Sweepy: a Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 lépés (képekkel)

2025 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-23 14:47

Szerző: Evan Guan, Terence Lo és Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Bevezetés és motiváció

A Sweepy stúdiótakarítót az építészeti stúdió barbár diákok által hátrahagyott kaotikus viszonyaira válaszul tervezték. Eleged van abból, hogy a stúdió mennyire rendetlen a felülvizsgálatok során? Hát ne mondj többet. A Sweepy segítségével csak be kell állítania és el kell felejtenie. A Studio gyorsabb lesz az újdonságokkal, mint amennyi ahhoz szükséges, hogy befejezze az adott projektmodellt.

A Sweepy öntudatos, és minden szemetet és törmeléket elsöpör a szíve szerint, két ultrahangos érzékelőnek köszönhetően, amely azt mondja, hogy forduljon a falhoz közeledve. Szüksége van Sweepyre, hogy keményebben dolgozzon? Semmi gond, csak kiabálj vele. A Sweepy egy hangérzékelőnek köszönhetően folyamatosan hallgatja környezetét. Egy bizonyos zajküszöb elérése miatt a Sweepy feldühödött módba lép, söpör és gyorsabban mozog rövid ideig.

A Sweepy nélküli stúdió rendetlen.

‏‏‎ ‎

Alkatrészek, anyagok és eszközök

A lista legtöbb része megtalálható az ELEGOO UNO R3 projekt kezdő készletben. Egyéb alkatrészek megvásárolhatók a Creatron Inc. -től vagy más elektronikus áruházaktól.

‏‏‎ ‎

Alkatrészek

x1 ELEGOO UNO R3 Vezérlőpult

x1 Prototípus Bővítő Modul

x1 Ultrahangos érzékelő (HC-SR04)

x1 hangérzékelő modul (KY-038)

x2 DC N20 motorok (ROBOT-011394)

x1 Micro Servo Motor 9G (SG90)

x1 LCD modul (1602A)

x1 9V -os akkumulátor

x2 60x8mm gumi kerekek (UWHLL-601421)

x1 Free Castor kerék (64 mm magas)

x1 seprőkefe (fogantyú magassága 12 mm)

x2 NPN tranzisztor (PN2222)

x3 ellenállás (220Ω)

x2 dióda (1N4007)

x1 Potenciométer (10K)

x15 Breadboard Jumper vezetékek

x26 Nő-férfi Dupont vezetékek

‏‏‎ ‎

Anyagok

x1 3 mm -es rétegelt lemez (lézerágy mérete 18 "x 32")

x6 M3 csavar (YSCRE-300016)

x4 M3 anya (YSNUT-300000)

x6 M2.5 csavar (YSCRE-251404)

x6 M2.5 anyák (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Eszközök

Csavarhúzó készlet

Ragasztópisztoly

‏‏‎ ‎

Felszerelés

Számítógép

3d nyomtató

Lézervágó

‏‏‎ ‎

Szoftver

Arduino IDE

1. lépés: A logika megértése

Áramkör

Az ELEGOO UNO R3 vezérlőkártya a robot „agya” lesz, amelyben a kódot fel kell tölteni és feldolgozni. Csatlakoztassa a prototípus bővítőlapot és a mini kenyérlapot a tetejére. Az érzékelőkkel és állítóművekkel való kommunikációhoz a komponenseket a kenyérsütő táblán és a vezetékeken keresztül kell csatlakoztatni.

A fentiekben a Sweepy boldogságához szükséges kapcsolási rajz látható. Különös figyelmet kell fordítani a vezetékek bemenetére és kimenetére. Segít nyomon követni a drótot, ha megnézzük a színét. A helytelen kapcsolat a Sweepy hibás működését okozhatja, vagy rosszabb esetben károsíthatja az elektronikát rövidzárlat miatt.

