Sweepy: The Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Autor: Evan Guan, Terence Lo a Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Úvod a motivace

Čistič ateliéru Sweepy byl navržen v reakci na chaotické podmínky architektonického studia, které zanechali barbarští studenti. Jste unavení z toho, jak je studio při recenzích nepořádné? No neříkej víc. U Sweepy stačí jen nastavit a zapomenout. Studio bude nový výprask rychleji, než je potřeba k dokončení jednoho modelu projektu.

Sweepy si je vědom sebe sama a bude se pohybovat a smetou všechny odpadky a útržky podle přání vašeho srdce díky dvěma ultrazvukovým senzorům, které mu řeknou, aby se obrátilo po přiblížení ke zdi. Potřebujete Sweepy pracovat tvrději? Žádný problém, jen na to křičte. Sweepy neustále poslouchá své prostředí díky zvukovému senzoru. Dosažení určité prahové hodnoty hluku způsobí, že Sweepy přejde do rozzuřeného režimu, na krátkou dobu zametá a pohybuje se rychleji.

Studio bez Sweepy je špinavé.

‏‏‎ ‎

Díly, materiály a nástroje

Většinu dílů v tomto seznamu najdete v úvodní sadě projektu ELEGOO UNO R3. Další díly lze zakoupit u společnosti Creatron Inc. nebo v jiných elektronických obchodech.

‏‏‎ ‎

Komponenty

x1 Řídicí deska ELEGOO UNO R3

x1 Prototypový rozšiřující modul

x1 Ultrazvukový senzor (HC-SR04)

x1 Modul zvukového senzoru (KY-038)

x2 Motory DC N20 (ROBOT-011394)

x1 Mikro servomotor 9G (SG90)

x1 LCD modul (1602A)

x1 9V baterie

x2 gumová kola 60x8 mm (UWHLL-601421)

x1 Kolečko zdarma (výška 64 mm)

x1 Zametací kartáč (výška rukojeti 12 mm)

x2 NPN tranzistory (PN2222)

x3 rezistory (220Ω)

x2 diody (1N4007)

x1 Potenciometr (10K)

Propojovací vodiče pro propojovací pole x15

x26 Dupontové dráty žena-muž

‏‏‎ ‎

Materiály

x1 3mm překližka (velikost laserové postele 18 "x 32")

x6 šroubů M3 (YSCRE-300016)

x4 matice M3 (YSNUT-300000)

x6 šroubů M2,5 (YSCRE-251404)

x6 matic M2,5 (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Nástroje

Sada šroubováků

Horká lepicí pistole

‏‏‎ ‎

Zařízení

Počítač

3D tiskárna

Laserová řezačka

‏‏‎ ‎

Software

Arduino IDE

Krok 1: Porozumění logice

Obvod

Řídicí deska ELEGOO UNO R3 bude sloužit jako „mozek“robota, do kterého bude kód nahrán a zpracován. Na horní část připevněte rozšiřující desku prototypu a mini prkénko. Pro komunikaci se senzory a akčními členy budou komponenty propojeny pomocí prkénka a vodičů.

Výše je zahrnut diagram obvodů potřebných k tomu, aby byl Sweepy šťastný. Zvláštní pozornost věnujte vstupu a výstupu vodičů. Pomáhá sledovat drát pohledem na jeho barvu. Špatné připojení může způsobit, že Sweepy nebude fungovat správně nebo v horším případě poškodí vaši elektroniku zkratem.

‏‏‎ ‎

Programování

Níže je uveden kód požadovaný ke spuštění Sweepy. Otevřete soubor v Arduino IDE a nahrajte jej na desku řadiče ELEGOO UNO R3. Chcete -li to provést, musíte propojit desku řadiče s počítačem pomocí kabelu USB. Zajistěte, aby byl vybrán správný port, a to v nabídce Nástroje a Port v rozevírací nabídce. Nezapomeňte nahrát kód před stavbou Sweepy, abyste nemuseli zapojovat kabel USB, když jste v 3D tištěném pouzdře.

Nedoporučuje se měnit proměnné v kódu, pokud nemáte zkušenosti nebo nevíte, co děláte.

Krok 2: Shromáždění všech dílů, materiálů a nástrojů

Chcete -li zahájit projekt, shromážděte všechny součásti, materiály a nástroje uvedené v seznamu výše. Jak již bylo zmíněno, většinu dílů v seznamu lze najít v ELEGOO UNO R3 Starter Kit, stejně jako v Creatron Inc. nebo v jiných elektronických obchodech.

Důrazně doporučujeme zahájit 3D tisk co nejdříve, protože dokončení procesu může trvat několik hodin. Doporučená nastavení jsou: výška vrstvy 0,16 mm, 20% výplň a tloušťka stěny 1,2 mm s okraji a podpěrami. Soubor 3D tisku je přiložen níže.

