Robot Lukisan Kos Rendah, Sesuai dengan Arduino: 15 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:11

Catatan: Saya mempunyai versi baru robot ini yang menggunakan papan litar bercetak, lebih senang dibina, dan mempunyai pengesanan halangan IR! Lihat di

Saya merancang projek ini untuk bengkel selama 10 jam untuk ChickTech.org yang tujuannya adalah untuk memperkenalkan wanita remaja kepada topik STEM. Matlamat untuk projek ini adalah:

• Mudah dibina.
• Mudah diprogramkan.
• Adakah sesuatu yang menarik.
• Kos rendah sehingga peserta dapat membawanya pulang dan terus belajar.

Dengan tujuan tersebut, berikut adalah beberapa pilihan reka bentuk:

• Arduino serasi untuk kemudahan pengaturcaraan.
• Kuasa bateri 4xAA untuk kos dan ketersediaan.
• Motor stepper untuk pergerakan tepat.
• 3D Dicetak untuk kemudahan penyesuaian.
• Pen plotkan dengan grafik Penyu untuk hasil yang menarik.
• Open Source supaya anda dapat membuat sendiri!

Inilah robot yang paling hampir dengan perkara yang ingin saya lakukan: https://mirobot.io. Saya tidak mempunyai alat pemotong laser dan penghantaran dari England adalah larangan. Saya mempunyai pencetak 3D, jadi saya rasa anda dapat melihat ke mana tujuannya…

Jangan biarkan kekurangan pencetak 3D menghalang anda. Anda boleh mencari peminat tempatan yang bersedia membantu anda di

Projek ini dilesenkan di bawah Creative Commons, dan menggunakan bahagian 3D berdasarkan reka bentuk oleh orang lain (seperti yang ditunjukkan dalam bahagian berikutnya), yang paling ketat adalah roda, yang Bukan Komersial. Ini bermaksud projek ini juga mestilah Bukan Komersial. Jangan jadi lelaki ini.

Langkah 1: Bahagian

Terdapat beberapa cara untuk menggerakkan, menggerakkan, dan mengawal robot. Anda mungkin mempunyai bahagian yang berbeza yang akan berfungsi, tetapi ini adalah bahagian yang telah saya cuba dan dapat berfungsi dengan baik:

Elektronik:

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

  • Perkakasan di bawah lesen CC BY-SA
  • Perisian (Bootloader) di bawah lesen GPL
• 2- Geared 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- Pemacu ULN2803 Darlington - adafruit.com/products/970
• 1- Papan roti separuh saiz- adafruit.com/products/64
• 16- Pelompat lelaki-lelaki- adafruit.com/products/759
• 1- servo mikro- adafruit.com/products/169
• 1 - Suis slaid SPDT - adafruit.com/product/805 atau www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Pengepala pin lelaki- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x Pemegang AA- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- Kabel mikro USB
• 4- Bateri AA

* Catatan: Lihat langkah terakhir untuk perbincangan mengenai penggunaan papan Arduino atau Raspberry Pi biasa.

Perkakasan:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Caster 5/8 "bearing- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• Skru kepala panci M3 x 8mm- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• Skru kepala rata 4- M3 x 6mm- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

Bahagian yang Dicetak 3D (lihat www.3dhubs.com jika anda tidak mempunyai akses ke pencetak):

• 1 x Kastor galas bebola - thingiverse.com/thing:1052674 (berdasarkan kerja oleh onebytegone, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Casis - thingiverse.com/thing:1053269 (karya asal oleh Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 2 x Wheels - thingiverse.com/thing:862438 (berdasarkan karya oleh Mark Benson, CC BY-NC 3.0 *)
• 2 x pendakap Stepper - thingiverse.com/thing:1053267 (berdasarkan karya oleh jbeale, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Pen Holder / pendakap servo - thingiverse.com/thing:1052725 (karya asal oleh Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Kerah Pen - thingiverse.com/thing:1053273 (karya asal oleh Maker's Box, CC BY-SA 3.0)

* Catatan: CC BY-NC adalah lesen bukan komersial

Alat dan Bekalan:

• Pemacu skru Phillips
• Pistol gam panas
• Berbilang meter digital
• Pisau tajam
• Penanda berwarna Crayola

Langkah 2: Flash Firmware

Sebelum kita terlalu jauh dalam pembinaan, mari memuatkan firmware ujian ke mikrokontroler. Program ujian hanya menggunakan kotak supaya kita dapat melihat arah dan dimensi yang betul.

