Želví robot DFRobot: 12 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Projekty mých dílenských robotů byly doposud směřovány k nízkým nákladům a snadné montáži. Co kdyby výkon a přesnost byly cíle, a ne náklady? Co kdyby byla společnost pro robotické soupravy ochotna darovat díly? A co kdybychom kreslili něčím jiným než fixami?

Cílem tohoto projektu je tedy vytvořit přesného želvího robota s použitím odkládacích částí, které nakreslí něco zajímavého pro příští veletrh Maker.

Želvy pryč!

Krok 1: Díly

DFRobot poskytl hlavní komponenty. Zde používáme:

• 1 kus, základní deska Bluno M0, SKU: DFR0416 nebo běžné Arduino Uno
• 1 kus, Dual Bipolar Stepper Motor Shield for Arduino (DRV8825), SKU: DRI0023
• 2 ea., Hybridní krokový motor, SKU: FIT0278
• 1 ks., 5 mm gumová spojovací sada (pár), SKU: FIT0387
• 1 ea., 9G servo SKU: SER0006

Pro napájení budu používat 18650 lithiové články, takže jsem koupil:

• 3 kusy, baterie EBL 18650 3,7 V
• 1 kus, inteligentní nabíječka baterií KINDEN 18650
• 3 ks., Držák baterie 18650

Také jsem použil různý hardware:

• 2 ea., Buna-N Rubber #343 O-Ring (3/16 "x 3-3/4" ID)
• 1 kuličkové ložisko s nízkou uhlíkovou ocelí 1"
• 10 ea., M3x6MM Šroub s válcovou hlavou
• 2 ks., M3x8MM Šroub s válcovou hlavou
• 4 ks, plochý šroub M3x6MM
• 14 ea., Matice M3
• 4 ea., #2 x 1/4 závitotvorný šroub

Budeme také potřebovat kreativní způsob, jak sdílet energii baterie mezi Motorovým štítem a Arduinem, protože to nevypadá na ubytování. Použil jsem konec mrtvého napájecího zdroje 2,1 mm x 5 mm, nebo něco podobného.

Nástroje:

• Šroubovák Phillips
• Odstraňovače drátů
• Horká lepicí pistole (volitelně)
• Páječka a pájka

A v neposlední řadě:

• Trpělivost
• Vytrvalost
• Kladný postoj

Krok 2: 3D díly

Rozhodl jsem se vyzkoušet a navrhnout všechna 3D ve FreeCad pro tohoto robota, aby mi pomohla učit se. Vše, co jsem musel udělat, bylo přenést rozměry pro uspořádání serva a pera a poté zvětšit zbytek tak, aby odpovídal mnohem větším stepperům.

• Větší kola zajišťují volný prostor pro baterie.
• Tlustší podvozek poskytuje sílu při zvýšené hmotnosti.
• Větší kolečko, které odpovídá zvýšené výšce paluby.
• Modulární pro snadné testování a přizpůsobení.

Zde jsou kousky, které budete potřebovat. Všechny soubory jsou uloženy na

• 1 kus, podvozek
• 1 kus, horní vzpěra
• 2 ea., Kolo
• 1 kus., Hlaveň
• 1 kus, držák serva

Krok 3: Sestava podvozku, část 1

• Začněte vložením matic M3 do podpěr podvozku. Lze je buď vtlačit, nebo vtáhnout pomocí šroubu M3.
• Namontujte steppery pomocí šroubů M3 tak, aby elektrické konektory směřovaly k zadnímu (kratšímu) konci.
• Namontujte držáky baterie pomocí šroubů s plochou hlavou.

Krok 4: Sestava podvozku, část 2

• Namontujte hlaveň, horní díl a servo společně se šrouby a maticemi M3.
• Pomocí šroubů M3 namontujte kombinovaný vrchní díl na steppery.
• Vložte ocelové ložisko do držáku kolečka a v případě potřeby ho zahřejte vysoušečem vlasů, aby změkl.
• Upevněte kolečko na tělo pomocí šroubů M3.

