Рисуващ робот за Arduino: 18 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Забележка: Имам нова версия на този робот, която използва печатна платка, по -лесна за изграждане и има откриване на IR препятствия! Проверете го на

Проектирах този проект за 10-часов семинар за ChickTech.org, чиято цел е да запознае тийнейджърките със STEM теми. Целите на този проект бяха:

• Лесен за изграждане.
• Лесен за програмиране.
• Направих нещо интересно.
• Ниска цена, така че участниците да могат да я вземат у дома и да продължат да се учат.

Имайки предвид тези цели, ето няколко избора на дизайн:

• Arduino съвместим за лесно програмиране.
• Захранване на батерията AA за цена и наличност.
• Стъпкови двигатели за точно движение.
• 3D печат за по -лесно персонализиране.
• Начертаване на химикалка с графика Turtle за интересен изход.
• Отворен код, за да можете да направите свой собствен!

Ето робота, който беше най -близо до това, което исках да направя: https://mirobot.io. Нямам лазерен нож и доставката от Англия беше непосилна. Имам 3D принтер, така че предполагам можете да видите къде отива това…

Не позволявайте липсата на 3D принтер да ви възпира. Можете да намерите местни любители, желаещи да ви помогнат, на адрес www.3dhubs.com

Трябваше много работа, но съм доволен от това как се получи. И научих доста в процеса. Кажи ми какво мислиш!

Стъпка 1: Части

Има няколко начина за захранване, управление и управление на роботи. Може да имате под ръка различни части, които да работят, но това са тези, които опитах и установих, че работят добре:

Електроника:

• 1- Arduino UNO или еквивалент- adafruit.com/products/50

  Adafruit вече е американското производство за оригинални Arduinos! Вземете ги от източника

• 2- Степенна 5V стъпка- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Шофьор в Дарлингтън - adafruit.com/products/970
• 1- Макет с половин размер- adafruit.com/products/64

• 12- Мъжко-мъжки джъмпери- adafruit.com/products/1956

  Най -малко две трябва да са 6 ", останалите могат да бъдат 3"

• 1- Микро серво- adafruit.com/products/169
• 1- Заглавка за мъжки щифт- digikey.com/short/t93cbd
• 1- 2 x AA държач- digikey.com/short/tz5bd1
• 1 -3 x AA държач- digikey.com/short/t5nw1c
• 1 -470 uF 25V кондензатор-www.digikey.com/product-detail/en/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• 1 -SPDT плъзгащ превключвател -www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- USB микро кабел
• 5 - AA батерии

Хардуер:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" О-пръстен- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Колело 5/8 "лагер- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8 мм винт с тава- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 мм винт с плоска глава- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- гайка M3- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• 2 - 1/4 "резба, формираща 4-20 винта

Отпечатани части (вижте www.3dhubs.com, ако нямате достъп до принтер):

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

  • 1 x колело с сачмен лагер
  • 1 x шаси
  • 2 x колела
  • 2 x Стъпкова скоба
  • 1 x Поставка за писалка / скоба за серво
  • 1 x Яка за писалка
• Използвам ниска разделителна способност, 100% запълване и никаква поддръжка. Това е около 4 часа за печат.

Консумативи:

• Отвертка Phillips
• Пистолет за горещо лепило
• Цифров мултиметър
• Остър нож
• Цветни маркери Crayola

Стъпка 2: Мигайте фърмуера

Преди да стигнем твърде далеч в строителството, нека заредим фърмуера на теста върху микроконтролера. Тестовата програма просто черпи кутии, за да можем да проверим за правилна посока и размер.

1. Изтеглете софтуера Arduino от www.arduino.cc/en/Main/Software
2. Отворете софтуера Arduino.

3. Изтеглете прикачения zip файл и го разархивирайте до местоположението на скицата на Arduino.

   Можете да намерите (или промените) това местоположение в IDE на Arduino: [Файл] -> [Предпочитания] -> „Местоположение на Sketchbook“

4. Заредете тестовата скица: [Файл] -> [Sketchbook] -> [TIRL_Arduino_TEST]
5. Свържете вашия Arduino към вашия компютър с USB кабел.

