Sådan bygger du ProtoBot - en 100% åben kildekode, superbillig, uddannelsesmæssig robot: 29 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

ProtoBot er en 100% open source, tilgængelig, superbillig og let at bygge robot. Alt er open source-hardware, software, vejledninger og pensum-hvilket betyder, at alle kan få adgang til alt, hvad de har brug for for at bygge og bruge robotten.

Det er en fantastisk måde at lære det grundlæggende inden for lodning, elektroteknik og programmering.

Denne instruktionsbog dækker hvordan man bygger en, fra det blanke bord, komponenter og 3D -trykte stykker, til en fuldt samlet (og forhåbentlig funktionel!) ProtoBot.

(Hvis du vil lære mere om ProtoBots generelt og/eller ProtoBot -projektet, kan du besøge https://theprotobotproject.wordpress.com eller ProtoBots Github på

Du kan også finde en PDF -version af denne vejledning på

Trin 1: Forbrugsvarer: Dele

Når du er klar til at komme i gang, har du her brug for det. Mængderne er for 1 robot.

Dele: (Link #1 er eBay, #2 er AliExpress, normalt billigere)

• 2 x N20 gearmotorer, 300RPM, 12V (link, link)
• 1 x Arduino Nano (link, link)
• 2 x plasthjul, 39 mm, 3 mm hul (parti med 10: gult link, gult link, pink link)
• 2 x taktile grænsekontakter (10 stk. Link)
• 2 x 220 Ohm modstande (100 stykker: link, link)
• 4 x 10K modstande (100 stykker: link, link)
• 1 x L293D motor driver (link, link)
• 2 x TCRT5000L IR -sensor (10 dele: link, link)
• 7 x DuPont Female-Female wires (40 stykker: link, link)
• 1 x 9V batteriklemme (10 stykker: link, link)
• 18 x hanstik (200 stykker: link, allerede bøjet 90 grader link)
• 32 x Kvindehovedstifter (400 stykker: link, link)

Mængderne gælder kun for fortegnelser, hvor der sælges en enkelt vare (Arduinos og motorer), da alt andet er i løs vægt, og du har ekstraudstyr tilbage. Når fortegnelserne overstiger den nødvendige mængde, skyldes det normalt, at det er billigere at købe i bulk end enkeltvarer. Jeg klager ikke!

En ting mere: Alt her kommer fra Kina, og derfor tager forsendelse normalt en måned, og nogle gange to i ekstreme tilfælde. Jeg har dog aldrig haft noget, der ikke dukker op til sidst.

Trin 2: Forbrugsvarer: Dele (resten af dem)

Men vent! Der er mere!

Du har stadig brug for et par dele mere, nemlig de 3D -printede dele, printkortet, batteriet og "Hook and Loop Fastner" (f.eks. Velcro) til batteriet.

• Hook and loop fastner (eBay Link, en meter af tingene)
• Batteri (eBay Link, men køb det bare i butikken)

3D -trykte dele:

• STL -filer findes på
• Når du går til udskrivning, skal du ændre størrelsen på dem til 105% størrelse og ændre udfyldning til 30%. Ingen understøttelser er nødvendige, du bestemmer, om du har brug for en tømmerflåde. Antenner kan passe lettere på bump -sensorerne, hvis de skaleres lidt større.

Kredsløbsplade:

Hvis du vil prøve at etse det selv, så fortsæt. Alt du skal bruge er på

Hvad jeg gjorde (Den lettere måde, hvis du ikke allerede har tingene):

• Jeg brugte www.pcbway.com, og de lader dig lave 5 stykker for $ 5, uden at regne forsendelse. Når vi laver cirka 20 stykker til STEM -lejre, koster det omkring $ 24, forsendelse inkluderet.
• Opret en konto hos dem, upload gerber -filen zip, og de får dig det ønskede antal tavler.

Trin 3: Forbrugsvarer: Værktøjer

Nu er det muligvis allerede ting, du har, men jeg vil give links her alligevel.

