Nebrangus, su „Arduino“suderinamas piešimo robotas: 15 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Pastaba: turiu naują šio roboto versiją, kuri naudoja spausdintinę plokštę, yra lengviau kuriama ir turi IR kliūčių aptikimo funkciją! Patikrinkite tai

Šį projektą sukūriau 10 valandų trukmės seminarui, skirtam „ChickTech.org“, kurio tikslas-supažindinti paaugles moteris su STEM temomis. Šio projekto tikslai buvo šie:

• Lengva statyti.
• Lengva programuoti.
• Padarė kažką įdomaus.
• Pigūs, todėl dalyviai galėjo parsinešti namo ir toliau mokytis.

Turint omenyje šiuos tikslus, čia buvo keletas dizaino pasirinkimų:

• Suderinamas su „Arduino“, kad būtų lengviau programuoti.
• 4xAA baterijos energija už kainą ir prieinamumą.
• Žingsniniai varikliai užtikrina tikslų judesį.
• 3D spausdintas, kad būtų lengviau pritaikyti.
• Rašiklio piešimas su vėžlių grafika, kad būtų įdomu.
• Atviro kodo, kad galėtumėte sukurti vieną savo!

Štai robotas, kuris buvo arčiausiai to, ką norėjau padaryti: https://mirobot.io. Aš neturiu lazerinio pjaustytuvo, o gabenimas iš Anglijos buvo draudžiamas. Aš turiu 3D spausdintuvą, todėl manau, kad galite pamatyti, kur tai vyksta…

Neleiskite 3D spausdintuvo trūkumui jus atgrasyti. Vietinius mėgėjus, norinčius jums padėti, rasite adresu

Šis projektas yra licencijuotas pagal „Creative Commons“ir jame naudojamos 3D dalys pagal kitų sukurtus dizainus (kaip nurodyta kitame skyriuje), iš kurių labiausiai ribojamas nekomercinis ratas. Tai reiškia, kad šis projektas taip pat turi būti nekomercinis. Nebūk tas vaikinas.

1 žingsnis: dalys

Yra keletas būdų, kaip įjungti, valdyti ir valdyti robotus. Galite turėti įvairių dalių, kurios veiks, bet aš bandžiau ir pastebėjau, kad jos veikia gerai:

Elektronika:

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

  • Techninė įranga pagal CC BY-SA licenciją
  • Programinė įranga („Bootloader“) pagal GPL licenciją
• 2 pavarų 5 V žingsninis- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlingtono vairuotojas - adafruit.com/products/970
• 1- Pusės dydžio duonos lenta- adafruit.com/products/64
• 16- Šuoliai vyrai-vyrai- adafruit.com/products/759
• 1- Mikro servoadafruit.com/products/169
• 1 - SPDT skaidrių jungiklis - adafruit.com/product/805 arba www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Vyrų kaiščio antraštė- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA laikiklis- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB mikro kabelis
• 4- AA baterijos

*Pastaba: paskutinį žingsnį rasite diskusijoje apie įprastų „Arduino“arba „Raspberry Pi“plokščių naudojimą.

Techninė įranga:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O formos žiedas- mcmaster.com/#9452K96
• 1- ratukas 5/8 "guolis- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8 mm keptuvės galvutės varžtas- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm plokščios galvutės varžtas- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D spausdintos dalys (jei neturite prieigos prie spausdintuvo, apsilankykite www.3dhubs.com):

• 1 x rutulinių guolių ratukas - thingiverse.com/thing:1052674 (remiantis „onebytegone“, CC BY -SA 3.0 darbu)
• 1 x važiuoklė - thingiverse.com/thing:1053269 (originalus „Maker's Box“darbas, CC BY -SA 3.0)
• 2 x ratai - thingiverse.com/thing:862438 (pagal Mark Benson darbą, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x žingsninis laikiklis - thingiverse.com/thing:1053267 (remiantis „jbeale“darbu, CC BY -SA 3.0)
• 1 x rašiklio laikiklis / servo laikiklis - thingiverse.com/thing:1052725 (originalus „Maker's Box“darbas, CC BY -SA 3.0)
• 1 x rašiklio apykaklė - thingiverse.com/thing:1053273 (originalus „Maker's Box“kūrinys, CC BY -SA 3.0)

* Pastaba: CC BY-NC yra nekomercinė licencija

Įrankiai ir reikmenys:

• Phillips atsuktuvas
• Karštas klijų pistoletas
• Skaitmeninis kelių metrų matuoklis
• Aštrus peilis
• „Crayola“spalvos žymekliai

2 veiksmas: paleiskite programinę -aparatinę įrangą

Prieš pereidami prie konstrukcijos, leiskite įkelti mikrovaldiklio bandomąją programinę -aparatinę įrangą. Bandymo programa tiesiog piešia dėžutes, kad galėtume patikrinti tinkamą kryptį ir matmenis.