6. В IDE на Arduino:

   1. Задайте тип дъска: [Инструменти] -> [Табло] -> Тип на вашата дъска.
   2. Задайте своя сериен порт: [Инструменти] -> [Порт] -> Обикновено последният в списъка.
7. Качете скицата, като използвате иконата със стрелка.

Ако имате някакви проблеми, вижте www.arduino.cc/en/Guide/Troubleshooting за помощ.

Стъпка 3: Поставка за писалка и държачи за батерии

1. Поставете гайките от горната страна на шасито (Изображение 1). Може да се наложи да ги натиснете.
2. Инсталирайте държача за писалка със скобата за серво от горната страна на шасито (Изображения 2 и 3).

3. Прикрепете държачите на батериите в долната част на шасито с помощта на винтове с плоска глава 3Mx6 mm (Изображение 4)

   • Имате нужда от поне 5xAA, за да захранвате правилно Arduino чрез вградения му регулатор. Шест биха работили също, така че съм включил отвори за всеки размер от двете страни.
   • Искате теглото да се измести към колелото, затова поставете 3xAA към гърба.
   • Ориентирайте държачите така, че проводниците да са най -близо до правоъгълните кабелни линии.
4. Прокарайте проводниците на батерията през правоъгълните кабелни кабели (Изображение 4).
5. Повторете за другия държач на батерията.

Забележка: Освен ако не е посочено, останалите винтове са винтове с 3Mx8mm винтова глава

Стъпка 4: Стъпкови сакове

1. Поставете гайка в скобата за стъпките и ги прикрепете към горната част на шасито с винт (Изображение 1).
2. Поставете стъпката в скобата и я прикрепете с винтове и гайки.
3. Повторете за другата скоба.

Стъпка 5: Колело

1. Поставете сачмения лагер в колелото.

   Не го насилвайте или ще се счупи. Използвайте сешоар или пистолет с горещ въздух, за да омекотите материала, ако е необходимо

2. Прикрепете колелото към долната страна на шасито пред държача на батерията.

Опитах други кръгли предмети като мрамори, но гладки и тежки изглежда работят добре. Ако имате нужда от различен диаметър, можете да редактирате файла openScad (https://www.thingiverse.com/thing:1052674), за да пасне на всичко, което имате под ръка.

Стъпка 6: План и мозък

1. Отстранете една от релсите с остър нож, като прорежете долното лепило (Изображение 1).

   Едната релса има захранване (червено) по външния ръб, а другата отрицателно (синьо). Запазвам първия прикачен файл и той ще съответства на схемите и снимките. Ако използвате другия, просто настройте съответно проводниците

2. Като държите дъската върху релсите на шасито, маркирайте мястото, където те пресичат ръба (Изображение 2).
3. Използвайки прав ръб (като премахнатата захранваща шина), маркирайте линиите и изрежете подложката (Изображение 3).
4. Поставете дъската върху шасито, като релсите докосват откритото лепило (Изображение 4).
5. Прикрепете Arduino към другата страна на шасито, като използвате 4-20 винта (Изображение 5).

Стъпка 7: Поставяне на кондензатор и части

1. Поставете драйвера на Darlington и превключвателя на захранването върху дъската за хляб (Изображение 1).

   • Добавих оранжеви точки за видимост, за да отбележа следното:

     • Пин 1 на драйвера на darlington
     • Щифтът на батерията на микротролера. Превключвателят на захранването е включен.
2. Подрежете проводниците на кондензатора, ако е необходимо (по -дълъг е отрицателен) (Изображение 2).
3. Поставете кондензатора в правилните релси в горната част на макета (Изображение 3).

Стъпка 8: Захранване

1. С десните проводници на батерията: Свържете червената линия към първия щифт на превключвателя на захранването (Изображение 1).
2. Свържете черния проводник към празен ред между микроконтролера и чипа на Дарлингтън (Изображение 1).
3. С лявите проводници на батерията: Свържете червената линия към същия ред като черния проводник на другата батерия (Изображение 2).
4. Свържете черната линия към отрицателната шина на макета (Изображение 2).

