SKARA- „Autonomous Plus“rankinis baseino valymo robotas: 17 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

• Laikas yra pinigai, o rankinis darbas yra brangus. Atsiradus ir tobulėjant automatizavimo technologijoms, namų savininkams, visuomenėms ir klubams reikia sukurti be rūpesčių sprendimą, kaip išvalyti baseinus nuo kasdienio gyvenimo šiukšlių ir nešvarumų, išlaikyti savo asmeninę higieną ir išlaikyti tam tikrą gyvenimo lygį.
• Susidūręs su šia dilema, aš sukūriau rankinę autonominę baseino paviršiaus valymo mašiną. Naudodami paprastus, tačiau naujoviškus mechanizmus, palikite jį per naktį nešvariame baseine ir atsibuskite, kad jis būtų švarus ir be dėmių.
• Automatas turi du funkcionalumo režimus, vieną autonominį, kurį galima įjungti paspaudus telefono mygtuką ir palikti be priežiūros atlikti savo darbą, o kitą rankinį režimą, kad gautumėte tuos konkrečius šakelių ir lapų gabalus, kai laikas yra labai svarbus. Rankiniu režimu savo telefone galite naudoti akselerometrą, kad galėtumėte valdyti roboto judėjimą, panašų į tai, kaip žaidžiate lenktynių žaidimą telefone. Individualiai sukurta programa buvo sukurta naudojant „Blynk“programą, o akselerometro rodmenys siunčiami į pagrindinį serverį ir atgal į mobilųjį, tada per „Hotspot“perjungimo duomenys siunčiami į „NodeMCU“.
• Net ir šiandien buitiniai valymo robotai yra laikomi egzotiškais prietaisais ar prabangiais žaislais, todėl norėdamas pakeisti šį mąstyseną aš jį sukūriau pats. Taigi šiame projekte pagrindinis tikslas buvo suprojektuoti ir pagaminti autonominį baseino paviršiaus valiklį, naudojant turimas ir pigias technologijas, kad visas prototipas būtų ekonomiškai efektyvus, todėl dauguma žmonių gali jį pastatyti savo namuose, kaip ir aš.

1 žingsnis: darbo mechanizmas

Judėjimas ir kolekcija:

• Pagrindinis mūsų prototipo mechanizmas susideda iš priekyje nuolat besisukančio konvejerio juostos šiukšlėms ir nešvarumams surinkti.
• Du varikliai, valdantys judėjimui reikalingus vandens ratus.

Navigacija:

• Rankinis režimas: naudojant „Mobile“akselerometro duomenis galima valdyti Skara kryptį. Taigi žmogui tereikia pakreipti telefoną.
• Autonominis režimas: įgyvendinau atsitiktinių imčių judesį, papildantį kliūčių vengimo algoritmą, kad padėtų automatui, kai jis jaučia artumą prie sienos. Kliūtims aptikti naudojami du ultragarso jutikliai.

2 žingsnis: CAD modelis

• CAD modelis buvo sukurtas naudojant „SolidWorks“
• Šiose instrukcijose galite rasti cad failą

3 žingsnis: komponentai

Mechaninis:

1. Lazeriu pjaustytos plokštės -2nos
2. 4 mm storio akrilo lakštas
3. Termokolio arba polistireno lakštas
4. Tekinimo staklės
5. Išlenktas plastikinis lakštas (medinė apdaila)
6. 3D spausdintos dalys
7. Varžtai ir veržlės
8. Trafaretas („Skara“atspaudas)
9. Mseal- epoksidas
10. Tinklo audinys

Įrankiai:

• Švitrinis popierius
• Dažai
• Kampinis šlifuoklis
• Grąžtas
• Pjaustytuvai
• Kitas elektrinis įrankis

Elektronika:

• NodeMCU
• Sraigtinės jungtys: 2 ir 3 kontaktų
• Buck konverteris mini 360
• Jungiklis
• IRF540n- Mosfet
• BC547b- tranzistorius
• 4,7K rezistorius
• Vieno branduolio viela
• L293d- variklio vairuotojas
• Ultragarsinis jutiklis- 2nos
• 100 aps./min nuolatinės srovės variklis - 3nos
• 12v švino rūgšties baterija
• Akumuliatoriaus įkroviklis
• Lituoklio lenta
• Litavimo viela
• Lituoklis

4 žingsnis: 3D spausdinimas

• 3D spausdinimą atliko vieno mano draugo namuose surinktas spausdintuvas
• Galite rasti 4 failus, kuriuos reikia atspausdinti 3d

• Dalys buvo atspausdintos 3D, konvertuojant 3D CAD failą į stl formatą.

