Евтин, съвместим с Arduino робот за рисуване: 15 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

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 4xAA 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

Този проект е лицензиран под Creative Commons и използва триизмерни части, базирани на дизайни на други (както е посочено в следващия раздел), като най-ограничаващото от тях е колелото, което е нетърговско. Това означава, че този проект също трябва да бъде некомерсиален. Не бъди този човек.

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

  • Хардуер по лиценз CC BY-SA
  • Софтуер (Bootloader) под GPL лиценз
• 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
• 16- Мъжко-мъжки джъмпери- adafruit.com/products/759
• 1- Микро серво- adafruit.com/products/169
• 1 - Плъзгащ превключвател SPDT - adafruit.com/product/805 или www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Заглавка за мъжки щифт- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA държач- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB микро кабел
• 4- АА батерии

*Забележка: Вижте последната стъпка за дискусия относно използването на обикновени дъски Arduino или Raspberry Pi.

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- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

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

• 1 x колело с сачмен лагер - thingiverse.com/thing:1052674 (въз основа на работа от onebytegone, CC BY -SA 3.0)
• 1 x шаси - thingiverse.com/thing:1053269 (оригинална работа от Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 2 x колела - thingiverse.com/thing:862438 (въз основа на работа на Марк Бенсън, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x стъпкова скоба - thingiverse.com/thing:1053267 (въз основа на работа от jbeale, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Поставка за писалка / скоба за серво - thingiverse.com/thing:1052725 (оригинална работа от Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Яка за писалка - thingiverse.com/thing:1053273 (оригинална работа от Maker's Box, CC BY -SA 3.0)

* Забележка: CC BY-NC е нетърговски лиценз

Инструменти и 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.

За да говорите с Trinket Pro, ще ви трябва:

1. Драйвер от
2. Софтуер Arduino от

Лейди Ада и екипът на Adafruit са създали далеч по -добър набор от инструкции в линковете по -горе, отколкото мога да предложа. Моля, използвайте ги, ако сте заседнали.

Забележка: Единственият трик, който прави Trinket различен от обикновения Arduino, е, че трябва да нулирате дъската, преди да качите скицата.

Стъпка 3: Поставка за писалка и държачи за батерии

1. Инсталирайте държача за писалка със скобата за серво от по -късата страна на шасито (Изображение 1).
2. Поставете гайките от горната страна на шасито (Изображение 2)
3. Прикрепете държачите на батериите в долната част на шасито, като използвате винтове с плоска глава 3Mx6 mm (Изображения 3 и 4).
4. Прокарайте проводниците на батерията през правоъгълните кабелни кабели (Изображения 4 и 5).
5. Повторете за другия държач на батерията.

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

Стъпка 4: Колела

1. Тествайте колелото си към стъпковия вал (Изображение 1).

   1. Ако е прекалено стегнат, можете да загреете главината на колелото със сешоар или пистолет с горещ въздух и след това да поставите вала.
   2. Ако е твърде хлабав, можете да използвате винт 3Mx8mm, за да го придържате към плоскостта на вала (Изображение 2).
   3. Ако сте перфекционист, можете да калибрирате принтера си и да го получите както трябва.
2. Поставете уплътнителния пръстен около ръба на колелото (Изображения 3 и 4).
3. Повторете за другото колело.

Стъпка 5: 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 6: 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.

Стъпка 7: План

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

Стъпка 8: Захранване

1. Поставете микроконтролера, 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.
     • Включено положение на превключвателя на захранването.

2. С десните проводници на батерията:

   1. Свържете червената линия към първия щифт на превключвателя на захранването (Изображение 2).
   2. Свържете черния проводник към празен ред между микроконтролера и чипа на Дарлингтън (Изображение 2).

3. С лявите проводници на батерията:

   1. Свържете червената линия към същия ред като черния проводник на другата батерия (Изображение 3).
   2. Свържете черната линия към отрицателната шина на макета (Изображение 3).

4. Свържете захранването към микроконтролера:

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

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

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

Стъпка 9: Заглавки и серво окабеляване

Мъжки щифтове на заглавката ни позволяват да свържем 5-пиновите JST конектори на серво към захранването и драйвера на Darlington (Изображение 1):

1. Първият 5-пинов хедър започва един ред пред драйвера на darlington.
2. След това втората заглавна част на серво трябва да се подреди с края на драйвера на darlington.

