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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

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

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

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

S obzirom na te ciljeve, evo nekoliko dizajnerskih izbora:

• Arduino kompatibilan za lakše programiranje.
• Napajanje AA baterijom za cijenu i dostupnost.
• Koračni motori za točno kretanje.
• 3D ispis za lakše prilagođavanje.
• Iscrtavanje olovke s grafikom kornjače za zanimljiv ispis.
• Open Source kako biste mogli napraviti svoj vlastiti!

Evo robota koji se najviše približio onome što sam htio učiniti: https://mirobot.io. Nemam laserski rezač, a isporuka iz Engleske bila je prevelika. Imam 3D pisač, pa pretpostavljam da možete vidjeti kamo to vodi…

Neka vas nedostatak 3D pisača ne spriječi. 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. Javi mi što misliš!

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 Darlingtonski vozač - 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 muškog pina- 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/hr/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• 1 -SPDT klizni prekidač -www.digikey.com/product-detail/hr/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 vijak s glavom pan- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm vijak s ravnom glavom- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Matica- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• 2 - 1/4 "navoj koji tvori 4-20 vijaka

Tiskani dijelovi (posjetite www.3dhubs.com ako nemate pristup pisaču):

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

  • 1 x Kotač s kugličnim ležajevima
  • 1 x Šasija
  • 2 x Kotači
  • 2 x Stepen nosač
  • 1 x držač olovke / servo držač
  • 1 x Ogrlica za olovku
• Koristim nisku razlučivost, 100% ispunjenost i nema podrške. Ovo je otprilike 4 sata ispisa.

Pribor:

• Phillips odvijač
• Pištolj za vruće ljepilo
• Digitalni višemetarski
• Oštar nož
• Markeri u boji Crayola

Korak 2: Bljeskajte firmver

Prije nego što odemo predaleko u izgradnju, učitajmo testni firmver na mikrokontroler. Testni program samo crta okvire 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 mjesto Arduino skice.

   Ovo mjesto možete pronaći (ili promijeniti) u Arduino IDE -u: [Datoteka] -> [Postavke] -> "Lokacija Sketchbooka"

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

6. U Arduino IDE -u:

   1. Postavite vrstu ploče: [Alati] -> [Ploča] -> Vrsta ploče.
   2. Postavite serijski port: [Alati] -> [Port] -> Obično je posljednji naveden.
7. Prenesite 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)

   • Za pravilno napajanje Arduina putem ugrađenog regulatora trebate najmanje 5xAA. 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 vodovima kabela.
4. Provucite vodiče baterije kroz pravokutne kabelske uvodnice (Slika 4).
5. Ponovite postupak za drugi držač baterije.

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

Korak 4: Stepper Backets

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.

   Nemojte ga forsirati ili će se slomiti. Po potrebi omekšajte materijal sušilom za kosu ili pištoljem za vrući zrak

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, presijekavši donje ljepilo (Slika 1).

   Jedna tračnica ima snagu (crvena) na vanjskom rubu, a druga negativna (plava). Držim prvu u privitku, a ona će odgovarati shemama i fotografijama. Ako koristite drugi, samo prilagodite žice u skladu s tim

2. Držeći ploču iznad vodilica šasije, označite gdje sijeku rub (slika 2).
3. Ravnim rubom (poput uklonjene razvodne šine) označite linije i izrežite podlogu (slika 3).
4. Postavite ploču na kućište tako da tračnice 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 upravljački program i prekidač za napajanje na ploču za kruh (slika 1).

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

     • Pin 1 drajvertonskog upravljačkog programa
     • Igla baterije mikrotrolera. Prekidač za napajanje u položaju "uključeno".
2. Po potrebi obrežite žice kondenzatora (duži je negativan) (Slika 2).
3. Umetnite kondenzator u odgovarajuće vodilice na vrhu ploče (Slika 3).

Korak 8: Napajanje

1. S desnim vodovima baterije: Spojite crvenu liniju na prvi pin prekidača za napajanje (slika 1).
2. Spojite crni kabel u prazan red između mikrokontrolera i darlington čipa (slika 1).
3. S lijevim vodovima baterije: Spojite crvenu liniju u isti red s crnim kabelom druge baterije (Slika 2).
4. Spojite crnu liniju na negativnu vodilicu ploče (Slika 2).

5. Priključite napajanje na mikrokontroler:

   1. Crveni kratkospojnik od pozitivne vodilice do pina baterije (narančasta točka, slika 3).
   2. Crni kratkospojnik od negativne šine do pina označenog s "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 svjetla mikrokontrolera ne upale, odmah isključite napajanje i riješite probleme:

  • Baterije pravilno postavljene?
  • Dvaput provjerite položaj kabela baterije.
  • Dvostruki provjerite položaj kabela prekidača.
  • Pomoću višemetara provjerite napon baterija.
  • Pomoću višemetara provjerite napone razvodnika.

Korak 9: Snaga koraka

Sada kada imate napajanje za mikrokontroler, završimo ožičenje za stepere:

1. Spojite crni kratkospojnik s gornje lijeve iglice Darlington na negativnu stranu razvodnika (Slika 1).
2. Spojite crveni kratkospojnik s donjeg lijevog darlingtonovog zatika 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 drajveru Darlington i instalirajte narančaste, žute, zelene i plave žice tim redoslijedom (slika 1).

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

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

3. Natrag u darlington, nastavite skakač za drugi steper obrnuto od ostalih:

   plava, zelena, žuta i narančasta (Slika 3)

4. Priključite kratkospojnike na sljedeće arduino iglice (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 koračača pričvršćuju se na zaglavlje pinova. Crveni kabel je napajanje i trebao bi odgovarati crvenim kratkospojnicima koje smo instalirali ranije (slika 1).

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

Korak 12: Servo

1. Ugradite servo trubu tako da je servo okrenuto 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, u skladu s bojama servo žice (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: Kotači

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

2. Ako je pričvršćivanje glavčine na osovini labavo, možete ga pričvrstiti pomoću 3M vijka (Slika 2).

   Nemojte ga previše zatezati jer ćete skinuti plastiku

Korak 14: Testiranje

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

Testni firmver samo iznova iscrtava kvadrat 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 vozača darlingtona u koraku 9.

Ako se vaš robot kreće nestalno, dvaput provjerite spojeve pinova za mikrokontroler i upravljački program Darlington 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:

plovak kotača_dia = 63; // mm (povećanje = spiralno van)

međuosovinsko rastojanje kotača = 109; // mm (povećanje = spirala u) 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 još uvijek postoji neka inherentna pogreška zbog trzaja 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 dotaknuti papir kad je servo ruka spuštena.
3. Provjerite da neće dirati papir kad 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 servo kad 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 uspjeli 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

unatrag (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 učiniti s?

Da! Ova je platforma vrlo fleksibilna. Uglavnom biste morali samo izmijeniti 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 što smisliš!