• Vandens ratas turi intuityvią konstrukciją su aerodinaminės formos pelekais, kurie efektyviau nei tradicinės konstrukcijos išstumia vandenį. Tai padeda sumažinti variklio apkrovą ir pastebimai padidinti automato judėjimo greitį.

5 žingsnis: pjaustytos lazeriu plokštės ir tekinimo staklės

Šoninės plokštės:

• Kad CAD taptų realybe, prototipo konstrukcijai pasirinktas medžiagas reikėjo atidžiai apsvarstyti, turint omenyje, kad visa konstrukcija turės teigiamą plūdrumą.
• Pagrindinę struktūrą galima pamatyti paveikslėlyje. Pradinis rėmo pasirinkimas buvo „Aluminium 7“serija dėl lengvesnio svorio, geresnio atsparumo korozijai ir geresnio konstrukcijos standumo. Tačiau dėl to, kad medžiaga nebuvo prieinama vietinėje rinkoje, turėjau ją pagaminti iš „Mild Steel“.
• „Side Frame Cad“buvo konvertuotas į. DXF formatą ir pateiktas pardavėjui. Failą galite rasti šioje instrukcijoje.
• Lazerinis pjovimas buvo atliktas naudojant LCG3015
• Taip pat šioje svetainėje galite pjaustyti lazeriu (https://www.ponoko.com/laser-cutting/metal)

Tekinimo staklės:

• Strypai, jungiantys dvi plokštes ir palaikantys šiukšliadėžę, buvo pagaminti tekinimo staklėmis iš vietinės gamybos parduotuvės.
• Iš viso reikėjo 4 strypų

6 žingsnis: šiukšliadėžės statyba

• Šiukšliadėžė pagaminta naudojant akrilo lakštus, kurie buvo supjaustyti naudojant elektrinius įrankius, kurių matmenys nurodyti pagal CAD brėžinį.
• Atskiros šiukšliadėžės dalys yra surenkamos ir suklijuojamos naudojant pramoninės klasės vandeniui atsparią epoksidinę dervą.
• Visa važiuoklė ir jos komponentai surenkami kartu su 4 mm nerūdijančio plieno varžtais ir 3 nerūdijančio plieno smeigėmis. Naudojamos veržlės užsifiksuoja savaime, kad būtų išvengta bet kokio pobūdžio reikalavimų.
• Varikliams uždėti buvo padaryta apskrito skylė 2 akrilo lakštų pusėse

• Tada akumuliatoriaus ir elektronikos gaubtas supjaustomas iš 1 mm plastiko lakšto ir supakuojamas į važiuoklę. Tinkamai uždarytos ir izoliuotos laidų angos.

7 žingsnis: plaukimas

• Paskutinis komponentas, susijęs tik su konstrukcija, yra plaukiojimo įtaisai, naudojami visam prototipui suteikti teigiamą plūdrumą ir išlaikyti jo svorio centrą maždaug iki viso prototipo geometrinio centro.
• Flotacijos įtaisai buvo pagaminti iš polistireno (termokolio). Tinkamas jų formavimas buvo naudojamas švitriniu popieriumi
• Tada jie buvo pritvirtinti prie rėmo vietose, naudojant „mSeal“, apskaičiuojant atsižvelgiant į aukščiau nurodytus apribojimus.

8 žingsnis: Ultragarso jutiklio palaikymas

• Tai buvo 3D spausdinimas, o galinės plokštės buvo pagamintos naudojant alavo plokštes
• Jis buvo pritvirtintas naudojant mseal (tam tikrą epoksidą)

9 žingsnis: Elektronika

• 12 V švino rūgšties baterija naudojama visai sistemai maitinti
• Jis prijungtas lygiagrečiai su „Buck“keitikliu ir „L293d“variklio valdikliu
• „Buck“keitiklis konvertuoja 12v į 5v sistemai
• IRF540n mosfet naudojamas kaip skaitmeninis jungiklis, skirtas valdyti konvejerio juostos variklį
• „NodeMCU“naudojamas kaip pagrindinis mikrovaldiklis, jis jungiasi prie mobiliojo telefono naudojant „WiFi“(viešosios interneto prieigos tašką)

