo baterija x 1

Aparatūra:

• M4 veržlės ir varžtai
• M3 veržlės ir varžtai
• Ratai (7 cm x 2)
• 3D spausdintuvo siūlas (jei neturite 3D spausdintuvo, 3D spausdintuvas turėtų būti vietinėje darbo vietoje arba atspaudus galima padaryti internetu pigiai)
• Akrilo lakštai (3 mm)
• Dažai
• Dažų teptukas

ĮRANKIAI:

• 3D spausdintuvas
• Lazerinis pjoviklis

Išskyrus įrankius, bendra šio projekto kaina yra maždaug 60 USD.

3 žingsnis: Skaitmeniniu būdu pagamintos dalys

Dauguma šiam projektui reikalingų dalių yra pritaikytos pagal reikalavimus, todėl nusprendžiau panaudoti skaitmeniniu būdu pagamintų dalių galią. Dalys iš pradžių buvo sukurtos naudojant „Fusion 360“, o vėliau CAD modeliai buvo naudojami dalims pjaustyti lazeriu arba 3D spausdinti. Atspaudai buvo padaryti naudojant 40% užpildymą, 2 perimetrus, 0,4 mm antgalį ir 0,1 mm sluoksnio aukštį, naudojant PLA. Kai kurioms dalims reikia atramų, nes jos yra sudėtingos formos su iškyšomis, tačiau atramos yra lengvai pasiekiamos ir jas galima pašalinti naudojant kai kuriuos pjaustytuvus. Galite pasirinkti siūlų spalvą. Lazeriu supjaustytos dalys buvo išpjautos iš 3 mm skaidraus akrilo.

Žemiau rasite visą dalių sąrašą ir dizaino failus.

Pastaba: nuo šiol dalys bus nurodytos naudojant šiame sąraše esančius pavadinimus.

3D spausdintos dalys:

• Žingsninis laikiklis x 2
• Sluoksnio tarpiklis x 4
• Rankos jungtis x 1
• Pasyvus sklandytuvas x 2
• Dažų padėklų laikiklis x 2
• Dažų padėklas x 2

Lazeriu supjaustytos dalys:

• Apatinis skydelis x 1
• Viršutinis skydelis x 1
• Šepetėlio svirtis x 1

Iš viso yra 13 3D spausdintų dalių ir 3 lazeriu išpjautos dalys. Visų dalių gamyba užtrunka apie 12 valandų.

4 žingsnis: važiuoklės ir pavaros sistemos sukūrimas (apatinis sluoksnis)

Kai visos dalys yra pagamintos, galite pradėti surinkti apatinį dažymo roboto sluoksnį. Šis sluoksnis yra atsakingas už pavaros sistemą ir taip pat laiko elektroniką. Pradėkite pritvirtindami 2 žingsninius variklius ant dviejų žingsninių laikiklių naudodami pridedamus varžtus. Tada naudokite 8 x M4 veržles ir varžtus, kad pritvirtintumėte du žingsninius laikiklius prie apatinės plokštės. Sumontavę žingsnelius, abu ratus galite pritvirtinti prie žingsninių variklių ašių. Taip pat galite sumontuoti „Arduino“, naudodami M3 veržles ir varžtus, ir tam tikras atramas, kad „Arduino“būtų lengvai pasiekiamas. Kai „Arduino“bus pritvirtintas, pritvirtinkite CNC skydą ant „Arduino“. Roboto priekyje ir gale yra dvi skylės. Praleiskite pasyviuosius sklandytuvus per skyles ir priklijuokite jas vietoje. Šios dalys neleidžia roboto kūnui subraižyti drobės paviršiaus.

Taip pat galite pritvirtinti du galinio sluoksnio tarpiklius naudodami M4 veržles ir varžtus.

Pastaba: dar nepritvirtinkite dviejų priekinių dalių, nes galų gale turėsite jas pašalinti.

