Robot za crtanje za Arduino: 18 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Napomena: Imam novu verziju ovog robota koji koristi tiskanu ploču, lakše se izrađuje i ima IC detekciju prepreka! Provjerite na

Ovaj projekt sam osmislio za 10-satnu radionicu za ChickTech.org čiji je cilj upoznati tinejdžerke sa STEM temama. Ciljevi ovog projekta bili su:

• Lako se gradi.
• Lako programiranje.
• Uradio nešto zanimljivo.
• Niska cijena kako bi je sudionici mogli ponijeti kući i nastaviti učiti.

S tim ciljevima na umu, evo nekoliko dizajnerskih izbora:

• Arduino kompatibilan za lakše programiranje.
• Napajanje AA baterije za cijenu i dostupnost.
• Koračni motori za precizno kretanje.
• 3D štampano radi lakšeg prilagođavanja.
• Iscrtavanje olovke s grafikom Turtle za zanimljiv ispis.
• Otvoreni izvorni kod kako biste mogli napraviti svoj vlastiti!

Evo robota koji se najviše približio onome što sam htio učiniti: https://mirobot.io. Nemam laserski rezač i dostava iz Engleske je bila previsoka. Imam 3D štampač, pa pretpostavljam da možete vidjeti kuda ovo vodi…

Ne dopustite da vas odvrati nedostatak 3D štampača. Lokalne hobiste koji su vam spremni pomoći možete pronaći na www.3dhubs.com

Trebalo je puno rada, ali zadovoljan sam kako je ispalo. Pritom sam dosta naučio. Javite mi šta mislite!

Korak 1: Dijelovi

Postoji nekoliko načina za napajanje, upravljanje i upravljanje robotima. Možda imate pri ruci različite dijelove koji će funkcionirati, ali ovo su oni koje sam probao i za koje smatram da dobro funkcioniraju:

Elektronika:

• 1- Arduino UNO ili ekvivalent- adafruit.com/products/50

  Adafruit je sada američka proizvodnja originalnih Arduinosa! Nabavite ih iz izvora

• 2- Stepper 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Matična ploča pola veličine- adafruit.com/products/64

• 12- Muško-muški skakači- adafruit.com/products/1956

  Najmanje dvije trebaju biti 6 ", ostale mogu biti 3"

• 1- Mikro servo- adafruit.com/products/169
• 1- Zaglavlje muške iglice- digikey.com/short/t93cbd
• 1-2 držača AA- digikey.com/short/tz5bd1
• 1 -3 x AA držač- digikey.com/short/t5nw1c
• 1 -470 uF 25V kondenzator-www.digikey.com/product-detail/en/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• 1 -SPDT klizni prekidač -www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- USB mikrokabel
• 5 - AA baterije

Hardver:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-prsten- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Kotač 5/8 "ležaj- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8 mm zavrtanj sa glavom pan- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm vijak s ravnom glavom- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• 2 - 1/4 "navoj koji formira 4-20 vijaka

Štampani delovi (pogledajte www.3dhubs.com ako nemate pristup štampaču):

• https://www.thingiverse.com/thing:1091401

  • 1 x Kotač s kugličnim ležajevima
  • 1 x Šasija
  • 2 x Točkovi
  • 2 x stepenasti držač
  • 1 x držač olovke / servo držač
  • 1 x Ogrlica za olovku
• Koristim nisku rezoluciju, 100% ispunjenost i nema podrške. Ovo je štampanje vrijedno oko 4 sata.

Potrošni materijal:

• Križni odvijač
• Pištolj za vruće ljepilo
• Digitalni multimetar
• Oštri nož
• Markeri u boji Crayola

Korak 2: Provjerite firmver

Prije nego što odemo predaleko u izgradnju, učitajmo testni firmver na mikrokontroler. Testni program samo crta kutije kako bismo mogli provjeriti pravi smjer i dimenzije.