‏‏‎ ‎

Programozás

Az alábbiakban a Sweepy futtatásához szükséges kódot mellékeljük. Nyissa meg a fájlt Arduino IDE -ben, és töltse fel az ELEGOO UNO R3 vezérlőpanelre. Ehhez csatlakoztatnia kell a vezérlőpanelt a számítógéphez az USB -kábelen keresztül. A legördülő menü Eszközök és port menüjében ellenőrizze, hogy a megfelelő port van -e kiválasztva. A Sweepy építése előtt feltétlenül töltse fel a kódot, nehogy az USB -kábelt a 3D nyomtatott házban kelljen csatlakoztatnia.

Nem ajánlott megváltoztatni a változókat a kódban, hacsak nincs tapasztalata vagy nem tudja, mit csinál.

2. lépés: Minden alkatrész, anyag és eszköz összegyűjtése

A projekt megkezdéséhez gyűjtse össze a fenti listában felsorolt összes alkatrészt, anyagot és eszközt. Amint azt korábban említettük, a lista legtöbb része megtalálható az ELEGOO UNO R3 kezdőkészletben, valamint a Creatron Inc. -ben vagy más elektronikus áruházakban.

Erősen ajánlott a 3D nyomtatást a lehető legkorábban elkezdeni, mivel a folyamat több órát is igénybe vehet. Az ajánlott beállítások a következők: 0,16 mm rétegmagasság, 20% kitöltés és 1,2 mm falvastagság szegéllyel és tartókkal. A 3D nyomtatási fájl az alábbi mellékletben található.

A lézeres vágás is sok időt vehet igénybe, ezért mindenképpen kezdje el korán. A lézervágott reszelő egy réteget is tartalmaz a vezető maratásához, amely biztosítja, hogy a megfelelő alkatrész a megfelelő helyre legyen felszerelve. Győződjön meg róla, hogy kétszer ellenőrizze, hogy mit vág és mit marat, és megfelelően módosítsa a teljesítmény- és sebességbeállításokat. Az alábbiakban a lézervágó reszelő is csatolva van.

Míg robotunkhoz rétegelt lemezt használtunk, nyugodtan használjon bármilyen tetszőleges anyagot, például akrilt, feltéve, hogy a vastagsága körülbelül 3 mm.

3. lépés: Az alaplemez rögzítése

Vigyen fel ragasztót az alaplap kerülete mentén, és rögzítse a 3D nyomtatott ház aljára. Igazítsa egymáshoz a két részt, amennyire csak tudja, miközben ügyeljen arra is, hogy a lézervágott maróvezető felfelé nézzen.

4. lépés: Az alaplap alkatrészeinek felszerelése

Ha az alaplemez megfelelően rögzítve van, megkezdhetjük az elektronikus alkatrészek első körének csatlakoztatását. Ide tartoznak a kerekekkel szerelt egyenáramú motorok, a szervomotor, az LCD képernyő és az akkumulátor. Az alaplemezben lézervágott marási útmutató található, amely biztosítja az alkatrészek megfelelő elhelyezését az Ön kényelme érdekében. Az áramkörök megkönnyítése érdekében az alkatrészeket úgy kell rögzíteni, hogy a megfelelő vezetékek már be vannak dugva.

A kerekeknek be kell csúszniuk a két nyílásba mindkét oldalon úgy, hogy az egyenáramú motor befelé nézzen. Rögzítse ezt a mellékelt fehér bilincsekkel, két -két csavarral és anyával (M2.5).

A szervo motort szintén ugyanazokkal a csavarokkal és anyákkal kell rögzíteni (M2.5), miközben biztosítani kell, hogy a fehér fogaskerék alulról kinyúljon a robot elülső oldalán. Ez aktiválja az ecset söprő mozgását.

Az LCD képernyőnek csúsznia kell a ház elülső zsebébe úgy, hogy a csapok lefelé nézzenek. Rögzítse ezt néhány csípő forró ragasztóval minden sarkon.

Végül az akkumulátornak be kell csúsznia a ház hátsó zsebébe úgy, hogy a ki- és bekapcsoló kifelé nézzen a furatkivágásba. Ez lehetővé teszi a robot be- és kikapcsolását.