5 žingsnis: dažų laikiklio (viršutinio sluoksnio) montavimas

Sukūrę pavaros sistemą, galite pradėti surinkti viršutinį sluoksnį, kuriame yra dažymo svirtis, kuri perkelia teptuką ir panardina teptuką į įvairias dažų talpyklas. Pradėkite pritvirtindami dvi dažų padėklų laikiklio dalis. Lizdas išilgai detalės vidinės pusės sutampa su dviem priekinio sluoksnio tarpikliais. Kombinuota dalis pritvirtinta dviem veržlėmis ir varžtais prie viršutinio ir apatinio sluoksnių. Ruošinys dar labiau sustiprinamas keturiais papildomais varžtų veržlių rinkiniais prie viršutinio skydo.

Tada dažų padėklai pritvirtinami prie dažų padėklų laikiklio dalių apačios, naudojant dvi veržles ir varžtus kiekvienai pusei.

Įstumkite viršutinį skydelį į vietą ir dar dviem veržlėmis ir varžtais pritvirtinkite galinio sluoksnio tarpiklius prie viršutinio skydo. Pritvirtinkite pasukamą žingsninį variklį prie viršutinio skydo centro, naudodami pateiktus varžtus, o ašis nukreipta į viršų. Tokiu būdu pagaminta roboto važiuoklė ir galime pradėti surinkti dažymo svirtį.

6 žingsnis: tapybos rankos ir teptuko mazgo sukūrimas

Norėdami sukurti dažymo svirtį, pirmiausia pritvirtinkite rankos jungtį prie lazeriu nupjautos šepetėlio svirties, naudodami 4 veržles ir varžtus. Tada pritvirtinkite servo variklį prie kito galo, naudodami dar 4 veržles ir varžtus. Įsitikinkite, kad servo variklio ašis nukreipta į priešingą rankos jungties galą. Įstumkite svirties jungtį į viršutinę žingsninio variklio ašį.

Naudokite ilgą servo ragą ir pritvirtinkite dažų teptuką prie jo guminėmis juostomis arba užtrauktukais. Aš rekomenduočiau naudoti gumines juostas, nes tai suteikia šepetėlių sąrankai tam tikrą atitiktį, būtiną, kad sistema veiktų gerai. Įsitikinkite, kad šepetys pritvirtintas taip, kad ragui prijungus prie servo, šepetys vos neslystų palei grindų ar popieriaus paviršių.

Tokiu būdu dažymo roboto aparatinė įranga yra baigta ir galite pradėti laidus ir programuoti.

7 žingsnis: Elektronika ir grandinės

Šio projekto elektronika yra gana paprasta, tai paaiškinta šioje lentelėje:

• Kairysis rato žingsniukas į X ašies CNC skydo prievadą
• CNC skydo Y ašies prievado dešiniojo rato žingsnis
• Pasukamas žingsnis į Z ašies CNC skydo prievadą
• Servo variklio signalas į veleno įjungimo kaištį ant CNC skydo
• Servo variklis nuo 5v iki +5v ant CNC skydo
• Servo variklis nuo GND iki GND ant CNC skydo

Tokiu būdu šio projekto grandinė baigta. Akumuliatorių galima prijungti prie CNC skydo maitinimo gnybtų serijiniu jungikliu, kad būtų galima įjungti ir išjungti robotą.

8 žingsnis: šiek tiek apie teoriją

Kalbant apie taško išdėstymą 2D tinklelyje, dažniausiai ir paprasčiausias būdas tai padaryti yra pateikti taško stačias koordinates. Tai daroma nurodant kartoteką, paprastai (x, y), kur x yra x koordinatė arba atstumas tarp taško projekcijos x ašyje iki kilmės, o y yra y taško koordinatė arba atstumas tarp projekcijos taško y ašyje iki kilmės. Tokiu būdu bet kokį sudėtingą vaizdą ar formą galima apibūdinti naudojant taškų seką, kad „sujungus taškus“vaizdas būtų suformuotas. Tai patogus būdas apibūdinti taško padėtį kilmės atžvilgiu. Tačiau šiam projektui buvo naudojama kitokia sistema.