Преди окабеляването да се усложни, нека свържем серво свързването:

1. Добавете 3-пинов хедър за серво в десния край на предната част на макета (Изображение 2).
2. Добавете червен джъмпер от централния щифт към положителната страна на захранващата шина.
3. Добавете черен или кафяв джъмпер от външния щифт към отрицателната страна на захранващата шина.
4. Добавете цветен джъмпер от вътрешния щифт към Pin 8 на микроконтролера.
5. Инсталирайте сервозвуковия клаксон с вала до пълното положение по посока на часовниците и рамото се простира до дясното колело (Изображение 3)
6. Инсталирайте серво в държача на писалката с помощта на винтовете на серво (Изображение 3).
7. Свържете серво конектора, като подравните цветовете (Изображение 4).

Стъпка 10: Стъпков контрол

Време е да включите захранването на шофьора и степърите на Darlington, които ще се задвижват директно от батерията:

1. Свържете черен или кафяв джъмпер от долния десен щифт на Darlington към отрицателната страна на захранващата шина (Изображение 1).
2. Свържете червен джъмпер от горния десен щифт на Darlington към положителната страна на захранващата шина.
3. Свържете червен джъмпер от горния ляв щифт към положителната страна на захранващата шина (Изображение 2).
4. Свържете левия стъпков конектор към лявата страна на щифта с червения проводник от дясната страна (Изображение 3).
5. Свържете десния стъпков конектор към дясната страна на щифта с четеца отляво.

Забележка: Червеният проводник на стъпковия конектор е захранването и трябва да съответства на червените проводници на макета.

Стъпка 11: Стъпково управление (Продължение)

Сега ще свържем стъпковите сигнални проводници от микроконтролера към входната страна на драйвера на Дарлингтън:

1. Започвайки с Pin 6 на микроконтролера, свържете проводниците за четири контролни джъмпера за левия стъпков двигател (Изображение 1).
2. Свържете тези джъмпери с входната страна на Дарлингтън вдясно. Всички цветове трябва да съвпадат, с изключение на зеленото, което съответства на розовия проводник на стъпката (Изображение 2).
3. Започвайки с Pin 13 на микроконтролера, свържете проводниците за четирите контролни джъмпера за десния стъпков двигател (Изображение (3).
4. Свържете тези джъмпери с входната страна на Дарлингтън вляво. Всички цветове трябва да съвпадат, с изключение на зеленото, което съответства на розовия проводник на стъпката (Изображение 3).

Стъпка 12: Тестване и калибриране

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.

Ако вашият робот се движи в приблизително квадрат, време е да оставите малко хартия и да поставите химикалка в него (Изображение 1).

Вашите точки за калибриране са:

float wheel_dia = 66.25; // mm (увеличение = спирала навън)

поплавъчна колесна база = 112; // 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 навътре (Изображение 2).

Увеличих диаметъра до 67 и можете да видите, че се върти навън (Изображение 3).

В крайна сметка стигнах до стойност от 66,25 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 13: 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).
2. Ако е хлабав, залепете го с лепенка.
3. Проверете дали тя ще докосне хартията, когато серво рамото е спуснато.
4. Проверете дали няма да докосне хартията, когато е повдигната (Изображение 2).

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

int PEN_DOWN = 170; // ъгъл на серво, когато писалката е надолу

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

Командите на писалката са:

penup ();

pendown ();

Стъпка 14: 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 15: Други платформи

Може ли този робот да се направи с обикновен Arduino? Да! Отидох с Дрънкулката поради ниската цена и малкия размер. Ако увеличите дължината на шасито, можете да поставите обикновен Arduino от едната страна и платката от другата (Изображение 1). Трябва да работи pin-for-pin с тестовата скица, освен това вече можете да стигнете до серийната конзола за отстраняване на грешки!

Може ли този робот да се направи с Rasberry Pi? Да! Това беше първата ми линия на разследване, защото исках да програмирам в Python и да мога да го контролирам в мрежата. Подобно на пълния размер Arduino по -горе, просто поставяте Pi от едната страна, а макетната платка от другата (Изображение 2). Захранването се превръща в основна грижа, защото четири AA няма да го отрежат. Трябва да осигурите около 1A ток при стабилни 5V, в противен случай вашият WiFi модул ще спре да комуникира. Открих, че Модел А е много по -добър по отношение на консумацията на енергия, но все още работя как да доставя надеждно захранване. Ако разберете, кажете ми!