Sweepy: Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 Langkah (dengan Gambar)

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2025-01-23 15:00

Oleh: Evan Guan, Terence Lo dan Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Pengenalan & Motivasi

Sapu pembersih studio dirancang sebagai tindak balas kepada keadaan studio seni bina yang huru-hara ditinggalkan oleh pelajar biadab. Bosan dengan keadaan studio yang tidak kemas semasa membuat tinjauan? Baiklah katakan lagi. Dengan Sapu, semua yang perlu anda lakukan adalah mengaturnya dan melupakannya. Studio akan menjadi jenama baru dengan lebih pantas daripada yang diperlukan untuk menyelesaikan satu model projek itu.

Sweepy sedar diri dan akan bergerak menyapu semua sampah dan sisa permintaan hati anda berkat dua sensor ultrasonik yang memintanya untuk menghidupkan dinding. Perlukan Sapu untuk bekerja lebih keras? Tidak ada masalah, hanya berteriak. Sweepy sentiasa mendengar persekitarannya berkat sensor suara. Mencapai ambang kebisingan tertentu akan menyebabkan Sweepy memasuki mod marah, menyapu dan bergerak lebih cepat untuk jangka masa yang singkat.

Studio tanpa Sapu adalah studio yang tidak kemas.

‏‏‎ ‎

Bahagian, Bahan & Alat

Sebilangan besar bahagian dalam senarai ini terdapat di Kit Permulaan Projek ELEGOO UNO R3. Bahagian lain boleh dibeli dari Creatron Inc. atau kedai elektronik lain.

‏‏‎ ‎

Komponen

x1 Papan Pengawal ELEGOO UNO R3

x1 Modul Pengembangan Prototaip

Sensor Ultrasonik x1 (HC-SR04)

Modul Sensor Bunyi x1 (KY-038)

x2 Motor DC N20 (ROBOT-011394)

x1 Motor Servo Mikro 9G (SG90)

Modul LCD x1 (1602A)

Bateri x1 9V

Roda Getah x2 60x8mm (UWHLL-601421)

x1 Roda Kastor Percuma (ketinggian 64mm)

x1 Berus Sapu (ketinggian pemegang 12mm)

Transistor x2 NPN (PN2222)

Perintang x3 (220Ω)

x2 Dioda (1N4007)

x1 Potensiometer (10K)

x15 Wayar Pelompat Breadboard

x26 Wayar Dupont Perempuan-ke-Lelaki

‏‏‎ ‎

Bahan

Lembaran Papan lapis x1 3mm (Tempat Tidur Laser 18 "x 32")

Skru x6 M3 (YSCRE-300016)

Kacang x4 M3 (YSNUT-300000)

Skru x6 M2.5 (YSCRE-251404)

Kacang x6 M2.5 (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Alat

Set pemutar skru

Pistol gam panas

‏‏‎ ‎

Peralatan

Komputer

Pencetak 3D

Pemotong Laser

‏‏‎ ‎

Perisian

Arduino IDE

Langkah 1: Memahami Logik

Litar

Papan Pengawal ELEGOO UNO R3 akan berfungsi sebagai "otak" robot di mana kod tersebut akan dimuat naik dan diproses. Pasang Prototype Expansion Board dan papan roti mini ke bahagian atasnya. Untuk berkomunikasi dengan sensor dan penggerak, komponen akan disambungkan melalui papan roti dan wayar.

Termasuk di atas adalah gambarajah litar yang diperlukan untuk membuat Sweepy gembira. Perhatikan input dan output wayar. Ia membantu mengikuti wayar dengan melihat warnanya. Sambungan yang salah boleh menyebabkan Sapu berfungsi dengan tidak betul atau dalam keadaan yang lebih teruk, merosakkan elektronik anda dengan litar pintas.

