Olcsó, Arduino-kompatibilis rajzoló robot: 15 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Megjegyzés: Van egy új verziója ennek a robotnak, amely nyomtatott áramköri lapot használ, könnyebben megépíthető és IR akadályérzékelővel rendelkezik! Nézze meg a https://bit.ly/OSTurtle oldalon

Ezt a projektet egy 10 órás workshopra terveztem a ChickTech.org számára, amelynek célja a tizenéves nők megismertetése a STEM témákkal. Ennek a projektnek a céljai a következők voltak:

• Könnyen felépíthető.
• Könnyen programozható.
• Valami érdekeset csinált.
• Alacsony költségű, így a résztvevők hazavihetik és tovább tanulhatnak.

Ezeket a célokat szem előtt tartva íme néhány tervezési lehetőség:

• Arduino kompatibilis a könnyű programozás érdekében.
• 4xAA elem a költség és a rendelkezésre állás érdekében.
• Léptetőmotorok a pontos mozgáshoz.
• 3D nyomtatás a könnyű testreszabás érdekében.
• Tollrajzolás teknős grafikával az érdekes eredmény érdekében.
• Nyílt forráskódú, így saját magad készítheted el!

Itt van a robot, amely a legközelebb állt ahhoz, amit csinálni akartam: https://mirobot.io. Nincs lézervágóm, és az Angliából történő szállítás megfizethetetlen volt. Van egy 3D nyomtatóm, úgyhogy gondolom látod, hogy ez merre tart…

Ne hagyja, hogy a 3D nyomtató hiánya elrettentsen. A https://www.3dhubs.com/ címen megkeresheti a helyi hobbistákat, akik készek segíteni.

Ez a projekt a Creative Commons licenc alatt áll, és mások tervei alapján készült 3D alkatrészeket használ fel (amint azt a következő szakasz is jelzi), amelyek közül a legmeghatározóbb a kerék, amely nem kereskedelmi. Ez azt jelenti, hogy ennek a projektnek is nem kereskedelmi célúnak kell lennie. Ne légy ez a fickó.

1. lépés: Alkatrészek

Számos módja van a robotok működtetésének, meghajtásának és vezérlésének. Lehet, hogy különböző alkatrészek vannak kéznél, amelyek működni fognak, de ezeket próbáltam ki és találtam jól:

Elektronika:

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

  • Hardver CC BY-SA licenc alatt
  • Szoftver (Bootloader) GPL licenc alatt
• 2- hajtóműves 5 V-os léptető- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Fél méretű kenyérlap- adafruit.com/products/64
• 16- Férfi-férfi ugrók- adafruit.com/products/759
• 1- Mikroszervo-adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT csúszó kapcsoló - adafruit.com/product/805 vagy www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Férfi csapfej- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA tartó- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB mikro kábel
• 4- AA elemek

*Megjegyzés: Lásd az utolsó lépést a hagyományos Arduino vagy Raspberry Pi táblák használatáról.

Hardver:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-gyűrű- mcmaster.com/#9452K96
• 1- görgő 5/8 "csapágy- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8 mm-es serpenyőfejű csavar- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm-es laposfejű csavar- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D nyomtatott alkatrészek (nézze meg a www.3dhubs.com oldalt, ha nincs hozzáférése nyomtatóhoz):

• 1 x golyóscsapágy görgő - thingiverse.com/thing:1052674 (a onebytegone, CC BY -SA 3.0 munkája alapján)
• 1 x alváz - thingiverse.com/thing:1053269 (a Maker's Box eredeti műve, CC BY -SA 3.0)
• 2 x kerék - thingiverse.com/thing:862438 (Mark Benson munkája alapján, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x léptető konzol - thingiverse.com/thing:1053267 (jbeale, CC BY -SA 3.0 munkája alapján)
• 1 x tolltartó / szervo konzol - thingiverse.com/thing:1052725 (Maker's Box eredeti műve, CC BY -SA 3.0)
• 1 x tollgallér - thingiverse.com/thing:1053273 (a Maker's Box eredeti műve, CC BY -SA 3.0)

* Megjegyzés: A CC BY-NC nem kereskedelmi engedély

Eszközök és kellékek:

• Phillips csavarhúzó
• Ragasztópisztoly
• Digitális multiméter
• Éles kés
• Crayola színű jelölők

2. lépés: A firmware frissítése

Mielőtt túlságosan belekezdenénk az építésbe, töltsük fel a teszt firmware -t a mikrokontrollerre. A tesztprogram csak dobozokat rajzol, így ellenőrizhetjük a helyes irányt és méretet.

