DIY víceúčelová základna robota a štít motoru: 21 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Ahoj všichni, nedávno jsem začal pracovat na robotických projektech pomocí Arduina. Neměl jsem ale pořádný základ, na kterém bych mohl pracovat, konečný výsledek nevypadal skvěle a jediné, co jsem viděl, byly všechny moje komponenty zapletené do drátů. Odstraňování problémů s jakoukoli chybou trvalo jako věčnost a zapojování věcí znovu a znovu bylo někdy frustrující. Rozhodl jsem se tedy vyrobit víceúčelového robota spolu s ovladačem motoru, na který bych mohl snadno připevnit své další součásti, aniž bych vytvořil jakýkoli nepořádek, a snadno jej sestavovat a rozebírat pro jakékoli úpravy.

Pokud jste začátečník a chcete začít s robotikou nebo dokonce plánujete prototypovat větší robotický projekt nejprve v malém měřítku, prototypová základna se vždy hodí.

Tento návod pokrývá celý proces přípravy vaší akrylové základny, přidávání motorů, kol a také výrobu štítu motoru vlastní výroby výroby oboustranné desky plošných spojů doma. Na konci bude základní projekt, který zkontroluje, zda je vše provedeno správně, a poskytne přibližnou představu o tom, co můžete se svým robotem dělat. Po sestavení si můžete vyzkoušet některé ze základních robotů, jako jsou tyto:

1. Jednoduchý dálkově ovládaný robot (drátový)
2. Linka za robotem
3. Robot vyhýbající se překážkám
4. Bluetooth ovládaný robot
5. Bezdrátový dálkově ovládaný robot (pomocí RF vysílače a přijímače / IR dálkového ovladače)

Toto je můj první pokyn, takže mi promiňte všechny chyby a konstruktivní kritika je vítána.

Krok 1: Shromážděte své nástroje a materiály

Protože se jedná o dvoudílnou sestavu 1. Šasi a 2. Motorový štít je seznam nástrojů a částí rozdělen na dvě části.

Pro podvozek:

Nástroje:

• Přístup k laserové řezačce (můžete ji vyhledat v blízkém výrobním prostoru nebo online vyhledat místní poskytovatele služeb řezání laserem)
• Šroubovák
• Štípačky
• Páječka + drát

Díly:

• 3mm akrylový plech (libovolná barva dle vašeho výběru)
• Převodové motory (100 až 200 ot / min) x 2
• Kola x 2
• Kolečko x1
• Matice a šrouby M3 x 10 mm x 20 (nebo více v případě ztráty)
• 6článkový držák baterie AA x 1 (není potřeba, pokud používáte 12v baterii nebo li-po balení)
• Servomotor x 1 (volitelně)
• Matice a šrouby M2 x 25 mm x (pro upevnění motorů)
• Přepínač x 1
• Izolovaný vodič (pro připojení)

Pro štít motoru:

Nástroje:

• Páječka + drát
• Žehlička
• Mini vrtačka nebo ruční vrtačka
• Gumové rukavice na ruce
• Kovový drh
• Malý plastový kontejner
• Multimetr (pro testování)
• Trvalý fix

Požadované chemikálie:

• Prášek FeCl3 NEBO roztok
• Aceton nebo ředidlo (lze použít i odlakovač)

Díly:

• Oboustranná měděná deska
• Lesklý papír nebo fotografický papír
• 16kolíková zásuvka IC x 2
• 14kolíková zásuvka IC x 2
• Integrovaný ovladač motoru L293D x 2
• 74HC04 NOT brána IC x1
• Elektrolytické kondenzátory: 100uf, 10uf, 47uf (každý X 1)
• 0,1 uF keramický kondenzátor x 2
• 7805 regulátor napětí IC x 1
• Samičí lišta záhlaví dlouhý kolík X 1
• Krátký kolík pásku záhlaví x1
• Samčí lišta záhlaví X 1
• Šroubové svorkovnice (rozteč 2 piny 3,5 mm) x 6
• LED x 1
• Rezistor (220 ohmů až 330 ohmů bude stačit) x 1

Krok 2: Podvozek

K montáži motorů, kol, senzorů atd. Pro našeho robota potřebujeme podvozek, který udrží všechny věci na svém místě a bude hlavním tělesem robota. Místo toho, abych si jeden koupil, rozhodl jsem se, že si sám vyrobím takový, na který se dají snadno namontovat požadované díly a v případě potřeby jej upravit. Šel jsem s akrylem, abych mu poskytl profesionální vzhled.

