Mababang Gastos, Arduino-Compatible na Pagguhit ng Robot: 15 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Tandaan: Mayroon akong isang bagong bersyon ng robot na ito na gumagamit ng isang naka-print na circuit board, mas madaling bumuo, at may pagtuklas ng balakid sa IR! Suriin ito sa

Dinisenyo ko ang proyektong ito para sa isang 10-oras na pagawaan para sa ChickTech.org na ang layunin ay ipakilala ang mga tinedyer na kababaihan sa mga paksa ng STEM. Ang mga layunin para sa proyektong ito ay:

• Madaling itayo.
• Madaling programa.
• Gumawa ng isang bagay na kawili-wili.
• Mababang gastos upang maiuwi ito ng mga kalahok at magpatuloy na matuto.

Sa mga layunin na nasa isip, narito ang isang pares ng mga pagpipilian sa disenyo:

• Tugma ang Arduino para sa kadalian ng pagprograma.
• 4xAA na lakas ng baterya para sa gastos at kakayahang magamit.
• Stepper motors para sa tumpak na paggalaw.
• 3D Naka-print para sa kadalian ng pagpapasadya.
• Plot ng pen sa mga graphics ng Turtle para sa kagiliw-giliw na output.
• Buksan ang Pinagmulan upang makagawa ka ng isa sa iyong sarili!

Narito ang robot na pinakamalapit sa nais kong gawin: https://mirobot.io. Wala akong laser cutter at ang pagpapadala mula sa England ay ipinagbabawal. Mayroon akong isang 3D printer, kaya hulaan ko maaari mong makita kung saan ito pupunta…

Huwag hayaan ang kakulangan ng isang 3D printer na hadlangan ka. Maaari kang makahanap ng mga lokal na libangan na handang tulungan ka sa

Ang proyektong ito ay lisensyado sa ilalim ng Creative Commons, at gumagamit ng mga bahagi ng 3D batay sa mga disenyo ng iba (tulad ng ipinahiwatig sa susunod na seksyon), ang pinaka-mahigpit na kung saan ay ang gulong, na kung saan ay Hindi Komersyal. Nangangahulugan iyon na ang proyektong ito ay dapat ding Non-Komersyal. Huwag maging ang taong ito.

Hakbang 1: Mga Bahagi

Mayroong isang bilang ng mga paraan upang paganahin, pagmaneho, at kontrolin ang mga robot. Maaari kang magkaroon ng iba't ibang mga bahagi sa kamay na gagana, ngunit ito ang mga sinubukan ko at napatunayan na gumagana nang maayos:

Elektronikong:

• 1- * Adafruit Pro Trinket 3V- adafruit.com/produces/2010

  • Hardware sa ilalim ng lisensya ng CC BY-SA
  • Ang software (Bootloader) ay nasa ilalim ng lisensya ng GPL
• 2- Geared 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Half-size na breadboard- adafruit.com/products/64
• 16- Mga lalaki-lalaki na jumper- adafruit.com/products/759
• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT slide switch - adafruit.com/product/805 o www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Header ng pin ng lalaki- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA Holder- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB micro cable
• 4- Mga Baterya ng AA

* Tandaan: Tingnan ang huling hakbang para sa isang talakayan sa paggamit ng regular na Arduino o Raspberry Pi boards.

Hardware:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Caster 5/8 "tindig- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8mm pan head screw- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6mm flat head screw- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

Mga Bahaging Naka-print sa 3D (tingnan ang www.3dhubs.com kung wala kang access sa isang printer):

• 1 x Ball bearing caster - thingiverse.com/thing:1052674 (batay sa trabaho ng onebytegone, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Chassis - thingiverse.com/thing:1053269 (orihinal na gawa ng Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 2 x Wheels - thingiverse.com/thing:862438 (batay sa trabaho ni Mark Benson, CC BY-NC 3.0 *)
• 2 x Stepper bracket - thingiverse.com/thing:1053267 (batay sa trabaho ni jbeale, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Holder ng Pen / servo bracket - thingiverse.com/thing:1052725 (orihinal na gawa ng Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Pen Collar - thingiverse.com/thing:1053273 (orihinal na gawa ng Maker's Box, CC BY-SA 3.0)

* Tandaan: Ang CC BY-NC ay isang lisensyang hindi komersyal

Mga tool at Kagamitan:

• Phillips screw driver
• Mainit na glue GUN
• Digital multimeter
• Matalas na kutsilyo
• Mga marka ng kulay na Crayola

Hakbang 2: I-flash ang Firmware

Bago kami masyadong malayo sa konstruksyon, hayaang i-load ang test firmware sa microcontroller. Ang programa ng pagsubok ay kumukuha lamang ng mga kahon upang masuri namin ang wastong direksyon at sukat.

