Sweepy: Set It Forget It Studio Cleaner: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Napisali: Evan Guan, Terence Lo i Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Uvod i motivacija

Sweepy, studio za čišćenje je dizajniran kao odgovor na haotične uslove arhitektonskog studija koje su ostavili varvarski studenti. Umorni ste od toga koliko je studio neuredan tokom pregleda? Pa ne govori više. Uz Sweepy, sve što trebate učiniti je postaviti ga i zaboraviti. Studio će brendirati nove marke brže nego što je potrebno da završite taj jedan projektni model.

Sweepy je svjestan sebe i kretat će se uklanjajući sve smeće i komade prema želji vašeg srca zahvaljujući dva ultrazvučna senzora koji mu govore da se okrene pri približavanju zidu. Trebate Sweepy da biste radili više? Nema problema, samo viči na to. Sweepy neprestano osluškuje svoju okolinu zahvaljujući senzoru zvuka. Postizanje određenog praga buke uzrokovat će da Sweepy uđe u bijesni način rada, brišući se i brže krećući nakratko.

Studio bez Sweepyja je neuredan.

‏‏‎ ‎

Dijelovi, materijali i alati

Većina dijelova na ovoj listi može se pronaći u ELEGOO UNO R3 Project Starter Kit. Ostale dijelove možete kupiti u Creatron Inc. ili drugim elektroničkim trgovinama.

‏‏‎ ‎

Komponente

x1 Kontrolna ploča ELEGOO UNO R3

x1 Modul za proširenje prototipa

x1 Ultrazvučni senzor (HC-SR04)

x1 Modul senzora zvuka (KY-038)

x2 DC N20 motori (ROBOT-011394)

x1 Mikro servo motor 9G (SG90)

x1 LCD modul (1602A)

x1 9V baterija

x2 Gumeni kotači 60x8 mm (UWHLL-601421)

x1 Besplatno kotač (visina 64 mm)

x1 Četka za metenje (visina drške 12 mm)

x2 NPN tranzistori (PN2222)

x3 otpornici (220Ω)

x2 diode (1N4007)

x1 Potenciometar (10K)

x15 Žice za prespajanje iverice

x26 Dupont žice za žene i muškarce

‏‏‎ ‎

Materijali

x1 Šperploča od 3 mm (veličina laserskog kreveta 18 "x 32")

x6 M3 vijci (YSCRE-300016)

x4 M3 matice (YSNUT-300000)

x6 M2.5 vijci (YSCRE-251404)

x6 matice M2.5 (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Alati

Odvijač postavljen

Pištolj za vruće ljepilo

‏‏‎ ‎

Oprema

Computer

3D štampač

Laserski rezač

‏‏‎ ‎

Softver

Arduino IDE

Korak 1: Razumijevanje logike

Krug

Kontrolna ploča ELEGOO UNO R3 poslužit će kao „mozak“robota u koji će se kôd učitavati i obrađivati. Pričvrstite Prototype ploču za proširenje i mini ploču na nju. Za komunikaciju sa senzorima i aktuatorima, komponente će biti povezane putem matične ploče i žica.

Gore je priložen dijagram kola potrebnih da Sweepy bude sretan. Obratite posebnu pažnju na ulaz i izlaz žica. Pomaže pratiti žicu gledajući njenu boju. Pogrešna veza može uzrokovati da Sweepy radi nepravilno ili u najgorem slučaju oštetiti vašu elektroniku kratkim spojem.

‏‏‎ ‎

Programiranje

Dolje je priložen kôd potreban za pokretanje programa Sweepy. Otvorite datoteku u Arduino IDE -u i postavite je na kontrolnu ploču ELEGOO UNO R3. Da biste to učinili, morate spojiti upravljačku ploču s računarom putem USB kabela. Provjerite je li odabran ispravan port tako što ćete u padajućem izborniku otići u Tools i Port. Obavezno prenesite kôd prije izgradnje Sweepyja kako ne biste morali priključiti USB kabel dok ste u 3D štampanom kućištu.

Ne preporučuje se mijenjanje varijabli u kodu osim ako nemate iskustva ili ne znate šta radite.

Korak 2: Skupljanje svih dijelova, materijala i alata

Za početak projekta prikupite sve dijelove, materijale i alate navedene na gornjoj listi. Kao što je ranije spomenuto, većina dijelova na popisu može se pronaći u ELEGOO UNO R3 Starter Kit, kao i u Creatron Inc. ili drugim elektroničkim trgovinama.

Preporučuje se da 3D štampanje započnete što je ranije moguće jer proces može potrajati nekoliko sati. Preporučene postavke su: visina sloja 0,16 mm, ispuna 20% i debljina zida 1,2 mm sa obodima i nosačima. 3D datoteka za štampanje nalazi se ispod.

