Arduino Powered Painting Robot: 11 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Projekty Fusion 360 »

Přemýšleli jste někdy o tom, zda by robot dokázal vytvářet fascinující obrazy a umění? V tomto projektu se snažím, aby se to stalo realitou pomocí Arduino Powered Painting Robot. Cílem je, aby robot dokázal sám malovat a používat referenční obrázek jako vodítko pro replikaci uměleckého díla. Využil jsem sílu CAD a digitální výroby k vytvoření robustního podvozku, na který jsem namontoval rameno, které dokázalo namočit štětec do jednoho ze 7 kontejnerů s barvou a kreslit na plátno.

Robot je vyroben z běžných částí, jako jsou krokové motory a servomotory, a je navržen tak, aby fungoval s jakýmkoli druhem barvy.

Pokračujte a vytvořte si vlastního malovaného robota Arduino a hlasujte pro tento projekt v „Paint Challenge“, pokud se vám projekt líbil a rozhodnete se vytvořit vlastní verzi.

Krok 1: Přehled návrhu

Design lakovacího robota je inspirován strukturou čisticího robota Roomba. Skládá se ze dvou hlavních systémů:

• Pohonný systém, který se skládá ze dvou krokových motorů připevněných ke kolům a pasivních kluzáků. To umožňuje robotu pohyb po plátně v libovolném směru.
• Systém kartáčů, který se skládá ze třetího krokového motoru, který umísťuje kartáč na nádoby s barvou, a ze servomotoru, který ponoří štětec do barvy.

Robot může nést až 7 různých barev současně. Design byl původně vytvořen na Autodesk's Fusion 360. Díly byly poté exportovány do příslušných formátů, aby mohly být řezány laserem nebo vytištěny 3D.

Konstrukce podvozku robota byla vytvořena s ohledem na škálovatelnost s více montážními body a modulárními součástmi. To umožňuje použít stejný podvozek pro různé další aplikace. V této souvislosti se podvozek používá k výrobě nádherných uměleckých děl pomocí barvy.

Krok 2: Potřebné materiály

Zde je seznam všech komponent a dílů potřebných k vytvoření vlastního malovaného robota poháněného Arduino. Všechny díly by měly být běžně dostupné a snadno dostupné v místních obchodech s hardwarem nebo online.

ELEKTRONIKA:

• Arduino Uno x 1
• Servomotor Towerpro MG995 x 1
• Krokový motor NEMA17 x 3
• CNC štít V3 x 1
• 11,1 V LiPo baterie x 1

HARDWARE:

• Matice a šrouby M4
• Matice a šrouby M3
• Kola (průměr 7 cm x 2)
• Filament 3D tiskárny (v případě, že nevlastníte 3D tiskárnu, měla by být v místním pracovním prostoru 3D tiskárna nebo lze tisknout online za poměrně levnou cenu)
• Akrylové desky (3 mm)
• Barvy
• Malířský štětec

NÁSTROJE:

• 3D tiskárna
• Laserová řezačka

Bez nástrojů jsou celkové náklady na tento projekt přibližně 60 $.

Krok 3: Digitálně vyrobené díly

Většina dílů požadovaných pro tento projekt je přizpůsobena podle požadavků, proto jsem se rozhodl využít sílu digitálně vyrobených dílů. Díly byly původně postaveny na Fusion 360 a poté byly použity CAD modely k laserovému řezání nebo 3D tisku dílů. Výtisky byly provedeny při 40% výplni, 2 obvodech, trysce 0,4 mm a výšce vrstvy 0,1 mm pomocí PLA. Některé části vyžadují podpěry, protože mají složitý tvar s přesahy, nicméně podpěry jsou snadno přístupné a lze je odstranit pomocí některých fréz. Můžete si vybrat barvu vlákna, kterou si vyberete. Laserem vyřezané kusy byly vyříznuty z čirého akrylu o tloušťce 3 mm.

Níže naleznete kompletní seznam dílů spolu se soubory návrhů.

Poznámka: Odtud budou na díly odkazovány názvy v následujícím seznamu.