Norėdami pasikalbėti su „Trinket Pro“, jums reikės:

1. Vairuotojas iš
2. „Arduino“programinė įranga iš

Ponia Ada ir „Adafruit“komanda aukščiau pateiktose nuorodose sukūrė kur kas geresnį instrukcijų rinkinį, nei aš galiu pateikti. Prašome juos naudoti, jei įstrigote.

Pastaba: Vienas triukas, dėl kurio „Trinket“skiriasi nuo įprasto „Arduino“, yra tas, kad prieš įkeldami eskizą turite iš naujo nustatyti lentą.

3 žingsnis: rašiklio ir akumuliatoriaus laikikliai

1. Įdėkite rašiklio laikiklį su servo laikikliu į trumpesnę važiuoklės pusę (1 pav.).
2. Įdėkite veržles viršutinėje važiuoklės pusėje (2 pav.)
3. Pritvirtinkite akumuliatoriaus laikiklius važiuoklės apačioje, naudodami 3Mx6mm plokščius varžtus (3 ir 4 paveikslai).
4. Sukite akumuliatoriaus laidus per stačiakampius kabelius (4 ir 5 pav.).
5. Pakartokite tai kitam akumuliatoriaus laikikliui.

Pastaba: jei nenurodyta kitaip, likę varžtai yra 3Mx8mm keptuvės galvutės.

4 žingsnis: ratai

1. Patikrinkite, ar ratas pritvirtintas prie žingsninio veleno (1 pav.).

   1. Jei jis yra per ankštas, galite šildyti rato stebulę plaukų džiovintuvu arba karšto oro pistoletu ir tada įstatyti veleną.
   2. Jei jis yra per laisvas, galite jį pritvirtinti 3Mx8 mm varžtu prie veleno plokštumos (2 pav.).
   3. Jei esate perfekcionistas, galite sukalibruoti spausdintuvą ir jį gauti teisingai.
2. Uždėkite sandarinimo žiedą aplink rato ratlankį (3 ir 4 pav.).
3. Pakartokite tai kitam ratui.

5 žingsnis: žingsniniai atstatymai

1. Įkiškite veržlę į žingsninį laikiklį ir varžtu pritvirtinkite juos prie važiuoklės viršaus (1 pav.).
2. Įkiškite žingsnį į laikiklį ir pritvirtinkite varžtais ir veržlėmis.
3. Pakartokite tai kitam laikikliui.

6 žingsnis: ratukas

1. Įdėkite rutulinį guolį į ratuką.

   Nespauskite jo jėga, nes kitaip jis sulūš. Jei reikia, minkštinkite medžiagą plaukų džiovintuvu arba karšto oro pistoletu

2. Pritvirtinkite ratuką prie apatinės važiuoklės pusės prieš akumuliatoriaus laikiklį.

7 žingsnis: „Breadboard“

1. Aštriu peiliu nuimkite vieną iš maitinimo bėgelių, perpjaudami apatinius klijus (1 pav.).
2. Laikydami duonos lentą virš važiuoklės bėgelių, pažymėkite, kur jie kerta kraštą (2 pav.).
3. Tiesiu kraštu (pvz., Nuimtu maitinimo bėgeliu) pažymėkite linijas ir perpjaukite pagrindą (3 pav.).
4. Padėkite duonos lentą ant važiuoklės taip, kad bėgeliai liestųsi su klijais (4 pav.).

8 žingsnis: maitinimas

1. Įdėkite mikrovaldiklį, „Darlington“tvarkyklę ir maitinimo jungiklį prie duonos lentos (1 pav.).

   • Pridėjau oranžinių taškų, kad matytume, kad pažymėčiau:

     • Darlingtono tvarkyklės 1 kaištis.
     • Mikro ritinėlio akumuliatoriaus kaištis.
     • Maitinimo jungiklio padėtis „įjungta“.

2. Su dešiniuoju akumuliatoriaus laidu:

   1. Prijunkite raudoną liniją prie pirmojo maitinimo jungiklio kaiščio (2 pav.).
   2. Prijunkite juodą laidą prie tuščios eilutės tarp mikrovaldiklio ir darlingtono lusto (2 pav.).

3. Su kairiuoju akumuliatoriaus laidu:

   1. Prijunkite raudoną liniją prie tos pačios eilutės, kaip ir kitos baterijos juodas laidas (3 pav.).
   2. Prijunkite juodą liniją prie neigiamos duonos lentos bėgelio (3 pav.).