5. lépés: A tartólap rögzítése

A következő lépés az, hogy biztosítsuk Sweepy "agyát". Négy csavar és anya (M3) segítségével szerelje fel az UNO R3 vezérlőpanelt és a prototípus bővítőmodult a tartólap tetejére. Ez a ház második emeleteként fog működni. Ezt megelőzően az Arduino IDE kódot már fel kell tölteni a táblára és készen kell állni.

Csúsztassa a tartólemezt felülről a házba, amíg a 3D nyomtatóházba épített három párkányra nem támaszkodik a megfelelő magasság biztosítása érdekében. Rögzítse ezt a lemezt két csavarral (M3) a két végén lévő lyukakon keresztül.

Fűzze fel a vezetékeket az alaplemez alkatrészeiről felfelé és a tartólemez lyukain keresztül. Az LCD képernyő és a szervomotor vezetékei az elülső lyukon, míg az egyenáramú motor vezetékei az oldalsó lyukakon kell átmenniük. Az akkumulátor vezetékei tetszőleges lyukon áthaladhatnak.

6. lépés: A végső elektronikus alkatrészek felszerelése

Forró ragasztó segítségével rögzítse a két ultrahangos érzékelőt a ház elejéhez úgy, hogy a kioldó- és visszhangmodulok kinyúljanak a lyukakból vagy a "szemekből". Az egyik érzékelő csapjainak felfelé, a másiknak lefelé kell nézniük, amint azt a tartólemezen lévő lyuk jelzi. Ez biztosítja, hogy a visszhang- és trigger modulok szimmetrikusak legyenek a házban a jelek küldésekor és fogadásakor.

Végül nedvesítsen forró ragasztót a hangérzékelő hátoldalára, és rögzítse a ház belső oldalán található nyíláshoz. A mikrofon tetejének egy szintben kell lennie a ház szélével, hogy a Sweepy kupakja felhelyezhető legyen. A mikrofon a kupakon lévő lyukhoz igazodik, amint azt később látni fogja.

7. lépés: Vezetékek, vezetékek és egyéb vezetékek

A következő lépés vitathatatlanul a legnehezebb, de legfontosabb része annak biztosításában, hogy a Sweepy jól és boldog legyen: az áramkör. A jelen használati utasítás tetején található Fritzing diagramot használva útmutatóként csatlakoztassa az összes vezetéket az alkatrészekből a prototípus bővítőmodulhoz.

Győződjön meg róla, hogy az akkumulátor kapcsolója ki van kapcsolva, mielőtt a tápkábelt az alaplaphoz csatlakoztatja. Mivel a kódot már fel kell tölteni a táblára, a Sweepy még akkor sem tudja visszatartani a tisztítás iránti izgalmát, és amikor elkezdi a tápellátást, akkor is elkezdhet dolgozni, még akkor is, amikor még dolgozik a vezetékeken.

Különös figyelmet fordítson minden vezeték bemenetére és kimenetére. Segít, ha a huzal színét használva követi azt az útján.

8. lépés: A mozgó alkatrészek hozzáadása

Most itt az ideje a Sweepy hátsó kerékének és seprőkefének.

A hátsó keréknek görgős keréknek kell lennie, amely szabadon foroghat. Felülről lefelé körülbelül 6,4 cm magasnak kell lennie, de a tűrés nagy lehet attól függően, hogy mekkora lefelé irányuló erőt szeretne kifejteni az ecsettel. Rögzítse ezt a tartólap alatt az alaplemez lyukán keresztül.

A seprőkefe szintén nagy tűrőképességű, de a fogantyúnak körülbelül 1,2 cm -re kell lennie a talajtól. A fogantyúnak hozzávetőleg 10 cm hosszúnak kell lennie, hogy megakadályozza, hogy ütközzön a házba, miközben visszasöpör és negyedik. Rögzítse ragasztóval a szervomotorhoz mellékelt fehér karhoz.

9. lépés: Az összes lezárása

A saját Sweepy befejezéséhez el kell készítenie a sapkáját. Ragassza a kupak peremét a fedőlemez alá lyukkal. Győződjön meg arról, hogy a lyuk egy vonalban van a hangérzékelő mikrofonnal. Végül ragassza fel a kupakot a Sweepy tetejére, igazítva az elülső széleket a ház elejéhez.