A Trinket Pro -val való beszélgetéshez szüksége lesz:

1. Illesztőprogram:
2. Arduino szoftver:

Lady Ada és az Adafruit csapata sokkal jobb utasításkészletet készített a fenti linkeken, mint amennyit én tudok adni. Kérjük, használja őket, ha elakadt.

Megjegyzés: Az egyetlen trükk, ami megkülönbözteti a Trinket -et a hagyományos Arduino -tól, hogy vissza kell állítania a táblát a vázlat feltöltése előtt.

3. lépés: Tolltartó és elemtartók

1. Szerelje be a tolltartót és a szervókeretet az alváz rövidebb oldalára (1. kép).
2. Illessze be az anyákat a ház felső oldalára (2. kép)
3. Rögzítse az elemtartókat a ház alján 3Mx6mm laposfejű csavarokkal (3. és 4. kép).
4. Fűzze át az akkumulátor vezetékeket a téglalap alakú kábeleken (4. és 5. kép).
5. Ismételje meg ezt a másik elemtartóval.

Megjegyzés: Hacsak nincs megadva, a többi csavar 3Mx8 mm -es serpenyőfejű csavar.

4. lépés: kerekek

1. Ellenőrizze, hogy illeszkedik -e a kereke a léptető tengelyre (1. kép).

   1. Ha túl szoros, akkor felmelegítheti a kerékagyat hajszárítóval vagy forrólevegős pisztollyal, majd behelyezheti a tengelyt.
   2. Ha túl laza, használjon 3 Mx8 mm -es csavart, hogy a tengely síkjához tartsa (2. kép).
   3. Ha Ön perfekcionista, akkor kalibrálhatja a nyomtatót, és pontosan megkapja.
2. Helyezze az O-gyűrűt a kerék peremére (3. és 4. kép).
3. Ismételje meg ezt a másik keréknél is.

5. lépés: Léptető hátlapok

1. Helyezzen be egy anyát a léptető konzolba, és csavarokkal rögzítse őket az alváz tetejére (1. kép).
2. Helyezze be a lépegetőt a konzolba, és csavarokkal és anyákkal rögzítse.
3. Ismételje meg a másik zárójelnél is.

6. lépés: Caster

1. Helyezze be a golyóscsapágyat a görgőbe.

   Ne erőltesse, különben eltörik. Ha szükséges, használjon hajszárítót vagy forrólevegős pisztolyt az anyag lágyításához

2. Rögzítse a görgőt az alváz alsó oldalához az elemtartó előtt.

7. lépés: Breadboard

1. Éles késsel távolítsa el az egyik támasztó sínt, vágja át az alsó ragasztót (1. kép).
2. Tartva a kenyértáblát az alvázsínek fölé, jelölje meg, hol metszik a széleket (2. kép).
3. Egy egyenes él (például a leszerelt tápkábel) segítségével jelölje meg a vonalakat, és vágja át a hátlapot (3. kép).
4. Helyezze a kenyeretáblát az alvázra úgy, hogy a sínek hozzáérjenek a szabad ragasztóhoz (4. kép).

8. lépés: Tápellátás

1. Helyezze be a mikrokontrollert, a darlington meghajtót és a tápkapcsolót a kenyértáblára (1. kép).

   • A láthatóság érdekében narancssárga pontokat tettem hozzá a következők megjelöléséhez:

     • A darlington driver 1. tűje.
     • A mikrotekercs akkumulátorcsapja.
     • A főkapcsoló "be" állása.

2. A jobb oldali akkumulátorvezetékekkel:

   1. Csatlakoztassa a piros vonalat a főkapcsoló első érintkezőjéhez (2. kép).
   2. Csatlakoztassa a fekete vezetéket egy üres sorhoz a mikrokontroller és a darlington chip között (2. kép).

3. A bal oldali akkumulátorvezetékekkel:

   1. Csatlakoztassa a piros vonalat ugyanahhoz a sorhoz, mint a másik akkumulátor fekete vezetékét (3. kép).
   2. Csatlakoztassa a fekete vonalat a kenyértábla negatív sínjéhez (3. kép).

