Lae koste, Arduino-versoenbare tekenrobot: 15 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Nota: ek het 'n nuwe weergawe van hierdie robot wat 'n printplaat gebruik, makliker is om te bou en IR -hindernisopsporing het! Kyk hier na

Ek het hierdie projek ontwerp vir 'n werkswinkel van 10 uur vir ChickTech.org wie se doel is om tienervroue bekend te stel aan STEM-onderwerpe. Die doelwitte vir hierdie projek was:

• Maklik om te bou.
• Maklik om te programmeer.
• Het iets interessants gedoen.
• Lae koste sodat deelnemers dit huis toe kan neem en kan aanhou leer.

Met hierdie doelwitte in gedagte, was hier 'n paar ontwerpkeuses:

• Arduino -versoenbaar vir maklike programmering.
• 4xAA batterykrag vir koste en beskikbaarheid.
• Stapmotors vir akkurate beweging.
• 3D gedruk vir maklike aanpassing.
• Penplot met Turtle -grafika vir interessante uitvoer.
• Open Source, sodat u een van u eie kan maak!

Hier is die robot wat die naaste gekom het aan wat ek wou doen: https://mirobot.io. Ek het nie 'n lasersnyer nie, en versending vanuit Engeland was verbode. Ek het wel 'n 3D -drukker, so ek dink u kan sien waarheen dit op pad is…

Moenie toelaat dat die gebrek aan 'n 3D -drukker u afskrik nie. U kan plaaslike stokperdjies vind wat u wil help op

Hierdie projek is gelisensieer onder Creative Commons en gebruik 3D-onderdele wat gebaseer is op ontwerpe van ander (soos aangedui in die volgende afdeling), waarvan die wiel nie-kommersieel is. Dit beteken dat hierdie projek ook nie-kommersieel moet wees. Moenie hierdie man wees nie.

Stap 1: Onderdele

Daar is 'n aantal maniere om robotte aan te dryf, aan te dryf en te beheer. U het moontlik verskillende dele byderhand wat werk, maar dit is die een wat ek probeer het om goed te werk:

Elektronika:

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

  • Hardeware onder CC BY-SA lisensie
  • Sagteware (Bootloader) onder GPL -lisensie
• 2-gerigte 5V-stapper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Halfronde broodplank- adafruit.com/products/64
• 16- Man-manlike springers- adafruit.com/products/759
• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT -skuifskakelaar - adafruit.com/product/805 of www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Manlike penkop- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA-houer- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB-mikrokabel
• 4- AA-batterye

*Opmerking: sien die laaste stap vir 'n bespreking oor die gebruik van gewone Arduino- of Raspberry Pi -borde.

Hardeware:

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

3D-gedrukte onderdele (kyk na www.3dhubs.com as u nie toegang tot 'n drukker het nie):

• 1 x Kogellager - thingiverse.com/thing:1052674 (gebaseer op werk deur onebytegone, CC BY -SA 3.0)
• 1 x onderstel - thingiverse.com/thing:1053269 (oorspronklike werk deur Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 2 x Wheels - thingiverse.com/thing:862438 (gebaseer op werk deur Mark Benson, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x Stepper bracket - thingiverse.com/thing:1053267 (gebaseer op werk deur jbeale, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Penhouer / servo -bracket - thingiverse.com/thing:1052725 (oorspronklike werk deur Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 1 x penkraag - thingiverse.com/thing:1053273 (oorspronklike werk deur Maker's Box, CC BY -SA 3.0)

* Let wel: CC BY-NC is 'n nie-kommersiële lisensie

Gereedskap en toebehore:

• Phillips skroewedraaier
• Warm gom geweer
• Digitale multimeter
• Skerp mes
• Crayola -gekleurde merkers

Stap 2: Flits die firmware

Voordat ons te ver gaan met die bouwerk, kan ons die toets firmware op die mikrobeheerder laai. Die toetsprogram trek net na bokse, sodat ons kan kyk of dit die regte rigting en dimensie is.