Tašką 2D tinklelyje taip pat galima apibūdinti naudojant polines koordinates. Taikant šį metodą, taško padėtis aprašoma naudojant kitą eilutę, paprastai žymimą kaip (teta, r), kur teta yra kampas tarp x ašies ir pusės linijos, jungiančios kilmę ir tašką, o r yra atstumas tarp kilmė ir esmė.

Formulę, kaip konvertuoti iš vienos į kitą, rasite pridėtame paveikslėlyje. Nebūtina visiškai suprasti formulių, nors jų žinojimas padeda.

9 žingsnis: „Arduino“programavimas

Programa sukurta naudojant į objektą orientuotą techniką, todėl programa yra paprasta naudoti. Pradėkite nuo roboto objekto sukūrimo, kurio parametrai yra drobės plotis ir aukštis (išmatuokite juos naudodami liniuotę arba matavimo juostą centimetrais ir pakeiskite „paintRobot.ino“scenarijaus 4 eilutės reikšmes). Į objektą orientuotos programavimo technologijos leidžia toliau tobulėti.

Tada jums bus pateiktos 3 paprastos funkcijos:

1. „gotoXY“paima dekarto koordinates ir perkelia robotą į tą padėtį. (Pvz., Robotas. GotoXY (100, 150))
2. brushControl turi loginę vertę: false pakelia teptuką nuo drobės, o true padeda teptuką ant drobės. (Pvz. Robotas.brushControl (tiesa))
3. „pickPaint“paima sveiką skaičių -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4, todėl robotas panardina teptuką į atitinkamą dažų indą. (Pvz., Robotas.pickPaint (3))

Žemiau pateikta programa priverčia robotą judėti į atsitiktines pozicijas ir parenka atsitiktines spalvas, kurios galiausiai sukuria gražų ir unikalų meno kūrinį. Nors tai galima lengvai pakeisti, kad robotas nupieštų viską, kas jums patinka.

Pastaba: įkėlus kodą gali tekti pakeisti šepetėliu prijungto servo rago padėtį. Kai p

10 žingsnis: dažų pridėjimas

Kai aparatinė įranga, elektronika ir programavimas bus baigti, pagaliau galite pridėti dažų prie atskirų dažų konteinerių. Rekomenduočiau dažus šiek tiek praskiesti, kad dažymas būtų lygesnis.

Į dešiniausią padėklo išorinį indą įpilkite paprasto vandens. Prieš keisdamas spalvas robotas naudos šį vandenį šepetėliui valyti.

Norėdami pradėti dažyti, padėkite robotą ant apatinio kairiojo drobės kampo, padarydami jį išilgai apatinio krašto, ir paleiskite robotą, atsisėskite ir žiūrėkite, kaip meno kūrinys lėtai atgyja.

11 veiksmas: galutiniai rezultatai

Naudodamas dabartinę programą, robotas atlieka atsitiktinius judesius ant drobės, kurdamas unikalius ir gražius paveikslus. Nors su tam tikrais pakeitimais, robotas gali būti priverstas atlikti konkrečius paveikslus naudojant pamatinį vaizdą. Dabartinė sistema suteikia tvirtą pagrindą tobulėti. Roboto važiuoklė taip pat suprojektuota moduliniu būdu su keliais standartizuotais tvirtinimo taškais, kad robotas būtų lengvai konvertuojamas pagal jūsų poreikius.

Tikimės, kad jums patiko šis „Instructable“ir jis įkvėpė jus sukurti savo dažymo robotą.

Jei jums patiko projektas, palaikykite jį, atmesdami balsavimą „Paint Challenge“.

Laimingas kūrimas!

„Paint Challenge“pagrindinis prizas