4. Csatlakoztassa a tápellátást a mikrokontrollerhez:

   1. Piros áthidaló a pozitív sínről az akkumulátor csapjára (narancssárga pont, 4. kép).
   2. Fekete jumper a negatív sínről a "G" jelű csapra (4. kép).
5. Helyezze be az elemeket és kapcsolja be a készüléket. Látnia kell, hogy a szabályozó zöld és piros lámpája kigyullad (5. kép).

Hibaelhárítás: Ha a mikrokontroller lámpái nem gyulladnak ki, azonnal kapcsolja ki a készüléket, és végezzen hibaelhárítást:

1. Az elemeket a megfelelő tájolásban helyezték el?
2. Ellenőrizze kétszer az akkumulátor vezetékeinek helyzetét.
3. Ellenőrizze kétszer a kapcsolóvezetékek helyzetét.
4. Használjon multimétert az akkumulátorok feszültségének ellenőrzéséhez.
5. Használja a multimétert az elektromos sín feszültségének ellenőrzésére.

9. lépés: Fejlécek és szervovezetékek

A férfi fejlécek lehetővé teszik, hogy az 5 tűs szervo JST csatlakozókat az áramellátáshoz és a darlington meghajtóhoz csatlakoztassuk (1. kép):

1. Az első 5 tűs fejléc egy sorral kezdődik a darlington meghajtó előtt.
2. A második szervófejnek ezután egy vonalba kell esnie a darlington meghajtó végével.

Mielőtt a vezetékek bonyolulttá válnának, kapcsoljuk be a szervót:

1. Adjon hozzá egy 3 tűs fejlécet a szervóhoz a kenyértábla elülső részének jobb szélén (2. kép).
2. Adjon hozzá egy piros jumpert a középső csapból a tápkábel pozitív oldalához.
3. Adjon hozzá egy fekete vagy barna jumpert a külső csapból a tápkábel negatív oldalához.
4. Adjon hozzá egy színes jumpert a belső csapból a mikrovezérlő 8. tűjéhez.
5. Szerelje be a szervókürtöt úgy, hogy a tengely a teljes óramutató járásával megegyező irányban legyen, a kar pedig a jobb oldali kerékhez nyúljon (3. kép)
6. Szerelje be a szervót a tolltartóba a szervo csavarjaival (3. kép).
7. Csatlakoztassa a szervocsatlakozót a színekhez igazítva (4. kép).

10. lépés: Léptetővezérlés

A darlingtoni sofőr és a lépcsők áramellátásának ideje, amelyet közvetlenül az akkumulátorról hajtanak meg:

1. Csatlakoztasson egy fekete vagy barna jumpert a jobb alsó darlington csapszegből a tápkábel negatív oldalához (1. kép).
2. Csatlakoztasson egy piros jumpert a jobb felső darlington csapszegből az elektromos sín pozitív oldalához.
3. Csatlakoztasson egy piros áthidalót a bal felső csapfejről a tápkábel pozitív oldalához (2. kép).
4. Csatlakoztassa a bal léptetőcsatlakozót a bal oldali tüskefejhez, a piros vezetékkel a jobb oldalon (3. kép).
5. Csatlakoztassa a jobb léptetőcsatlakozót a jobb oldali csapfejhez a bal oldali olvasóvezetékkel.

Megjegyzés: A léptetőcsatlakozó piros vezetéke a tápellátás, és meg kell egyeznie a kenyérsütő táblán lévő piros vezetékekkel.

11. lépés: Léptetővezérlés (folytatás)

Most összekapcsoljuk a léptető jelvezetékeket a mikrokontrollerről a darlington meghajtó bemeneti oldalára:

1. A mikrovezérlő 6. tüskéjétől kezdve csatlakoztassa a bal oldali léptetőmotor négy vezérlőugrójának vezetékeit (1. kép).
2. Párosítsa ezeket az áthidalókat a jobb oldalon lévő darlington bemeneti oldalához. Minden színnek meg kell egyeznie, kivéve a zöldet, amely megegyezik a lépegető rózsaszín drótjával (2. kép).
3. A mikrovezérlő 13. tüskéjétől kezdve csatlakoztassa a vezetékeket a négy vezérlő jumperhez a jobb léptetőmotorhoz (Kép (3)).
4. Párosítsa ezeket az áthidalókat a bal oldali darlington bemeneti oldalához. Minden színnek meg kell egyeznie, kivéve a zöldet, amely megegyezik a lépegető rózsaszín drótjával (3. kép).

12. lépés: Tesztelés és kalibrálás

Remélhetőleg már feltöltötte a firmware -t a 2. lépésben. Ha nem, akkor most tegye meg.

