Sweepy: Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 стъпки (със снимки)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-23 12:57

От: Евън Гуан, Теренс Ло и Уилсън Ян

‏‏‎ ‎

Въведение и мотивация

Почистващото средство за студио е проектирано в отговор на хаотичните условия на архитектурното студио, оставено от варварски студенти. Уморени ли сте от това колко е разхвърляно студиото по време на рецензиите? Ами не казвай повече. С Sweepy всичко, което трябва да направите, е да го настроите и забравите. Studio ще създаде нова марка по -бързо, отколкото е необходимо, за да завършите този един проект.

Sweepy е самосъзнаващ се и ще се движи, като помете целия боклук и парчета според желанието на сърцето ви, благодарение на два ултразвукови сензора, които му казват да се обърне, когато се приближи до стена. Нуждаете се от Sweepy, за да работите по -усилено? Няма проблем, просто викайте. Sweepy постоянно слуша околната среда благодарение на звуков сензор. Достигането на определен праг на шума ще накара Sweepy да влезе в ядосан режим, да помете и да се движи по -бързо за кратък период.

Студио без Sweepy е това, което е разхвърляно.

‏‏‎ ‎

Части, материали и инструменти

Повечето части от този списък могат да бъдат намерени в ELEGOO UNO R3 Project Starter Kit. Други части могат да бъдат закупени от Creatron Inc. или други електронни магазини.

‏‏‎ ‎

Компоненти

x1 Контролна платка ELEGOO UNO R3

x1 Модул за разширяване на прототип

x1 ултразвуков сензор (HC-SR04)

x1 Звуков сензорен модул (KY-038)

x2 DC N20 двигатели (ROBOT-011394)

x1 Микро серво мотор 9G (SG90)

x1 LCD модул (1602A)

x1 9V батерия

x2 60x8 мм гумени колела (UWHLL-601421)

x1 Безплатно колело (височина 64 мм)

x1 Почистваща четка (височина на дръжката 12 мм)

x2 NPN транзистори (PN2222)

x3 резистори (220Ω)

x2 диоди (1N4007)

x1 потенциометър (10K)

x15 Кабелни джъмпери

x26 Dupont проводници от женски към мъжки

‏‏‎ ‎

Материали

x1 3 мм шперплат (размер на лазерно легло 18 "x 32")

x6 M3 винтове (YSCRE-300016)

x4 гайки M3 (YSNUT-300000)

x6 M2.5 Винтове (YSCRE-251404)

x6 гайки M2.5 (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Инструменти

Комплект отвертки

Пистолет за горещо лепило

‏‏‎ ‎

Оборудване

Компютър

3D принтер

Лазерен нож

‏‏‎ ‎

Софтуер

Arduino IDE

Стъпка 1: Разбиране на логиката

Верига

Контролната платка на ELEGOO UNO R3 ще служи като „мозък“на робота, в който кодът ще бъде качен и обработен. Прикрепете прототипната платка за разширение и мини платка върху върха й. За да комуникират със сензорите и задвижващите елементи, компонентите ще бъдат свързани чрез макет и проводници.

Включена по -горе е диаграма на веригата, необходима, за да направи Sweepy щастлив. Обърнете специално внимание на входа и изхода на проводниците. Помага да проследите по проводник, като погледнете цвета му. Грешната връзка може да доведе до неправилно функциониране на Sweepy или в най -лошия случай да повреди електрониката ви от късо съединение.

‏‏‎ ‎

Програмиране

По -долу е приложен кодът, необходим за стартиране на Sweepy. Отворете файла в Arduino IDE и го качете на контролната платка на ELEGOO UNO R3. За да направите това, трябва да свържете платката на контролера към компютъра чрез USB кабел. Уверете се, че е избран правилния порт, като отидете в Инструменти и Порт в падащото меню. Не забравяйте да качите кода, преди да изградите Sweepy, за да не се налага да включвате USB кабела, докато сте в 3D отпечатания корпус.

Не се препоръчва да променяте променливите в кода, освен ако нямате опит или не знаете какво правите.

Стъпка 2: Събиране на всички части, материали и инструменти

За да започнете проекта, съберете всички части, материали и инструменти, описани в горния списък. Както бе споменато по -горе, повечето части в списъка могат да бъдат намерени в ELEGOO UNO R3 Starter Kit, както и в Creatron Inc. или други електронни магазини.

Силно се препоръчва да започнете 3D печат възможно най -рано, тъй като процесът може да отнеме няколко часа. Препоръчителните настройки са: 0,16 мм височина на слоя, 20% пълнеж и 1,2 мм дебелина на стената с ръбове и опори. Файлът за 3D печат е приложен по -долу.

