SKARA- Автономен плюс ръчен робот за почистване на плувни басейни: 17 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

• Времето е пари, а ръчният труд е скъп. С появата и напредъка на технологиите за автоматизация е необходимо да се разработи безпроблемно решение за собствениците на жилища, общества и клубове за почистване на басейните от отломките и мръсотията на ежедневието, за поддържане на личната им хигиена, както и за поддържане на определен стандарт на живот.
• Справяйки се директно с тази дилема, разработих ръчна машина за автономно почистване на повърхността на басейна. Със своите прости, но иновативни механизми, го оставете в мръсен басейн за една нощ и се събудете, за да почистите един и без петна.
• Автоматът има два режима на функционалност, един автономен, който може да се включи с натискане на бутон на телефона и да се остави без надзор да си свърши работата, а друг ръчен режим, за да получите тези специфични парчета клонки и листа, когато времето е от съществено значение. В ръчен режим можете да използвате акселерометър на телефона си, за да контролирате движението на робота, подобно на това да играете състезателна игра на телефона. Изработеното по поръчка приложение е направено с помощта на приложението Blynk и показанията на акселерометъра се изпращат до основния сървър и обратно към мобилния телефон, след което данните за превключване на гореща точка се изпращат до NodeMCU.
• Дори днес домашните почистващи роботи се разглеждат като екзотични уреди или луксозни играчки, така че за да променя този начин на мислене, го разработих сам. Следователно в проекта основната цел беше да се проектира и произведе автономен почистващ препарат за повърхността на басейна с помощта на налични и евтини технологии, за да поддържа целия прототип рентабилен и следователно мнозинството хора могат да го построят в дома си като мен.

Стъпка 1: Работен механизъм

Движение и събиране:

• Основният механизъм на нашия прототип се състои от постоянно въртяща се конвейерна лента отпред за събиране на отломки и мръсотия.
• Два двигателя, които задвижват водни колела, необходими за движение.

Навигация:

• Ръчен режим: Използвайки данните за акселерометъра на Mobile, човек може да контролира посоката на Скара. Следователно човек просто трябва да наклони телефона си.
• Автономен режим: Приложих произволно движение, допълващо алгоритъма за избягване на препятствия, за да подпомогна автомата, когато усети близост до стена. Два ултразвукови сензора се използват за откриване на препятствия.

Стъпка 2: CAD модел

• CAD моделът е направен на SolidWorks
• Можете да намерите CAD файл, включен в тази инструкция

Стъпка 3: Компоненти

Механични:

1. Лазерно изрязани панели -2nos
2. Акрилен лист с дебелина 4 мм
3. Лист от термокол или полистирол
4. Струг изрязани пръти
5. Извит пластмасов лист (дървено покритие)
6. 3D отпечатани части
7. Винтове и гайки
8. Шаблон (печат "Скара")
9. Mseal- епоксидна смола
10. Мрежова тъкан

Инструменти:

• Шкурка
• Бои
• Ъглошлайф
• Пробивна машина
• Фрези
• Друг електроинструмент

Електроника:

• NodeMCU
• Винтови съединители: 2pin и 3pin
• Buck Converter mini 360
• Превключвател за превключване
• IRF540n- Mosfet
• BC547b- Транзистор
• 4.7K резистор
• Едножилен проводник
• L293d- Шофьор на мотор
• Ултразвуков сензор- 2nos
• 100rpm DC мотор - 3nos
• 12v оловно -киселинна батерия
• Зарядно устройство
• Поялна дъска
• Запояваща тел
• Запояващ прът

Стъпка 4: 3D печат

• 3D отпечатването е направено от домашно сглобен принтер от един от моите приятели
• Можете да намерите 4 файла, които трябва да бъдат отпечатани 3D

• Частите са 3d отпечатани чрез преобразуване на 3d CAD файла в stl формат.

• Водното колело има интуитивен дизайн с перки във формата на профил, за да измести водата по -ефективно от традиционните дизайни. Това помага да се изтегли по -малко натоварване от двигателя, както и значително да се увеличи скоростта на движение на автомата.

Стъпка 5: Лазерно изрязани панели и стругови пръти

Странични панели:

• За да се превърне CAD изобразяването в реалност, материалите, които ще бъдат избрани за конструирането на прототипа, трябваше да бъдат внимателно обмислени, като се има предвид, че цялата структура ще се изисква да има нетна положителна плаваемост.
• Основната структура може да се види на фигурата. Първоначалният избор за рамката беше да се използва Aluminium 7 серия поради по -ниското си тегло, по -добра устойчивост на корозия и по -добра структурна твърдост. Въпреки това, поради липсата на материал на местния пазар, трябваше да го направя с Mild Steel.
• Side Frame Cad е преобразуван във. DXF формат и е даден на доставчика. Можете да намерите файла, включен в тази инструкция.
• Лазерно изрязване е направено на LCG3015
• Можете също да дадете лазерно рязане на този уебсайт (https://www.ponoko.com/laser-cutting/metal)