Om met die Trinket Pro te praat, benodig u:

1. Bestuurder van
2. Arduino sagteware vanaf

Lady Ada en die Adafruit -span het in die bogenoemde skakels 'n baie beter stel instruksies opgestel as wat ek kan verskaf. Gebruik dit asseblief as u vas is.

Nota: die enigste truuk wat die snuistery anders maak as die gewone Arduino, is dat u die bord moet herstel voordat u die skets oplaai.

Stap 3: Penhouer en batteryhouers

1. Installeer die penhouer met die servo -houer aan die korter kant van die onderstel (prent 1).
2. Plaas die moere aan die bokant van die onderstel (prent 2)
3. Bevestig die batteryhouers aan die onderkant van die onderstel met 3Mx6mm platkopskroewe (prente 3 en 4).
4. Ryg die batteryleidings deur die reghoekige kabels (prent 4 en 5).
5. Herhaal vir die ander batteryhouer.

Nota: Tensy dit gespesifiseer is, is die res van die skroewe 3Mx8mm pankopboutjies.

Stap 4: wiele

1. Toets die wiel op die stepper -as (prent 1).

   1. As dit te styf is, kan u die wielnaaf met 'n haardroër of warmluggeweer verhit en dan die as insteek.
   2. As dit te los is, kan u 'n skroef van 3 x 8 mm teen die as van die as hou (prent 2).
   3. As u 'n perfeksionis is, kan u u drukker kalibreer en dit reg kry.
2. Plaas die o-ring om die rand van die wiel (prent 3 en 4).
3. Herhaal vir die ander wiel.

Stap 5: Stepper Backets

1. Steek 'n moer in die stepperbeugel en bevestig dit met 'n skroef aan die bokant van die onderstel (prent 1).
2. Steek die stepper in die hakie en maak dit vas met skroewe en moere.
3. Herhaal vir die ander hakie.

Stap 6: Caster

1. Steek die kogellager in die wiel.

   Moenie dit dwing nie, anders breek dit. Gebruik 'n haardroër of warmluggeweer om die materiaal sag te maak indien nodig

2. Bevestig die wiel aan die onderkant van die onderstel voor die batteryhouer.

Stap 7: Broodbord

1. Verwyder een van die kragrails met 'n skerp mes en sny deur die onderste gom (prent 1).
2. Hou die broodbord oor die onderstelrails en merk waar dit die rand sny (prent 2).
3. Merk die lyne met 'n reguit rand (soos die verwyderde kragrail) en sny deur die agterkant (prent 3).
4. Plaas die broodbord op die onderstel met die relings wat aan die blootgestelde gom raak (prent 4).

Stap 8: Krag

1. Plaas die mikrobeheerder, die darlington -bestuurder en die skakelaar op die broodbord (prent 1).

   • Ek het oranje kolletjies bygevoeg vir die sigbaarheid om die volgende te merk:

     • Speld 1 van die darlington -bestuurder.
     • Die batterypen van die mikrotroller.
     • Die aan / uit -skakelaar is aan.

2. Met die batterykabels aan die regterkant:

   1. Koppel die rooi lyn aan die eerste pen van die aan / uit -skakelaar (prent 2).
   2. Koppel die swart kabel aan 'n leë ry tussen die mikrobeheerder en die darlington -skyfie (prent 2).

3. Met die batterykabels aan die linkerkant:

   1. Verbind die rooi lyn met dieselfde ry as die swart draad van die ander battery (prent 3).
   2. Verbind die swart lyn met die negatiewe reling van die broodbord (prent 3).

4. Koppel die krag aan die mikrobeheerder:

   1. Rooi trui van positiewe spoor na batterypen (oranje punt, prent 4).
   2. Swart trui van die negatiewe reling na die pen gemerk "G" (prent 4).
5. Installeer batterye en skakel die krag aan. U moet die groen en rooi ligte van die kontroleerder sien brand (prent 5).