1. Preuzmite Arduino softver sa www.arduino.cc/en/Main/Software
2. Otvorite softver Arduino.

3. Preuzmite priloženu zip datoteku i raspakirajte je na lokaciju Arduino skice.

   Ovu lokaciju možete pronaći (ili promijeniti) u Arduino IDE -u: [Datoteka] -> [Postavke] -> "Lokacija Sketchbook -a"

4. Učitajte testnu skicu: [Datoteka] -> [Sketchbook] -> [TIRL_Arduino_TEST]
5. Priključite svoj Arduino na računar pomoću USB kabla.

6. U Arduino IDE -u:

   1. Postavite vrstu ploče: [Alati] -> [Ploča] -> Vrsta ploče.
   2. Postavite serijski port: [Alati] -> [Port] -> Obično je posljednji naveden.
7. Otpremite skicu pomoću ikone strelice.

Ako imate bilo kakvih problema, pomoć potražite na www.arduino.cc/en/Guide/Troubleshooting.

Korak 3: Držač olovke i držači baterija

1. Umetnite matice na gornjoj strani šasije (slika 1). Možda ćete ih morati pritisnuti.
2. Ugradite držač olovke sa servo držačem na gornju stranu kućišta (slike 2 i 3).

3. Pričvrstite držače baterija na dno kućišta pomoću vijaka s ravnom glavom 3Mx6 mm (Slika 4)

   • Potrebno vam je najmanje 5xAA za pravilno napajanje Arduina putem ugrađenog regulatora. Šest bi također radilo, pa sam uključio rupe za obje veličine s obje strane.
   • Želite da se težina pomakne prema kotaču, pa stavite 3xAA prema natrag.
   • Orijentirajte držače tako da su žice najbliže pravokutnim kabelskim vodovima.
4. Provucite provodnike baterije kroz pravokutne kabelske kanale (Slika 4).
5. Ponovite postupak za drugi držač baterije.

Napomena: Ako nije navedeno, preostali vijci su vijci s glavom 3Mx8 mm

Korak 4: Steperne vrećice

1. Umetnite maticu u držač koraka i pričvrstite ih vijkom na vrh kućišta (slika 1).
2. Umetnite steper u držač i pričvrstite ga vijcima i maticama.
3. Ponovite za drugu zagradu.

Korak 5: Kotač

1. Umetnite kuglični ležaj u kotač.

   Ne gurajte ga na silu ili će se slomiti. Ako je potrebno, omekšajte materijal pomoću sušila za kosu ili pištolja s vrućim zrakom

2. Pričvrstite kotač na donju stranu kućišta ispred držača baterije.

Probao sam i druge okrugle predmete poput mramora, ali čini se da glatki i teški dobro funkcioniraju. Ako vam je potreban drugačiji promjer, možete urediti datoteku openScad (https://www.thingiverse.com/thing:1052674) tako da odgovara svemu što imate pri ruci.

Korak 6: Oglasna ploča i mozak

1. Uklonite jednu od vodilica oštrim nožem, presjekavši donje ljepilo (Slika 1).

   Jedna šina ima napajanje (crveno) na vanjskom rubu, a druge negativno (plavo). Držim prvi u prilogu i on će odgovarati shemama i fotografijama. Ako koristite drugi, samo prilagodite žice u skladu s tim

2. Držeći ploču preko šina šasije, označite mjesto gdje presijecaju rub (Slika 2).
3. Koristeći ravnu ivicu (poput uklonjene razvodne šine), označite linije i izrežite podlogu (slika 3).
4. Postavite matičnu ploču na šasiju tako da šine dodiruju izloženo ljepilo (slika 4).
5. Pričvrstite Arduino na drugu stranu kućišta pomoću 4-20 vijaka (Slika 5).

Korak 7: Postavljanje kondenzatora i dijelova

1. Postavite drajverton drajver i prekidač za napajanje na ploču za hleb (slika 1).

   • Dodao sam narančaste točkice radi vidljivosti kako bih označio sljedeće:

     • Pin 1 darlington drajvera
     • Igla baterije mikrotrolera. Prekidač za napajanje u položaju "uključeno".
2. Ako je potrebno, obrežite vodiče kondenzatora (duži je negativan) (Slika 2).
3. Umetnite kondenzator u odgovarajuće šine na vrhu ploče (Slika 3).