3D tištěné díly:

• Kroková konzola x 2
• Mezerník x 4
• Ramenní konektor x 1
• Pasivní kluzák x 2
• Držák palet na barvy x 2
• Malířská paleta x 2

Laserem řezané díly:

• Spodní panel x 1
• Horní panel x 1
• Kartáčové rameno x 1

Celkem je k dispozici 13 3D tištěných dílů a 3 laserem řezané díly. Doba potřebná k výrobě všech dílů je přibližně 12 hodin.

Krok 4: Sestavení systému podvozku a pohonu (spodní vrstva)

Jakmile jsou všechny díly vyrobeny, můžete začít sestavovat spodní vrstvu lakovacího robota. Tato vrstva je zodpovědná za pohonný systém a také drží elektroniku. Začněte montáží 2 krokových motorů na dva krokové držáky pomocí dodaných šroubů. Dále pomocí 8 matic a šroubů M4 upevněte dva krokové držáky na spodní desku. Jakmile jsou steppery namontovány, můžete připevnit dvě kola k nápravám krokových motorů. Arduino můžete také namontovat na místo pomocí matic a šroubů M3 a některých distančních sloupků, aby byl Arduino snadno přístupný. Jakmile je Arduino zajištěno, namontujte CNC štít na Arduino. V přední a zadní části robota jsou dva otvory. Protáhněte pasivní kluzáky otvory a přilepte je na místo. Tyto kousky zabraňují poškrábání těla robota po povrchu plátna.

Dvě distanční podložky zadní vrstvy můžete také namontovat pomocí matic a šroubů M4.

Poznámka: Přední dvě ještě nepřipevňujte, protože je nakonec budete muset odstranit.

Krok 5: Montáž držáku barvy (horní vrstva)

Jakmile je pohonný systém vybudován, můžete začít sestavovat vrchní vrstvu, která drží malířské rameno, které pohybuje štětcem a ponoří štětec do různých nádob s barvou. Začněte připojením dvou kusů držáku palety barvy. Drážka podél vnitřní části dílu je zarovnána se dvěma distančními kusy přední vrstvy. Kombinovaná část je připevněna dvěma maticemi a šrouby k horní a spodní vrstvě. Kus je dále vyztužen čtyřmi dalšími sadami matic šroubů k hornímu panelu.

Palety s barvami jsou poté připevněny ke spodní části kusů držáku palet pomocí dvou matic a šroubů pro každou stranu.

Zasuňte horní panel na místo a pomocí dalších dvou matic a šroubů připevněte distanční podložky zadní vrstvy k hornímu panelu. Namontujte otočný krokový motor do středu horního panelu pomocí dodaných šroubů tak, aby osa směřovala nahoru. Tím je postaven podvozek robota a můžeme začít sestavovat lakovací rameno.

Krok 6: Sestavení sestavy malířského ramene a kartáče

Chcete-li sestavit lakovací rameno, začněte připojením konektoru ramene k ramenu kartáče řezaného laserem pomocí 4 matic a šroubů. Dále namontujte servomotor na druhý konec pomocí dalších 4 matic a šroubů. Ujistěte se, že osa servomotoru směřuje na opačný konec konektoru ramene. Zatlačte konektor ramene do horní osy krokového motoru.

Použijte dlouhý roh serva a připevněte k němu štětec pomocí gumiček nebo pásků na zip. Doporučil bych použít gumičky, protože to dává kartáčové sestavě určitou shodu, která je nezbytná pro správnou funkci systému. Ujistěte se, že je kartáč připevněn tak, aby po připojení houkačky k servu kartáč sotva klouzal po povrchu podlahy nebo papíru.

Tím je hardware lakovacího robota kompletní a můžete začít zapojovat a programovat.

Krok 7: Elektronika a obvody

Elektronika tohoto projektu je velmi jednoduchá, je vysvětlena v následující tabulce:

• Krokové levé kolo k portu osy X CNC štítu
• Pravý krokový krokovač k portu osy Y CNC štítu
• Otočný krokovač k portu osy Z CNC štítu
• Signál servomotoru na čepu aktivace vřetena na CNC štítu
• Servomotor 5v až +5v na CNC štítu
• Servomotor GND až GND na CNC štítu

Tím je obvod pro tento projekt dokončen. Akumulátor lze připojit k napájecím svorkám CNC štítu přepínacím spínačem v sérii pro zapnutí a vypnutí robota.