Probleemoplossing: as die ligte van die mikrobeheerder nie brand nie, skakel die krag onmiddellik uit en los die probleem op:

1. Is die batterye in die regte rigting geïnstalleer?
2. Kontroleer die posisionering van die batterykabels.
3. Dubbelkontroleer die posisie van die skakelaar.
4. Gebruik 'n multi-meter om die spanning van die batterye te kontroleer.
5. Gebruik 'n multi-meter om die spoorspanning van die krag te kontroleer.

Stap 9: Kopstukke en servo -bedrading

Manlike kopstukke laat ons toe om die 5-pins servo JST-aansluitings aan die krag en die darlington-bestuurder te koppel (prent 1):

1. Die eerste kop met vyf penne begin een ry voor die darlington-bestuurder.
2. Die tweede servo -kop moet dan in lyn wees met die einde van die darlington -bestuurder.

Voordat die bedrading ingewikkeld raak, laat ons die servo aanskakel:

1. Voeg 'n 3-pen kop vir die servo aan die regterkant van die voorste gedeelte van die broodbord by (prent 2).
2. Voeg 'n rooi trui van die middelste pen by die positiewe kant van die kragrail.
3. Voeg 'n swart of bruin trui van die buitenste pen by die negatiewe kant van die kragrail.
4. Voeg 'n gekleurde trui van die binneste pen by pen 8 van die mikrobeheerder.
5. Installeer die servohoring met die as in die volle posisie kloksgewys en die arm wat na die regterkantste wiel strek (prent 3)
6. Installeer die servo in die penhouer met die servoskroewe (prent 3).
7. Sluit die servo -aansluiting aan en pas die kleure aan (prent 4).

Stap 10: Stepper Control

Tyd om die stroom van die Darlington -bestuurder en -stappers af te skakel, wat direk van die battery af aangedryf word:

1. Koppel 'n swart of bruin trui van die onderkant van die Darlington -pen aan die negatiewe kant van die kragrail (prent 1).
2. Koppel 'n rooi trui van die boonste regterkant van die Darlington -pen aan die positiewe kant van die kragrail.
3. Koppel 'n rooi trui van die boonste linker penkop aan die positiewe kant van die kragrail (prent 2).
4. Verbind die linker stepper -aansluiting met die penkop aan die linkerkant met die rooi draad aan die regterkant (prent 3).
5. Verbind die regte stepper -aansluiting met die penkop aan die regterkant met die leesleiding aan die linkerkant.

Let wel: die rooi lood van die stepper -aansluiting is die krag en moet ooreenstem met die rooi leidings op die broodbord.

Stap 11: Stepper Control (vervolg)

Nou sal ons die stepper seindrade van die mikrobeheerder aan die ingangskant van die darlington -bestuurder koppel:

1. Begin met pen 6 van die mikrobeheerder, en verbind die leidings vir vier beheerspringers vir die linkerstapmotor (prent 1).
2. Pas hierdie springers by die ingangskant van die darlington aan die regterkant. Alle kleure moet ooreenstem met die uitsondering van groen, wat pas by die pienk draad van die stepper (prent 2).
3. Begin met pen 13 van die mikrobeheerder, en verbind die leidings vir die vier beheerspringers vir die regte stapmotor (prent (3).
4. Pas hierdie springers by die ingangskant van die darlington aan die linkerkant. Alle kleure moet ooreenstem met die uitsondering van groen, wat pas by die pienk draad van die stepper (prent 3).

Stap 12: Toets en kalibrasie

Hopelik het u die firmware reeds in Stap 2. opgelaai. Indien nie, doen dit dan nou.

Die toets firmware trek net herhaaldelik 'n vierkant sodat ons die rigting en akkuraatheid kan nagaan.

1. Plaas u robot op 'n gladde, plat, oop oppervlak.
2. Skakel die krag aan.
3. Kyk hoe u robot vierkante teken.

As u nie ligte op die mikrobeheerder sien nie, moet u teruggaan en die krag oplos soos in stap 8.

