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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

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 baterije 4xAA 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

Ovaj je projekt licenciran pod Creative Commons-om i koristi 3D dijelove temeljene na dizajnu drugih (kao što je naznačeno u sljedećem odjeljku), od kojih je najrestriktivniji kotač, koji je nekomercijalni. To znači da ovaj projekt također mora biti nekomercijalni. Nemoj biti ovaj 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 Darlingtonski vozač - adafruit.com/products/970
• 1- Matična ploča pola veličine- adafruit.com/products/64
• 16- Muško-muški skakači- 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 muškog pina- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA držač- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB mikro kabel
• 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 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/=yskc6u

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

• 1 x kotač s kugličnim ležajevima - thingiverse.com/thing:1052674 (na temelju rada onebytegone, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Šasija - thingiverse.com/thing:1053269 (izvorno 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 (izvorno djelo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 1 x ogrlica za olovku - thingiverse.com/thing:1053273 (izvorno djelo Maker's Box, CC BY -SA 3.0)

* Napomena: CC BY-NC je nekomercijalna licenca

Alati i 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.

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 uputa 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 jest da morate poništiti ploču prije postavljanja skice.

Korak 3: Držač olovke i držači baterija

1. Ugradite držač olovke sa servo nosačem 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 vodiče baterije kroz pravokutne kabelske uvodnice (slike 4 i 5).
5. Ponovite postupak za drugi držač baterije.

Napomena: Ako nije navedeno, preostali vijci su vijci s glavom 3 mm x 8 mm.

Korak 4: Kotači

1. Testirajte svoj kotač na osovinu koraka (slika 1).

   1. Ako je pretijesno, 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 ravninu vratila (slika 2).
   3. Ako ste perfekcionist, možete kalibrirati svoj pisač i dobiti ga baš kako treba.
2. O-prsten postavite oko ruba kotača (slike 3 i 4).
3. Ponovite za drugi kotač.

Korak 5: 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 6: 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.

Korak 7: Oglasna ploča

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

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 drajvertonskog upravljačkog programa.
     • Igla baterije mikrotrolera.
     • Položaj prekidača za napajanje "uključeno".

2. S desnim vodovima baterije:

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

3. S lijevim vodovima baterije:

   1. Spojite crvenu liniju u isti red s crnim kabelom druge baterije (slika 3).
   2. Spojite crnu liniju na negativnu vodilicu ploče (Slika 3).

4. Priključite napajanje na mikrokontroler:

   1. Crveni kratkospojnik od pozitivne vodilice do kontakta baterije (narančasta točka, slika 4).
   2. Crni kratkospojnik od negativne šine do pina označenog s "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. Dvostruki provjerite položaj kabela prekidača.
4. Pomoću višemetara provjerite napon baterija.
5. Pomoću višemetara provjerite napone razvodnika.

Korak 9: Zaglavlja i servo ožičenje

Muški pinovi zaglavlja omogućuju nam spajanje 5-pinskih servo JST konektora na napajanje i drajverton drajver (Slika 1):

1. Prvo 5-pinsko zaglavlje započinje jedan red ispred upravljačkog programa za darlington.
2. Drugo zaglavlje servo -a zatim bi se trebalo poravnati s krajem drajvera dralingtona.

Prije nego se ožičenje zakomplicira, ožičimo servo:

1. Dodajte 3-polno zaglavlje za servo na desnom rubu prednjeg dijela ploče (Slika 2).
2. Dodajte crvenu kratkospojnik sa središnje iglice na pozitivnu stranu razvodnika.
3. Dodajte crni ili smeđi kratkospojnik s vanjskog zatiča na negativnu stranu razvodnika.
4. Dodajte kratkospojnik u boji s unutarnje iglice na pin 8 mikrokontrolera.
5. Ugradite servo trubu s osovinom u puni položaj u smjeru kazaljke na satu i rukom koja se pruža do desnog kotača (Slika 3)
6. Ugradite 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 Darlington, koji će se pokretati izravno iz baterije:

1. Spojite crni ili smeđi kratkospojnik s donjeg desnog darlington pina na negativnu stranu razvodnika (Slika 1).
2. Spojite crveni kratkospojnik s gornje desne iglice Darlingtona 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 iglice s čitačem na lijevoj strani.

Napomena: Crveni kabel koračnog konektora je napajanje i trebao bi se podudarati s 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 vodiče za četiri kontrolna kratkospojnika za lijevi koračni motor (slika 1).
2. Usporedite ove skakače sa ulaznom stranom darlingtona s desne strane. Sve boje trebale bi se podudarati, osim zelene, koja odgovara ružičastoj žici koračnika (slika 2).
3. Počevši od Pin 13 mikrokontrolera, spojite vodiče za četiri upravljačke kratkospojnice za desni koračni motor (Slika (3).
4. Usporedite ove skakače sa ulaznom stranom darlingtona s lijeve strane. Sve boje trebale bi se podudarati, osim zelene, koja odgovara ružičastoj žici koračnika (slika 3).

Korak 12: Testiranje i kalibracija

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.

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

Vaše kalibracijske točke su:

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

međuosovinsko rastojanje plovka = 112; // 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 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 još uvijek postoji neka inherentna pogreška zbog trzaja 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 dotaknuti papir kad je servo ruka spuštena.
4. Provjerite da neće dirati papir kada je podignut (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 servo kad je olovka podignuta

Naredbe olovke su:

penup ();

pendown ();

Korak 14: 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 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). Trebao bi raditi pin-for-pin s testnom skicom, plus, sada možete doći do serijske konzole za ispravljanje pogrešaka!

Može li se ovaj robot napraviti s Rasberry Pi? Da! Ovo je bio moj prvi pravac istraživanja jer sam htio programirati u Pythonu i moći ga 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 pri stabilnih 5V, u protivnom će vaš WiFi modul prestati komunicirati. Otkrio sam da je model A mnogo bolji u potrošnji energije, ali još uvijek radim na tome kako isporučiti pouzdanu energiju. Ako shvatite, javite mi!