Levný, kreslící robot kompatibilní s Arduino: 15 kroků (s obrázky)

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

Poznámka: Mám novou verzi tohoto robota, který používá desku s plošnými spoji, snáze se staví a má detekci IR překážek! Podívejte se na

Tento projekt jsem navrhl pro 10hodinový workshop pro ChickTech.org, jehož cílem je seznámit dospívající ženy s tématy STEM. Cíle tohoto projektu byly:

• Snadné stavění.
• Snadné programování.
• Udělal něco zajímavého.
• Nízká cena, aby si ji účastníci mohli odnést domů a pokračovat v učení.

S ohledem na tyto cíle zde bylo několik možností návrhu:

• Kompatibilní s Arduino pro snadné programování.
• Napájení z baterie 4xAA za cenu a dostupnost.
• Krokové motory pro přesný pohyb.
• 3D tisk pro snadné přizpůsobení.
• Kreslení perem s grafikou Turtle pro zajímavý výstup.
• Open Source, abyste si mohli vytvořit vlastní!

Zde je robot, který se nejvíce přiblížil tomu, co jsem chtěl dělat: https://mirobot.io. Nemám laserovou řezačku a doprava z Anglie byla neúnosná. Mám 3D tiskárnu, takže asi vidíte, kam to jde…

Nenechte se odradit nedostatkem 3D tiskárny. Místní fandy ochotné vám pomoci najdete na

Tento projekt je licencován společností Creative Commons a využívá 3D díly na základě návrhů jiných (jak je uvedeno v další části), z nichž nejpřísnější je kolo, které je nekomerční. To znamená, že tento projekt musí být také nekomerční. Nebuď ten chlap.

Krok 1: Díly

Existuje několik způsobů, jak pohánět, řídit a ovládat roboty. Možná máte po ruce různé části, které budou fungovat, ale to jsou ty, které jsem vyzkoušel a zjistil, že fungují dobře:

Elektronika:

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

  • Hardware pod licencí CC BY-SA
  • Software (Bootloader) pod licencí GPL
• 2- Krokový krokový 5V- adafruit.com/products/858
• 1- Ovladač Darlington ULN2803 - adafruit.com/products/970
• 1- Poloviční velikost prkénka- adafruit.com/products/64
• 16- Mužsko-mužské propojky- adafruit.com/products/759
• 1- Micro servoadafruit.com/products/169
• 1 - posuvný přepínač SPDT - adafruit.com/product/805 nebo www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Záhlaví kolíku- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x držák AA- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- Micro USB kabel
• 4- AA baterie

*Poznámka: Viz poslední krok k diskusi o používání běžných desek Arduino nebo Raspberry Pi.

Hardware:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-kroužek- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Caster 5/8 "ložisko- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- Šroub s válcovou hlavou M3 x 8 mm- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- Šroub s plochou hlavou M3 x 6 mm- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D-vytištěné díly (pokud nemáte přístup k tiskárně, podívejte se na www.3dhubs.com):

• 1 x kolečko s kuličkovými ložisky - thingiverse.com/thing:1052674 (na základě práce onebytegone, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Chassis - thingiverse.com/thing:1053269 (původní dílo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 2 x Wheels - thingiverse.com/thing:862438 (na základě práce Marka Bensona, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x krokový držák - thingiverse.com/thing:1053267 (podle práce Jbeale, CC BY -SA 3.0)
• 1 x držák pera / držák serva - thingiverse.com/thing:1052725 (původní dílo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Pen Collar - thingiverse.com/thing:1053273 (původní dílo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)

* Poznámka: CC BY-NC je nekomerční licence

Nástroje a zásoby:

• Phillips šroubovák
• Horká lepicí pistole
• Digitální multimetr
• Ostrý nůž
• Barevné fixy Crayola

Krok 2: Flash firmwaru

Než se dostaneme příliš daleko do konstrukce, nahrajme testovací firmware do mikrokontroléru. Testovací program kreslí pouze krabice, abychom mohli zkontrolovat správný směr a rozměr.

