Кофа Бот 2: 11 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

Това е последната версия на Bucket Bot - мобилен робот, базиран на компютър, който може лесно да се транспортира в кофа от 5 галона. В предишната се използва проста конструкция на дървена основа. Тази по-нова версия се основава на алуминий и T-Slot, така че лесно се разширява.

Концепцията за кофа с кофа е вертикално ориентиран робот, където всички компоненти са лесно достъпни. Това е по -добро от многопластовия подход, тъй като не е необходимо да развивате слоеве, за да работите върху компонентите от по -ниско ниво. Този дизайн има всички важни функции за мобилни роботи: дръжка и превключвател на захранването на двигателя!

Включих и някои нови компоненти, които улесняват изграждането. Има малко производство, но всичко може да се направи с помощта на ръчни инструменти. Можете също да използвате лазерен нож за пластмасова версия на този робот или да използвате услуга за рязане на метал като Голямата синя триона, ако искате с включените дизайни.

Този робот използва таблетен компютър с Windows. Но дизайнът ще работи с платки ITX, Mini-ITX, както и със смарт телефони и платки като Arduino, Beagle Bone и Raspberry Pi. Дори Arduino Uno за управление на двигателя може да се използва изключително.

Този дизайн е предназначен да бъде съвместим с хардуера Vex / Erector. Отворите са 3/16 "на 1/2" централен модел.

Не мога да кажа достатъчно добри неща за T-слота, използван в този дизайн. Използвах серията 80/20 20, която е 20 мм отстрани. Точно така е около 3/4 , а най-готиното е, че можете да използвате стандартни винтове #8-32 (същото като Vex). Когато използвате квадратни гайки #8-32, те не се въртят в канала, и стандартните ъглови скоби работят добре заедно с хардуера от по-висок клас, който можете да получите. Екструзиите с Т-слотове са лесно достъпни на Amazon и EBay-парчето ~ 4 ', използвано за този проект, струва само около $ 10. T-слотът позволява много хубаво начин да направите 3D обекти от 2D изрязани части, така че комбинацията е чудесна за изграждане на неща с минимална изработка - това може да се види особено в опорите на двигателя.

Този робот се управлява със системата за машинно виждане RoboRealm. Той определя къде трябва да отиде роботът и изпраща команди за управление на двигателя през серийния порт. Серийният порт е свързан към Arduino Uno и Adafruit щит за управление на двигателя. Arduino изпълнява проста програма за сериен слушател, за да получава команди и да изпълнява двигателите и серво наклона на камерата. Примерното приложение тук е Fiducial Course - роботът ще се движи между редица фидуциални маркери по ред.

Стъпка 1: Списък на частите

За списъка по-долу намерих част от хардуера онлайн в McMaster-Carr (MMC). Винтовете могат да бъдат намерени и в местни магазини за хардуер / подобряване на дома, но по -големи количества, шестоъгълни глави, неръждаема стомана и др. Може да бъдат по -лесни за намиране при доставчици на онлайн части.

Структурни части:

Основна плоча, скоби на двигателя и серво рафт. Можете да използвате 1/8 "алуминий или 3/16" пластмаса. И двамата работят добре. За пластмасата, имайте предвид, че някои от крепежните елементи ще трябва да бъдат с 1/16 "по -дълги. Стъпка 2 показва някои образци на пластмасите. Вижте схемата за рязане в следващите стъпки за подробности, но всички части се побират на 8" x 10,5 "лист. Един източник за алуминиевата плоча е Online Metals - използвах 5050 алуминий, тъй като беше по -ниска цена и трябва да остане по -блестящ по -дълго. Тук също намерих сравним лист. Друга идея е да се използват предварително перфорирани листове. Erector /Отворите с Vex модел са 3/16 "на 1/2" център * прав * модел (не са разположени на шахматки). Опитах много от тях и един от най -добрите е перфориран полипропиленов лист. Един пример е MMC 9293T61. /8 "дебелината е ОК - малко е гъвкава, но работи и всички дупки са готови за работа. Използвах лист от това, за да маркирам бързо някои дупки на рафта за серво/камера