Řezání laserem může také zabrat hodně času, proto začněte včas. Laserem řezaný soubor také obsahuje vrstvu pro leptání vodítka, která zajišťuje, že je správná součást namontována na správném místě. Nezapomeňte dvakrát zkontrolovat, co se řeže a co se leptá, a odpovídajícím způsobem změnit nastavení výkonu a rychlosti. Laserový řezací pilník je také připojen níže.

Zatímco jsme pro našeho robota použili překližku, můžete použít jakýkoli materiál, který se vám líbí, například akrylát, pokud je tloušťka asi 3 mm.

Krok 3: Zajištění základní desky

Po obvodu základní desky naneste lepidlo a připevněte jej ke spodní části 3D tištěného pouzdra. Zarovnejte obě části tak opatrně, jak jen můžete, a současně zajistěte, aby vodítko leptaného laseru směřovalo nahoru.

Krok 4: Montáž součástí základní desky

Jakmile je základní deska dostatečně zajištěna, můžeme začít připojovat první kolo elektronických součástek. Patří sem stejnosměrné motory s koly, servomotor, LCD obrazovka a baterie. Laserová řezačka leptaného vodítka byla součástí základní desky, aby bylo zajištěno správné umístění komponent pro vaše pohodlí. Aby byly obvody snazší, měly by být součásti zajištěny již zapojenými příslušnými vodiči.

Kola by měla sklouznout do dvou štěrbin na obou stranách stejnosměrným motorem směrem dovnitř. Zajistěte to pomocí dodaných bílých svorek pomocí dvou šroubů a matic pro každý (M2,5).

Servomotor by měl být také zajištěn pomocí stejných šroubů a matic (M2,5), přičemž zajistěte, aby se bílé zařízení vyčnívající ze spodní části nacházelo na přední straně robota. To bude pohánět pohyb zametání kartáče.

Obrazovka LCD by se měla zasunout do přední kapsy pouzdra kolíky dolů. Zajistěte to několika kapkami horkého lepidla v každém rohu.

Nakonec by se baterie měla zasunout do zadní kapsy pouzdra vypínačem směrem ven do výřezu otvoru. To umožňuje zapnutí a vypnutí robota.

Krok 5: Zajištění opěrné desky

Dále je čas zajistit „mozek“Sweepy. Pomocí čtyř šroubů a matic (M3) namontujte řídicí desku UNO R3 a rozšiřující modul prototypu na horní část opěrné desky. To by fungovalo jako druhé patro bydlení. Předtím by měl být kód Arduino IDE již nahrán na desku a připraven k použití.

Zasuňte opěrnou desku do skříně shora, dokud nebude spočívat na třech lištách integrovaných v pouzdře 3D tisku, aby byla zajištěna správná výška. Zajistěte tuto desku dvěma šrouby (M3) skrz otvory na obou koncích.

Provlékněte vodiče od součástí na základní desce nahoru a skrz otvory v opěrné desce. Vodiče obrazovky LCD a servomotoru by měly protáhnout přední otvor, zatímco vodiče stejnosměrného motoru by měly protáhnout boční otvory. Dráty sady baterií mohou procházet libovolným otvorem podle potřeby.

Krok 6: Montáž finálních elektronických součástek

Pomocí horkého lepidla připevněte dva ultrazvukové snímače k přední části pouzdra pomocí modulů spouště a ozvěny vyčnívajících z otvorů nebo „očí“. Kolíky na jednom senzoru by měly směřovat nahoru a druhé dolů, jak ukazuje otvor na nosné desce. To má zajistit, aby moduly ozvěny a spouště byly symetrické v pouzdru při odesílání a přijímání signálů.

Nakonec naneste horké lepidlo na zadní stranu zvukového senzoru a připevněte jej do slotu na vnitřní straně krytu. Horní část mikrofonu by měla být v jedné rovině s horní hranou pouzdra, aby bylo možné nasadit krytku Sweepy. Mikrofon by se vyrovnal s otvorem na víčku, jak uvidíte později.

Krok 7: Dráty, dráty a další dráty

Další krok je pravděpodobně nejtěžší, ale nejdůležitější součástí zajištění toho, aby se Sweepy měl dobře a byl šťastný: obvody. Pomocí Fritzingova diagramu v horní části tohoto návodu jako vodítka připojte všechny vodiče od komponent k rozšiřujícímu modulu prototypu.

Před zapojením napájecího kabelu do desky se ujistěte, že je vypínač na bateriovém bloku vypnutý. Protože kód by již měl být nahrán na desku, Sweepy by nedokázal udržet své vzrušení z čištění a začít pracovat v okamžiku, kdy dostane energii, i když stále pracujete na vodičích.

Zvláštní pozornost věnujte vstupům a výstupům každého vodiče. Pomáhá použít barvu drátu, aby jej sledoval po jeho dráze.