4. Prijunkite maitinimą prie mikrovaldiklio:

   1. Raudonas trumpiklis nuo teigiamo bėgelio iki akumuliatoriaus kaiščio (oranžinis taškas, 4 paveikslas).
   2. Juodas megztinis nuo neigiamo bėgelio iki kaiščio, pažymėto „G“(4 pav.).
5. Įdėkite baterijas ir įjunkite maitinimą. Turėtumėte matyti žalias ir raudonas valdiklio lemputes (5 pav.).

Trikčių šalinimas: Jei mikrovaldiklio lemputės neužsidega, nedelsdami išjunkite maitinimą ir pašalinkite triktis:

1. Baterijos įdėtos teisinga kryptimi?
2. Dar kartą patikrinkite akumuliatoriaus laidų padėtį.
3. Dar kartą patikrinkite jungiklio laidų padėtį.
4. Norėdami patikrinti baterijų įtampą, naudokite kelių metrų matuoklį.
5. Norėdami patikrinti maitinimo bėgių įtampą, naudokite kelių metrų matuoklį.

9 žingsnis: antraštės ir servo laidai

Vyriški antgaliai leidžia prijungti 5 kontaktų servo JST jungtis prie maitinimo ir darlingtono tvarkyklės (1 pav.):

1. Pirmoji 5 kontaktų antraštė prasideda viena eilute prieš darlingtono vairuotoją.
2. Tada antroji servo antraštė turėtų sutapti su darlingtono tvarkyklės galu.

Kad laidai nebūtų sudėtingi, pajunkite servo laidą:

1. Pridėkite 3 kontaktų servo antraštę dešiniajame duonos lentos priekinės dalies krašte (2 pav.).
2. Pridėkite raudoną trumpiklį nuo centrinio kaiščio prie teigiamos maitinimo bėgio pusės.
3. Pridėkite juodą arba rudą trumpiklį iš išorinio kaiščio į neigiamą maitinimo bėgio pusę.
4. Pridėkite spalvotą trumpiklį iš vidinio kaiščio prie mikrovaldiklio 8 kaiščio.
5. Sumontuokite servo ragą su velenu iki galo pagal laikrodžio rodyklę, o ranką ištieskite į dešinįjį ratą (3 pav.)
6. Įdėkite servo į švirkštimo priemonės laikiklį, naudodami servo varžtus (3 pav.).
7. Prijunkite servo jungtį suderindami spalvas (4 pav.).

10 žingsnis: žingsnių valdymas

Laikas prijungti darlingtono vairuotoją ir žingsnius, kurie bus varomi tiesiai iš akumuliatoriaus:

1. Prijunkite juodą arba rudą trumpiklį nuo apatinio dešiniojo darlingtono kaiščio prie neigiamo maitinimo bėgio pusės (1 pav.).
2. Prijunkite raudoną trumpiklį nuo viršutinio dešiniojo Darlingtono kaiščio prie teigiamos maitinimo bėgio pusės.
3. Prijunkite raudoną trumpiklį nuo viršutinės kairės kaiščio antgalio prie teigiamos maitinimo bėgio pusės (2 pav.).
4. Prijunkite kairiojo žingsnio jungtį prie kaiščio kaiščio antgalio su raudonu laidu dešinėje pusėje (3 pav.).
5. Prijunkite dešiniojo žingsnio jungtį prie dešinės pusės kaiščio antgalio su skaitymo laidu kairėje pusėje.

Pastaba: raudonas žingsninės jungties laidas yra maitinimas ir turi atitikti raudonus duonos lentos laidus.

11 veiksmas: žingsninis valdymas (tęsinys)

Dabar mes prijungsime žingsninio signalo laidus iš mikrovaldiklio prie darlingtono tvarkyklės įvesties pusės:

1. Pradėdami nuo mikrovaldiklio 6 kaiščio, prijunkite keturių kairiojo žingsninio variklio valdymo trumpiklių laidus (1 pav.).
2. Suderinkite šiuos megztinius su darlingtono įvesties puse dešinėje. Visos spalvos turi atitikti, išskyrus žalią, kuri atitinka rožinę žingsnelio vielą (2 pav.).
3. Pradėdami nuo mikrovaldiklio 13 kaiščio, prijunkite keturių dešiniojo žingsninio variklio valdymo trumpiklių laidus (paveikslėlis (3)).
4. Suderinkite šiuos džemperius su darlingtono įvesties puse kairėje. Visos spalvos turi atitikti, išskyrus žalią, kuri atitinka rožinę žingsnelio vielą (3 pav.).

12 žingsnis: bandymas ir kalibravimas

Tikimės, kad jau įkėlėte programinę -aparatinę įrangą 2 veiksme. Jei ne, atlikite tai dabar.

Bandomoji programinė įranga tiesiog pakartotinai piešia kvadratą, kad galėtume patikrinti kryptį ir tikslumą.