• 4 фута (1220 мм) от 80/20 серия 20 20 мм х 20 мм Т-слот-можете да намерите това на Amazon (по-долу) или EBay80/20 20 СЕРИЯ 20-2020 20 мм Х 20 мм Т-ПЛОСКА ЕКСТРУЗИЯ Х 1220 мм Целият проект използва само малко под 4 фута от него, а цената е ниска - около 10 долара. От това ще трябва да изрежете следното:

  • (2) 1,5 "парчета за скобите на двигателя
  • (2) 8,5 "парчета за щрангове
  • (1) 7 1/4 "парче за дръжката
  • (2) 5 броя 11/16 "за напречните пръти

• Винтове с капачка на гнездото с глава - Показвам числата и дължините по -долу, но силно препоръчвам да вземете асортимент, така че да имате правилния винт за работата. С Т-слота те трябва да са с правилната дължина или винтовете ще "отдолу" на сърцевината на екструзията, преди да можете да ги затегнете. IMHO, Неръждаемата стомана е най -добрата. Много хора също харесват Черния оксид. Не бих препоръчал цинк (груб) или недовършен (склонен към ръжда).

  • (~ 14) #8-32 x 3/8 "(MMC 92949A192)
  • (~ 14) #8-32 x 5/16 "(MMC 92949A191)
  • (2) #8-32 x 1/2"
• (~ 30) #8-32 Квадратни гайки (MMC 94785A009)
• (4) #8-32 Keps Nuts (MMC 96278a009) - вие не сте абсолютно необходими и вместо това можете да използвате квадратна гайка със заключваща шайба.
• (~ 6) #8-32 шайби (MC 92141a009)
• (2) #8-32 шайби с разделно заключване (MC 92146a545)
• (2) #8-32 x 1-5/8 "Болтове за очи
• (7) Ъглови скоби - вижте стъпката на рамката за други възможности
• (2) Ъглови скоби за екструдиране на алуминий за свързване на кулата към основата. Можете също така просто да използвате по -тънък по -горе, ако искате. Те обаче са по -твърди и бихте могли да използвате повече от тях вместо по -тънките. Ъгловите скоби от 80/20 пасват на техните екструзии много по -добре от тези общи, но струват повече.

Части за движение:

• (2) Стъпкови двигатели Nema 17 - те изглеждат достатъчно мощни и работят под ограничението от 1 ампера на щита на двигателя.
• Универсален алуминиев монтажен концентратор Pololu за 5 мм вал, #4-40 дупки (2 опаковки)
• Колело Pololu 80 × 10 мм чифт - много забавни цветове!
• (8) Винтове на двигателя - M3x6 (0,5 стъпка), глава на тавата (MMC 92000A116) - те могат да бъдат малко по -дълги
• (4) #4-40 x 3/8 "винтове за колелата, глава на тигана (MC 91772A108)
• (1) Caster - Cool Caster марка - много цветове за избор!
• (2) 5/16 "шайби за колелото (MMC 92141a030)
• (1) 5/16-18 шайба с разделена брава за колелото (MMC 92146a030)
• (1) 5/16 "-18 гайка за колелото (MMC 91845a030)
• (1) 5/16 "-18 капачка за гайка за стебло (MMC 91855A370)

Части за електроника:

• Литиево -йонна батерия. Това е много хубаво за роботиката, тъй като има 12v 6a изход, както и 5v USB изход. Някои таблетни компютри ви позволяват да зареждате, като същевременно използвате USB порт, а други не.
• Син 12v светещ превключвател от Radio Shack или такъв от Uxcell на Amazon. Можете да използвате какъвто цвят искате. Открих, че по -малките имат по -здрави терминали.
• Arduino Uno
• Adafruit Motor Shield - това е страхотен щит - работи с два стъпкови двигателя и има няколко серво конектора, готови за работа.
• (3) 4-40 стойки с резба 1/2 "дълги за Arduino UNO (MMC 91780A164)
• (3) 4-40 винта x 1/4 ", глава на тавата (MMC 91772a106)
• (2) 4-40 шайби само за основи (MMC 92141a005)
• (3) Клеми за бързо изключване за съединители на превключватели 22-18 AWG.250x.032 (MMC 69525K58)
• Кабел: 20 габарита, червен и черен

• Термосвиваеми тръби

  • (3) термосвиваемо червено 1/8 "(3 мм) - 3/4" дълго
  • (3) термосвиваемо черно 1/8 "(3 мм) - 3/4" дълго
  • (3) термосвиваемо червено 1/4 "(6 мм) - 3/4" дълго
  • (3) термосвиваемо черно 1/4 "(6 мм) - 3/4" дълго
• Цип връзки: (2) 12 "такива за батерията и няколко 4" такива за управление на проводници.