5. Свържете захранването към микроконтролера:

   1. Червен джъмпер от положителна шина към щифта на батерията (оранжева точка, Изображение 3).
   2. Черен джъмпер от отрицателната релса до щифта с маркировка "G" (Изображение 4).
6. Поставете батерии и включете захранването (Изображение 5).
7. Трябва да видите зелените и червените светлини на контролера да светват (Изображение 6).

Отстраняване на неизправности:

• Ако светлините на микроконтролера не светнат, незабавно изключете захранването и отстранете неизправностите:

  • Батериите са поставени в правилната ориентация?
  • Проверете отново позиционирането на проводниците на батерията.
  • Двойно проверете позиционирането на проводниците на превключвателя.
  • Използвайте мултиметър за проверка на напрежението на батериите.
  • Използвайте мултиметър за проверка на напреженията на захранващата шина.

Стъпка 9: Стъпково захранване

Сега, когато имате захранване към микроконтролера, нека завършим захранването към степерите:

1. Свържете черен джъмпер от горния ляв щифт на Darlington към отрицателната страна на захранващата шина (Изображение 1).
2. Свържете червен джъмпер от долния ляв щифт на Darlington към положителната страна на захранващата шина (Изображение 1).
3. Свържете червен джъмпер от долния ляв щифт на Darlington към един ред вдясно от Darlington (Изображение 2).
4. Поставете щифтови заглавки за белите JST конектори на стъпката (Изображение 2).

Стъпка 10: Стъпкови контролни сигнали

Микроконтролерът осигурява 5 -волтови сигнали към масива на Дарлингтън, който от своя страна осигурява VCC към стъпковите намотки:

1. Започнете с щифт до заземяващия щифт на драйвера на Darlington и инсталирайте оранжеви, жълти, зелени и сини проводници в този ред (Изображение 1).

2. Прикрепете джъмперите към следните щифтове arduino (Изображение 2):

   1. оранжево - цифров щифт 4
   2. жълто - Цифров щифт 5
   3. зелен - цифров пин 6
   4. синьо - Цифров щифт 7

3. Обратно в Дарлингтън, продължете с джъмпера за другия степер в обратната посока на останалите:

   синьо, зелено, жълто и оранжево (Изображение 3)

4. Прикрепете джъмперите към следните щифтове arduino (Изображение 4):

   1. синьо - Цифров щифт 9 (последният пин 8 се използва за серво).
   2. зелен - цифров пин 10
   3. жълт - цифров щифт 11
   4. оранжево - цифров щифт 12

Стъпка 11: Свързване на стъпкова намотка

Белите JST конектори на степъра се прикрепят към заглавката на щифта. Червеният проводник е захранващ и трябва да съответства на червените захранващи джъмпери, които инсталирахме по -рано (Изображение 1).

Всички цветове трябва да съвпадат с джъмперите на микроконтролера от противоположната страна на Дарлингтън, с изключение на зеленото, което съответства на розовия проводник на степера (Изображение 2).

Стъпка 12: Серво

1. Инсталирайте серво клаксона със завъртане на серво по посока на часовниковата стрелка до ограничителя и клаксона хоризонтално (Изображение 1).
2. Прикрепете серво към държача, а клаксонът е насочен към дясната степърна страна (Изображение 1).
3. Прикрепете кафяви (заземени), червени (5V захранване) и бели (сигнални) джъмпери към серво конектора, съответстващи на цветовете на серво проводника (Изображение 2).
4. Прикрепете захранващите и земните джъмпери към земята и 5V заглавието на Arduino (Изображение 3).
5. Свържете белия сигнален проводник към цифровия извод 8 на Arduino (Изображение 4).

Стъпка 13: Колела

1. Поставете гумения уплътнителен пръстен около ръба на колелото (Изображение 1).