Chcete -li mluvit s Trinket Pro, budete potřebovat:

1. Ovladač z
2. Software Arduino z

Lady Ada a tým Adafruit vytvořili v odkazech výše mnohem lepší sadu pokynů, než mohu poskytnout. Použijte je, pokud jste uvízli.

Poznámka: Jediným trikem, který odlišuje Trinket od běžného Arduina, je, že musíte desku resetovat, než nahrajete skicu.

Krok 3: Držák pera a držáky baterie

1. Nainstalujte držák pera pomocí servopohonu na kratší stranu šasi (obrázek 1).
2. Vložte matice na horní stranu šasi (obrázek 2)
3. Pomocí šroubů s plochou hlavou 3Mx6mm připevněte držáky baterií na spodní část šasi (obrázky 3 a 4).
4. Protáhněte vývody baterie obdélníkovými kabely (obrázek 4 a 5).
5. Opakujte pro druhý držák baterie.

Poznámka: Pokud není uvedeno jinak, zbývající část šroubů jsou šrouby s válcovou hlavou 3Mx8mm.

Krok 4: Kola

1. Vyzkoušejte, zda vaše kolo sedí na krokovém hřídeli (obrázek 1).

   1. Pokud je příliš těsný, můžete náboj kola nahřát fénem nebo horkovzdušnou pistolí a poté zasunout hřídel.
   2. Pokud je příliš volný, můžete jej pomocí šroubu 3Mx8mm přidržet proti ploché ploše hřídele (obrázek 2).
   3. Pokud jste perfekcionista, můžete tiskárnu kalibrovat a získat ji tak, jak má.
2. Umístěte o-kroužek kolem ráfku kola (obrázky 3 a 4).
3. Opakujte pro druhé kolo.

Krok 5: Krokové backety

1. Vložte matici do krokového držáku a připevněte je k horní části podvozku pomocí šroubu (obrázek 1).
2. Vložte stepper do držáku a připevněte šrouby a maticemi.
3. Opakujte pro druhou závorku.

Krok 6: Kolečko

1. Vložte kuličkové ložisko do kolečka.

   Netlačte na něj silou, jinak se zlomí. V případě potřeby materiál změkčete pomocí vysoušeče vlasů nebo horkovzdušné pistole

2. Upevněte kolečko na spodní stranu šasi před držákem baterie.

Krok 7: Breadboard

1. Pomocí ostrého nože vyjměte jednu z napájecích lišt a prořízněte spodní lepidlo (obrázek 1).
2. Přidržte prkénko přes kolejnice podvozku a označte, kde protínají okraj (obrázek 2).
3. Rovnou hranou (jako odstraněná napájecí lišta) označte čáry a prořízněte podložku (obrázek 3).
4. Umístěte prkénko na podvozek tak, aby se kolejnice dotýkaly odkrytého lepidla (obrázek 4).

Krok 8: Napájení

1. Umístěte mikrokontrolér, ovladač darlingtonu a vypínač na desku chleba (obrázek 1).

   • Pro viditelnost jsem přidal oranžové tečky k označení následujících:

     • Pin 1 ovladače darlingtonu.
     • Kolík baterie mikroradiče.
     • Poloha vypínače „zapnuto“.

2. S kabely pravé baterie:

   1. Připojte červenou linku k prvnímu kolíku vypínače (obrázek 2).
   2. Připojte černý vodič k prázdné řadě mezi mikrokontrolérem a čipem darlington (obrázek 2).

3. S levým vývodem baterie:

   1. Připojte červenou čáru ke stejné řadě jako černý vodič druhé baterie (obrázek 3).
   2. Připojte černou čáru k záporné liště prkénka (obrázek 3).

4. Připojte napájení k mikrokontroléru:

   1. Červený můstek z kladné lišty na kolík baterie (oranžová tečka, obrázek 4).
   2. Černý můstek ze záporné lišty na kolík označený „G“(obrázek 4).
5. Vložte baterie a zapněte napájení. Měli byste vidět rozsvícení zeleného a červeného světla ovladače (obrázek 5).