1. Padėkite robotą ant lygaus, lygaus, atviro paviršiaus.
2. Įjunkite maitinimą.
3. Stebėkite, kaip jūsų robotas piešia kvadratus.

Jei nematote mikrovaldiklio lempučių, grįžkite atgal ir pašalinkite maitinimą, kaip nurodyta 8 veiksme.

Jei jūsų robotas nejuda, 9 veiksme dar kartą patikrinkite maitinimo jungtis prie darlingtono tvarkyklės.

Jei jūsų robotas juda netolygiai, 10 veiksme dar kartą patikrinkite mikrovaldiklio ir darlingtono tvarkyklės kaiščių jungtis.

Jei jūsų robotas juda apytiksliu kvadratu, laikas įdėti popieriaus ir į jį įdėti rašiklį (1 pav.).

Jūsų kalibravimo taškai yra šie:

plūdės ratas_dia = 66,25; // mm (padidėjimas = spiralė)

plūdės rato_bazė = 112; // mm (padidėjimas = spiralė) int steps_rev = 128; // 128 - 16x pavarų dėžė, 512 - 64x pavarų dėžė

Pradėjau nuo išmatuoto rato skersmens 65 mm ir matote dėžes, besisukančias į vidų (2 pav.).

Padidinau skersmenį iki 67, ir matote, kad jis sukasi į išorę (3 pav.).

Galiausiai pasiekiau 66,25 mm vertę (4 paveikslas). Matote, kad vis dar yra tam tikra klaida dėl pavarų dėžės ir pan. Pakankamai arti, kad padarytumėte ką nors įdomaus!

13 žingsnis: Rašiklio pakėlimas ir nuleidimas

Pridėjome servo, bet nieko nepadarėme. Tai leidžia pakelti ir nuleisti rašiklį, kad robotas galėtų judėti be piešimo.

1. Uždėkite rašiklio apykaklę ant švirkštimo priemonės (1 pav.).
2. Jei jis laisvas, užklijuokite juostele.
3. Patikrinkite, ar jis palies popierių, kai servo svirtis yra nuleista.
4. Patikrinkite, ar pakeltas jis nelies popieriaus (2 pav.).

Servo kampus galima sureguliuoti nuėmus ragelį ir jį pakeitus, arba naudojant programinę įrangą:

int PEN_DOWN = 170; // servo kampas, kai rašiklis nuleistas

int PEN_UP = 80; // servo kampas, kai rašiklis pakeltas

Rašiklio komandos yra šios:

penup ();

pendown ();

14 žingsnis: linksminkitės

Tikiuosi, kad tai padarėte be jokių keiksmažodžių. Leiskite man žinoti, su kuo kovojote, kad galėčiau patobulinti instrukcijas.

Dabar atėjo laikas tyrinėti. Jei pažvelgsite į bandymo eskizą, pamatysite, kad aš jums pateikiau keletą standartinių „Turtle“komandų:

į priekį (atstumas); // milimetrai

atgal (atstumas); kairė (kampas); // laipsnių dešinė (kampas); penup (); pendown (); padaryta(); // atleiskite žingsnį, kad taupytumėte akumuliatorių

Naudodamiesi šiomis komandomis, turėtumėte sugebėti padaryti beveik viską - piešti sniego dribsnius ar parašyti savo vardą. Jei jums reikia pagalbos pradedant, patikrinkite:

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

15 žingsnis: kitos platformos

Ar šį robotą galima padaryti naudojant įprastą „Arduino“? Taip! Aš nuėjau su „Trinket“dėl mažos kainos ir mažo dydžio. Jei padidinsite važiuoklės ilgį, vienoje pusėje galite sumontuoti įprastą „Arduino“, o kitoje - duonos lentą (1 pav.). Jis turėtų veikti su kaiščiu su bandomuoju eskizu, be to, dabar galite patekti į nuosekliąją konsolę derinimui!

Ar šį robotą būtų galima padaryti su „Rasberry Pi“? Taip! Tai buvo mano pirmoji tyrimo kryptis, nes norėjau programuoti „Python“ir galėčiau ją valdyti žiniatinklyje. Kaip ir aukščiau esančio viso dydžio „Arduino“, jūs tiesiog padedate „Pi“vienoje pusėje, o duonos lentą - kitoje (2 pav.). Galia tampa pagrindiniu rūpesčiu, nes keturi AA nesiruošia jos sumažinti. Turite tiekti apie 1A srovės esant stabiliam 5 V įtampui, kitaip jūsų „WiFi“modulis nustos bendrauti. Aš pastebėjau, kad A modelis yra daug geresnis energijos suvartojimui, tačiau aš vis dar stengiuosi tiekti patikimą energiją. Jei išsiaiškinsite, praneškite man!