Upang makausap ang Trinket Pro, kakailanganin mo:

1. Driver mula sa
2. Arduino software mula sa

Ang Lady Ada at ang koponan ng Adafruit ay lumikha ng isang mas mahusay na hanay ng mga tagubilin sa mga link sa itaas kaysa sa maibigay ko. Mangyaring gamitin ang mga ito kung ikaw ay natigil.

Tandaan: Ang isang trick na naiiba sa Trinket mula sa regular na Arduino ay kailangan mong i-reset ang board bago i-upload ang sketch.

Hakbang 3: May hawak ng Panulat at Mga May hawak ng Baterya

1. I-install ang Pen Holder gamit ang Servo Bracket sa mas maikling bahagi ng chassis (Larawan 1).
2. Ipasok ang mga mani sa tuktok na bahagi ng tsasis (Larawan 2)
3. Ikabit ang mga may hawak ng baterya sa ilalim ng chassis gamit ang 3Mx6mm flat-head screws (Mga Larawan 3 & 4).
4. I-thread ang baterya nangunguna sa pamamagitan ng mga hugis-parihaba na tumatakbo na cable (Larawan 4 at 5).
5. Ulitin para sa iba pang may hawak ng baterya.

Tandaan: Maliban kung tinukoy, ang natitirang mga turnilyo ay 3Mx8mm pan head srews.

Hakbang 4: Mga Gulong

1. Pagsubok magkasya ang iyong gulong sa stepper shaft (Larawan 1).

   1. Kung ito ay masyadong masikip, maaari mong maiinit ang wheel hub gamit ang isang hair drier o hot air gun at pagkatapos ay ipasok ang shaft.
   2. Kung ito ay masyadong maluwag, maaari mong gamitin ang isang 3Mx8mm turnilyo upang hawakan ito laban sa flat ng poste (Larawan 2).
   3. Kung ikaw ay isang perpektoista, maaari mong i-calibrate ang iyong printer at makuha ito ng tama.
2. Ilagay ang o-ring sa paligid ng gilid ng gulong (Larawan 3 at 4).
3. Ulitin para sa iba pang gulong.

Hakbang 5: Mga Stepper Backet

1. Ipasok ang isang kulay ng nuwes sa stepper bracket at ikabit ang mga ito sa tuktok ng chassis gamit ang isang tornilyo (Larawan 1).
2. Ipasok ang stepper sa bracket at ilakip sa mga tornilyo at mani.
3. Ulitin para sa iba pang mga bracket.

Hakbang 6: Caster

1. Ipasok ang ball bearing sa caster.

   Huwag pipilitin ito o masira ito. Gumamit ng hair-dryer o hot air gun upang mapahina ang materyal kung kinakailangan

2. Ikabit ang caster sa ibabang bahagi ng chassis sa harap ng may hawak ng baterya.

Hakbang 7: Breadboard

1. Alisin ang isa sa mga riles ng kuryente gamit ang isang matalim na kutsilyo, pagputol sa ilalim ng malagkit (Larawan 1).
2. Hinahawakan ang breadboard sa ibabaw ng mga riles ng chassis, markahan kung saan lumusot ang mga ito sa gilid (Larawan 2).
3. Gamit ang isang tuwid na gilid (tulad ng tinanggal na power rail), markahan ang mga linya at gupitin ang backing (Larawan 3).
4. Ilagay ang breadboard sa chassis na may mga riles na hinahawakan ang nakalantad na adhesive (Larawan 4).

Hakbang 8: Lakas

1. Ilagay ang microcontroller, darlington driver, at switch ng kuryente sa bread board (Larawan 1).

   • Nagdagdag ako ng mga orange na tuldok para sa kakayahang makita upang markahan ang mga sumusunod:

     • Pin 1 ng darlington driver.
     • Ang pin ng baterya ng microtroller.
     • Ang posisyon ng switch na "on".

2. Gamit ang mga kanang lead ng baterya:

   1. Ikonekta ang pulang linya sa unang pin ng power switch (Larawan 2).
   2. Ikonekta ang itim na tingga sa isang walang laman na hilera sa pagitan ng microcontroller at ng darlington chip (Larawan 2).

3. Gamit ang mga lead na left baterya:

   1. Ikonekta ang pulang linya sa parehong hilera tulad ng itim na tingga ng iba pang baterya (Larawan 3).
   2. Ikonekta ang itim na linya sa negatibong riles ng breadboard (Larawan 3).

4. Ikonekta ang lakas sa microcontroller:

   1. Pulang jumper mula sa positibong riles patungo sa pin ng baterya (orange tuldok, Larawan 4).
   2. Itim na lumulukso mula sa negatibong riles hanggang sa pin na minarkahang "G" (Larawan 4).
5. Mag-install ng mga baterya at buksan ang kuryente. Dapat mong makita ang berde at pula na ilaw ng magsusupil na dumating (Larawan 5).