Odstraňování problémů: Pokud se kontrolky mikrokontroléru nerozsvítí, okamžitě vypněte napájení a odstraňujte problémy:

1. Jsou baterie vloženy ve správné orientaci?
2. Znovu zkontrolujte umístění vodičů baterie.
3. Zkontrolujte polohu vodičů spínače.
4. Pomocí multimetru zkontrolujte napětí baterií.
5. Ke kontrole napětí napájecí lišty použijte multimetr.

Krok 9: Zapojení záhlaví a serv

Samčí záhlaví nám umožňuje připojit 5pinové servo konektory JST k napájení a ovladači darlingtonu (obrázek 1):

1. První 5pinový konektor začíná v jedné řadě před řidičem darlingtonu.
2. Druhé záhlaví serva by pak mělo být v souladu s koncem ovladače darlingtonu.

Než se zapojení zkomplikuje, nechte zapojit servo:

1. Přidejte 3kolíkovou hlavičku pro servo na pravý okraj přední části prkénka (obrázek 2).
2. Přidejte červený můstek ze středového kolíku na kladnou stranu napájecí lišty.
3. Přidejte černý nebo hnědý můstek z vnějšího kolíku na negativní stranu napájecí lišty.
4. Přidejte barevný můstek z vnitřního kolíku na pin 8 mikrokontroléru.
5. Nainstalujte servo houkačku s hřídelem do polohy ve směru hodinových ručiček a ramenem zasahujícím do pravého kola (obrázek 3)
6. Nainstalujte servo do držáku pera pomocí šroubů serva (obrázek 3).
7. Připojte servo konektor tak, aby barvy odpovídaly (obrázek 4).

Krok 10: Krokové ovládání

Čas na napájení vodičů a stepperů darlingtonu, které budou poháněny přímo z baterie:

1. Připojte černý nebo hnědý můstek z pravého dolního kolíku darlingtonu na zápornou stranu napájecí lišty (obrázek 1).
2. Připojte červený můstek z pravého horního kolíku darlingtonu k kladné straně napájecí lišty.
3. Připojte červený můstek z levého horního konektoru kolíku na kladnou stranu napájecí lišty (obrázek 2).
4. Připojte konektor levého stepperu k záhlaví pinů na levé straně červeným kabelem na pravé straně (obrázek 3).
5. Připojte pravý konektor stepperu k záhlaví kolíku na pravé straně pomocí čtecího kabelu na levé straně.

Poznámka: Červený vodič krokového konektoru je výkon a měl by odpovídat červeným vodičům na desce.

Krok 11: Krokové ovládání (pokračování)

Nyní připojíme krokové signální vodiče z mikrokontroléru ke vstupní straně ovladače darlingtonu:

1. Počínaje kolíkem 6 mikrokontroléru připojte vodiče pro čtyři ovládací propojky pro levý krokový motor (obrázek 1).
2. Spojte tyto propojky se vstupní stranou darlingtonu vpravo. Všechny barvy by se měly shodovat s výjimkou zelené, která odpovídá růžovému vodiči stepperu (obrázek 2).
3. Počínaje pinem 13 mikrokontroléru připojte vodiče pro čtyři ovládací propojky pravého krokového motoru (obrázek (3).
4. Spojte tyto propojky se vstupní stranou darlingtonu vlevo. Všechny barvy by se měly shodovat s výjimkou zelené, která odpovídá růžovému vodiči stepperu (obrázek 3).

Krok 12: Testování a kalibrace

Naštěstí jste již nahráli firmware v kroku 2. Pokud ne, udělejte to nyní.

Testovací firmware pouze opakovaně nakreslí čtverec, abychom mohli kontrolovat směr a přesnost.

1. Umístěte robota na hladký, rovný a otevřený povrch.
2. Zapněte napájení.
3. Sledujte, jak váš robot kreslí čtverečky.

Pokud na mikrokontroléru nevidíte světla, vraťte se a zkuste střílet, jak je uvedeno v kroku 8.