‏‏‎ ‎

Pengaturcaraan

Lampirkan di bawah adalah kod yang diperlukan untuk menjalankan Sweepy. Buka fail di Arduino IDE dan muat naik ke Papan Pengawal ELEGOO UNO R3. Untuk melakukan ini, anda mesti menyambungkan papan pengawal dengan komputer anda melalui kabel USB. Pastikan port yang betul dipilih dengan masuk ke Tools dan Port di menu dropdown. Pastikan anda memuat naik kod sebelum membuat Sapu untuk mengelakkan daripada memasang kabel USB semasa berada di perumahan bercetak 3D.

Tidak digalakkan mengubah pemboleh ubah dalam kod kecuali anda mempunyai pengalaman atau mengetahui apa yang anda lakukan.

Langkah 2: Mengumpulkan Semua Bahagian, Bahan & Alat

Untuk memulakan projek, kumpulkan semua bahagian, bahan dan alat yang digariskan dalam senarai di atas. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, kebanyakan bahagian dalam senarai boleh didapati di ELEGOO UNO R3 Starter Kit serta di Creatron Inc. atau kedai elektronik lain.

Sangat disyorkan untuk memulakan pencetakan 3D seawal mungkin kerana prosesnya mungkin memerlukan beberapa jam untuk diselesaikan. Tetapan yang disyorkan adalah: ketinggian lapisan 0.16mm, isian 20% dan ketebalan dinding 1.2mm dengan pinggiran dan penyokong. Fail cetak 3D dilampirkan di bawah.

Pemotongan laser juga memerlukan banyak masa jadi pastikan untuk memulakannya lebih awal. Fail potong laser juga mengandungi lapisan untuk mengukir panduan yang memastikan komponen yang betul dipasang di tempat yang tepat. Pastikan untuk memeriksa semula apa yang dipotong dan apa yang terukir, mengubah tetapan kuasa dan kelajuan dengan betul. Fail pemotongan laser juga dilampirkan di bawah.

Walaupun kami menggunakan papan lapis untuk robot kami, sila gunakan bahan yang anda suka seperti akrilik, selagi ketebalannya kira-kira 3mm.

Langkah 3: Mengamankan Plat Bawah

Sapukan gam di sekitar perimeter plat asas dan pasangkannya ke bahagian bawah perumahan bercetak 3D. Sejajarkan kedua-dua bahagian dengan hati-hati yang anda boleh sambil memastikan panduan pemotongan laser memotong menghadap ke atas.

Langkah 4: Memasang Komponen Plat Bawah

Setelah plat asas dilindungi dengan secukupnya, kita dapat mula menghubungkan komponen elektronik pusingan pertama. Ini termasuk motor DC dengan roda, motor servo, skrin LCD dan pek bateri. Petunjuk pemotongan laser telah dimasukkan ke dalam plat asas untuk memastikan penempatan komponen yang sesuai untuk kemudahan anda. Untuk menjadikan litar lebih mudah, komponen harus diikat dengan wayar yang sesuai yang sudah dipasang.

Roda harus meluncur ke dua slot di kedua sisi dengan motor DC menghadap ke dalam. Lindungi ini dengan pengapit putih yang disertakan dengan menggunakan dua skru dan mur untuk masing-masing (M2.5).

Motor servo juga harus diamankan menggunakan skru dan mur yang sama (M2.5) sambil memastikan gear putih yang keluar dari bawah berada di bahagian depan robot. Ini akan menggerakkan gerakan menyapu berus.

Skrin LCD hendaklah meluncur ke poket depan perumahan dengan pin menghadap ke bawah. Lindungi ini dengan sedikit gam panas di setiap sudut.

Terakhir, pek bateri harus meluncur ke dalam poket belakang perumahan dengan suis on-off menghadap ke luar ke dalam lubang. Ini membolehkan robot dihidupkan dan dimatikan.