Værktøjer: (Links til Amazon)

• Loddejern ($ 7 på Amazon, men vi har brugt dem i lejre, og jeg er meget imponeret, de overgår de 25 $ Wellers, vi har.)
• Loddemetal (leveres med jernet på $ 7, så du ikke har brug for det nu, men det vil vare dig for evigt)
• Hjælpende hænder (ikke nødvendigt, jeg har ikke købt mig endnu, men de gør sikkert livet lettere)
• Loddesuger (Virkelig nyttig, når den ikke er tilstoppet)
• Messinguldsrens (til at holde din jerntip i god stand)
• Loddejern Holder (Så du ikke ved et uheld lægger din arm på strygejernet)
• Wire Clippers (du skal bruge disse)
• Wire Strippers (du kan undvære, men de gør livet meget lettere)
• Needle Nose Tang (Ikke absolut nødvendig, men pæn)
• Højtemperatur varmlimpistol og lim (CA -lim eller noget andet kan også fungere)

Den konservative forbruger ryster måske på hovedet ved denne enorme mængde værktøjer, der skal købes, men husk på- hvert af disse værktøjer, hvis det bliver passet ordentligt, vil vare i årevis og kan bruges til en række andre ting end laver små robotter. (Når det er sagt, føler jeg dig!)

Trin 4: Motor- og stødsensorsamling: Klip, strimler og blikketråde

Lad os komme i gang med ledningerne til Bump Sensors and Motors. Du skal opsætte dig loddejern og en arbejdsplads til lodning, og du vil måske have en form for ventilation. En lille blæser med lav hastighed er fin.

1. Adskil 2 sæt med 4 ledninger fra dine hun- til hun -springere.
2. Brug dine trådskærere til at skære dem i midten af hvert sæt.
3. Brug dine strippere til at fjerne ca. 5 mm eller 1/4 isolering fra enderne af ledningerne.
4. Adskil trådenderne, og drej derefter de enkelte kobberstrenge for at holde dem pæne.
5. Tin hver trådende ved at holde dit fortinnede jern oven på tråden, mens du anvender tråden på din lodning.

Når du er færdig, skal du have 4 sæt med 2 ledninger hver med 2 fortinnede ledninger i den ene ende og 2 hunstik i hver ende.

Trin 5: Motor- og stødsensorsamling: Loddemotorer og sensorer

Hold dit loddejern på, for vi er ikke helt færdige endnu …

1. For hvert sæt ledninger bøj de fortinnede ender 180 grader fra hinanden.
2. Sæt trådenderne ind i stikflikene på motorerne og stødfølere, som vist på billederne.
3. Fastgør motorerne og sensorerne på en eller anden måde.
4. Brug dit fortyndede jern til at lodde ledningerne til stikflikene.

Trin 6: IR -sensormontering: Klip, strimler og blik

Når dine motorer og bump -sensorer er færdige, er det tid til at gå videre til IR -sensorerne.

• Adskil et sæt med 3 hun-hun ledninger.
• Skær dem i halve.
• Fjern ca. 5 mm eller 1/4 tommer isolering fra enderne.
• Tin ledningerne ved at holde dem på din loddemetal og derefter anvende dit dåsejern.

Når du er færdig, skal du have 2 sæt med 3 ledninger med hunstikkene i den ene ende og fortinnede trådender i den anden.

Trin 7: IR -sensormontering: Forbered sensorer

Dette er sandsynligvis den sværeste lodning, du skal gøre. Tag dig god tid!

1. Brug dine klippere til at afskære de ekstra ledninger og efterlade omkring 5 mm eller 1/4 tommer udsat for sensorens plasthus.
2. Find ud af orienteringen af din sensor baseret på billedet.
3. Bøj GND -ledningen til den blå LED for at kontakte GND -ledningen på den sorte LED.
4. Fastgør sensorerne, og brug derefter dit loddejern til at oprette en loddetilslutning mellem de GND -ledninger, du har tilsluttet.

Trin 8: IR -sensormontering: Loddetråde

Nu er vi klar til at forbinde ledningerne til IR -sensorerne.

1. Adskil trådenderne, så du har de enkelte ledninger adskilt omkring 2,5 cm eller 1 tommer.
2. Begynd at lodde ledningerne i rækkefølge til hver af de 3 ledninger fra sensoren.
3. Hvis du bruger malertape som mig, skal du vende sensoren og lodde den anden side, når du er færdig med den ene side.

Bemærk: Da DuPont -trådene er tilfældigt farvede, er det ikke let at overholde en farvekonvention, så jeg vil bare anbefale at holde det konsekvent mellem sensorpar. Jeg prøver normalt at gøre dem i rækkefølge, med GND, Sense og derefter +5V, hvor den mørkeste slutfarve er GND.