Компютър и камера:

• 8 "таблетен компютър с Windows
• Стойка за статив за таблет
• 1/4-20 хардуер за монтиране на стойката към основата: 1/2 "винт, заключваща шайба и шайба
• 2 порта USB кабел. Това е минимален 2 порта USB хъб с USB микро конектор. Можете да използвате всеки концентратор, който искате. Имам Bluetooth клавиатура и мишка, така че се нуждая само от портове за Arduino и Web Cam.
• USB камера. Повечето ще работят. Този имаше стандартен монтаж 1/4 "x 20 в долната част, което улеснява работата с него.
• Комплект Pan Tilt (или Lynxmotion BPT -KT) - имайте предвид, че съм включил план за серво рафт за паново серво, но в крайна сметка просто използвах наклона, за да подобря стабилността на камерата.
• Серво - стандартен размер - Използвах серво с по -висока мощност (Hitec HS -5645MG) за подобрена стабилност.
• (2) #2 x 1/4 "винтове за ламарина за закрепване на серво рога към скобата за накланяне и накланяне
• (2) 6-32 винта за серво с дължина 1/2 ""
• (2) 6-32 гайки
• (2) 6-32 шайби
• (2) 1/4-20 сладки ядки
• (2) 1/4-20 шайба
• (2) 1/4-20 шайба за заключване
• 1/4-20 x 1/2 "винт
• 1/4-20 x 1,5 "? Шестостен болт

Допълнителни подробности: Следните елементи не са необходими за функцията на робота, но са хубави добавки:

• Затварящи капачки на T-слота (MMC 5537T14)
• Калъфи за T-слотове (MMC 5537T15) McMaster-Carr носи само черно, но други цветове се предлагат от 80/20 и техните дистрибутори

Стъпка 2: Изграждане на базата

Структурата се състои от няколко персонализирани плоски части (основата, скобите на двигателя и серво рафта) и някои екструзии с Т-слот, изрязани по дължина.

За основата, скобите на двигателя и серво рафта можете да ги направите ръчно или да ги нарязвате чрез вода или лазерна струя. Няколко примера са показани на снимките.

Изграждането им на ръка обаче е доста лесно - всички алуминиеви версии на снимката са направени ръчно с минимални инструменти. За ръчно изработените използвайте 1/8 "алуминий - това е правилната комбинация от здравина, без да е твърде дебела за монтиране на части и др. Използвайте шаблоните с надпис" ръчно изработени ", разпечатайте ги и ги прикрепете към алуминиевия лист. Използвах повторно позициониращ спрей, но лентата по краищата също трябва да работи. Използвах и лепилен стикер с размер на буква, който работи добре, но се отстранява малко по-трудно. Използвайте перфоратор, за да маркирате първо центъра на всички отвори, след това пробийте по -малките дупки с посочените размери на накрайниците. За по -големите отвори използвайте стъпаловидно свредло - това е наистина полезен съвет за безопасност, тъй като прави много по -хубав отвор, отколкото да се опитвате да използвате големи битове, и няма да хванете метала Подобно на по -големи битове. Контурите могат да бъдат изрязани с трион или сабя, ако имате такъв. Напилете ръбовете и използвайте по -голям инструмент за отстраняване на драскотини, за да премахнете всякакви неравности от отворите.

Можете също така да поръчате тези части, изрязани от алуминий, от места като BigBlueSaw.com. За водоструйно или лазерно рязане използвайте шаблоните „CNC“- те нямат всички допълнителни маркировки.

За подхода на лазерно изрязване ще искате да използвате 3/16 "мисля, че акрил или ABS, за да получите правилната здравина. 1/8" е възможно, но ще се огъне малко повече. Обърнете внимание, че акрилът е по -склонен към напукване от поликарбоната (Lexan), но тъй като поликарбонатът създава опасни газове при изгаряне (т.е. отрязан с лазер), обикновено трябва да го нарязвате с водна струя, така че може да използвате и алуминий, ако сте плащат за рязане с водна струя. ABS при 3/16 "е наред - огъва се малко повече от акрила.