Krok 8: Přidání pohyblivých částí

Nyní je čas na zadní kolo Sweepy a zametací kartáč.

Zadní kolo by mělo být kolečko, které se může volně otáčet. Mělo by být přibližně 6,4 cm na výšku shora dolů, ale tolerance může být velkorysá v závislosti na tom, jakou sílu směrem dolů má štětec vyvinout. Připevněte jej pod nosnou desku otvorem v základní desce.

Zametací kartáč je také velkorysý v toleranci, ale rukojeť by měla sedět přibližně 1,2 cm nad zemí. Rukojeť by také měla být přibližně 10 cm dlouhá, aby se zabránilo jejímu nárazu na kryt, zatímco se pohybuje zpět a na čtvrtém místě. Zajistěte to na bílý pákový nástavec dodávaný se servomotorem lepidlem.

Krok 9: Vypnutí všeho

Chcete -li dokončit svůj vlastní Sweepy, musíte udělat jeho víčko. Přilepte okraj víčka pod krycí desku s otvorem. Zajistěte, aby byl otvor zarovnán s mikrofonem zvukového senzoru. Nakonec nalepte víčko na vršek Sweepy a zarovnejte přední hrany s přední částí pouzdra.

Zapněte napájení zezadu a sledujte, jak si Sweepy plní své sny o tom, udělat ze studia čistší místo pro každého.

Krok 10: Výsledky a reflexe

Navzdory rozsáhlému plánování designu dochází k chybám, ale je to v pořádku: je to součást procesu učení. A pro nás to nebylo jiné.

Jednou z našich největších výzev bylo navrhnout pouzdro Sweepy tak, aby zahrnovalo všechny potřebné součásti. To znamenalo pečlivě změřit rozměry všech komponent, naplánovat dráty drátu, zajistit strukturální integritu atd. Skončili jsme s 3D tiskem a laserovým řezáním dvou iterací Sweepyho bydlení, druhá byla konečná verze na základě toho, co jsme se naučili z první opakování.

Jednou z hlavních překážek, kterým jsme čelili, jsou omezené možnosti ultrazvukového senzoru: nepokrýval dostatečně velkou plochu a Sweepy občas narazil na zeď, když se přiblížil pod úhlem. To bylo vyřešeno zahrnutím druhého ultrazvukového senzoru, aby se efektivně zvětšila oblast účinku.

Zpočátku jsme se také rozhodli pro servomotor pro řízení otáčení, ale nebyl tak účinný a strukturálně zdravý, jak jsme doufali. V důsledku toho jsme nahradili zadní kolo volným kolečkem a přenesli odpovědnost za otáčení na dvě kola řidiče prostřednictvím diferenciálního otáčení (jedno kolo by se pohybovalo pomaleji než druhé, aby simulovalo zatáčení). I když to znamenalo provedení zásadních změn v kódu, efektivně to zjednodušilo náš celkový design, přičemž jsme z rovnice vyřadili méně než jeden servomotor.

‏‏‎ ‎

Budoucí iterace

Vždy je co zlepšovat. V budoucnu bude jednou změnou designu našeho projektu zvážení údržby Sweepy a přístupnosti jeho vnitřních součástí. Zaznamenali jsme několik problémů, včetně poruch motoru a vybitých baterií, což vyžadovalo, abychom Sweepy rozebrali, abychom vypnuli součásti, což bylo velmi neintuitivní. V budoucnu bychom navrhli pouzdro s ovladatelnými otvory, které umožní přístup k jeho součástem, jako je baterie.

Zvažujeme také použití tlakového senzoru vpředu k detekci, kdy Sweepy narazí na povrch, protože jsme zjistili, že ultrazvukový senzor je občas nespolehlivý, zvláště když se blížíte pod prudkým úhlem. Tím, že bude mít Sweepy mechanický senzor, bude důslednější v rozhodování, kdy a kdy neotočit.

Zatímco Sweepy funguje dobře v malých místnostech, ve větších prostorách může být méně účinný. Důvodem je, že Sweepy je naprogramován tak, aby se otáčel vždy, když detekuje povrch před sebou, ale jinak bude pokračovat v přímém směru, dokud nebude Země zničena. V budoucnu může být užitečné předem naprogramovat nastavenou čisticí cestu pro Sweepy, aby zůstala v mezích, místo aby navždy bloudila.

‏‏‎ ‎

Reference a kredity

Tento projekt byl vytvořen v rámci kurzu Physical Computing (ARC385) na Danielově fakultě programu architektury, krajiny a designu na UofT.

‏‏‎ ‎

Členové týmu

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Inspirovaný

• Robotický vysavač Roomba
• Wipy: Přehnaně motivovaný čistič tabule
• Nepořádek ve studiu