Pag-troubleshoot: Kung ang mga ilaw ng microcontroller ay hindi nakabukas, agad na patayin ang kuryente at i-troubleshoot:

1. Ang mga baterya ay naka-install sa tamang oryentasyon?
2. Ang pag-double check ng baterya ay humahantong sa pagpoposisyon.
3. Ang dobleng check switch ay humahantong sa pagpoposisyon.
4. Gumamit ng isang multi-meter upang suriin ang mga voltages ng mga baterya.
5. Gumamit ng multi-meter upang suriin ang mga voltages ng power rail.

Hakbang 9: Mga Header at Servo Wiring

Pinapayagan kami ng mga male header pin na ikonekta ang 5-pin servo JST connectors sa lakas at sa darlington driver (Larawan 1):

1. Ang unang 5-pin header ay nagsisimula ng isang hilera sa harap ng darlington driver.
2. Ang pangalawang servo header ay dapat na linya kasama ang dulo ng darlington driver.

Bago maging kumplikado ang mga kable, hayaan na makuha ang servo wired up:

1. Magdagdag ng isang 3-pin na header para sa servo sa kanang gilid ng pasulong na seksyon ng breadboard (Larawan 2).
2. Magdagdag ng isang pulang jumper mula sa gitnang pin sa positibong bahagi ng power rail.
3. Magdagdag ng isang itim o kayumanggi jumper mula sa panlabas na pin sa negatibong bahagi ng power rail.
4. Magdagdag ng isang kulay na jumper mula sa panloob na pin sa Pin 8 ng microcontroller.
5. I-install ang servo sungay na may baras sa buong posisyon na matalino sa orasan at ang braso na umaabot sa kanang bahagi sa gulong (Larawan 3)
6. I-install ang servo sa may hawak ng pen gamit ang mga turnilyo ng servo (Larawan 3).
7. Ikonekta ang konektor ng servo na nakahanay sa mga kulay (Larawan 4).

Hakbang 10: Pagkontrol ng Stepper

Oras upang mag-wire power para sa darlington driver at steppers, na direktang ihihimok mula sa baterya:

1. Ikonekta ang isang itim o kayumanggi jumper mula sa ibabang kanang darlington pin sa negatibong bahagi ng power rail (Larawan 1).
2. Ikonekta ang isang pulang jumper mula sa kanang itaas na darlington pin sa positibong bahagi ng power rail.
3. Ikonekta ang isang pulang jumper mula sa itaas na kaliwang pin header sa positibong bahagi ng power rail (Larawan 2).
4. Ikonekta ang kaliwang konektor ng stepper sa kaliwang bahagi ng header ng pin na may pulang tingga sa kanang bahagi (Larawan 3).
5. Ikonekta ang tamang konektor ng stepper sa kanang bahagi ng header ng pin na may read lead sa kaliwang bahagi.

Tandaan: Ang pulang tingga ng konektor ng stepper ay ang lakas at dapat na tumugma sa mga pulang lead sa breadboard.

Hakbang 11: Pagkontrol ng Stepper (Patuloy)

Ngayon ay ikonekta namin ang mga wire ng signal ng stepper mula sa microcontroller sa input side ng darlington driver:

1. Simula sa Pin 6 ng microcontroller, ikonekta ang mga lead para sa apat na control jumper para sa kaliwang stepper motor (Larawan 1).
2. Itugma ang mga jumper na ito sa input na bahagi ng darlington sa kanan. Ang lahat ng mga kulay ay dapat na tumutugma sa pagbubukod ng berde, na tumutugma sa kulay-rosas na kawad ng stepper (Larawan 2).
3. Simula sa Pin 13 ng microcontroller, ikonekta ang mga lead para sa apat na control jumpers para sa tamang stepper motor (Larawan (3).
4. Itugma ang mga jumper na ito sa input na bahagi ng darlington sa kaliwa. Ang lahat ng mga kulay ay dapat na tumutugma sa pagbubukod ng berde, na tumutugma sa kulay-rosas na kawad ng stepper (Larawan 3).

Hakbang 12: Pagsubok at Pagkakalibrate

Inaasahan mong nai-upload mo na ang firmware sa Hakbang 2. Kung hindi, gawin ito ngayon.

Ang pagsubok ng firmware ay gumuhit lamang ng isang parisukat na paulit-ulit upang masuri namin ang direksyon at kawastuhan.

1. Ilagay ang iyong robot sa isang makinis, patag, bukas na ibabaw.
2. Buksan ang lakas.
3. Panoorin ang iyong mga robot na gumuhit ng mga parisukat.

