Jeftin robot za crtanje kompatibilan s Arduinom: 15 koraka (sa slikama)

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

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 baterije 4xAA 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

Ovaj projekt je licenciran pod Creative Commons-om i koristi 3D dijelove zasnovane na dizajnu drugih (kako je naznačeno u sljedećem odjeljku), od kojih je najrestriktivniji kotač, koji je nekomercijalni. To znači da ovaj projekat mora biti i nekomercijalni. Ne budi taj tip.

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

  • Hardver pod licencom CC BY-SA
  • Softver (Bootloader) pod GPL licencom
• 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
• 16- Muško-muški džemperi- adafruit.com/products/759
• 1- Mikro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT klizni prekidač - adafruit.com/product/805 ili www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Zaglavlje muške iglice- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA držač- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB mikro kabl
• 4 AA baterije

*Napomena: Pogledajte posljednji korak za raspravu o korištenju običnih Arduino ili Raspberry Pi ploča.

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/=yskc6u

3D-štampani dijelovi (posjetite www.3dhubs.com ako nemate pristup štampaču):

• 1 x kotač s kugličnim ležajevima - thingiverse.com/thing:1052674 (na osnovu rada onebytegone, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Šasija - thingiverse.com/thing:1053269 (originalno djelo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 2 x kotači - thingiverse.com/thing:862438 (prema djelu Marka Bensona, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x stepenasti držač - thingiverse.com/thing:1053267 (prema radu jbeale, CC BY -SA 3.0)
• 1 x držač olovke / servo držač - thingiverse.com/thing:1052725 (originalno djelo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Ogrlica za olovku - thingiverse.com/thing:1053273 (originalno djelo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)

* Napomena: CC BY-NC je nekomercijalna licenca

Alati i pribor:

• 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.

Za razgovor s Trinket Pro -om trebat će vam:

1. Upravljački program s
2. Arduino softver sa

Lady Ada i tim Adafruit stvorili su daleko bolji skup uputstava na gornjim vezama nego što ja mogu pružiti. Molimo vas da ih koristite ako ste zaglavili.

Napomena: Jedan trik po kojem se Trinket razlikuje od običnog Arduina je da morate resetirati ploču prije postavljanja skice.

Korak 3: Držač olovke i držači baterija

1. Ugradite držač olovke sa servo držačem na kraću stranu kućišta (slika 1).
2. Umetnite matice na gornjoj strani šasije (Slika 2)
3. Pričvrstite držače baterija na dno kućišta pomoću vijaka s ravnom glavom 3Mx6 mm (slike 3 i 4).
4. Provucite provodnike baterije kroz pravokutne kabelske kanale (slike 4 i 5).
5. Ponovite postupak za drugi držač baterije.

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

Korak 4: Točkovi

1. Provjerite pričvršćivanje kotača na osovinu koraka (slika 1).

   1. Ako je preusko, glavčinu kotača možete zagrijati sušilom za kosu ili pištoljem za vrući zrak, a zatim umetnuti osovinu.
   2. Ako je previše labav, možete ga upotrijebiti vijkom 3Mx8 mm da ga pričvrstite uz ravno vratilo (Slika 2).
   3. Ako ste perfekcionist, možete kalibrirati svoj pisač i dobiti ga kako treba.
2. Postavite o-prsten oko ruba točka (slike 3 i 4).
3. Ponovite za drugi točak.

Korak 5: 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 6: 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.

Korak 7: Oglasna ploča

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

Korak 8: Napajanje

1. Postavite mikrokontroler, upravljački program Darlington i prekidač za napajanje na ploču za kruh (slika 1).

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

     • Pin 1 darlington drajvera.
     • Igla baterije mikrotrolera.
     • Položaj prekidača za uključivanje "uključeno".

2. S desnim vodovima baterije:

   1. Priključite crvenu liniju na prvi pin prekidača za napajanje (Slika 2).
   2. Spojite crni provodnik na prazan red između mikrokontrolera i darlington čipa (slika 2).

3. Sa lijevim vodovima baterije:

   1. Priključite crvenu liniju u isti red kao i crni provodnik druge baterije (Slika 3).
   2. Povežite crnu liniju s negativnom šinom ploče (Slika 3).

4. Priključite napajanje na mikrokontroler:

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

Rješavanje problema: Ako se svjetla mikrokontrolera ne upale, odmah isključite napajanje i riješite probleme:

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

Korak 9: Zaglavlja i servo ožičenje

Muški pinovi zaglavlja omogućuju nam povezivanje 5-polnih servo JST konektora na napajanje i drajver drajverton (slika 1):

1. Prvi 5-pinski zaglavlje započinje jedan red ispred drajlingtonskog upravljačkog programa.
2. Drugo zaglavlje servo servera tada bi se trebalo poravnati s krajem drajvera drangtona.