Лазерното рязане също може да отнеме много време, така че не забравяйте да започнете по -рано. Лазерно изрязаният файл също съдържа слой за ецване на водач, който гарантира, че десният компонент е монтиран на правилното място. Не забравяйте да проверите отново какво се реже и какво се гравира, като промените подходящо настройките на мощността и скоростта. Файлът за лазерно рязане също е приложен по -долу.

Докато използвахме шперплат за нашия робот, не се колебайте да използвате всеки материал, който харесвате, като акрил, стига дебелината да е около 3 мм.

Стъпка 3: Закрепване на основната плоча

Нанесете лепило по периметъра на основната плоча и го прикрепете към дъното на 3D отпечатания корпус. Подравнете двете части възможно най -внимателно, като същевременно гарантирате, че водачът за ецване с лазерно изрязване е обърнат нагоре.

Стъпка 4: Монтиране на компоненти на основната плоча

След като основната плоча е адекватно закрепена, можем да започнем да свързваме първия кръг от електронни компоненти. Това включва DC двигатели с колела, серво мотор, LCD екран и батерия. В основната плоча е включено ръководство за ецване с лазерно рязане, за да се гарантира правилното поставяне на компонентите за ваше удобство. За да се улесни схемата, компонентите трябва да бъдат закрепени с подходящи проводници, които вече са включени.

Колелата трябва да се плъзгат в двата слота от двете страни с DC мотора обърнат навътре. Закрепете това с включените бели скоби, като използвате по два винта и гайки за всеки (M2.5).

Сервомоторът също трябва да бъде закрепен със същите винтове и гайки (М2.5), като същевременно се гарантира, че бялата предавка, излизаща от дъното, е от предната страна на робота. Това ще задвижи движението на четката.

LCD екранът трябва да се плъзне в предния джоб на корпуса с щифтовете надолу. Закрепете това с няколко топчета горещо лепило на всеки ъгъл.

И накрая, акумулаторната батерия трябва да се плъзне в задния джоб на корпуса с превключвателя за включване и изключване навън навътре в отвора за отвори. Това позволява на робота да се включва и изключва.

Стъпка 5: Закрепване на опорната плоча

След това е време да подсигурите „мозъка“на Суипи. С помощта на четири винта и гайки (M3) монтирайте контролната платка UNO R3 и прототипния разширителен модул върху горната част на опорната плоча. Това ще действа като втори етаж на жилището. Преди това IDE кодът на Arduino вече трябва да бъде качен на дъската и готов за работа.

Плъзнете опорната плоча в корпуса отгоре, докато се опира на три перваза, интегрирани в корпуса за 3D печат, за да осигурите правилната височина. Закрепете тази плоча с два винта (M3) през отворите на двата края.

Прокарайте проводниците от компонентите на основната плоча нагоре и през отворите на опорната плоча. Проводниците на LCD екрана и серво мотора трябва да преминават през предния отвор, докато проводниците на постояннотоковия двигател трябва да се вкарват през страничните отвори. Проводниците на батерията могат да преминават през всеки отвор по желание.

Стъпка 6: Монтиране на крайни електронни компоненти

С помощта на горещо лепило, прикрепете двата ултразвукови сензора към предната част на корпуса с тригер и ехо модули, простиращи се от отворите или „очите“. Щифтовете на единия сензор трябва да са обърнати нагоре, а другият надолу, както е посочено от отвора на опорната плоча. Това е за да се гарантира, че ехо и задействащите модули са симетрични в корпуса при изпращане и приемане на сигнали.

И накрая, нанесете горещо лепило на гърба на сензора за звук и го прикрепете към слота от вътрешната страна на корпуса. Горната част на микрофона трябва да се изравнява с горната част на ръба на корпуса, така че капачката на Sweepy да може да се постави. Микрофонът ще се подравнява с отвора на капачката, както ще видите по -късно.

Стъпка 7: Проводници, проводници и още проводници

Следващата стъпка е може би най -трудната, но най -важната част от това да се уверите, че Sweepy е добре и щастлив: веригата. Използвайки диаграмата на Fritzing в горната част на тази инструкция като насока, свържете всички проводници от компонентите към прототипния разширителен модул.

Уверете се, че превключвателят на батерията е изключен, преди да включите захранващия кабел в платката. Тъй като кодът вече трябва да бъде качен на дъската, Sweepy няма да може да сдържи вълнението си от почистването и да започне да работи, когато получи захранване, дори докато все още работите по проводниците.