Untuk bercakap dengan Trinket Pro, anda memerlukan:

1. Pemandu dari
2. Perisian Arduino dari

Lady Ada dan pasukan Adafruit telah membuat satu set arahan yang jauh lebih baik dalam pautan di atas daripada yang dapat saya berikan. Sila gunakannya jika anda tersekat.

Catatan: Satu muslihat yang menjadikan Trinket berbeza dari Arduino biasa ialah anda harus menetapkan semula papan sebelum memuat naik lakaran.

Langkah 3: Pemegang Pen dan Pemegang Bateri

1. Pasang Pen Holder dengan Servo Bracket di bahagian bawah casis yang lebih pendek (Gambar 1).
2. Masukkan kacang di bahagian atas casis (Gambar 2)
3. Pasang pemegang bateri di bahagian bawah casis menggunakan skru kepala rata 3Mx6mm (Imej 3 & 4).
4. Benarkan kabel bateri melalui kabel kabel segi empat tepat (Gambar 4 & 5).
5. Ulangi untuk pemegang bateri yang lain.

Catatan: Kecuali dinyatakan, baki skru adalah penutup kepala panci 3Mx8mm.

Langkah 4: Roda

1. Uji pasangkan roda anda ke batang stepper (Gambar 1).

   1. Sekiranya terlalu ketat, anda boleh memanaskan hub roda dengan pengering rambut atau pistol udara panas dan kemudian memasukkan batang.
   2. Sekiranya terlalu longgar, anda boleh menggunakan skru 3Mx8mm untuk menahannya pada rata poros (Gambar 2).
   3. Sekiranya anda seorang perfeksionis, anda boleh mengkalibrasi pencetak anda dan mendapatkannya dengan betul.
2. Letakkan o-ring di sekitar pinggir roda (Gambar 3 & 4).
3. Ulangi untuk roda yang lain.

Langkah 5: Backper Stepper

1. Masukkan mur ke dalam braket stepper dan pasangkannya ke bahagian atas casis dengan skru (Gambar 1).
2. Masukkan stepper ke dalam pendakap dan pasangkan dengan skru dan mur.
3. Ulangi untuk pendakap yang lain.

Langkah 6: Kastor

1. Masukkan bebola ke dalam kastor.

   Jangan paksa masuk atau ia akan pecah. Gunakan alat pengering rambut atau senapang udara panas untuk melembutkan bahan jika diperlukan

2. Pasang kastor ke bahagian bawah casis di hadapan pemegang bateri.

Langkah 7: Papan roti

1. Tanggalkan salah satu rel elektrik menggunakan pisau tajam, memotong pelekat bawah (Gambar 1).
2. Dengan memegang papan roti di atas rel casis, tandakan di mana mereka bersilang di tepi (Gambar 2).
3. Dengan menggunakan tepi lurus (seperti rel elektrik yang dikeluarkan), tandakan garis dan potong bahagian belakangnya (Gambar 3).
4. Letakkan papan roti di casis dengan rel menyentuh pelekat yang terdedah (Gambar 4).

Langkah 8: Kuasa

1. Letakkan mikrokontroler, pemandu darlington, dan suis kuasa ke papan roti (Gambar 1).

   • Saya telah menambahkan titik oren untuk keterlihatan untuk menandakan yang berikut:

     • Pin 1 pemandu darlington.
     • Pin bateri pengawal mikro.
     • Suis kuasa "hidup" kedudukan.

2. Dengan petunjuk bateri sebelah kanan:

   1. Sambungkan garis merah ke pin pertama suis kuasa (Gambar 2).
   2. Sambungkan plumbum hitam ke baris kosong antara mikrokontroler dan cip darlington (Gambar 2).

3. Dengan petunjuk bateri sebelah kiri:

   1. Sambungkan garis merah ke baris yang sama dengan plumbum hitam bateri yang lain (Gambar 3).
   2. Sambungkan garis hitam ke rel negatif papan roti (Gambar 3).

