SKARA- Robotický ruční čisticí robot pro bazén: 17 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

• Čas jsou peníze a manuální práce je drahá. S příchodem a pokrokem v automatizačních technologiích je třeba vyvinout bezproblémové řešení pro majitele domů, společnosti a kluby k čištění bazénů od nečistot a špíny každodenního života, k udržování jejich osobní hygieny a udržování určité životní úrovně.
• Vypořádal jsem se s tímto dilematem čelem a vyvinul jsem ruční stroj na cum autonomní čištění povrchu bazénu. S jeho jednoduchými, ale inovativními mechanismy ho nechte přes noc ve špinavém bazénu a probuďte se, abyste ho vyčistili a zbavili skvrn.
• Automat má dva režimy funkčnosti, jeden autonomní, který lze zapnout pouhým otočením tlačítka na telefonu a nechat jej bez dozoru, aby vykonal svou práci, a další manuální režim pro získání těchto konkrétních větviček a odejde, když je čas zásadní. V manuálním režimu můžete pomocí akcelerometru v telefonu ovládat pohyb robota podobně jako hraní závodních her na telefonu. Vlastní aplikace byla vytvořena pomocí aplikace Blynk a naměřené hodnoty akcelerometru jsou odesílány na hlavní server a zpět na mobilní zařízení a poté jsou data o přepínání hotspotů odesílána na NodeMCU.
• I dnes jsou domácí úklidové roboty považovány za exotické spotřebiče nebo luxusní hračky, a tak jsem pro změnu tohoto myšlení vyvinul vlastní pěst. Proto byl v projektu hlavním cílem navrhnout a vyrobit autonomní čistič povrchů bazénů s využitím dostupných a levných technologií, aby byl celý prototyp nákladově efektivní, a proto si jej většina lidí může postavit ve svém domě stejně jako já.

Krok 1: Pracovní mechanismus

Pohyb a sběr:

• Základní mechanismus našeho prototypu se skládá z neustále se otáčejícího dopravního pásu vpředu ke shromažďování nečistot a nečistot.
• Dva motory pohánějící vodní kola potřebná pro pohyb.

Navigace:

• Manuální režim: Pomocí dat akcelerometru Mobile lze ovládat směr Skary. Osoba proto musí pouze naklonit telefon.
• Autonomní režim: Implementoval jsem randomizovaný pohyb doplňující algoritmus vyhýbání se překážkám, který pomáhá automatu, když cítí blízkost zdi. K detekci překážek slouží dva ultrazvukové senzory.

Krok 2: CAD model

• CAD model byl vytvořen na SolidWorks
• Soubor CAD najdete přiložený v tomto návodu

Krok 3: Komponenty

Mechanické:

1. Laserem řezané panely -2nos
2. Akrylový plech o tloušťce 4 mm
3. Deska Thermocol nebo polystyren
4. Soustruh řezané tyče
5. Zakřivený plastový plech (dřevěný povrch)
6. 3D tištěné díly
7. Šrouby a matice
8. Šablona (tisk „Skara“)
9. Mseal- Epoxid
10. Čistá tkanina

Nástroje:

• Smirkový papír
• Barvy
• Úhlová bruska
• Vrtat
• Řezačky
• Jiné elektrické nářadí

Elektronika:

• NodeMCU
• Šroubové konektory: 2pin a 3pin
• Buck Converter mini 360
• Přepnout spínač
• IRF540n- Mosfet
• BC547b- tranzistor
• Rezistor 4,7K
• Jednožilový vodič
• L293d- ovladač motoru
• Ultrazvukový senzor- 2nos
• DC motor 100 ot./min - 3nos
• 12V olověná baterie
• Nabíječka baterií
• Pájecí deska
• Pájecí drát
• Pájecí tyč

Krok 4: 3D tisk

• 3D tisk byl proveden domácí sestavenou tiskárnou jedním z mých přátel
• Můžete najít 4 soubory, které musí být vytištěny 3d

• Části byly vytištěny 3D převedením souboru 3D CAD do formátu stl.

• Vodní kolo má intuitivní design s žebry ve tvaru profilu, které vytlačují vodu efektivněji než tradiční provedení. To pomáhá při tahání menšího zatížení z motoru a také při znatelném zvýšení rychlosti pohybu automatu.