10 žingsnis: konvejerio juosta

• Jis buvo pagamintas iš tinklinio audinio, įsigyto iš vietinės parduotuvės
• Audinys buvo supjaustytas pritvirtintas apskrito būdu, kad būtų nepertraukiamas

11 žingsnis: tapyba

Skara buvo dažoma naudojant sintetinius dažus

12 žingsnis: „Skara“simbolio pjovimas lazeriu

• Trafaretas buvo supjaustytas naudojant mano draugo pagamintą lazerį.
• Medžiaga, ant kurios buvo atliktas pjovimas lazeriu, yra lipdukas

13 žingsnis: kodavimas

Išankstinis kodavimas:

• Šiam projektui aš naudoju „Arduino IDE“programuodamas savo „NodeMCU“. Tai lengvesnis būdas, jei jau naudojote „Arduino“ir jums nereikės mokytis naujos programavimo kalbos, pvz., „Python“ar „Lua“.

• Jei to niekada nedarėte, pirmiausia turėsite prie „Arduino“programinės įrangos pridėti ESP8266 plokštės palaikymą.
• Naujausią „Windows“, „Linux“ar „MAC OSX“versiją galite rasti „Arduino“svetainėje: https://www.arduino.cc/en/main/softwareAtsisiųskite ją nemokamai, įdiekite ją į savo kompiuterį ir paleiskite.
• „Arduino IDE“jau palaiko daugybę skirtingų plokščių: „Arduino Nano“, „Mine“, „Uno“, „Mega“, „Yún“ir kt. Deja, ESP8266 pagal nutylėjimą nėra tarp tų palaikomų kūrimo plokščių. Taigi, norėdami įkelti kodus į ESP8266 pagrindinę plokštę, pirmiausia turėsite pridėti jų ypatybes prie „Arduino“programinės įrangos. Eikite į Failas> Nuostatos („Ctrl +“, „Windows“OS); Prie teksto laukelio „Papildomų lentų tvarkyklė“pridėkite šį URL (tą, kuris yra lango „Nuostatos“apačioje):
• Jei teksto laukelis nebuvo tuščias, tai reiškia, kad anksčiau jau pridėjote kitų lentų „Arduino IDE“. Ankstesnio ir aukščiau esančio URL pabaigoje pridėkite kablelį.
• Paspauskite mygtuką „Gerai“ir uždarykite nuostatų langą.
• Norėdami pridėti savo ESP8266 plokštę, eikite į Įrankiai> Lenta> Lentų tvarkytuvė.
• Paieškos teksto laukelyje įveskite „ESP8266“, pasirinkite „esp8266 by ESP8266 Community“ir įdiekite.
• Dabar jūsų „Arduino IDE“bus paruoštas dirbti su daugeliu ESP8266 pagrįstų kūrimo plokščių, tokių kaip bendroji ESP8266, „NodeMcu“(kurią naudojau šioje pamokoje), „Adafruit Huzzah“, „Sparkfun Thing“, „WeMos“ir kt.
• Šiame projekte aš naudojau „Blynk“biblioteką. „Blynk“biblioteka turėtų būti įdiegta rankiniu būdu. Atsisiųskite „Blynk“biblioteką iš https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases… Išpakuokite failą ir nukopijuokite aplankus į „Arduino IDE“bibliotekų/įrankių aplankus.

Pagrindinis kodavimas:

• Prieš įkeldami kodą turėsite atnaujinti „Blynk“autentifikavimo raktą ir „WiFi“prisijungimo duomenis (ssid ir slaptažodį).
• Atsisiųskite žemiau pateiktą kodą ir bibliotekas.
• Atidarykite pateiktą kodą („galutinis kodas“) „Arduino IDE“ir įkelkite jį į „NodeMCU“.

• Kai kuriuos išmaniojo telefono jutiklius taip pat galima naudoti su „Blynk“. Šį kartą norėjau valdyti savo pagreičio matuoklį savo robotui. Pakreipkite telefoną ir robotas pasuks į kairę/dešinę arba judės pirmyn/atgal.

14 žingsnis: kodo paaiškinimas

• Šiame projekte turėjau naudoti tik ESP8266 ir „Blynk“bibliotekas. Jie pridedami kodo pradžioje.
• Turėsite sukonfigūruoti „Blynk“prieigos raktą ir „Wi-Fi“prisijungimo duomenis. Tokiu būdu jūsų ESP8266 galės pasiekti jūsų „Wi-Fi“maršrutizatorių ir laukti komandų iš „Blynk“serverio. Pakeiskite „įveskite savo autorizacijos kodą“, XXXX ir YYYY savo autentifikavimo raktu (jį gausite el. Paštu), SSID ir „Wi-Fi“tinklo slaptažodį.
• Apibrėžkite „NodeMCU“kaiščius, prijungtus prie h tilto. Galite naudoti kiekvieno kaiščio GPIO numerio pažodinę vertę (D1, D2 ir tt).