A teszt firmware csak többször rajzol egy négyzetet, hogy ellenőrizni tudjuk az irányt és a pontosságot.

1. Helyezze robotját sima, lapos, nyitott felületre.
2. Kapcsolja be a készüléket.
3. Nézze meg, ahogy a robot négyzeteket rajzol.

Ha nem lát fényt a mikrokontrolleren, menjen vissza, és zavarja meg az áramellátást, mint a 8. lépésben.

Ha a robot nem mozog, ellenőrizze a darlington -illesztőprogram tápcsatlakozásait a 9. lépésben.

Ha robotja szabálytalanul mozog, ellenőrizze a 10. lépésben a mikrokontroller és a darlington meghajtó érintkezőit.

Ha robotja közelítő négyzetben mozog, itt az ideje, hogy tegyen le néhány papírt, és tegyen bele egy tollat (1. kép).

A kalibrációs pontjai a következők:

float wheel_dia = 66,25; // mm (növekedés = spirál ki)

úszó kerék_bázis = 112; // mm (növelés = spirál) int lépések_rev = 128; // 128 16x váltóhoz, 512 64x sebességváltóhoz

65 mm -es kerékátmérővel kezdtem, és láthatod, hogy a dobozok befelé forognak (2. kép).

Az átmérőt 67 -re növeltem, és látható, hogy kifelé forog (3. kép).

Végül 66,25 mm értékre érkeztem (4. kép). Láthatja, hogy még mindig van valami eredendő hiba a sebességváltó és az ilyesmi miatt. Elég közel ahhoz, hogy valami érdekeset tegyen!

13. lépés: A toll felemelése és leengedése

Hozzáadtunk egy szervót, de nem csináltunk vele semmit. Lehetővé teszi a toll felemelését és leengedését, hogy a robot rajzolás nélkül mozoghasson.

1. Helyezze a tollgallért a tollra (1. kép).
2. Ha laza, ragasztja a helyére.
3. Ellenőrizze, hogy a szervokar leengedésekor hozzáér -e a papírhoz.
4. Ellenőrizze, hogy felemelt állapotban nem ér hozzá a papírhoz (2. kép).

A szervószög állítható a kürt eltávolításával és újbóli elhelyezésével, vagy a szoftver segítségével:

int PEN_DOWN = 170; // szervo szög, ha a toll le van állítva

int PEN_UP = 80; // szervo szög, ha a toll felemelkedik

A tollparancsok a következők:

penup ();

pendown ();

14. lépés: Jó szórakozást

Remélem, sikerült, túl sok átok nélkül. Mondja el, mivel küzdött, hogy javítsam az utasításokat.

Most itt az ideje a felfedezésnek. Ha megnézi a tesztvázlatot, látni fogja, hogy megadtam néhány szabványos "Turtle" parancsot:

előre (távolság); // milliméter

hátra (távolság); bal (szög); // fok jobbra (szög); penup (); pendown (); Kész(); // engedje el a léptetőt az akkumulátor kímélése érdekében

Ezekkel a parancsokkal szinte bármit megtehet, a hópelyhek rajzolásától vagy a nevének felírásától. Ha segítségre van szüksége az induláshoz, nézze meg:

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

15. lépés: Más platformok

Meg lehet csinálni ezt a robotot egy normál Arduino -val? Igen! A csecsebecsével mentem az alacsony költségek és a kis méret miatt. Ha megnöveli az alváz hosszát, akkor az egyik oldalára egy normál Arduino -t, a másikra pedig a kenyérsütőt helyezheti el (1. kép). Meg kell dolgoznia pin-to-pin a teszt vázlattal, ráadásul most eljuthat a soros konzolhoz hibakereséshez!

Meg lehet csinálni ezt a robotot Rasberry Pi -vel? Igen! Ez volt az első vizsgálatom, mert Pythonban akartam programozni, és az interneten keresztül tudtam irányítani. Mint a fenti teljes méretű Arduino, csak helyezze a Pi -t az egyik oldalra, és a kenyértáblát a másikra (2. kép). A hatalom lesz az elsődleges gond, mert négy AA nem fogja lefaragni. Körülbelül 1 A áramot kell biztosítania stabil 5 V feszültség mellett, különben a WiFi modul leáll. Azt tapasztaltam, hogy az A modell sokkal jobb az energiafogyasztásban, de még mindig dolgozom azon, hogyan lehet megbízható áramellátást biztosítani. Ha rájössz, szólj!