Trin 9: Saml batterikabel

Sidst, men ikke mindst, skal vi lodde batterikablet sammen.

• Få din sidste 2-pins længde af hanhoveder, og skub derefter plastdeleren ned til omtrent midten af stifterne.
• Bøj den ene side i en 90 graders vinkel med en tang.
• Fastgør det på en eller anden måde (jeg brugte et stykke skum og tilføjede derefter malertape for at holde overskrifterne på plads, når skummet smeltede).
• Tin hver nål, så det bliver let at lodde ledningerne til.
• Sørg for, at polariteten er korrekt (rød = +, sort = -), lod batteristikket til stifterne.

(Hvis dine batteristik ikke kommer forudstrimlet og fortinnet, skal du gøre det.)

Set i bakspejlet kan det være en god idé at lægge et lille stykke varmekrympende slange over samlingen mellem ledningerne og hovedstifterne.

Trin 10: Hold en pause

Nu hvor du er færdig med sensorerne og motorerne, er det en god idé at holde en pause. Jeg har samlet masser af dele til ProtoBots, og jeg skal stadig tage pauser nu og da.

Mens du holder din pause, skal du fortsætte og benytte lejligheden til at rydde op i alle de små stykker metal- og ledningsisolering på dit arbejdsområde. Tag derefter et frisk pust og få dig en god drink af noget forfriskende.

Når du føler dig tilstrækkeligt opdateret, er du velkommen til at fortsætte!

Trin 11: Saml Arduino

Lad os fortsætte med det, begyndende med at sætte Arduino sammen.

• Tag Arduinoen ud af plastikposen, den kom i
• Find de to 15-benede længder af overskrifter, og indsæt dem med kortsiden opad i Arduino, som vist.
• Sæt arduinoen i et bræt for at sikre, at overskrifterne forbliver i den korrekte vinkel under lodning.
• Begynd i hjørnerne og lod hver stift til Arduino.

Når du er færdig, skal du kontrollere, om der er en lodning, der bygger bro mellem to ben. For at fjerne overskydende loddetin skal du bare smelte det i midten med dit jern og derefter trække det tilbage fra stifterne. Hvis det ikke virker, kan du prøve at suge det overskydende op med din loddesuger.

Du vil bemærke, at jeg ikke lodde sættet med 6 ben- Det er ICSP-benene, der bruges til at programmere det uden USB. Vi har ikke brug for dem til ProtoBot, men du kan vælge at lodde dem ind, hvis du ønsker det.

Trin 12: Saml brættet: Saml dele

Du skal have alle de dele, du skal bruge til brættet, men tag et øjeblik til at samle dem i de mængder, du skal bruge.

• 1 x ProtoBotBoard
• 1 x samlet Arduino Nano
• 2 x 220 ohm modstande
• 4 x 10K modstande
• 1 x 14 benlængde på hanstik
• 2 x 15 benlængde af hunstik
• 1 x 2 pin længde af hunstik
• 1 x L293D -motordriverchip

Til at skære hunhovederne bruger jeg trådklipperne og klemmer dem på en ekstra nål. Du bliver nødt til at ofre en nål for hvert snit, men du skulle have masser tilovers alligevel.

Trin 13: Saml brættet: Lodde kvindelige overskriftsstifter

Du kan springe de kvindelige headerstifter over, hvis du vil, men det gør det let at genbruge Arduino eller fejlfinde, hvis noget går galt.

1. Indsæt Arduino i de kvindelige headerstifter. (I dette tilfælde bruger vi det bare til at holde dem justeret)
2. Sæt Arduino/header pin -modulet ind i kortet, og fastgør det til kortet.
3. Begynd ved hjørnestifterne, lodde de kvindelige hovedstifter til brættet.

Trin 14: Saml brættet: Loddemotor driverchip

Tid til at lodde motorføreren!

1. Sæt motordriveren ind i brættet, med hakket på toppen af chippen på linje med mellemrummet i omridset på brættet.
2. Fastgør det med lidt malertape.
3. Lod hver stift, begyndende med dem i hjørnet, og fortsæt derefter til resten.

Trin 15: Saml brættet: Lodde 10K modstande

Når du er færdig med motorføreren, går vi videre til 10K modstande.