Kung hindi ka nakakakita ng mga ilaw sa microcontroller, bumalik at mag-troubleshoot ng kapangyarihan tulad ng sa Hakbang 8.

Kung ang iyong robot ay hindi gumagalaw, i-double check ang mga koneksyon ng kuryente sa driver ng darlington sa Hakbang 9.

Kung ang iyong robot ay gumagalaw nang hindi wasto, i-double check ang mga koneksyon ng pin para sa microcontroller at darlington driver sa Hakbang 10.

Kung ang iyong robot ay gumagalaw sa isang tinatayang parisukat, oras na upang maglagay ng ilang papel at maglagay ng panulat dito (Larawan 1).

Ang iyong mga puntos sa pagkakalibrate ay:

float wheel_dia = 66.25; // mm (pagtaas = spiral out)

float wheel_base = 112; // mm (increase = spiral in) int steps_rev = 128; // 128 para sa 16x gearbox, 512 para sa 64x gearbox

Nagsimula ako sa isang sinusukat na diameter ng gulong na 65 mm at makikita mo ang mga kahon na umiikot papasok (Larawan 2).

Nadagdagan ko ang diameter sa 67, at makikita mong umiikot ito sa labas (Larawan 3).

Kalaunan ay nakarating ako sa halagang 66.25 mm (Larawan 4). Maaari mong makita na mayroon pa ring ilang likas na error dahil sa gear lash at iba pa. Malapit na malapit upang makagawa ng isang bagay na kawili-wili!

Hakbang 13: Pagtaas at Pagbaba ng Panulat

Nagdagdag kami ng isang servo, ngunit wala pa itong nagawa. Pinapayagan kang itaas at babaan ang panulat upang ang robot ay maaaring ilipat nang walang pagguhit.

1. Ilagay ang kwelyo ng pluma sa pluma (Larawan 1).
2. Kung maluwag ito, i-tape ito sa lugar.
3. Suriin na mahahawakan nito ang papel kapag ibinaba ang servo arm.
4. Suriin na hindi nito mahahawakan ang papel kapag itinaas (Larawan 2).

Ang mga anggulo ng servo ay maaaring iakma alinman sa pamamagitan ng pag-alis ng sungay at muling pagpoposisyon nito, o sa pamamagitan ng software:

int PEN_DOWN = 170; // anggulo ng servo kapag ang pen ay nakababa

int PEN_UP = 80; // anggulo ng servo kapag ang pen ay nasa taas na

Ang mga utos ng panulat ay:

penup ();

pendown ();

Hakbang 14: Magsaya

Inaasahan kong nagawa mo ito hanggang ngayon nang walang masyadong maraming mga sumpung salita. Ipaalam sa akin kung ano ang pinaghirapan mo upang mapabuti ko ang mga tagubilin.

Ngayon ay oras na upang galugarin. Kung titingnan mo ang test sketch, makikita mo na binigyan kita ng ilang karaniwang mga "Pagong" na utos:

pasulong (distansya); // millimeter

paatras (distansya); kaliwa (anggulo); // degree right (anggulo); penup (); pendown (); tapos (); // bitawan ang stepper upang makatipid ng baterya

Gamit ang mga utos na ito, dapat mong magawa ang anupaman, mula sa pagguhit ng mga natuklap na niyebe o pagsulat ng iyong pangalan. Kung kailangan mo ng tulong sa pagsisimula, tingnan ang:

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

Hakbang 15: Iba Pang Mga Platform

Maaari bang gawin ang robot na ito sa isang regular na Arduino? Oo! Sumama ako sa Trinket dahil sa murang halaga at maliit na sukat. Kung taasan mo ang haba ng chassis, maaari kang magkasya sa isang regular na Arduino sa isang gilid at sa breadboard sa kabilang panig (Larawan 1). Dapat itong gumana ng pin-for-pin gamit ang test sketch, kasama, makakakuha ka na ngayon sa serial console para sa pag-debug!

Maaari bang gawin ang robot na ito sa isang Rasberry Pi? Oo! Ito ang aking unang linya ng pagsisiyasat dahil nais kong mag-program sa Python, at makontrol ito sa web. Tulad ng buong sukat ng Arduino sa itaas, ilalagay mo lamang ang Pi sa isang gilid, at ang breadboard sa kabilang banda (Larawan 2). Ang kapangyarihan ay naging pangunahing pag-aalala dahil hindi papatayin ito ng apat na AA. Kailangan mong magbigay ng tungkol sa 1A ng kasalukuyang sa isang matatag na 5V, kung hindi man ay titigil ang iyong WiFi module sa pakikipag-usap. Natagpuan ko ang Model A na mas mahusay sa pagkonsumo ng kuryente, ngunit nagtatrabaho pa rin ako kung paano mag-supply ng maaasahang lakas. Kung malalaman mo ito, ipaalam sa akin!