Korak 8: Napajanje

1. Sa desnim vodovima baterije: Spojite crvenu liniju na prvi pin prekidača za napajanje (Slika 1).
2. Spojite crni provodnik na prazan red između mikrokontrolera i darlington čipa (slika 1).
3. Sa lijevim vodovima baterije: Crvenu liniju spojite u isti red kao i crnu žicu druge baterije (Slika 2).
4. Povežite crnu liniju s negativnom šinom ploče (Slika 2).

5. Priključite napajanje na mikrokontroler:

   1. Crveni kratkospojnik od pozitivne šine do pina baterije (narančasta točka, slika 3).
   2. Crni kratkospojnik od negativne šine do pina označenog sa "G" (Slika 4).
6. Umetnite baterije i uključite napajanje (Slika 5).
7. Trebali biste vidjeti da se zeleno i crveno svjetlo kontrolera pale (slika 6).

Rješavanje problema:

• Ako se lampice mikrokontrolera ne upale, odmah isključite napajanje i riješite probleme:

  • Baterije pravilno postavljene?
  • Dvaput provjerite položaj kabela baterije.
  • Dvostruka provjera pozicioniranja vodiča prekidača.
  • Pomoću višemetara provjerite napon baterija.
  • Za provjeru napona razvodnika upotrijebite višemetar.

Korak 9: Steper Power

Sada kada imate napajanje za mikrokontroler, završimo ožičenje stepena:

1. Spojite crni kratkospojnik s gornje lijeve Darlington iglice na negativnu stranu razvodnika (Slika 1).
2. Spojite crveni kratkospojnik s donje lijeve Darlington iglice na pozitivnu stranu razvodnika (Slika 1).
3. Spojite crveni kratkospojnik s donje lijeve iglice Darlingtona u jedan red desno od darlingtona (Slika 2).
4. Umetnite pin zaglavlja za bijele JST konektore koračača (Slika 2).

Korak 10: Kontrolni signali koraka

Mikrokontroler daje signale od 5 V Darlingtonovom nizu, što zauzvrat daje VCC koračnim zavojnicama:

1. Počnite s iglom pored uzemljenja na drajvertonskom upravljačkom programu i instalirajte narančaste, žute, zelene i plave žice tim redoslijedom (slika 1).

2. Priključite kratkospojnike na sljedeće arduino igle (Slika 2):

   1. narančasta - Digitalni pin 4
   2. žuta - digitalni pin 5
   3. zelena - digitalni pin 6
   4. plava - digitalni pin 7

3. Nazad kod darlingtona, nastavite skakač za drugi steper obrnuto od ostalih:

   plava, zelena, žuta i narandžasta (Slika 3)

4. Priključite kratkospojnike na sljedeće arduino igle (Slika 4):

   1. plava - Digitalni pin 9 (pin 8 se koristi za servo).
   2. zelena - digitalni pin 10
   3. žuta - digitalni pin 11
   4. narančasta - Digitalni pin 12

Korak 11: Spajanje koračnih zavojnica

Bijeli JST konektori stepera se pričvršćuju na pin pin. Crvena žica je napajanje i trebala bi odgovarati crvenim kratkospojnicima koje smo instalirali ranije (slika 1).

Sve boje trebaju odgovarati kratkospojnicima mikrokontrolera na suprotnoj strani darlingtona, s izuzetkom zelene koja odgovara ružičastoj žici stepera (slika 2).

Korak 12: Servo

1. Instalirajte servo trubu tako da je servo rotirano u smjeru kazaljke na satu do graničnika, a truba vodoravna (Slika 1).
2. Pričvrstite servo na držač, a truba je usmjerena na desnu stranu koraka (slika 1).
3. Priključite smeđe (uzemljenje), crveno (napajanje 5V) i bijelo (signal) kratkospojnike u servo konektor, usklađujući boje servo žica (slika 2).
4. Priključite kratkospojnike za napajanje i uzemljenje na tlo i 5V zaglavlje na Arduinu (slika 3).
5. Spojite bijelu signalnu žicu na Arduino digitalni pin 8 (slika 4).