Lasersko rezanje također može oduzeti dosta vremena pa svakako počnite što prije. Laserski izrezana datoteka također sadrži sloj za urezivanje vodiča koji osigurava da je prava komponenta montirana na pravo mjesto. Obavezno dvaput provjerite što se reže, a šta se urezuje, na odgovarajući način mijenjajući postavke snage i brzine. Datoteka za lasersko rezanje takođe je priložena ispod.

Dok smo za našeg robota koristili šperploču, slobodno upotrijebite bilo koji materijal koji vam se sviđa, poput akrila, sve dok je debljina oko 3 mm.

Korak 3: Osiguranje osnovne ploče

Nanesite ljepilo po obodu osnovne ploče i pričvrstite ga na dno 3D štampanog kućišta. Poravnajte dva dijela što je moguće pažljivije, a istovremeno vodite računa da laserski izrezana vodilica za graviranje bude okrenuta prema gore.

Korak 4: Montiranje komponenti osnovne ploče

Nakon što je osnovna ploča odgovarajuće učvršćena, možemo započeti povezivanje prve runde elektroničkih komponenti. Ovo uključuje istosmjerne motore sa kotačima, servo motor, LCD ekran i bateriju. Laserski izrezani vodič za jetkanje uključen je u osnovnu ploču kako bi se osiguralo pravilno postavljanje komponenti radi vaše udobnosti. Da bi se olakšalo strujno kolo, komponente treba osigurati odgovarajućim žicama koje su već uključene.

Točkovi bi trebali ući u dva utora s obje strane, s istosmjernim motorom prema unutra. Osigurajte ovo priloženim bijelim stezaljkama pomoću dva vijka i matice za svaki (M2.5).

Servo motor bi također trebao biti pričvršćen istim vijcima i maticama (M2.5), a da bijeli zupčanik koji izlazi s dna bude na prednjoj strani robota. Ovo će pokrenuti pomeranje pokreta četke.

LCD ekran bi trebao ući u prednji džep kućišta s iglama okrenutim prema dolje. Osigurajte ovo s nekoliko mrlja vrućeg ljepila na svakom uglu.

Na kraju, baterija bi trebala ući u stražnji džep kućišta tako da prekidač za uključivanje-isključivanje gleda prema van u otvor. Ovo omogućava uključivanje i isključivanje robota.

Korak 5: Osiguranje potporne ploče

Sljedeće, vrijeme je da osigurate "mozak" Sweepyja. Koristeći četiri vijka i matice (M3), montirajte UNO R3 upravljačku ploču i prototipski modul za proširenje na vrh potporne ploče. Ovo bi djelovalo kao drugi kat kućišta. Prije toga, Arduino IDE kôd bi već trebao biti postavljen na ploču i spreman za rad.

Gurnite potpornu ploču u kućište odozgo sve dok ne legne na tri izbočine integrirane u kućište 3D ispisa kako biste osigurali ispravnu visinu. Pričvrstite ovu ploču s dva vijka (M3) kroz rupe na oba kraja.

Provucite žice od komponenti na osnovnoj ploči prema gore i kroz rupe na potpornoj ploči. Žice LCD ekrana i servo motora trebaju provući kroz prednju rupu, dok žice istosmjernog motora trebaju provući kroz bočne rupe. Žice baterije mogu proći kroz bilo koju rupu po želji.

Korak 6: Montiranje završnih elektroničkih komponenti

Vrućim ljepilom pričvrstite dva ultrazvučna senzora na prednju stranu kućišta s okidačkim i odjeknim modulima koji se protežu iz rupa ili "očiju". Igle na jednom senzoru trebaju biti okrenute prema gore, a druge prema dolje, što pokazuje rupa na potpornoj ploči. Ovo služi kako bi se osiguralo da su odjek i okidački moduli simetrični u kućištu prilikom slanja i primanja signala.

Na kraju, nanesite vruće ljepilo na stražnju stranu senzora zvuka i pričvrstite ga na utor s unutarnje strane kućišta. Gornji dio mikrofona trebao bi biti u ravnini s vrhom ruba kućišta tako da se kapa Sweepyja može staviti. Mikrofon bi se poravnao s otvorom na poklopcu, što ćete vidjeti kasnije.

Korak 7: Žice, žice i više žica

Sljedeći korak je vjerojatno najteži, ali najvažniji dio osiguranja da je Sweepy dobro i sretno: strujna kola. Koristeći Fritzing dijagram na vrhu ovih uputstava kao smjernicu, spojite sve žice od komponenti na Prototype Modul za proširenje.

Uverite se da je prekidač na bateriji isključen pre nego što priključite kabl za napajanje u ploču. Budući da je kod već trebao biti postavljen na ploču, Sweepy neće moći obuzdati uzbuđenje zbog čišćenja i početi raditi čim dobije napajanje, čak i dok još radite na žicama.

Obratite posebnu pažnju na ulaze i izlaze svake žice. Pomaže u korištenju boje žice kako biste je pratili na svom putu.