Než jsem skutečně nakreslil podvozek na počítač, použil jsem tužku a papír a nakreslil hrubý náčrt se všemi rozměry a rozměry. Bylo to poprvé, co jsem pracoval s akrylem, takže jsem byl trochu zmatený z parametrů a designu, ale po několika pokusech a odkazování na Instructable zveřejněné „oomlout“to už nebyl obtížný úkol.

Konečný návrh byl vyroben v Inkscape a odeslán k řezání laserem.

Nyní si musíte stáhnout soubory a exportovat je ve formátu požadovaném poskytovatelem služeb a nechat je vyříznout laserem. Soubor ''.svg "je pro Inkscape a".cdr "pro kreslení Corel.

Odkaz ke stažení pro InkScape:

Stahování souborů:

Krok 3: Zahájíme montáž

Shromážděte své laserem řezané součásti a výše uvedené nástroje a materiály.

Krok 4: Nejprve si připravte motory

Aby se robot pohnul, potřebujeme nějaký pohon. Jako akční členy použijeme stejnosměrné motory s převodovkou.

K motorům připájejte vodiče dvou různých barev (každý o délce přibližně 5 až 6 palců). Chcete -li zkontrolovat polaritu, připojte vodiče k baterii a zkontrolujte otáčení. Pokud se motory točí v opačných směrech, vyměňte dráty.

Krok 5: Čas vše „ořechovat“a „šroubovat“

Začněte upevněním bočních desek ke spodní základní desce jejich umístěním do otvorů. Umístěte matici do drážky T a vložte šroub z otvoru ve spodní desce a upevněte ji pomocí šroubováku. Dávejte pozor, abyste neutahovali příliš pevně, jinak byste mohli rozbít akrylát. Zkontrolujte orientaci desek (strana motoru dolů, jak je znázorněno).

Poté upevněte motory, kolečko, přední desku, držák baterie a nakonec horní desku

Pokud chcete umístit velký servomotor, můžete jej přímo zašroubovat do daného slotu nebo pro montáž mikro servo nejprve připevněte desku pro servo a poté servomotor

Připojte kola k motorům

Připojte spínač k baterii podle obrázku a našroubujte ji na místo

Nakonec zašroubujte arduino/ arduino mega NEBO Raspberry pi

A máte hotovo !!

Krok 6: Motorový štít/ obvod ovladače motoru

Motory jsou akční členy robota, které k provozu vyžadují více energie, což náš mikrokontrolér nemůže poskytnout, takže jeho připojení přímo k němu ho určitě usmaží. Abychom mohli motorům dodávat energii a řídit jejich směr a rychlost, potřebujeme H-můstek. Co je H-Bridge a jak funguje? Myslím, že toto video zodpoví vaši otázku: Video (video není moje)

Pokud věříte v to, že děláte všechno sami, můžete také uvažovat o tom, že si místo nákupu hotového vyrobíte obvod ovladače motoru sami. Vzhledem k tomu, že používám desku Arduino, rozhodl jsem se, že místo odlamovací desky vyrobím štít motoru.

Výhodou štítu proti odlamovací desce je, že se snadno zapojí na horní část desky Arduino, což ušetří místo a zapojení věcí do ní bude snadné a vytvoří se méně nepořádku.

Pro výrobu štítu jsem vyrobil oboustrannou desku plošných spojů (PCB), protože jedna vrstva desky plošných spojů nestačila na všechna připojení. K výrobě DPS jsem použil metodu 'Toner transfer'.

Pokud nevíte, jak vyrobit desku plošných spojů, pak se nebojte, budu se zabývat všemi kroky, jak ji vyrobit.

Krok 7: Vytvoření návrhu obvodové desky

Než si vyrobíte vlastní desku plošných spojů, musíte navrhnout rozvržení desky plošných spojů. Rozložení můžete navrhnout pomocí slušného softwaru pro návrh DPS. Pro mě jsou nejlepší software pro navrhování desek plošných spojů následující.

• Autodesk EAGLE
• Fritzování

K výrobě štítu motoru stačí v následujících krocích stáhnout soubory a postupovat podle pokynů.

Krok 8: Tisk rozvržení desky plošných spojů

Protože vyrábíme oboustranný PCB, budeme potřebovat dvě vrstvy 1. Horní vrstvu 2. Spodní vrstvu.

Stáhněte si soubory pdf a vytiskněte je samostatně na jakýkoli lesklý papír (bude stačit i časopisový papír) pomocí laserové tiskárny.

Inkoustové tiskárny by nefungovaly, protože jeho inkoust je rozpustný ve vodě, takže nebude přenášet inkoust na desku plošných spojů.