Обърнете внимание, че за акрилно и лазерно рязане, по -дебелият материал ще изисква всички тези винтове, които преминават през тези парчета, да бъдат 1/16 "по -дълги, отколкото за алуминия 1/8".

Също така с материали с дебелина 3/16 , превключвателят на захранването едва ще се побере - шайбите и т.н. ще трябва да бъдат премахнати. Така че алуминият е по -добър от тази гледна точка.

Освен това, лазерното рязане е доста право напред. Вижте снимките за пример.

Конзоли за двигатели и двигатели

Започнете, като прикрепите плочите на стъпковите двигатели Nema 17 към стъпковите двигатели. Използвайте винтовете с глава M3x6 за тази цел. Проводниците могат да бъдат към горната част на скобите, за да ги предпазят от пътя (вижте снимките).

След това използвайте три от винтовете #8/32 x 3/8 и квадратни гайки, за да прикрепите късите екструзии с Т-образен шлиц. Поставих болтовете и гайките свободно, след това нанизах екструзията върху гайките, след което ги затегнах.

За да монтирате стъпковите двигатели към основата, поставете четири от винтовете #8/32 x 3/8 и квадратните гайки върху основата, както е показано, след това нанижете екструзиите на двигателя и ги затегнете. Третият набор от отвори е в случай, че искате да поставите няколко винта, за да направите основата под батерията по -равномерна. Това беше по -важно, когато използвах оловно -кисела гел -клетка - много по -тежка и по -голяма от литиево -йонната!

След като двигателите са на основата, можете да прикрепите главините с помощта на приложените винтове за закрепване, а колелата с винтовете #4-40 x 3/8.

Колело

Колелото е прикрепено с 5/16 хардуер. Гайка, заключваща шайба и шайба под плочата и шайба и гайка над плочата. Гайката с капачка е най -вече за да изглежда добре. Можете да регулирате гайките малко, за да получите нивото на основната плоча с колелата.

Стъпка 3: Изграждане на рамката

Съберете рамката според снимките. Тъй като това е T-слот, можете да опитате няколко пъти, докато изглежда правилно. За да прикрепите ъгловите скоби към Т-слота, използвайте #8-32 x 5/16 винтове и квадратни гайки. Те са малко по-къси от тези за двигателите, тъй като скобите са по-тънки.

Очните болтове трябва да държат гумена лента, за да стабилизират камерата. Това не е задължително, но изглежда помага. Изрежете част от окото с инструмент Dremel, за да улесните поставянето на гумена лента. Използвайте шайби и заключващи шайби, за да ги държите здраво. Външната гайка може да бъде квадратна или шестостенна гайка.

Долната хоризонтална напречна част ще се нуждае от една квадратна гайка, обърната назад, за да държи стойката за таблет.

Горната хоризонтална напречна част ще се нуждае от две квадратни гайки, обърнати напред, за да държи серво рафта.

Използвах по -здравите скоби, за да прикрепя рамката към основата. Трябваше да шлайфам отворите на слотовете от едната страна, за да легна плоско до основата. Използвани са шайби, тъй като тези скоби имат голям отвор за винта.

Показани са опционалните части за подстригване - само за да изглежда по -хубаво.

В края има снимка с някои от опциите за ъглови скоби.

Стъпка 4: Батерия, стойка за таблет и серво рафт

Батерия Батерията е силна литиево -йонна батерия с удобен изход 12v 6a. Използвах 12 връзки с цип, за да го държа до основата, а окабеляването ще се появи на по -късна стъпка. Тази батерия има USB 5v изход. Това беше чудесно с по -стар таблет WinBook, който имах, тъй като имаше отделно зареждане и USB порт, но по-новият таблет, който използвам, не позволява едновременно зареждане и използване на USB порт. Компромис за мощността и размера на новия. За работа само на двигателите, батерията ще издържи дълго време.