Langkah 5: Melindungi Plat Sokongan

Selanjutnya, inilah masanya untuk melindungi "otak" Sweepy. Dengan menggunakan empat skru dan mur (M3), pasang UNO R3 Controller Board dan Prototype Expansion Module di bahagian atas plat sokongan. Ini akan berfungsi sebagai tingkat kedua perumahan. Sebelum ini, kod Arduino IDE semestinya sudah dimuat naik ke papan tulis dan siap digunakan.

Geser plat sokongan ke dalam pelindung dari atas sehingga terpasang pada tiga lekapan yang disatukan dalam perumahan cetak 3D untuk memastikan ketinggian yang betul. Pasangkan pinggan ini dengan dua skru (M3) melalui lubang di kedua-dua hujungnya.

Benarkan wayar dari komponen pada plat asas ke atas dan melalui lubang plat sokongan. Skrin LCD dan wayar motor servo harus menembus lubang depan sementara wayar motor DC harus menembus lubang sisi. Kabel pek bateri boleh melalui lubang yang dikehendaki.

Langkah 6: Memasang Komponen Elektronik Akhir

Dengan menggunakan lem panas, pasangkan dua sensor ultrasonik ke bahagian depan perumahan dengan modul pemicu dan gema memanjang keluar dari lubang atau "mata". Pin pada satu sensor harus menghadap ke atas dan yang lain menghadap ke bawah seperti yang ditunjukkan oleh lubang pada plat sokongan. Ini untuk memastikan modul gema dan pemicu tidak simetri di perumahan semasa menghantar dan menerima isyarat.

Akhir sekali, celupkan gam panas di bahagian belakang sensor bunyi dan pasangkannya ke slot di bahagian dalam perumahan. Bahagian atas mikrofon harus duduk rata dengan bahagian atas tepi perumahan sehingga penutup Sweepy dapat dipakai. Mikrofon akan sejajar dengan lubang pada penutup seperti yang akan anda lihat di kemudian hari.

Langkah 7: Wayar, Wayar & Lebih Banyak Wayar

Langkah seterusnya boleh dikatakan bahagian paling sukar tetapi paling penting untuk memastikan Sweepy sihat dan gembira: litar. Dengan menggunakan rajah Fritzing di bahagian atas Instructables ini sebagai garis panduan, sambungkan semua wayar dari komponen ke Modul Pengembangan Prototaip.

Pastikan suis pada bateri dimatikan sebelum memasang kabel kuasa ke papan. Kerana kodnya sudah boleh dimuat di papan tulis, Sweepy tidak dapat menahan kegembiraannya untuk membersihkan dan mula bekerja saat ia menerima kuasa, walaupun anda masih menggunakan kabel.

Perhatikan input dan output setiap wayar. Ia membantu menggunakan warna wayar untuk mengikutinya sepanjang jalannya.

Langkah 8: Menambah Bahagian Bergerak

Kini tiba masanya untuk roda belakang dan sikat menyapu Sweepy.

Roda belakang mestilah roda jarak yang dapat berpusing dengan bebas. Tingginya kira-kira 6,4 cm dari atas ke bawah tetapi toleransi boleh menjadi banyak bergantung pada seberapa banyak gaya ke bawah yang anda inginkan. Pasang ini di bawah plat sokongan melalui lubang di plat asas.

Berus sapuan juga tahan toleransi tetapi pemegangnya hendaklah terletak kira-kira 1.2 cm dari tanah. Pegangannya juga mestilah sepanjang 10 cm untuk mengelakkannya terkena perumahan semasa menyapu belakang dan keempat. Lekatkan ini ke lampiran tuas putih yang disertakan dengan motor servo dengan gam.

Langkah 9: Mematikan Semua

Untuk menyelesaikan Sapuan anda sendiri, anda perlu membuat topinya. Lekatkan pelek penutup di bawah plat penutup dengan lubang di atasnya. Pastikan lubang sejajar dengan mikrofon sensor suara. Akhirnya, tempelkan penutup ke bahagian atas Sapu, sejajarkan tepi depan dengan bahagian depan perumahan.