Tipy:

• Před tiskem nastavte tiskárnu na vysoké rozlišení
• Před tiskem vyberte možnost skutečné velikosti

Proč k výrobě PCB potřebujeme papír a inkoust ??

Jak již bylo zmíněno dříve, metoda použitá pro sestavení se nazývá přenos toneru.

Jak to funguje:

1. Nejprve si vytiskněte rozložení desky na lesklý papír pomocí laserové tiskárny.
2. Toner použitý v tiskárně není nic jiného než plast, který se taví a drží na vašem papíru.
3. Nyní přenesete toner na desku pokrytou mědí pomocí železa, tj. Toner znovu roztavíte a lepí se na měď.
4. Inkoust slouží jako ochranná vrstva k zakrytí měděné části, která by se neměla leptat.
5. Protože leptací řešení funguje pouze s kovem a ne s inkoustem, přenášíte inkoust na měděnou stranu desky plošných spojů tak, aby se určitý vzor na desce desky plošných spojů vyleptal a inkoustová část ne.

Krok 9: Odřízněte a vyčistěte měděný plášť

• Vezměte svůj tištěný obvod a označte body na desce, nakreslete čáry a ořízněte je. K řezání můžete použít dremel nebo pilku.
• Po krájení desku očistěte mýdlem a kovovou pračkou, dokud deska nebude vypadat hezky a leskle.

Čištěním desky se z ní odstraní oxidová vrstva, špína a mastnota a obnaží se nová vrstva mědi, na kterou se toner může pevně přichytit.

Krok 10: Přenos toneru na desku

1. Vezměte jakoukoli vrstvu (spodní nebo horní zrcadlo) tisku a položte ji na měděný plášť potištěnou stranou dolů.
2. Zarovnejte desku a tisk. Pomocí žehličky na prádlo vyžehlete rozvržení tištěné desky plošných spojů na desku.
3. Žehlení tištěného rozvržení přenáší inkoust z papíru na desku plošných spojů.

Tipy:

• Nastavte žehličku na nejvyšší teplotu (u silného papíru) nebo na střední
• Chcete -li zajistit konstantní teplo, položte žehličku na desku a na ni asi 1 až 2 minuty trochu zatlačte.
• Jemně přesuňte žehličku na papír asi 2-3 minuty.
• Ujistěte se, že v rozích a po stranách je aplikováno správné teplo

Celý proces by měl trvat přibližně 5 - 6 minut (může být více nebo méně v závislosti na tloušťce papíru a teplotě).

Krok 11: Odstranění papíru desky

Po tepelném zpracování namočte desku do nádoby s trochou vody z vodovodu asi na 5-7 minut. Počkejte, až se papír na desce rozmočí, poté jemně vetřete, aby se inkoust při odstraňování papíru neodstranil prkno.

Krok 12: Druhá vrstva

Nyní je čas udělat druhou vrstvu. Protože se jedná o oboustranný PCB, horní vrstva a spodní vrstva by měly být dokonale zarovnány, jinak by výsledky byly nežádoucí. K propojení obou vrstev bude použito průchodek.

Výrobci desek plošných spojů mají stroje, které dokážou přesně zarovnat dvě vrstvy. Jak ale můžeme takovou precizní práci dělat doma? Tak jsem přišel na trik, který může tento problém vyřešit. Chcete -li zarovnat dvě vrstvy, postupujte takto:

1. Vyvrtejte otvory v rozích desky plošných spojů pomocí první vrstvy jako reference.
2. Vezměte potisk druhé vrstvy a vytvořte otvory ve stejném místě, jako pro předchozí vrstvu.
3. Zarovnejte desku a tisk tak, aby světlo procházelo všemi otvory.
4. Boky zalepte lepicí páskou a proveďte stejné tepelné zpracování. Namočte desku do vody a odstraňte papír

Krok 13: Oprava stop

Někdy se toner nepřevede správně na desku, což vede k neúplným spojením.

Chcete -li tento problém vyřešit, vezměte špičatou trvalou značku a nakreslete neúplné stopy.

Krok 14: Leptání desky

Existují různé druhy leptacích roztoků, ale nejběžnějším je chlorid železitý. Můžete jej získat v práškové formě nebo jako roztok.

Pro vytvoření řešení:

1. Vezměte plastovou nádobu s trochou vody. (asi 1,5 šálku).
2. Přidejte k ní 2–3 polévkové lžíce FeCl3 a dobře promíchejte. (vždy za mírného míchání přidejte do vody kyselinu)

Při práci s chemikáliemi noste rukavice a buďte v dobře větraném prostoru.

Desku vložte do roztoku asi na 20 - 30 minut. Poté, co jej asi 20 - 30 minut vyjmete z nádoby, ponecháte -li jej delší dobu, naleptá se oblast chráněná inkoustem, takže ji po dokončení vyjměte.