Korak 8: Dodavanje pokretnih dijelova

Sada je vrijeme za Sweepyjev zadnji točak i četku za čišćenje.

Stražnji kotač trebao bi biti kotač koji se može slobodno okretati. Trebala bi biti visoka otprilike 6,4 cm od vrha do dna, ali tolerancija može biti velikodušna ovisno o tome koliko sile prema dolje želite da četka djeluje. Pričvrstite ovo ispod potporne ploče kroz otvor na osnovnoj ploči.

Četka za metenje je takođe velikodušna u toleranciji, ali ručka treba da leži približno 1,2 cm od tla. Ručka bi također trebala biti dugačka približno 10 cm kako bi se spriječilo da udari u kućište dok se pomiče unazad i četvrto. Pričvrstite ovo ljepilom na dodatak bijele poluge koji je uključen u servo motor.

Korak 9: Ograničavanje svega

Da biste dovršili svoj vlastiti Sweepy, morate napraviti njegovu kapu. Zalijepite obod poklopca ispod poklopca s rupom. Uverite se da je otvor poravnat sa mikrofonom senzora zvuka. Na kraju, zalijepite poklopac na vrh Sweepy -ja, poravnavajući prednje rubove s prednjom stranom kućišta.

Uključite napajanje sa stražnje strane i gledajte kako Sweepy ostvaruje svoje snove o tome da studio učini čistijim mjestom za sve.

Korak 10: Rezultati i refleksija

Uprkos opsežnom planiranju dizajna, greške se dešavaju, ali to je u redu: sve je to dio procesa učenja. I za nas stvari nisu bile drugačije.

Jedan od naših najvećih izazova bio je projektiranje Sweepyjevog kućišta tako da sadrži sve potrebne komponente. To je značilo pedantno mjerenje dimenzija svih komponenti, planiranje žičanih staza, osiguravanje strukturnog integriteta itd. Završili smo s 3D ispisom i laserskim rezanjem dvije iteracije kućišta Sweepyja, druga je konačna verzija na temelju onoga što smo naučili iz prve iteracija.

Jedna velika prepreka s kojom smo se suočili su ograničene mogućnosti ultrazvučnog senzora: nije pokrivao dovoljno veliko područje i Sweepy bi povremeno udario u zid pri približavanju pod kutom. To je riješeno uključivanjem drugog ultrazvučnog senzora za učinkovito povećanje područja djelovanja.

Također smo se u početku odlučili za servo motor za kontrolu okretanja, ali nije bio tako učinkovit i strukturno zdrav kako smo se nadali. Kao rezultat toga, stražnji kotač zamijenili smo slobodnim kotačem i prebacili odgovornost okretanja na dva vozačka kotača kroz diferencijalno okretanje (jedan bi se točak kretao sporije od drugog kako bi simulirao okretanje). Iako je to značilo velike promjene u kodu, efikasno je pojednostavilo naš cjelokupni dizajn, uzevši iz jednačine manje jedan servo motor.

‏‏‎ ‎

Buduće Iteracije

Uvijek postoji prostor za poboljšanja. U budućnosti, jedna promjena dizajna za naš projekt je razmatranje Sweepy održavanja i pristupačnosti njegovih unutrašnjosti. Imali smo više problema, uključujući kvarove motora i ispražnjene baterije zbog kojih smo morali rastaviti Sweepy samo da isključimo komponente koje su bile vrlo neintuitivne. U budućnosti ćemo dizajnirati kućište s otvorima koji će omogućiti pristup njegovim komponentama, poput baterije.

Također razmatramo upotrebu senzora tlaka sprijeda za otkrivanje kada Sweepy naleti na površinu jer smo otkrili da je ultrazvučni senzor povremeno nepouzdan, posebno pri približavanju pod strmim kutom. S mehaničkim senzorom, Sweepy bi bio dosljedniji u odlučivanju kada i kada se ne okrenuti.

Iako Sweepy dobro funkcionira u malim prostorijama, može biti manje učinkovit u većim prostorima. To je zato što je Sweepy programiran samo za okretanje kad god otkrije površinu ispred sebe, ali će se u suprotnom nastaviti ravno dok se zemlja ne uništi. U budućnosti bi moglo biti vrijedno unaprijed programirati postavljeni put čišćenja za Sweepy tako da ostane unutar granica umjesto da zauvijek odluta.

‏‏‎ ‎

Reference i krediti

Ovaj projekat je nastao u sklopu kursa Fizičko računarstvo (ARC385) na Danielskom fakultetu za arhitekturu, pejzaž i dizajn na UofT -u.

‏‏‎ ‎

Članovi tima

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Inspirisano

• Roomba robotski usisivač
• Wipy: Previše motivirano sredstvo za čišćenje bijelih ploča
• Neuredni uslovi studijskog prostora