Krok 5: Panely řezané laserem a soustružnické tyče

Boční panely:

• Aby bylo vykreslování CAD realitou, musely být materiály, které byly vybrány pro konstrukci prototypu, pečlivě zváženy s ohledem na to, že celá struktura bude vyžadovat čistý pozitivní vztlak.
• Hlavní strukturu lze vidět na obrázku. Počáteční volbou pro rám bylo použít hliník řady 7 kvůli jeho nižší hmotnosti, lepší odolnosti proti korozi a lepší strukturální tuhosti. Kvůli nedostupnosti materiálu na místním trhu jsem ho ale musel vyrobit s Mild Steel.
• Side Frame Cad byl převeden do formátu. DXF a poskytnut dodavateli. Soubor najdete přiložený v tomto pokynu.
• Laserové řezání bylo provedeno na LCG3015
• Laserové řezání můžete také poskytnout na tomto webu (https://www.ponoko.com/laser-cutting/metal)

Soustružnické tyče:

• Tyče, které spojují dva panely a podpírají koš, byly vyrobeny soustružnictvím z místního výrobního skladu.
• Byly potřeba celkem 4 pruty

Krok 6: Konstrukce koše

• Přihrádka je vyrobena z akrylových plechů, které byly vyřezány pomocí elektrického nářadí s rozměry s odkazem na výkres CAD.
• Jednotlivé nařezané části koše jsou smontovány a slepeny dohromady pomocí průmyslové voděodolné epoxidové pryskyřice.
• Celé šasi a jeho součásti jsou sestaveny dohromady pomocí 4mm šroubů z nerezové oceli a 3 nerezových čepů. Použité matice jsou samosvorné, aby se předešlo jakémukoli souladu.
• Pro vložení motorů byl proveden kruhový otvor na 2 stranách akrylových desek

• Kryt baterie a elektroniky je poté vyříznut z 1 mm plastového plechu a zabalen do šasi. Otvory pro dráty řádně utěsněné a izolované.

Krok 7: Plovoucí

• Poslední součástí čistě struktury jsou flotační zařízení, která slouží k tomu, aby celému prototypu poskytla pozitivní vztlak a zároveň zachovala jeho těžiště přibližně v geometrickém středu celého prototypu.
• Flotační zařízení byla vyrobena z polystyrenu (thermocol). K jejich správnému vytvarování byl použit pískový papír
• Ty pak byly připevněny k rámu v místech pomocí mSeal pomocí výpočtu s ohledem na výše uvedená omezení.

Krok 8: Podpora ultrazvukových senzorů

• Byl vytištěn 3d a zadní desky byly vyrobeny pomocí cínových desek
• Bylo připojeno pomocí mseal (druh epoxidu)

Krok 9: Elektronika

• Olověná baterie 12V se používá k napájení celého systému
• Je zapojen paralelně s převodníkem buck a ovladačem motoru L293d
• Buck převodník převádí 12v na 5v pro systém
• Mosfet IRF540n se používá jako digitální spínač k ovládání motoru dopravního pásu
• NodeMCU se používá jako hlavní mikrokontrolér, k mobilu se připojuje pomocí WiFi (hotspot)

Krok 10: Dopravní pás

• Byl vyroben pomocí síťoviny zakoupené v místním obchodě
• Tkanina byla nastříhána a připevněna kruhovým způsobem, aby byla spojitá

Krok 11: Malování

Skara byla natřena syntetickými barvami

Krok 12: Laserový řez symbolem Skara

• Šablona byla vyřezána pomocí domácího laseru vyrobeného mým přítelem.
• Materiál, na kterém bylo řezání laserem provedeno, je arch se samolepkami

Krok 13: Kódování

Věci před kódováním:

• Pro tento projekt jsem použil Arduino IDE pro programování mého NodeMCU. Je to jednodušší způsob, pokud jste již dříve používali Arduino a nebudete se muset učit nový programovací jazyk, například Python nebo Lua.

• Pokud jste to ještě nikdy neudělali, musíte nejprve do softwaru Arduino přidat podporu desky ESP8266.
• Nejnovější verzi pro Windows, Linux nebo MAC OSX najdete na webových stránkách Arduina: https://www.arduino.cc/en/main/software Stáhněte si ji zdarma, nainstalujte do počítače a spusťte.
• Arduino IDE již přichází s podporou mnoha různých desek: Arduino Nano, Mine, Uno, Mega, Yún atd. Bohužel mezi těmito podporovanými vývojovými deskami není ESP8266 ve výchozím nastavení. Chcete -li tedy nahrát své kódy na základní desku ESP8266, musíte nejprve přidat jeho vlastnosti do softwaru Arduina. Přejděte do nabídky Soubor> Předvolby (Ctrl +, v operačním systému Windows); Do textového pole Správce doplňkových desek (do pole v dolní části okna Předvolby) přidejte následující adresu URL:
• Pokud textové pole nebylo prázdné, znamenalo to, že jste již dříve přidali další desky na Arduino IDE. Přidejte čárku na konec předchozí a výše uvedené URL.
• Stiskněte tlačítko „Ok“a zavřete okno Předvolby.
• V části Nástroje> Deska> Správce desek přidejte desku ESP8266.
• Do vyhledávacího textového pole zadejte „ESP8266“, vyberte „esp8266 by ESP8266 Community“a nainstalujte jej.
• Nyní bude vaše Arduino IDE připraveno pracovat s mnoha vývojovými deskami založenými na ESP8266, jako jsou generické ESP8266, NodeMcu (které jsem použil v tomto tutoriálu), Adafruit Huzzah, Sparkfun Thing, WeMos atd.
• V tomto projektu jsem použil knihovnu Blynk. Knihovna Blynk by měla být nainstalována ručně. Stáhněte si knihovnu Blynk na adrese https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases… Rozbalte soubor a zkopírujte složky do složek/nástrojů Arduino IDE.