Krok 8: Trochu o teorii

Pokud jde o umístění bodu na 2D mřížce, nejběžnějším a nejjednodušším způsobem, jak toho dosáhnout, je poskytnout kartézské souřadnice bodu. To se provádí zadáním n -tice, obecně (x, y) kde x je souřadnice x nebo vzdálenost mezi projekcí bodu na ose x na počátek a y je y souřadnice bodu nebo vzdálenost mezi projekcí bodu na ose y k počátku. Tímto způsobem lze pomocí sekvence bodů popsat jakýkoli složitý obrázek nebo formu, takže když „spojíte body“, vytvoří se obraz. Toto je pohodlný způsob, jak popsat polohu bodu vzhledem k počátku. Pro tento projekt však byl použit jiný systém.

Bod na 2D mřížce lze také popsat pomocí polárních souřadnic. V této metodě je poloha bodu popsána pomocí jiné n -tice, běžně označované jako (theta, r), kde theta je úhel mezi osou x a polopřímkou, která spojuje počátek a bod a r je vzdálenost mezi původ a smysl.

Vzorec pro převod z jednoho na druhý najdete na přiloženém obrázku. Není nutné plně rozumět vzorcům, i když jejich znalost pomáhá.

Krok 9: Programování Arduina

Program je vytvořen pomocí objektově orientované techniky, která usnadňuje používání programu. Začněte vytvořením objektu robota, jehož parametry jsou šířky a výšky plátna (změřte je pomocí pravítka nebo měřicí pásky v centimetrech a nahraďte hodnoty v řádku 4 skriptu paintRobot.ino). Objektově orientované programovací techniky poskytují prostor pro další vývoj.

Poté máte k dispozici 3 jednoduché funkce:

1. gotoXY vezme kartézskou souřadnici a přesune robota do této polohy. (Např. Robot.gotoXY (100, 150))
2. brushControl má logickou hodnotu: false zvedne štětec z plátna, zatímco true umístí štětec na plátno. (Např. Robot.brushControl (true))
3. pickPaint vezme celé číslo -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4, což způsobí, že robot ponoří štětec do odpovídající nádoby s barvou. (Např. Robot.pickPaint (3))

Níže připojený program přiměje robota přejít na náhodné pozice a vybrat náhodné barvy, což nakonec vytvoří krásné a jedinečné umělecké dílo. I když to lze snadno změnit, aby robot nakreslil vše, na co máte chuť.

Poznámka: Po nahrání kódu bude možná nutné přemístit servo houkačku připojenou ke kartáči. Když p

Krok 10: Přidání barvy

Jakmile je hardware, elektronika a programování dokončeno, můžete konečně do jednotlivých nádob s barvami přidat nějaké barvy. Doporučil bych barvu mírně zředit, aby byl obraz hladší.

Na nejvzdálenější kontejner pravé palety přidejte trochu čisté vody. Robot použije tuto vodu k čištění štětce před výměnou barev.

Chcete -li začít malovat, umístěte robota do levého dolního rohu plátna tak, aby směřoval ke spodnímu okraji, spusťte robota a posaďte se a sledujte, jak umělecké dílo pomalu ožívá.

Krok 11: Konečné výsledky

V aktuálním programu robot provádí na plátně náhodné pohyby, které produkují jedinečné a krásné obrazy. Ačkoli s určitými úpravami může být robot vyroben k provádění konkrétních obrazů pomocí referenčního obrázku. Současný systém poskytuje robustní základnu pro další vývoj. Podvozek robota je také navržen modulárně s několika standardizovanými upevňovacími body, takže lze robota snadno převést na aplikaci podle vašich potřeb.

Doufáme, že se vám tento Instructable líbil a inspiroval vás k sestavení vlastního malířského robota.

Pokud se vám projekt líbil, podpořte ho hlasováním v „Paint Challenge“.

Šťastné tvoření!

Velká cena v Paint Challenge