Krok 5: Sestava kola

• Získání nábojů k uchopení hřídele je problém, protože hřídele jsou 5 mm a náboj (který tvrdí, že je pro 5 mm) je ve skutečnosti 6 mm. Použití dostatečného točivého momentu na upínací šrouby je pravděpodobně odizoluje, takže jsem nejprve použil dvojici svěráků k uzavření tolerance.
• Po nastavení tolerance nasuňte náboj na krokový hřídel a utáhněte upínací šrouby.
• Umístěte 3D kolo na náboj, vložte velký šroub a utáhněte.
• Umístěte O-kroužek na náboj.
• Ujistěte se, že se kolo otáčí bez kolébání. V případě potřeby upravte.

Krok 6: Zapojení

Pojďme dostat sílu z cesty, abychom mohli otestovat steppery. Potřebujeme:

• Krokový štít vyžaduje ke spuštění stepperů napětí 8 až 35 V.
• Steppery jsou dimenzovány na 3,4 V, ale obvykle jsou napájeny 12V.
• Bluno (Arduino) má doporučené vstupní napětí 7 - 12 V nebo může být napájeno přímo z 5 V USB.

Články lithiové baterie mají jmenovité napětí 3,7 V. Pokud dáme tři do série, dostaneme 3 x 3,7 V = 11,1 V a zhruba 3 x 3000 mAh = 9000 mAh. Bluno pravděpodobně čerpá pouze 20 mA, takže většina odtoku bude pocházet ze stepperů, které mohou podle zatížení čerpat až zesilovač nebo více. To by nám mělo poskytnout hodiny běhu.

Pro testování můžete do štítu dodávat 12V regulovaný do štítu a 5V USB. Může být snazší jednoduše připojit baterie k napájení obou současně.

• Držáky baterií pájejte paralelně podle výkresu.
• Namontujte Arduino pomocí šroubů tvořících závity č. 2.
• Umístěte štít motoru na Arduino

• Odizolujte zachráněné vodiče jack 2,1 mm x 5 mm a stočte je dohromady s kabely baterie:

  Bílý proužek je kladný, kroucený s červeným vývodem baterie

• Vložte červený vodič do VCC a černý vodič do GND na stínění motoru.

Krok 7: Krokování stepperu

Měl jsem trochu problém sehnat dostatek informací, abych to spustil, tak snad to pomůže ostatním. Klíčový dokument, který potřebujete, je na

Připojte krokové vodiče a napájecí zdroj ke svému štítu:

• 2B modrá
• 2A červená
• 1A černá
• 1B Grenn

Uvedený příklad skici se mi osvědčil, ale není příliš poučný. Abychom šetřili energii, budeme muset ovládat rychlost a otáčky a také uvolnit krokové motory, pokud se nepoužívají.

Našel jsem upravený příklad z https://bildr.org/2011/06/easydriver/, který má pomocné funkce. Pohání vždy jen jeden stepper, ale dodá vám jistotu, že jsme na správné cestě. Později napíšeme nějaký sofistikovanější kód.

Krok 8: Servo

Servo slouží ke zvedání a spouštění pera pro kreslení.

• Umístěte paži na náboj a jemně otáčejte steperem proti směru hodinových ručiček a dívejte se dolů, dokud se nedostane na doraz.
• Sundejte paži a umístěte ji směrem doleva (toto bude dolní poloha).
• Vložte malý závitotvorný šroub a utáhněte.
• Zasuňte servo do držáku koncem náboje nahoru a připevněte jej pomocí dvou větších závitotvorných šroubů.

Krok 9: Kalibrace

Kvůli změnám v montáži a zarovnání musí být robot kalibrován tak, aby se mohl pohybovat v přesných vzdálenostech a úhlech.

• Změřte průměr kola od vnějších okrajů gumového o-kroužku.
• Změřte rozvor kol od středu o-kroužků ve spodní části robota (kde se bude dotýkat podlahy).
• Stáhněte si přiložený náčrt kalibrace
• Zadejte své naměřené parametry.
• Nahrajte skicu..

Připravte si pero:

• Sejměte víčko a vysuňte límec pera ze špičkové strany.
• Vložte pero do držáku se servopohonem přímo nahoru.
• Zajistěte, aby se pero v této poloze nedotýkalo papíru.
• Pokud se pero v hřídeli váže, použijte pilník, který odstraní jakoukoli drsnost a zvětší průměr otvoru.