2. Ако прилягането на главината към оста е хлабаво, можете да използвате 3M винт, за да го задържите на място (Изображение 2).

   Не го затягайте прекалено много или ще отлепите пластмасата

Стъпка 14: Тестване

Надяваме се, че вече сте качили фърмуера в Стъпка 2. Ако не, направете го сега.

Тестовият фърмуер просто чертае квадрат многократно, за да можем да проверим посоката и точността.

1. Поставете робота си върху гладка, равна, отворена повърхност.
2. Включете захранването.
3. Гледайте как вашият робот чертае квадрати.

Ако не виждате светлини на микроконтролера, върнете се и отстранете проблема, както в стъпка 8.

Ако вашият робот не се движи, проверете два пъти захранващите връзки към драйвера на Darlington в Стъпка 9.

Ако вашият робот се движи неравномерно, проверете отново стъпковите връзки за микроконтролера и драйвера на Darlington в Стъпка 10.

Стъпка 15: Калибриране

Ако вашият робот се движи на приблизително квадрат, време е да оставите малко хартия и да поставите химикалка в нея.

Измерете диаметъра на колелото си (Изображение 1) и Междуосието (Изображение 2) в милиметри.

Вашите настройки за калибриране в кода са:

float wheel_dia = 63; // mm (увеличение = спирала навън)

поплавъчна колесна база = 109; // mm (увеличение = спирала навътре) int steps_rev = 128; // 128 за 16x скоростна кутия, 512 за 64x скоростна кутия

Започнах с измерен диаметър на колелото от 65 мм и можете да видите кутиите, които се въртят навън или по часовниковата стрелка на всяка стъпка (Изображение 3).

В крайна сметка стигнах до стойност от 63 мм (Изображение 4). Можете да видите, че все още има някаква присъща грешка, дължаща се на редуктор и др. Достатъчно близо, за да направите нещо интересно!

Стъпка 16: Повдигане и спускане на писалката

Добавихме серво, но не направихме нищо с него. Тя ви позволява да повдигате и спускате писалката, така че роботът да може да се движи без рисуване.

1. Поставете яката на писалката върху писалката (Изображение 1).

   Ако е хлабав, залепете го с лепенка

2. Проверете дали тя ще докосне хартията, когато серво рамото е спуснато.
3. Проверете дали няма да докосне хартията, когато е повдигната.

Серво ъглите могат да се регулират или чрез премахване на клаксона и повторното му позициониране, или чрез софтуера:

int PEN_DOWN = 20; // ъгъл на серво, когато писалката е надолу

int PEN_UP = 80; // ъгъл на серво, когато писалката е вдигната

Командите на писалката са:

penup ();

pendown ();

Ако искате да използвате различни размери на писалката, ще трябва да промените държача на писалката (www.thingiverse.com/thing:1052725) и яката на писалката (www.thingiverse.com/thing:1053273) с правилния диаметър.

Стъпка 17: Забавлявайте се

Надявам се, че сте стигнали дотук без твърде много ругатни. Кажете ми с какво сте се борили, за да мога да подобря инструкциите.

Сега е време за проучване. Ако погледнете тестовата скица, ще видите, че съм ви предоставил няколко стандартни команди "Turtle":

напред (разстояние); // милиметри

назад (разстояние); ляво (ъгъл); // градуси вдясно (ъгъл); penup (); pendown (); Свършен(); // освобождаваме стъпката за пестене на батерията

Използвайки тези команди, трябва да можете да правите почти всичко, от рисуване на снежни люспи или изписване на вашето име. Ако имате нужда от помощ, за да започнете, проверете:

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

Стъпка 18: Други платформи

Може ли този робот да се направи с?

Да! Тази платформа е много гъвкава. Ще трябва основно да промените шасито.

Направих го с Raspberry Pi (Изображение 1) и Дрънкулка Adafruit (www.instructables.com/id/Low-Cost-Arduino-Compatible-Drawing-Robot/) (Изображение 2).

Кажете ми какво измисляте!