1. Find dig 4 10K modstande. De kan være blå eller solbrune i farven, men uanset hvad, skal de matche farvebånd i diagrammet.
2. Bøj ledningerne på hver modstand i en 90 graders vinkel nedad.
3. Indsæt hver af de 4 modstande i pletterne mærket "10K" på brættet.
4. Brug malertape til at fastgøre dem til brættet (Eller bare bøj lederne, men malertape fungerer bedre).
5. Lod hver enkelt, pas på ikke at udfylde de andre huller omkring dem.
6. Når du er færdig, skal du klippe den ekstra ledning af over loddetappen, og derefter fjerne malertapen.

Bemærk: Jeg har sjældent haft problemer med dette, men nogle gange kan klipning af ledninger efter lodning bryde spor på brættet, hvilket normalt ikke kan repareres. Pas på!

Trin 16: Saml brættet: Lod de 220 Ohm modstande

Lad os nu gøre de 220 ohm modstande.

1. Som med 10K modstande kan de 220 være solbrune eller blå, bare sørg for at de matcher farvebåndene, som vist i diagrammet.
2. Bøj ledningerne ved 90 grader, og indsæt dem derefter i pletterne mærket "220".
3. Fastgør dem med malertape, eller bøj lederne.
4. Lod lodningerne ind i brættet.
5. Når du er færdig, skal du klippe ledningerne og derefter fjerne malertapen.

Trin 17: Saml brættet: Sensor Header Pins

Lad os gå videre til headere til tilslutning af sensorerne.

1. Del dit sæt med 14-benede hanhoveder i 4 x 2-benede længder og 2 x 3-benede længder.
2. Brug malertape til at fastgøre overskrifterne med den korte side nedad i pladerne på brædderne mærket "BL", "BR" (2-benede længder) og "IRR" og "IRL" (3-benede længder). Du har 2 sæt 2-benede længder tilbage, skal du ikke bekymre dig om dem lige nu.
3. Lod lodstiftene på plads fra undersiden af brættet. Jeg lavede 2-pin og 3-pin længderne separat, men du kunne gøre dem alle sammen.
4. Fjern malertapen

Trin 18: Saml brættet: Motor Header Pins

Kan du huske de to ekstra 2-benede headerlængder? Vi vil bruge dem til at forbinde motorerne.

1. Bøj den lange side af elektroderne i en 90 graders vinkel ved hjælp af en tang.
2. Indsæt dem i pletterne på tavlen mærket "MR" og "ML".
3. Fastgør dem med malertape.
4. Lod dem på plads, og fjern derefter malertapen.

Trin 19: Saml brættet: Batteristik

Næsten færdig! Vi skal bare tilføje batteristikket.

1. Få din 2-pin længde af kvindelige header pins, og indsæt dem i stedet på tavlen mærket "Bat".
2. Fastgør dem på plads med et stykke malertape.
3. Lod stifterne ind i brættet, og fjern derefter malertapen.

Trin 20: Saml bord: Kontroller alt

Inden du er færdig, skal du kigge på tavlen og sikre dig, at alt er, hvordan og hvor det skal være.

Se efter:

• Loddebroer (når loddet forbinder to stifter sammen)
• Ting placeret forkert eller forkert
• Forkert tilsluttede/loddede stifter

Loddebroer er nemme at reparere, bare brug en loddesuger og et varmt strygejern for at slippe af med det ekstra.

Ting, der er loddet på den forkerte måde, skal afloddes og sættes tilbage på den rigtige måde. Samme procedure som at fjerne broer, bare gør det til hver pin på det, der skal fjernes.

Trin 21: Hold en pause

Nu har du loddet et stykke tid. Det kan være en god idé at tage en pause, få et frisk pust og strække disse nakkemuskler.

Mens du er i gang, kan du rydde op i loddetøjet og lægge dit jern væk og derefter sætte din varme limpistol ud for at begynde at varme op.

Trin 22: Robotmontering: Saml dele

Nu er du klar til at samle ProtoBot!

Lad os sikre dig, at du har de dele, du har brug for.