Korak 13: Točkovi

1. Postavite gumeni o-prsten oko ruba kotača (slika 1).

2. Ako je glavčina na osovini labava, možete je pričvrstiti pomoću 3M vijka (Slika 2).

   Nemojte ga previše zatezati jer ćete skinuti plastiku

Korak 14: Testiranje

Nadamo se da ste već učitali firmver u 2. koraku. Ako ne, učinite to sada.

Testni firmver samo iscrtava kvadrat više puta kako bismo mogli provjeriti smjer i točnost.

1. Postavite robota na glatku, ravnu, otvorenu površinu.
2. Uključite napajanje.
3. Gledajte kako vaš robot crta kvadrate.

Ako ne vidite svjetla na mikrokontroleru, vratite se i riješite napajanje kao u koraku 8.

Ako se vaš robot ne kreće, dvaput provjerite priključke za napajanje drajlington drajvera u koraku 9.

Ako se vaš robot kreće nestalno, dvaput provjerite pin veze za mikrokontroler i drajverton drajver u koraku 10.

Korak 15: Kalibracija

Ako se vaš robot kreće u približnom kvadratu, vrijeme je da odložite papir i stavite olovku.

Izmjerite promjer kotača (slika 1) i međuosovinsko rastojanje (slika 2) u milimetrima.

Vaše postavke kalibracije u kodu su:

float wheel_dia = 63; // mm (povećanje = spiralno van)

međuosovinsko rastojanje = 109; // mm (povećanje = spiralni ulaz) int steps_rev = 128; // 128 za 16x mjenjač, 512 za 64x mjenjač

Počeo sam s izmjerenim promjerom kotača od 65 mm i možete vidjeti kutije kako se okreću prema van ili u smjeru kazaljke na satu u svakom koraku (Slika 3).

Na kraju sam došao do vrijednosti od 63 mm (Slika 4). Možete vidjeti da i dalje postoji neka inherentna greška zbog naprezanja zupčanika i slično. Dovoljno blizu da učinite nešto zanimljivo!

Korak 16: Podizanje i spuštanje olovke

Dodali smo servo, ali nismo ništa učinili s njim. Omogućuje vam podizanje i spuštanje olovke tako da se robot može kretati bez crtanja.

1. Ogrlicu olovke postavite na olovku (Slika 1).

   Ako je labav, zalijepite ga trakom

2. Provjerite da li će dodirnuti papir kada je servo ruka spuštena.
3. Provjerite da neće dirati papir kada se podigne.

Servo kutovi se mogu podesiti ili uklanjanjem trube i ponovnim postavljanjem, ili putem softvera:

int PEN_DOWN = 20; // kut serva kada je olovka spuštena

int PEN_UP = 80; // kut serva kada je olovka podignuta

Naredbe olovke su:

penup ();

pendown ();

Ako želite koristiti različite veličine olovke, morat ćete promijeniti držač olovke (www.thingiverse.com/thing:1052725) i ogrlicu (www.thingiverse.com/thing:1053273) ispravnog promjera.

Korak 17: Zabavite se

Nadam se da ste ovoliko postigli bez previše psovki. Javite mi s čime ste se borili kako bih mogao poboljšati upute.

Sada je vrijeme za istraživanje. Ako pogledate skicu testa, vidjet ćete da sam vam dao neke standardne naredbe "Kornjača":

naprijed (udaljenost); // milimetri

unazad (udaljenost); lijevo (kut); // stupnjevi desno (kut); penup (); pendown (); done (); // otpustite steper radi uštede baterije

Pomoću ovih naredbi trebali biste moći učiniti bilo što, od crtanja pahuljica snijega ili pisanja svog imena. Ako vam treba pomoć za početak, provjerite:

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

Korak 18: Ostale platforme

Može li se ovaj robot uraditi sa?

Da! Ova platforma je vrlo fleksibilna. Uglavnom biste samo morali promijeniti šasiju.

Učinio sam to s Raspberry Pi (slika 1) i Adafruit Trinket (www.instructables.com/id/Low-Cost-Arduino-Compatible-Drawing-Robot/) (Slika 2).

Javi mi šta smisliš!