Hidupkan kuasa dari belakang dan saksikan Sweepy mengejar impiannya untuk menjadikan studio sebagai tempat yang lebih bersih untuk semua orang.

Langkah 10: Hasil & Refleksi

Walaupun perancangan reka bentuk yang luas, kesilapan berlaku tetapi tidak mengapa: semuanya adalah sebahagian daripada proses pembelajaran. Dan bagi kami, perkara tidak berbeza.

Salah satu cabaran terbesar kami ialah merancang perumahan Sweepy untuk merangkumi semua komponen yang diperlukan. Ini bermaksud mengukur dimensi semua komponen dengan teliti, merancang jalur wayar, memastikan integriti struktur, dll. Kami akhirnya mencetak 3D dan laser memotong dua lelaran perumahan Sweepy, yang kedua adalah versi terakhir berdasarkan apa yang telah kami pelajari dari yang pertama lelaran.

Satu halangan utama yang kami hadapi adalah kemampuan terhad sensor ultrasonik: ia tidak meliputi kawasan yang cukup besar dan Sweepy kadang-kadang akan terkena tembok ketika mendekat pada sudut. Ini diselesaikan dengan kemasukan sensor ultrasonik kedua untuk meningkatkan kawasan kesan dengan berkesan.

Pada awalnya kami juga memilih motor servo untuk mengawal putaran tetapi ia tidak begitu berkesan dan terdengar struktur seperti yang kami harapkan. Akibatnya, kami mengganti roda belakang dengan roda jarak bebas dan mendorong tanggungjawab memutar ke dua roda pemacu melalui pembalikan pembalikan (satu roda akan bergerak lebih lambat daripada yang lain untuk mensimulasikan putaran). Walaupun ini bermaksud membuat perubahan besar pada kod, ia secara efektif menyederhanakan keseluruhan reka bentuk kami, mengeluarkan lebih kurang satu motor servo dari persamaan.

‏‏‎ ‎

Pengulangan Masa Depan

Selalu ada ruang untuk penambahbaikan. Pada masa akan datang, satu perubahan reka bentuk untuk projek kami adalah pertimbangan penyelenggaraan Sweepy dan kebolehcapaian dalamannya. Kami telah mengalami banyak masalah termasuk kerosakan motor dan bateri yang habis yang memerlukan kami memisahkan Sapu hanya untuk menukar komponen yang sangat tidak disengajakan. Di masa depan, kami akan merancang perumahan dengan bukaan yang dapat digunakan untuk membolehkan akses ke komponennya seperti bateri.

Kami juga mempertimbangkan penggunaan sensor tekanan di depan untuk mengesan kapan Sapu menyapu permukaan karena kami mendapati sensor ultrasonik tidak dapat dipercayai kadang-kadang, terutama ketika mendekat pada sudut curam. Dengan memiliki sensor mekanikal, Sweepy akan lebih konsisten dalam menentukan kapan dan kapan tidak berpusing.

Walaupun Sweepy berfungsi dengan baik di dalam bilik kecil, ia mungkin kurang berkesan di ruang yang lebih besar. Ini kerana Sweepy hanya diprogram untuk memutar setiap kali ia mengesan permukaan di depannya tetapi sebaliknya akan terus dalam garis lurus sehingga bumi hancur. Di masa depan, mungkin ada baiknya memprogramkan jalur pembersihan yang ditetapkan untuk Sweepy sehingga tetap dalam batas dan bukannya mengembara selama-lamanya.

‏‏‎ ‎

Rujukan & Kredit

Projek ini dibuat sebagai sebahagian daripada kursus Pengkomputeran Fizikal (ARC385) di program undergrad Daniels Faculty of Architecture, Landscape and Design di UofT.

‏‏‎ ‎

Anggota kumpulan

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Diilhamkan oleh

• Pembersih Vakum Robot Roomba
• Wipy: Pembersih Papan Tulis yang terlalu bermotivasi
• Keadaan ruang studio yang tidak kemas