Prije nego se ožičenje zakomplicira, ožičimo servo:

1. Dodajte 3-pinsko zaglavlje za servo na desnoj ivici prednjeg dijela matične ploče (Slika 2).
2. Dodajte crvenu kratkospojnik sa središnje iglice na pozitivnu stranu razvodnika.
3. Dodajte crni ili smeđi kratkospojnik s vanjskog pina na negativnu stranu razvodnika.
4. Dodajte kratkospojnik u boji sa unutrašnjeg pina na pin 8 mikrokontrolera.
5. Ugradite servo trubu tako da vratilo bude u punom položaju u smjeru kazaljke na satu, a ruka se proteže do desnog kotača (Slika 3)
6. Instalirajte servo u držač olovke pomoću servo vijaka (Slika 3).
7. Spojite servo konektor poravnavajući boje (Slika 4).

Korak 10: Stepper Control

Vrijeme je za napajanje vozača i stepera Darlingtona, koji će se pokretati direktno iz baterije:

1. Spojite crni ili smeđi kratkospojnik s donje desne Darlingtonove iglice na negativnu stranu razvodnika (Slika 1).
2. Spojite crveni kratkospojnik s gornje desne Darlingtonove iglice na pozitivnu stranu razvodnika.
3. Spojite crveni kratkospojnik s gornjeg lijevog zaglavlja pina na pozitivnu stranu razvodnika (Slika 2).
4. Spojite lijevi koračni konektor na zaglavlje lijeve bočne iglice s crvenim kabelom na desnoj strani (Slika 3).
5. Spojite desni koračni konektor na zaglavlje desne bočne pinove sa čitačem na lijevoj strani.

Napomena: Crveni provodnik koračnog konektora je napajanje i trebao bi odgovarati crvenim vodičima na matičnoj ploči.

Korak 11: Koračna kontrola (nastavak)

Sada ćemo spojiti signalne žice koračnog signala iz mikrokontrolera na ulaznu stranu upravljačkog programa Darlington:

1. Počevši od Pin 6 mikrokontrolera, spojite elektrode za četiri kontrolna kratkospojnika za lijevi koračni motor (Slika 1).
2. Uparite ove kratkospojnike sa ulaznom stranom darlingtona s desne strane. Sve boje bi se trebale podudarati, osim zelene, koja odgovara ružičastoj žici stepera (Slika 2).
3. Počevši od Pin 13 mikrokontrolera, spojite vodiče za četiri kontrolna kratkospojnika za desni koračni motor (Slika (3).
4. Uparite ove kratkospojnike sa ulaznom stranom darlingtona s lijeve strane. Sve boje trebale bi se podudarati, osim zelene, koja se podudara s ružičastom žicom koraka (slika 3).

Korak 12: Testiranje i kalibracija

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.

Ako se vaš robot kreće u približnom kvadratu, vrijeme je da odložite papir i stavite olovku (slika 1).

Vaše kalibracione tačke su:

plovak točka_diadia = 66,25; // mm (povećanje = spiralno van)

međuosovinsko rastojanje na točkovima = 112; // 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 koje se okreću prema unutra (slika 2).

Povećao sam promjer na 67 i možete vidjeti da se rotirao prema van (slika 3).

Na kraju sam došao do vrijednosti od 66,25 mm (Slika 4). Možete vidjeti da i dalje postoji neka inherentna greška zbog naprezanja zupčanika i slično. Dovoljno blizu da učinite nešto zanimljivo!

Korak 13: 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).
2. Ako je labav, zalijepite ga trakom.
3. Provjerite da li će dodirnuti papir kada je servo ruka spuštena.
4. Provjerite da neće dirati papir kada se podigne (Slika 2).

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

int PEN_DOWN = 170; // kut serva kada je olovka spuštena

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

Naredbe olovke su:

penup ();

pendown ();

Korak 14: 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 15: Ostale platforme

Može li se ovaj robot izvesti s običnim Arduinom? Da! Otišao sam s Trinketom zbog niske cijene i male veličine. Ako povećate duljinu šasije, na jednu stranu možete postaviti obični Arduino, a na drugu ploču (Slika 1). Trebalo bi raditi pin-for-pin sa test skicom, plus, sada možete doći do serijske konzole za otklanjanje grešaka!

Može li se ovaj robot izvesti s Rasberry Pi? Da! Ovo je bila moja prva linija istraživanja jer sam htio programirati na Pythonu i moći to kontrolirati na webu. Kao i gornji Arduino u punoj veličini, samo postavite Pi s jedne strane, a ploču s druge (Slika 2). Snaga postaje primarna briga jer je četiri AA neće smanjiti. Morate osigurati oko 1A struje na stabilnih 5V, u protivnom će vaš WiFi modul prestati komunicirati. Otkrio sam da je model A mnogo bolji po potrošnji energije, ali još uvijek radim na tome kako isporučiti pouzdano napajanje. Ako shvatite, javite mi!