Монтаж за таблетен компютър

Стойката за статив за таблетния компютър има стандартна резба 1/4 "-20. Така че можете да използвате ъглова скоба, за да я свържете към долната напречна скоба на дръжката/рамката на робота. Един отвор на ъгловата скоба трябва да бъде пробит до 1/4 "за болта. Скобата е прикрепена към стойката с 1/4 "-20 болт, шайба и заключваща шайба. След като е прикрепена, можете да използвате винт #8-32 x 5/16", за да я прикрепите към напречната част с квадратна гайка в Т-слота от предишната стъпка. Таблетният компютър трябва да се вписва добре в скобата в пейзажна ориентация.

Серво рафт

Серво рафтът е парче алуминий 1/8 . Плановете са в приложените диаграми и са пробити с отвори за бъдещо разширяване - може да не се нуждаете от всички. В крайна сметка не използвах серво серво, за да запазя камерата е по -стабилна, така че платформата няма изрязвания, но плановете и картината са включени, за да видите как би работило това.

Серво рафтът е прикрепен с две ъглови скоби. Използвайте винтове #8-32 x 5/16 ", за да го свържете към горната рамка/напречната част на дръжката, като използвате двете квадратни гайки в Т-слота там. Използвайте #8-32 x 3/8" винтове и гайки за закрепване, за да свържете скобите към плочата. За това също могат да се използват заключващи шайби и квадратни гайки.

Стъпка 5: Управление на двигателя

За управление на стъпковия двигател използвах Adafruit Motor Shield. Той работи с два стъпкови двигателя и има конектори за две серво. Това е идеално за основна версия на този робот. Като основа за това се използва Arduino Uno, а роботът изпълнява проста програма за сериен слушател, за да получава команди за движение и да ги изпълнява.

Вместо да пробивам персонализирани отвори, използвах няколко от стандартните отвори 3/16 и Arduino стои доста добре. Не е перфектен и не е прав, но беше лесен за закрепване. Ключът използва #4-40 винтове за позволяват дупка неправилно съвпадение.

Използвайте #4-40 x 1/2 дълги шестостенни стойки и ги свържете към три от монтажните отвори на Arduino с винтове #4-40 x 1/4. Тази четвърта дупка на Arduino е малко претъпкана за противостояния.

За да прикрепите дъските към робота, използвайте само два винта #4-40 x 1/2 "и шайби на външните отвори - вижте снимките. Двата винта държат дъските добре и това трето отклонение осигурява трети" крак "на поддържайте нивото на дъската.

Ако вместо това искате да поставите тези тайнствени отвори за монтаж на Arduino, продължете!:-)

Стъпка 6: Серво и камера

Устройство за накланяне на Pan

Сглобете панела за накланяне/накланяне, както е указано с тези комплекти. Един от комплектите, които намерих, нямаше очевидни инструкции, затова включих много снимки от различни ъгли. Винтовете от ламарина #2 x 1/4 трябва да монтират серво рога към скобата.

Камерата е монтирана с шестостен болт 1/4-20 x 3/4 . Заключваща шайба 1/4-20, шайба и затягаща гайка държат болта към панела за накланяне/накланяне. Второ задръстване 1/4-20 ключалки с гайка към камерата, за да я задържат на място.

Устройството за въртене/накланяне е прикрепено към серво рафта с два болта #6-32 x 1/2 , шайби и гайки.

Стъпка 7: Окабеляване

Окабеляване на захранването

За да контролирам захранването на двигателите, използвах осветен автомобилен ключ 12v. Той дава страхотно видимо потвърждение, че захранването е включено. Завийте и запоявайте съединителите и използвайте по -тънката термосвиваща се тръба, за да покриете спойката, след това по -голямата термосвиваема да покрие самия конектор.

Може да е по -лесно да поставите конекторите на превключвателя, преди да използвате по -големите термоусадочни тръби, тъй като това ще предпази конекторите от прекалено стегнато на щифтовете на превключвателя.

Снимките показват настройката на окабеляването и това е доста просто. Щепселът е за батерията, а жакът е за лесно включване на зарядното устройство.

Стъпка 8: Опции

Щанд

Оформянето на стойка е наистина полезно, когато искате да тествате двигателите, без роботът да излита. Направих един с малко скрап - вижте снимката, за да видите как е поставен.