Kapcsolja be a készüléket hátulról, és nézze meg, hogy a Sweepy megvalósítja álmait, hogy a stúdió mindenki számára tisztább hely legyen.

10. lépés: Eredmények és reflexió

A kiterjedt tervezés ellenére előfordulnak hibák, de nem baj: mindez a tanulási folyamat része. És nálunk sem voltak másképp a dolgok.

Az egyik legnagyobb kihívásunk a Sweepy házának megtervezése volt, amely tartalmazza az összes szükséges alkatrészt. Ez azt jelentette, hogy aprólékosan meg kell mérni az összes alkatrész méretét, meg kell tervezni a drótvonalakat, biztosítani kell a szerkezeti integritást, stb. Végül a 3D nyomtatás és a lézervágás végezte el a Sweepy házának két iterációját, a második pedig a végső verzió az első tanultak alapján ismétlés.

Az egyik fő akadály, amellyel szembesültünk, az ultrahangos érzékelő korlátozott képességei: nem fedett le elég nagy területet, és a Sweepy időnként a falnak ütközött, amikor szögben közeledett. Ezt egy második ultrahangos érzékelő beépítésével oldották meg, hogy hatékonyan növeljék a hatásterületet.

Kezdetben egy szervomotor mellett is döntöttünk az irányítás irányítására, de nem volt olyan hatékony és szerkezetileg megbízható, mint amire számítottunk. Ennek eredményeként lecseréltük a hátsó kereket egy szabad görgős kerékre, és a differenciális elfordítással a két vezető kerékre fordítottuk a felelősséget (az egyik kerék lassabban mozog, mint a másik, hogy szimulálja a fordulást). Ez ugyan jelentős változtatásokat jelentett a kódon, de hatékonyan leegyszerűsítette a tervezésünket, kevesebb szervómotort vett ki az egyenletből.

‏‏‎ ‎

Jövőbeli iterációk

Mindig van hova fejlődni. A jövőben a projekt egyik formatervezési változása a Sweepy karbantartásának és belső részeinek hozzáférhetőségének figyelembe vétele. Számos problémát tapasztaltunk, beleértve a motorhibákat és a lemerült akkumulátorokat, amelyek miatt szét kellett szednünk a Sweepy -t, csak hogy leállítsuk az alkatrészeket, ami nagyon intuitív volt. A jövőben olyan házat terveznénk, amely működőképes nyílásokkal rendelkezik, és lehetővé teszi az alkatrészekhez, például az akkumulátorhoz való hozzáférést.

Azt is fontolóra vesszük, hogy elöl nyomásérzékelőt használunk annak érzékelésére, hogy a Sweepy mikor ütközik egy felületbe, mivel az ultrahangos érzékelőt időnként megbízhatatlannak találtuk, különösen akkor, ha meredek szögben közelítünk. A mechanikus érzékelő birtokában a Sweepy következetesebben döntene arról, hogy mikor és mikor ne forduljon el.

Míg a Sweepy jól működik kis helyiségekben, kevésbé hatékony lehet nagyobb helyiségekben. Ez azért van, mert a Sweepy csak akkor van programozva, hogy forduljon, amikor felszínt észlel előtte, de egyébként egyenes vonalban folytatja, amíg a föld el nem pusztul. A jövőben érdemes lehet előre beállítani egy tisztítási útvonalat a Sweepy számára, hogy az határok között maradjon, ahelyett, hogy örökre elkalandozna.

‏‏‎ ‎

Hivatkozások és hitelek

Ez a projekt a Fizikai számítástechnika tanfolyam (ARC385) részeként jött létre az UofT Daniels Építészeti, Tájképi és Tervezési Karán.

‏‏‎ ‎

Csapattagok

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Ihlette

• Roomba robotporszívó
• Wipy: A túlzottan motivált tábla tisztító
• A stúdió tér rendetlen körülményei