As u robot nie beweeg nie, kyk dan na die kragverbindings na die darlington -bestuurder in stap 9.

As u robot onreëlmatig beweeg, moet u die penverbindings vir die mikrobeheerder en die darlington -bestuurder in stap 10 nagaan.

As u robot in 'n benaderde vierkant beweeg, is dit tyd om papier neer te sit en 'n pen daarin te sit (prent 1).

U kalibrasiepunte is:

vlotwiel_dia = 66,25; // mm (toename = spiraal uit)

vlot wielbasis = 112; // mm (toename = spiraal in) int steps_rev = 128; // 128 vir 16x ratkas, 512 vir 64x ratkas

Ek het begin met 'n gemete wieldiameter van 65 mm en jy kan die bokse na binne sien draai (prent 2).

Ek het die deursnee tot 67 verhoog, en jy kan sien dat dit na buite gedraai het (prent 3).

Uiteindelik het ek 'n waarde van 66,25 mm bereik (prent 4). U kan sien dat daar steeds 'n inherente fout is as gevolg van tandwiel en so. Naby genoeg om iets interessants te doen!

Stap 13: Die pen omhoog en omlaag

Ons het 'n servo bygevoeg, maar het niks daarmee gedoen nie. Dit stel u in staat om die pen op en af te laat sak sodat die robot kan beweeg sonder om te teken.

1. Plaas die penkraag op die pen (prent 1).
2. As dit los is, plak dit vas.
3. Kontroleer of dit aan die papier raak as die servo -arm laat sak word.
4. Maak seker dat dit nie aan die papier raak as dit opgehef word nie (prent 2).

Die servohoeke kan verstel word deur die horing te verwyder en weer te posisioneer, óf deur die sagteware:

int PEN_DOWN = 170; // hoek van servo as die pen af is

int PEN_UP = 80; // hoek van servo as die pen op is

Die penopdragte is:

penup ();

pendown ();

Stap 14: Om pret te hê

Ek hoop dat u dit so ver gemaak het sonder te veel vloekwoorde. Laat weet my waarmee u gesukkel het, sodat ek die instruksies kan verbeter.

Nou is dit tyd om te verken. As u na die toetsskets kyk, sal u sien dat ek u 'n paar standaard "Turtle" opdragte gegee het:

vorentoe (afstand); // millimeter

agteruit (afstand); links (hoek); // grade reg (hoek); penup (); pendown (); gedoen (); // laat stepper los om battery te bespaar

Deur hierdie opdragte te gebruik, moet u omtrent alles kan doen, van sneeuvlokkies teken of u naam skryf. As u hulp nodig het om aan die gang te kom, kyk gerus na:

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

Stap 15: Ander platforms

Kan hierdie robot met 'n gewone Arduino gedoen word? Ja! Ek het saam met die Trinket gegaan vanweë die lae koste en die klein grootte. As u die onderstellengte vergroot, kan u 'n gewone Arduino aan die een kant en die broodbord aan die ander kant pas (prent 1). Dit moet pin-for-pin werk met die toetsskets, en u kan nou na die seriële konsole kom vir ontfouting!

Kan hierdie robot met 'n Rasberry Pi gedoen word? Ja! Dit was my eerste ondersoek, want ek wou in Python programmeer en dit via die internet kon beheer. Net soos die volledige Arduino hierbo, plaas u die Pi aan die een kant en die broodbord aan die ander kant (prent 2). Krag word die belangrikste bekommernis omdat vier AA dit nie gaan sny nie. U moet ongeveer 1A stroom by 'n stabiele 5V verskaf, anders stop u WiFi -module met kommunikeer. Ek het gevind dat die Model A baie beter is in die kragverbruik, maar ek is nog besig om uit te vind hoe om betroubare krag te verskaf. Laat weet my as u dit agterkom!