Обърнете специално внимание на входовете и изходите на всеки проводник. Помага да се използва цветът на проводника, за да се следва по пътя му.

Стъпка 8: Добавяне на движещи се части

Сега е време за задното колело и четката за почистване на Sweepy.

Задното колело трябва да е колело, което може да се върти свободно. Тя трябва да бъде приблизително 6,4 см на височина отгоре надолу, но толерансът може да бъде щедър в зависимост от това колко сила надолу искате да упражнява четката. Прикрепете го под опорната плоча през отвора в основната плоча.

Почистващата четка също е щедра за толерантност, но дръжката трябва да седи приблизително на 1,2 см от земята. Дръжката също трябва да е дълга приблизително 10 см, за да се предотврати удрянето й в корпуса, докато тя се движи назад и четвърта. Закрепете това към белия лост, прикрепен към сервомотора, с лепило.

Стъпка 9: Ограничете всичко

За да завършите своя собствен Sweepy, трябва да направите капачката му. Залепете джантата на капачката под капачката с отвор. Уверете се, че отворът е подравнен с микрофона на сензора за звук. Накрая залепете капачката върху горната част на Sweepy, като подравните предните ръбове с предната част на корпуса.

Включете захранването отзад и гледайте как Sweepy преследва мечтите си да направи студиото по -чисто място за всички.

Стъпка 10: Резултати и размисъл

Въпреки обширното планиране на дизайна, грешки се случват, но всичко е наред: всичко това е част от учебния процес. И за нас нещата не бяха по -различни.

Едно от най -големите ни предизвикателства беше да проектираме жилището на Sweepy, за да обхване всички необходими компоненти. Това означаваше щателно измерване на размерите на всички компоненти, планиране на телени пътеки, осигуряване на структурна цялост и т.н. В крайна сметка завършихме 3D печат и лазерно изрязване на две итерации на корпуса на Sweepy, като втората е окончателната версия въз основа на наученото от първата повторение.

Едно голямо препятствие, пред което се изправихме, е ограничените възможности на ултразвуковия сензор: той не покриваше достатъчно голяма площ и Sweepy от време на време удряше стена, когато се приближава под ъгъл. Това беше решено чрез включване на втори ултразвуков сензор за ефективно увеличаване на зоната на въздействие.

Първоначално избрахме и серво мотор, който да контролира завъртането, но той не беше толкова ефективен и структурно здрав, колкото се надявахме. В резултат на това сменихме задното колело със свободно колело и наложихме отговорността да се обърнем към двете колела на водача чрез диференциално завъртане (едното колело ще се движи по -бавно от другото, за да симулира завъртане). Макар че това означаваше да се направят големи промени в кода, той ефективно опрости цялостния ни дизайн, като извади по -малко един серво мотор от уравнението.

‏‏‎ ‎

Бъдещи взаимодействия

Винаги има място за подобрения. В бъдеще една промяна в дизайна на нашия проект е обмислянето на поддръжката на Sweepy и достъпността на неговите вътрешни елементи. Имахме множество проблеми, включително повреди на двигателя и разредени батерии, които изискваха да разглобим Sweepy, само за да изключим компонентите, които бяха много неинтуитивни. В бъдеще ще проектираме корпус с работещи отвори, който ще позволи достъп до неговите компоненти като батерията.

Също така обмисляме използването на сензор за налягане отпред, за да открием кога Sweepy се блъска в повърхността, тъй като установихме, че ултразвуковият сензор понякога е ненадежден, особено когато се приближава под стръмен ъгъл. Като разполага с механичен сензор, Sweepy би бил по -последователен при вземането на решение кога и кога да не се обръща.

Докато Sweepy работи добре в малки помещения, той може да бъде по -малко ефективен в по -големи пространства. Това е така, защото Sweepy е програмиран да се завърта само когато открие повърхност пред себе си, но в противен случай ще продължи по права линия, докато земята бъде унищожена. В бъдеще може да си струва предварително да програмирате зададен път за почистване на Sweepy, така че да остане в граница, вместо да се скита завинаги.

‏‏‎ ‎

Референции и кредити

Този проект е създаден като част от курса по физически изчисления (ARC385) във Факултета по архитектура, ландшафт и дизайн на Даниелс в UofT.

‏‏‎ ‎

Членове на отбора

• Евън Гуан
• Теренс Ло
• Уилсън Ян

‏‏‎ ‎

Вдъхновен от

• Роботски прахосмукачка Roomba
• Wipy: Прекалено мотивираният почистващ препарат за бяла дъска
• Разхвърляните условия на студийното пространство