4. Sambungkan kuasa ke mikrokontroler:

   1. Pelompat merah dari rel positif ke pin bateri (titik oren, Gambar 4).
   2. Pelompat hitam dari rel negatif ke pin bertanda "G" (Gambar 4).
5. Pasang bateri dan hidupkan. Anda mesti melihat lampu hijau dan merah pengawal menyala (Gambar 5).

Penyelesaian masalah: Sekiranya lampu mikrokontroler tidak menyala, segera matikan kuasa dan selesaikan masalah:

1. Bateri dipasang dengan orientasi yang betul?
2. Periksa kedudukan petunjuk bateri.
3. Kedudukan suis periksa dua kali.
4. Gunakan multi-meter untuk memeriksa voltan bateri.
5. Gunakan multi-meter untuk memeriksa voltan rel kuasa.

Langkah 9: Pendawaian Header dan Servo

Pin header lelaki membolehkan kami menyambungkan penyambung servo JST 5-pin ke kuasa dan pemacu darlington (Gambar 1):

1. Header 5-pin pertama memulakan satu barisan di hadapan pemandu darlington.
2. Header servo kedua kemudiannya sesuai dengan hujung pemandu darlington.

Sebelum pendawaian menjadi rumit, mari servo disambung:

1. Tambahkan header 3-pin untuk servo di tepi kanan bahagian depan papan roti (Gambar 2).
2. Tambahkan pelompat merah dari pin tengah ke sisi positif rel kuasa.
3. Tambahkan pelompat hitam atau coklat dari pin luar ke sisi negatif rel kuasa.
4. Tambahkan pelompat berwarna dari pin dalaman ke Pin 8 mikrokontroler.
5. Pasang tanduk servo dengan poros ke kedudukan penuh jam dan lengan memanjang ke roda sebelah kanan (Gambar 3)
6. Pasang servo di pen pen menggunakan skru servo (Gambar 3).
7. Sambungkan penyambung servo yang menjajarkan warna (Gambar 4).

Langkah 10: Kawalan Stepper

Masa untuk menyalurkan kuasa untuk pemandu dan stepper darlington, yang akan dipacu terus dari bateri:

1. Sambungkan pelompat hitam atau coklat dari pin darlington kanan bawah ke sisi negatif rel kuasa (Gambar 1).
2. Sambungkan pelompat merah dari pin darlington kanan atas ke sisi positif rel kuasa.
3. Sambungkan pelompat merah dari tajuk pin kiri atas ke sisi positif rel kuasa (Gambar 2).
4. Sambungkan penyambung stepper kiri ke header pin sebelah kiri dengan plumbum merah di sebelah kanan (Gambar 3).
5. Sambungkan penyambung stepper kanan ke header pin sebelah kanan dengan plumbum baca di sebelah kiri.

Catatan: Sambungan merah penyambung stepper adalah kekuatan dan harus sesuai dengan plumbum merah di papan roti.

Langkah 11: Kawalan Stepper (Bersambung)

Sekarang kita akan menyambungkan wayar isyarat stepper dari mikrokontroler ke bahagian input pemacu darlington:

1. Bermula dengan Pin 6 mikrokontroler, sambungkan plumbum untuk empat jumper kawalan untuk motor stepper kiri (Gambar 1).
2. Padankan pelompat ini ke bahagian input darlington di sebelah kanan. Semua warna harus sesuai dengan pengecualian hijau, yang sesuai dengan wayar merah jambu stepper (Gambar 2).
3. Bermula dengan Pin 13 mikrokontroler, sambungkan plag untuk empat jumper kawalan untuk motor stepper kanan (Gambar (3).
4. Padankan pelompat ini ke bahagian input darlington di sebelah kiri. Semua warna harus sesuai dengan pengecualian hijau, yang sesuai dengan wayar merah jambu stepper (Gambar 3).

Langkah 12: Ujian dan Penentukuran

Semoga anda sudah memuat naik firmware di Langkah 2. Sekiranya tidak, lakukan sekarang.

Firmware ujian hanya melukis petak berulang kali sehingga kita dapat memeriksa arah dan ketepatannya.

1. Letakkan robot anda di permukaan licin, rata dan terbuka.
2. Hidupkan kuasa.
3. Perhatikan kotak lukis robot anda.

Sekiranya anda tidak melihat lampu pada mikrokontroler, kembali dan putar masalah seperti di Langkah 8.