Hlavní kódování:

• Před nahráním kódu budete muset aktualizovat ověřovací klíč Blynk a vaše přihlašovací údaje WiFi (ssid a heslo).
• Stáhněte si níže uvedený kód a knihovny.
• Otevřete poskytnutý kód („konečný kód“) v Arduino IDE a nahrajte jej na NodeMCU.

• Některé senzory smartphonu lze použít také s Blynkem. Tentokrát jsem chtěl použít jeho akcelerometr k ovládání svého robota. Nakloňte telefon a robot se otočí doleva/doprava nebo se posune dopředu/dozadu.

Krok 14: Vysvětlení kódu

• V tomto projektu jsem musel použít pouze knihovny ESP8266 a Blynk. Jsou přidány na začátek kódu.
• Budete muset nakonfigurovat svůj autorizační klíč Blynk a přihlašovací údaje k Wi-Fi. Tímto způsobem bude váš ESP8266 schopen dosáhnout vašeho Wi-Fi routeru a čekat na příkazy ze serveru Blynk. Nahraďte „zadejte svůj vlastní autorizační kód“, XXXX a RRRR svým autorizačním klíčem (obdržíte jej na e-mail), SSID a heslem vaší sítě Wi-Fi.
• Definujte piny NodeMCU připojené k h-můstku. Můžete použít doslovnou hodnotu (D1, D2 atd.) Čísla GPIO každého pinu.

Krok 15: Nastavení Blynk

• Blynk je služba určená pro vzdálené ovládání hardwaru přes internetové připojení. Díky tomu můžete snadno vytvářet miniaplikace internetu věcí a podporuje několik hardwarů, jako jsou Arduinos, ESP8266, Raspberry Pi atd.
• Můžete jej použít k odesílání dat ze smartphonu (nebo tabletu) Android nebo iOS do vzdáleného zařízení. Můžete také například číst, ukládat a zobrazovat data získaná vašimi senzory harwaru.
• K vytvoření uživatelského rozhraní slouží aplikace Blynk. Má řadu widgetů: tlačítka, posuvníky, joystick, displeje atd. Uživatelé mohou widget přetáhnout na hlavní panel a vytvořit vlastní grafické rozhraní pro velké množství projektů.
• Má koncept „energie“. Uživatelé začínají s 2 000 body za energii zdarma. Každý použitý widget (v jakémkoli projektu) spotřebovává určitou energii, což omezuje maximální počet widgetů použitých v projektech. Tlačítko například spotřebuje 200 energetických bodů. Tímto způsobem lze například vytvořit rozhraní s až 10 tlačítky. Uživatelé si mohou zakoupit další energetické body a vytvářet složitější rozhraní a/nebo několik různých projektů.
• Příkazy z aplikace Blynk se nahrávají na server Blynk přes internet. Jiný hardware (například NodeMCU) používá knihovny Blynk ke čtení těchto příkazů ze serveru a provádění akcí. Hardware může také přenášet na server některá data, která mohou být zobrazena v aplikaci.
• Stáhněte si aplikaci Blynk pro Android nebo iOS z následujících odkazů:
• Nainstalujte si aplikaci a vytvořte nový účet. Poté budete připraveni vytvořit svůj první projekt. Budete také muset nainstalovat knihovny Blynk a získat ověřovací kód. Postup instalace knihovny byl popsán v předchozím kroku.
• · Ke čtení hodnot akcelerometru byla použita funkce BLYNK_WRITE (V0). Zrychlení na ose y bylo použito ke kontrole, zda by se robot měl otáčet doprava/doleva, a zrychlení na ose z se používá ke zjištění, zda se má robot pohybovat dopředu/dozadu. Pokud nejsou překročeny prahové hodnoty, motory se zastaví.

• Stáhněte si aplikaci blynk na mobil Přetáhněte objekt akcelerometru z Widget Boxu a pusťte jej na palubní desku. V části Nastavení tlačítek přiřaďte jako výstup virtuální pin. Použil jsem virtuální pin V0. V aplikaci Blynk byste měli získat Auth Token.

• Přejděte do Nastavení projektu (ikona matice). Pro tlačítko Ručně/Autonomně jsem použil V1 v aplikaci Pro dopravní pás jsem použil V2 jako výstup.
• Na obrázcích můžete vidět snímek obrazovky finální aplikace.

Krok 16: Konečná montáž

Připojil jsem všechny díly

Proto je projekt dokončen

Krok 17: Kredity

Chtěl bych poděkovat svým přátelům za:

1. Zeeshan Mallick: Pomáhá mi s CAD modelem, výrobou podvozků

2. Ambarish Pradeep: Psaní obsahu

3. Patrick: 3D tisk a laserové řezání

Druhá cena v IoT Challenge