Стругови пръти:

• Пръчките, които свързват два панела и поддържат кошчето, са направени чрез стругова обработка от местния магазин за производство.
• Бяха необходими общо 4 пръчки

Стъпка 6: Конструиране на кошче

• Кошчето е направено с помощта на акрилни листове, които са нарязани с помощта на електроинструменти с размери, взети предвид от чертежа на CAD.
• Отделните изрязани секции на кофата се сглобяват и залепват заедно, използвайки водоустойчива епоксидна смола от промишлен клас.
• Цялото шаси и неговите компоненти са сглобени заедно с помощта на 4 мм болтове от неръждаема стомана и 3 болта от неръждаема стомана. Използваните гайки са със самоположително заключване, за да се избегне съответствие от всякакъв характер.
• За поставяне на двигатели бяха направени кръгли отвори в 2 страни на акрилни листове

• След това корпусът на батерията и електрониката се изрязва от 1 мм пластмасов лист и се пакетира в шасито. Отворите за проводниците са правилно запечатани и изолирани.

Стъпка 7: Плаване

• Последният компонент, свързан с чисто структурата, са флотационните устройства, които се използват, за да дадат на целия прототип положителна плаваемост, както и да поддържат центъра му на тежестта приблизително на целия геометричен център на прототипа.
• Флотационните устройства са изработени от полистирол (термокол). За правилното им оформяне е използвана шкурка
• След това те бяха прикрепени към рамката на места с помощта на mSeal чрез изчисление, като се вземат предвид горните ограничения.

Стъпка 8: Поддръжка на ултразвуков сензор

• Той беше отпечатан 3D и задните плочи бяха направени с помощта на ламаринени плочи
• Той беше прикрепен с помощта на mseal (вид епоксид)

Стъпка 9: Електроника

• 12V оловно -киселинна батерия се използва за захранване на цялата система
• Той е свързан паралелно с доларов преобразувател и контролер на двигателя L293d
• Конверторът Buck преобразува 12v в 5v за системата
• IRF540n MOSFET се използва като цифров превключвател за управление на двигателя на конвейерната лента
• NodeMCU се използва като основен микроконтролер, той се свързва с мобилен с помощта на WiFi (гореща точка)

Стъпка 10: Конвейерна лента

• Изработен е с помощта на мрежеста тъкан, закупена от местния магазин
• Тъканта е изрязана, прикрепена по кръг, за да стане непрекъсната

Стъпка 11: Боядисване

Скара е боядисана с помощта на синтетични бои

Стъпка 12: Лазерно изрязване на символ Skara

• Шаблонът е изрязан с помощта на домашен лазер, направен от моя приятел.
• Материалът, върху който е направено лазерно рязане, е лист със стикер

Стъпка 13: Кодиране

Предварително кодиращи неща:

• За този проект използвах Arduino IDE за програмиране на моя NodeMCU. Това е по -лесният начин, ако вече сте използвали Arduino и няма да е необходимо да научавате нов език за програмиране, като Python или Lua например.

• Ако никога не сте правили това преди, първо ще трябва да добавите поддръжка на платка ESP8266 към софтуера Arduino.
• Можете да намерите най -новата версия за Windows, Linux или MAC OSX на уебсайта на Arduino: https://www.arduino.cc/en/main/software Изтеглете го безплатно, инсталирайте го на компютъра си и го стартирайте.
• Arduino IDE вече се предлага с поддръжка на много различни платки: Arduino Nano, Mine, Uno, Mega, Yún и др. За съжаление ESP8266 не е по подразбиране сред тези поддържани дъски за разработка. Така че, за да качите кодовете си на базова платка ESP8266, първо ще трябва да добавите свойствата му към софтуера на Arduino. Навигирайте до Файл> Предпочитания (Ctrl +, на Windows OS); Добавете следния URL адрес към текстовото поле Допълнителни платки (този в долната част на прозореца Предпочитания):

• Ако текстовото поле не беше празно, това означава, че преди това вече сте добавили други дъски в Arduino IDE. Добавете запетая в края на предишния URL адрес и този по -горе.

• Натиснете бутона "Ok" и затворете прозореца с предпочитания.
• Навигирайте за Инструменти> Табло> Мениджър на платки за добавяне на вашата платка ESP8266.
• Въведете „ESP8266“в текстовото поле за търсене, изберете „esp8266 от ESP8266 Community“и го инсталирайте.
• Сега вашата Arduino IDE ще бъде готова да работи с много базирани на ESP8266 дъски за разработка, като общия ESP8266, NodeMcu (който използвах в този урок), Adafruit Huzzah, Sparkfun Thing, WeMos и т.н.
• В този проект използвах библиотеката Blynk. Библиотеката Blynk трябва да се инсталира ръчно. Изтеглете библиотеката Blynk на адрес https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases… Разархивирайте файла и копирайте папките в библиотеките/инструментите на Arduino IDE.