Pokud se váš robot nepohybuje, zkontrolujte v kroku 9 napájecí připojení k ovladači darlingtonu.

Pokud se váš robot pohybuje nepravidelně, znovu zkontrolujte v kroku 10 kolíková spojení pro mikrokontrolér a ovladač darlingtonu.

Pokud se váš robot pohybuje v přibližném čtverci, je na čase odložit papír a vložit do něj pero (obrázek 1).

Vaše kalibrační body jsou:

float wheel_dia = 66,25; // mm (zvýšení = spirála ven)

float wheel_base = 112; // mm (zvýšení = spirála v) int kroky_rev = 128; // 128 pro 16x převodovku, 512 pro 64x převodovku

Začal jsem s naměřeným průměrem kola 65 mm a můžete vidět boxy otáčející se dovnitř (obrázek 2).

Zvětšil jsem průměr na 67 a vidíte, že se otáčí směrem ven (obrázek 3).

Nakonec jsem dospěl k hodnotě 66,25 mm (obrázek 4). Vidíte, že stále existuje nějaká inherentní chyba v důsledku řemene ozubeného kola a podobně. Dost blízko na to, abyste dělali něco zajímavého!

Krok 13: Zvednutí a spuštění pera

Přidali jsme servo, ale nic jsme s tím neudělali. Umožňuje zvednout a spustit pero, aby se robot mohl pohybovat bez kreslení.

1. Umístěte obojek pera na pero (obrázek 1).
2. Pokud je uvolněný, přilepte jej na místo.
3. Zkontrolujte, zda se dotkne papíru, když je rameno servo spuštěno dolů.
4. Zkontrolujte, zda se při zvednutí nedotkne papíru (obrázek 2).

Úhly serva lze nastavit buď odstraněním houkačky a jejím přemístěním, nebo pomocí softwaru:

int PEN_DOWN = 170; // úhel serva, když je pero dole

int PEN_UP = 80; // úhel serva, když je pero nahoře

Příkazy pera jsou:

penup ();

pendown ();

Krok 14: Bavte se

Doufám, že jste to dotáhli tak daleko bez příliš mnoha kletby. Dejte mi vědět, s čím jste se potýkali, abych mohl pokyny vylepšit.

Nyní je čas prozkoumat. Když se podíváte na testovací skicu, uvidíte, že jsem vám poskytl několik standardních příkazů „Želva“:

vpřed (vzdálenost); // milimetry

dozadu (vzdálenost); vlevo (úhel); // stupně vpravo (úhel); penup (); pendown (); Hotovo(); // uvolněním stepperu ušetříte baterii

Pomocí těchto příkazů byste měli být schopni dělat cokoli, od kreslení sněhových vloček nebo psaní vašeho jména. Pokud potřebujete pomoc se začátkem, podívejte se na:

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

Krok 15: Jiné platformy

Lze tento robot provést s běžným Arduinem? Ano! Šel jsem s Trinketem kvůli nízkým nákladům a malým rozměrům. Zvětšíte -li délku podvozku, můžete na jednu stranu namontovat běžné Arduino a na druhou stranu s prkénkem (obrázek 1). Mělo by fungovat pin-for-pin s testovacím náčrtkem a navíc se nyní můžete dostat k sériové konzole pro ladění!

Mohl by být tento robot proveden s Rasberry Pi? Ano! Toto byla moje první linie vyšetřování, protože jsem chtěl programovat v Pythonu a umět jej ovládat přes web. Stejně jako výše uvedené Arduino v plné velikosti stačí umístit Pi na jednu stranu a prkénko na druhou stranu (obrázek 2). Energie se stává hlavním zájmem, protože čtyři AA to nezastaví. Potřebujete zajistit přibližně 1A proudu při stabilních 5V, jinak váš WiFi modul přestane komunikovat. Zjistil jsem, že model A je na tom se spotřebou energie mnohem lépe, ale stále řeším, jak dodat spolehlivé napájení. Pokud na to přijdete, dejte mi vědět!