15 veiksmas: nustatykite „Blynk“

• „Blynk“yra paslauga, skirta valdyti aparatūrą nuotoliniu būdu per interneto ryšį. Tai leidžia lengvai kurti daiktų interneto įtaisus ir palaiko keletą aparatinės įrangos, tokių kaip „Arduinos“, ESP8266, „Raspberry Pi“ir kt.
• Galite jį naudoti norėdami siųsti duomenis iš „Android“ar „iOS“išmaniojo telefono (arba planšetinio kompiuterio) į nuotolinį įrenginį. Taip pat galite skaityti, saugoti ir rodyti, pavyzdžiui, „harware“jutiklių gautus duomenis.
• „Blynk App“naudojama vartotojo sąsajai kurti. Jame yra įvairių valdiklių: mygtukų, slankiklių, vairasvirtės, ekranų ir kt. Vartotojai vilkite ir numeskite valdiklį į prietaisų skydelį ir sukurkite pasirinktinę grafinę sąsają daugybei projektų.
• Ji turi „energijos“koncepciją. Vartotojai pradeda nuo 2000 nemokamų energijos taškų. Kiekvienas naudojamas valdiklis (bet kuriame projekte) sunaudoja tam tikrą energiją, todėl apribojamas maksimalus valdiklių, naudojamų projektuose, skaičius. Pavyzdžiui, mygtukas sunaudoja 200 energijos taškų. Tokiu būdu galima sukurti, pavyzdžiui, sąsają su iki 10 mygtukų. Vartotojai gali nusipirkti papildomų energijos taškų ir sukurti sudėtingesnes sąsajas ir (arba) kelis skirtingus projektus.
• Komandos iš „Blynk App“įkeliamos į „Blynk Server“internetu. Kita aparatinė įranga (pvz., „NodeMCU“) naudoja „Blynk“bibliotekas, kad nuskaitytų tas komandas iš serverio ir atliktų veiksmus. Techninė įranga taip pat gali perduoti kai kuriuos duomenis į serverį, kurie gali būti rodomi programoje.
• Atsisiųskite „Blynk“programą, skirtą „Android“arba „iOS“, iš šių nuorodų:
• Įdiekite programą ir sukurkite naują paskyrą. Po to būsite pasirengę sukurti savo pirmąjį projektą. Taip pat turėsite įdiegti „Blynk“bibliotekas ir gauti autentifikavimo kodą. Bibliotekos diegimo procedūra buvo aprašyta ankstesniame žingsnyje.
• · Akselerometro reikšmėms nuskaityti buvo naudojama funkcija BLYNK_WRITE (V0). Greitis y ašyje buvo naudojamas valdyti, ar robotas turėtų pasukti į dešinę/į kairę, o z ašies pagreitis naudojamas norint pamatyti, ar robotas turėtų judėti pirmyn/atgal. Jei ribinės vertės neviršijamos, varikliai sustos.

• Atsisiųskite „blynk“programą į mobilųjį „Drag Drag“pagreičio matuoklio objektą iš valdiklių dėžės ir nuleiskite jį į prietaisų skydelį. Skiltyje „Mygtuko nustatymai“kaip išvestį priskirkite virtualų kaištį. Aš naudoju virtualų kaištį V0. „Blynk“programoje turėtumėte gauti „Auth Token“.

• Eikite į projekto nustatymus (veržlės piktograma). Jei naudojate rankinį/autonominį mygtuką, programoje „Konvejerio juosta“naudoju V1 kaip išvestį.
• Nuotraukose galite pamatyti galutinės programos ekrano kopiją.

16 žingsnis: galutinis surinkimas

Pritvirtinau visas dalis

Taigi projektas baigtas

17 žingsnis: kreditai

Noriu padėkoti savo draugams už:

1. Zeeshan Mallick: Padeda man su CAD modeliu, važiuoklės gamyba

2. Ambarish Pradeep: turinio rašymas

3. Patrikas: 3D spausdinimas ir pjovimas lazeriu

Antrasis prizas „IoT Challenge“