Основно кодиране:

• Ще трябва да актуализирате ключа за удостоверяване на Blynk и вашите идентификационни данни за WiFi (ssid и парола), преди да качите кода.
• Изтеглете кода и библиотеките, предоставени по -долу.
• Отворете предоставения код („окончателен код“) в Arduino IDE и го качете в NodeMCU.
• Някои сензори на смартфона могат да се използват и с Blynk. Този път исках да използвам акселерометъра за управление на робота си. Наклонете телефона и роботът ще се завърти наляво/надясно или ще се придвижи напред/назад.

Стъпка 14: Обяснение на кода

• В този проект трябваше да използвам само библиотеки ESP8266 и Blynk. Те се добавят в началото на кода.

• Ще трябва да конфигурирате своя ключ за оторизация на Blynk и вашите идентификационни данни за Wi-Fi. По този начин вашият ESP8266 ще може да достигне до вашия Wi-Fi рутер и да чака команди от Blynk сървъра. Заменете „въведете свой собствен код за оторизация“, XXXX и ГГГГ с вашия ключ за удостоверяване (ще го получите на имейла си), SSID и парола на вашата Wi-Fi мрежа.
• Определете щифтовете на NodeMCU, свързани към h-моста. Можете да използвате буквалната стойност (D1, D2 и т.н.) на GPIO номера на всеки пин.

Стъпка 15: Настройка на Blynk

• Blynk е услуга, предназначена за дистанционно управление на хардуера през интернет връзка. Той ви позволява лесно да създавате притурки за Интернет на нещата и поддържа няколко хардуера, като Arduinos, ESP8266, Raspberry Pi и др.
• Можете да го използвате за изпращане на данни от смартфон с Android или iOS (или таблет) до отдалечено устройство. Можете също така да четете, съхранявате и показвате данни, получени от вашите хардуерни сензори, например.
• Приложението Blynk се използва за създаване на потребителски интерфейс. Той има разнообразие от приспособления: бутони, плъзгачи, джойстик, дисплеи и др. Потребителите плъзгат и пускат джаджата към таблото за управление и създават персонализиран графичен интерфейс за множество проекти.
• Той има концепция за „енергия“. Потребителите започват с 2000 безплатни енергийни точки. Всяка използвана джаджа (във всеки проект) консумира известна енергия, като по този начин ограничава максималния брой джаджи, използвани в проектите. Бутон, например, консумира 200 енергийни точки. По този начин може да се създаде интерфейс с до 10 бутона например. Потребителите могат да купуват допълнителни енергийни точки и да създават по -сложни интерфейси и/или няколко различни проекта.
• Командите от приложението Blynk се качват на Blynk сървър през интернет. Друг хардуер (например NodeMCU) използва Blynk Libraries за четене на тези команди от сървъра и извършване на действия. Хардуерът може също да съдържа някои данни към сървъра, които може да се показват в приложението.
• Изтеглете приложението Blynk за Android или iOS от следните връзки:
• Инсталирайте приложението и създайте нов акаунт. След това ще бъдете готови да създадете първия си проект. Също така ще трябва да инсталирате библиотеки на Blynk и да получите кода за удостоверяване. Процедурата за инсталиране на библиотеката е описана в предишната стъпка.
• · Функцията BLYNK_WRITE (V0) беше използвана за отчитане на стойностите на акселерометъра. Ускорението по оста y беше използвано за контрол дали роботът трябва да завие надясно/наляво, а ускорението по оста z се използва, за да се види дали роботът трябва да се движи напред/назад. Ако праговите стойности не са надвишени, двигателите ще спрат.
• Изтеглете приложението blynk на мобилно устройство Плъзнете обект на акселерометър от Widget Box и го пуснете на таблото за управление. Под Настройки на бутоните задайте виртуален щифт като изход. Използвах виртуален щифт V0. Трябва да получите Auth Token в приложението Blynk.
• Отидете на Настройки на проекта (икона на гайка). За ръчен/автономен бутон използвах V1 в приложението За конвейерна лента използвах V2 като изход.
• Можете да видите екранна снимка на последното приложение на снимките.

Стъпка 16: Окончателно сглобяване

Прикрепих всички части

Следователно проектът е завършен

Стъпка 17: Кредити

Искам да благодаря на приятелите си за:

1. Zeeshan Mallick: Помага ми с CAD модела, производство на шаси

2. Ambarish Pradeep: Писане на съдържание

3. Патрик: 3D печат и лазерно рязане

Втора награда в IoT Challenge