Nakreslete čtverec:

• Posuňte vypínač do polohy „Zapnuto“.
• Počkejte několik sekund, než se spustí zavaděč.
• Jakmile robot dokončí svůj první čtverec, vyjměte pero a vypněte robota.

Nejprve upravte parametr wheel_dia. Změřte délku strany čtverce. Mělo by to být 100 mm:

• Pokud je měřená vzdálenost příliš dlouhá, zvyšte průměr kola.
• Pokud je naměřená vzdálenost příliš krátká, zmenšete kolečko.

Jakmile budete mít kalibraci vzdálenosti, upravte parametr rozchodu kol, který ovlivňuje úhel zatáčky. Umístěte robota na nový list papíru, zapněte jej a nechte nakreslit všechny čtyři čtverce:

• Pokud se robot otáčí příliš ostře (box se otáčí ve směru hodinových ručiček), snižte hodnotu rozchodu kol.
• Pokud se robot netočí dostatečně ostře (box se otáčí proti směru hodinových ručiček), zvyšte hodnotu rozchodu kol.
• Kvůli zaokrouhlovacím chybám v krokovacím kódu a propadům v rychlostních stupních levných stepperů to nikdy nedostanete dokonalé, takže na to nevynakládejte příliš mnoho úsilí.

Krok 10: Kreslení

Čas udělat nějaké kreslení! Pro začátek si stáhněte přiložené skici.

Krok 11: Co teď? Osnovy

Funguje to a kreslí pěkné čtverečky. Nyní začíná zábava.

Zde je několik zdrojů pro výuku grafiky želv.

• https://blockly-games.appspot.com/ (blokové programování)
• TinyTurtle Tutorial (JavaScript)
• Kód s Annou a Elsou z Hodiny kódu

Také jsem zaslal instruktáž o používání želvího robota těchto online zdrojů s Turtle Robotem. Obecně lze jakýkoli kód Turtle JavaScript vložit a spustit v kalibrační skici. Můžete nejprve otestovat výstup online na počítači a poté jej nahrát do své želvy a čerpat v reálném životě!

Pro studenty je zde několik návrhů projektů:

• Naprogramujte svého robota, aby napsal vaše jméno!
• Navrhněte a 3D vytiskněte jmenovku v TinkerCad ze šablony. Lze jej připevnit pod servomotor.
• Dejte svému robotovi trochu osobnosti horkým lepidlem a blingem. (Jen udržujte kola a oči bez překážek).
• Ze skici OSTR_eyes navrhněte a otestujte algoritmus pro navigaci v místnosti. Co dělat, když jedno oko něco detekuje. Oběma očima? Mohli byste začlenit funkci random () Arduina.
• Postavte bludiště na velkém listu papíru na podlaze a naprogramujte svého robota, aby jím procházel.
• Vytvořte bludiště se stěnami a navrhněte algoritmus, který ho bude automaticky navigovat.
• Tlačítko mezi LED diodami zatím nebylo použito a je připojeno k pinu Arduino „A3“. K čemu by to šlo použít? Slouží k zapnutí a vypnutí LED pro začátek.
• Pokud jste neprovedli sekci Vyšetřování v kroku „Firmware (FW): Testování a blikání“, vraťte se a zkuste to.

Krok 12: Ale počkejte, je toho víc

Pokud dáváte pozor, všimli jste si, že hlaveň je hranatá. Jakási podivná kosmická náhoda, pastelová umělecká křída má stejnou šířku jako průměr fixů Crayola. Stačí nám způsob, jak na křídu dostatečně tlačit, a jsme umělci na chodníku.

Budete potřebovat:

• 3D vytištěný sud a beran (https://www.thingiverse.com/thing:2976527)

• Křída, buď pastelová čtvercová umělecká křída, nebo malá kulatá křída (ne tučné chodníkové věci).

  https://a.co/6B3SzS5

3/4 "podložky pro hmotnost

Kroky:

• Vytiskněte dva připojené soubory.
• Demontujte servo a držák serva.
• Připevněte čtvercový podávací sud.
• Naostřete křídu do blízkého bodu.
• Umístěte křídu do sudu.
• Umístěte berana do sudu.
• Umístěte závaží podložky na berana.