Po leptání desku opláchněte vodou.

Krok 15: Vyjměte toner

K odstranění toneru můžete použít aceton nebo ředidlo (odstraní i lak na nehty). Vezměte si bavlnu nebo vlhký hadřík a dobře jej namočte ředidlem/acetonem. Toner setřete a desku očistěte vodou.

A máte svůj domácí „oboustranný PCB“.

Krok 16: Vrtání otvorů

Vyvrtejte otvory pomocí mini vertikálního vrtáku nebo ruční vrtačky.

Pro vrtání otvorů pro šroubové svorky a regulátor napětí použijte 1 mm vrták a pro ostatní otvory 0,8 mm vrták

Po vrtání vyčistěte prach.

Krok 17: Je čas na pájení

Před pájením si s sebou uschovejte výtisk rozvržení pro referenci a znát umístění dílů. Začněte pájením průchodek protažením drátu skrz otvory a pájením na obou stranách, přebytečný drát ustřihněte. Před pájením zbývající části použijte multimetr a zkontrolujte spojitost stop horní a spodní vrstvy a také zkontrolujte, zda po pájení nejsou zkraty. “

Pájejte zbytek dílů. Nezapomeňte zkontrolovat polaritu a umístění součástí.

Krok 18: Zkontrolujte obvod

Před vložením integrovaných obvodů do zásuvek a zapnutím obvodu se ujistěte, že nedošlo ke zkratu, a zkontrolujte napětí na příslušných pinech. Pokud je vše v pořádku, umístěte integrované obvody a zapojte obvod.

Krok 19: Instalace a testování ovladače motoru

Štít se pohodlně vejde na desku Arduino a obvod je zkontrolován, takže napájení nebude žádný problém.

Před testováním se podívejme na strukturu a vlastnosti štítu motoru.

Struktura a funkce:

• K ovládání čtyř motorů používá dva integrované obvody H29 můstku L293D.
• Invertor IC 74HC04 ke snížení počtu pinů používaných k ovládání můstků h.
• Samostatná lišta +5V a GND.
• Kolíky pro montáž 4 servomotorů s oddělenou napájecí lištou
• Přepnutím resetujete desku
• Počet digitálních pinů, které zůstaly i po ovládání 4 motorů: 6 (z toho 2 jako PWM)

Testování obvodu:

Připojte dva motory k výstupu šroubových svorek M1 a M2, připojte napájecí můstek a napájejte obvod pomocí stejnosměrného napájení 9-12 V (polaritu a zapojení viz diagram). Po nahrání náčrtu TEST na desku arduino zapojte stínění motoru a zapněte napájení.

Pro testování druhého ovladače motoru připojte motory k M3 a M4 a nahraďte čísla pinů těmito v kódu

• Vlevo EN = 3
• LeftPin = 2
• VpravoEN = 5
• RightPin = 6

Krok 20: Pojďme to pohnout

Je čas oživit svého robota

Nyní máte nainstalovaného robota se všemi potřebnými komponentami, vytvořme si pomocí něj jednoduchý projekt, abyste získali představu o tom, jak rychle můžete prototypovat cokoli během několika minut bez jakýchkoli potíží a nepořádku.

Na začátku bude nejlepší robot vyhýbající se překážkám. Pojďme to tedy zvládnout.

Potřebné díly:

1. Ultrazvukový senzor HC -SR04
2. Mikromotor (pokud není nainstalován)
3. Nějaké dráty

Připojení:

• Připojte pin Vcc a GND senzoru k +5V a GND
• Připojte pin spouště k A1 a pin Echo k A2 na Arduinu
• Umístěte propojku J5 na štít a připojte servo ke kolíku 10 na servo liště (viz obrázek)
• Namontujte snímač na servo

Nahrajte níže uvedený náčrt na svou desku arduino a sledujte, jak se váš robot vyhýbá překážkám.

Takže jste za pár minut vyrobili jednoduchého autonomního robota.

Krok 21: Konec

Jsi hotový!

Užijte si hraní s robotem a vytvářejte s ním zábavné projekty. K dispozici je řada senzorů a vývojových desek, které se snadno používají a jsou srozumitelné, využijte je k tomu, aby se pohybovaly tak, jak chcete.

A pokud jste v robotice nováčci, doporučím vám vyzkoušet si některé základní projekty uvedené v úvodní části.

To je pro tento Instructable vše. Doufám, že vás to zaujalo.

Pokud máte nějaké pochybnosti/dotazy týkající se stavby, klidně se ptejte. Díky za sledování:)