Sekiranya robot anda tidak bergerak, periksa semula sambungan kuasa ke pemandu darlington di Langkah 9.

Sekiranya robot anda bergerak tidak menentu, periksa semula sambungan pin untuk mikrokontroler dan pemandu darlington di Langkah 10.

Sekiranya robot anda bergerak dalam bentuk segi empat tepat, inilah masanya untuk meletakkan beberapa kertas ke bawah dan meletakkan pen di dalamnya (Gambar 1).

Titik penentukuran anda adalah:

roda apungan_dia = 66.25; // mm (kenaikan = putaran keluar)

wheel_base apungan = 112; // mm (kenaikan = lingkaran dalam) int langkah_rev = 128; // 128 untuk kotak gear 16x, 512 untuk kotak gear 64x

Saya mulakan dengan diameter roda yang diukur 65 mm dan anda dapat melihat kotak berputar ke dalam (Gambar 2).

Saya menambah diameter menjadi 67, dan anda dapat melihatnya berputar ke luar (Gambar 3).

Saya akhirnya sampai pada nilai 66.25 mm (Gambar 4). Anda dapat melihat bahawa masih terdapat beberapa ralat yang disebabkan oleh kerosakan gear dan sebagainya. Cukup dekat untuk melakukan sesuatu yang menarik!

Langkah 13: Menaikkan dan Menurunkan Pen

Kami telah menambah servo, tetapi tidak melakukan apa-apa dengannya. Ia membolehkan anda menaikkan dan menurunkan pena supaya robot dapat bergerak tanpa melukis.

1. Letakkan kolar pen pada pen (Gambar 1).
2. Sekiranya longgar, tempelkan di tempatnya.
3. Periksa bahawa ia akan menyentuh kertas semasa lengan servo diturunkan.
4. Pastikan ia tidak menyentuh kertas semasa diangkat (Gambar 2).

Sudut servo dapat disesuaikan baik dengan melepaskan tanduk dan meletakkannya kembali, atau melalui perisian:

int PEN_DOWN = 170; // sudut servo semasa pena jatuh

int PEN_UP = 80; // sudut servo semasa pena habis

Perintah pen adalah:

penup ();

pendown ();

Langkah 14: Bersenang-senang

Saya harap anda berjaya sejauh ini tanpa terlalu banyak kata-kata kutukan. Beritahu saya apa yang anda hadapi sehingga saya dapat memperbaiki petunjuknya.

Sekarang masanya untuk meneroka. Sekiranya anda melihat lakaran ujian, anda akan melihat bahawa saya telah memberikan anda beberapa arahan "Penyu" standard:

ke hadapan (jarak); // milimeter

ke belakang (jarak); kiri (sudut); // darjah kanan (sudut); penup (); pendown (); selesai (); // lepaskan stepper untuk menjimatkan bateri

Dengan menggunakan arahan ini, anda seharusnya dapat melakukan apa sahaja, dari menggambar serpihan salji atau menulis nama anda. Sekiranya anda memerlukan bantuan untuk memulakan, lihat:

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

Langkah 15: Platform Lain

Mungkinkah robot ini dilakukan dengan Arduino biasa? Ya! Saya pergi dengan Trinket kerana kos rendah dan saiznya kecil. Sekiranya anda menambah panjang casis, anda boleh memasang Arduino biasa di satu sisi dan papan roti di sisi lain (Gambar 1). Ini mesti berfungsi dengan pin-for-pin dengan lakaran ujian, dan sekarang, anda boleh sampai ke konsol bersiri untuk debug!

Mungkinkah robot ini dilakukan dengan Rasberry Pi? Ya! Ini adalah penyelidikan pertama saya kerana saya ingin memprogram di Python, dan dapat mengawalnya melalui web. Seperti Arduino ukuran penuh di atas, anda hanya meletakkan Pi di satu sisi, dan papan roti di sebelahnya (Gambar 2). Kuasa menjadi perhatian utama kerana empat AA tidak akan memotongnya. Anda perlu memberikan kira-kira 1A arus pada 5V yang stabil, jika tidak, modul WiFi anda akan berhenti berkomunikasi. Saya dapati Model A jauh lebih baik dalam penggunaan kuasa, tetapi saya masih berusaha untuk membekalkan tenaga yang boleh dipercayai. Sekiranya anda mengetahuinya, beritahu saya!