LED ленти

Всички проекти са по -добри със светодиоди!:-) В този случай те се използват не само за показване. Тъй като можем да ги свържем с Arduino чрез малък електронен контрол на скоростта, роботът може да ги използва, за да посочи състоянието, което е чудесен инструмент за отстраняване на грешки в поведението на робота. Имах няколко ESC, които бяха само за самолети и идеални за управление на LED лентите също от онлайн магазин за хобита.

Тъй като имаме Arduino, можете да използвате и RGB цифрови светодиоди като неопиксели (WS2812b LED).

Стъпка 9: RoboRealm

Този робот използва само камерата като сензор. Можете лесно да добавяте други, които да отговарят на вашето приложение.

Системата за машинно виждане на RoboRealm определя къде трябва да отиде роботът и изпраща команди за управление на двигателя през серийния порт. Серийният порт е свързан към Arduino Uno и Adafruit щит за управление на двигателя. Arduino изпълнява проста програма за сериен слушател, за да получава команди и да изпълнява двигателите и серво наклона на камерата.

За да тествам този робот, проектирах курс с Fiducials като маркери за пътни точки. Фидуциалите са прости черно -бели изображения, които системите за компютърно зрение лесно откриват. Можете да видите някои мостри на снимките по -долу. Могат да се използват всякакви Fiducials и дори някои редовни снимки - каквото и да работи с обучението, е достатъчно лесно за робота да открива и изолира от разстояние и не бърка с други изображения в околната среда. Използвайки RoboRealm, програмирах робота да посещава всеки Fiducial по ред-това не е много код, тъй като цялата обработка на изображението се извършва с модули за насочване и щракване. Файлът.robo е прикачен и можете да видите как използвах обикновена машина за състояния, за да маркирам всяко състояние, докато се движим между маркерите. Тъй като можем да кажем в каква посока са обърнати Fiducials, ние също използваме ъгъла като подсказка, за да кажем на робота по кой начин да започне да търси следващия Fiducial в курса. Във видеото на първата стъпка можете да видите третия фидуциал, наклонен на 90 градуса наляво, казващ на робота да гледа наляво, а не надясно.

За да използвате прикачения код, изтеглете.ino файла и го заредете на вашия Arduino Uno.

Robo файлът RoboRealm е този, който използвах за тази демонстрация. Той има някои допълнителни филтри и код от предишни двигатели и т.н., които са забранени или коментирани, но можете да видите някои от възможните вариации. За Fiducials отворете Fiducial модула и го обучете в папката на приложените Fiducials. Можете да използвате различни, но ще трябва да промените имената на файловете в горната част на модула VBScript.

Стъпка 10: Nano-ITX вариант

Също така построих такъв с платка Nano-ITX, която имах. Използвах 12v захранваща платка и монтирах твърдия диск под дънната платка с допълнителни ъглови скоби. След това бяха използвани противостояния, за да се държи дънната платка далеч от твърдия диск.

Стъпка 11: Опция за постоянен двигател

Използвах DC двигатели за някои по -ранни версии. Те работят добре и ще ви е необходим контролер на двигателя като RoboClaw. Използването ще бъде подобно, с Arduino, работещ с RoboClaw за простота - те имат примерен код на Arduino.

За този подход използвах постоянни двигатели с зъбна предавка и колела BaneBots (вижте снимките).

Допълнителните винтове и гайки Keps бяха за равномерна поддръжка при по -ранна версия с 12v 7ah оловно -кисела гел -клетъчна батерия.

Някои от показаните части:

(2) Двигатели с редукторна глава - 12vdc 30: 1 200rpm (6 мм вал) Lynxmotion GHM -16

(2) Квадратурни енкодери на двигателя с кабели Lynxmotion QME-01

(6) Винтове на двигателя - M3x6 (0,5 стъпка), глава на тавата (MMC 91841a007)

(2) Колела: 2-7/8 "x 0.8", 1/2 "Hex Mount при BaneBots

(2) Главина, шестостенна, серия 40, винт, 6 мм отвор, 2 широки при BaneBots

(4) Съединители на двигателя 22-18 AWG.110x.020 (McMaster 69525K56)

Вицешампион в конкурса за автоматизация 2017