• 1 x ProtoBotBoard med Arduino Nano indsat
• 1 x 3D -trykt bund
• 2 x 3D -trykte antennedele
• 4 x 3D -printede understøtninger
• 2 x Bump sensorer
• 2 x IR -sensorer
• 2 x N20 gearmotorer
• 2 x 39MM plasthjul (3 mm diameter indvendigt hul)
• 1 x batteristik
• 1 x 9V batteri
• 1 sæt Hook and Loop Fastner (som velcro), skåret til omtrent 9V batteriets længde

Du skal også bruge en varm limpistol og lim, helst høj temperatur.

Trin 23: Robotmontering: Limmotorer

Lad os starte med motorerne

• Kom en generøs klat varm lim i motorophængene.
• Placer motorerne i holderne, med ledningerne tilbage fra robotens bagside.

Bemærk: Pas på, at du ikke får varm lim ind i det område, som gearkasserne vil være, de tandkødes og fungerer ikke. Jeg placerer generelt min klat lim på enderne af motorophængene, der er tættest på midten af robotten for at sikre, at den ikke bevæger sig til enderne, hvor gearkassen er.

Trin 24: Robotmontering: Bump sensorer

Lad os gøre stødsensorerne nu.

• Monter din antenne på en bump sensor, som vist.
• Når du har taget den på, kan du tilføje en klat varm lim for at sikre den, hvis du ønsker det.
• Læg klatter af varm lim på hver bump sensor platform på basen.
• Tryk stødsensorerne på plads, og sørg for, at de er stillet op med platformens kanter.

Bemærk: Afhængigt af hvor godt din printer fungerer, kan antennen være svær at sætte på. Bare vær forsigtig med ikke at lægge stødsensorerne i seng eller bryde dem. (Derfor hjælper det meget at udskrive dem lidt større)

Trin 25: Robotmontering: IR -sensorer

EyeR sensorer! (Hehe, Geddit? Ok, ok, øjet stopper nu)

• Læg en klat lim øverst på IR -sensorholderne.
• Bøj ledningerne fra IR -sensorerne af vejen, og sæt dem derefter i holderne, så topene stikker lidt ud.

Trin 26: Robotmontering: Fastgør brættet

Lad os fastgøre brættet til robotten nu.

• Forbered dine 4 printkort understøtninger.
• Læg en klat varm lim på hvert hjørne af brættet.
• Fastgør tavlestøtterne til hvert hjørne.
• Når du er færdig, skal du lægge en klat varm lim på hver støtte.
• Fastgør brættet til robotlegemet, med motordriveren og benene mod bagsiden, og sensorforbindelsestapperne mod fronten.

Trin 27: Robotmontering: Tilslut ledninger, tilføj hjul

Lad os forbinde alle sensorer og motorer.

• Tag ledningerne fra bump- og IR -sensorerne, og før dem op gennem hullet i robotbasen.
• Sæt den venstre motor i porten mærket "ML"
• Sæt den højre motor i porten mærket "MR"
• Fastgør dine hjul til motorerne.
• Hvis de er lyserøde, havde de et "D" -formet hul, som skal flugte med den flade plet på motorakslen.
• Hvis de er gule, kan de dog fortsætte, men du vil sandsynligvis gerne tilføje lidt lim for at sikre, at de ikke bare spinder.
• Sæt venstre og højre bump sensorer i deres respektive porte, mærket "BL" og "BR". Ledernes rækkefølge er ligegyldig her.(Bemærk, at sensoren til højre ikke tilsluttes den rigtige port, fordi antennen faktisk er til venstre.)
• Find ud af, hvilke ledninger der er på dine IR -sensorer, baseret på diagrammet, og hvilke ledninger er hvor, og sæt dem derefter i de korrekte stifter på brættet, mærket PWR, IN og GND. (Højre sensor i "IRR", venstre sensor i "IRL").

Trin 28: Robotmontering: Tilslut 9V batteri

Nu sætter vi batteriet på.

• Få din krog -og -løkke -lukning (IE, velcro) og skær et stykke af hver side omtrent lige så længe som batteriet.
• Fastgør den ene side til bunden af basen, hvor batteriet går.
• Find ud af, hvilken vej batteriet vil sidde, baseret på retningen af ledningerne, der kommer fra batterikablet, og fastgør derefter krog og sløjfe (IE, velcro), så det passer korrekt. (Se billeder. Det gør ikke så meget, hvis du ikke får det korrekt orienteret.)
• Før ledningen fra batteriet gennem hullet i basen.

Trin 29: Færdig

Sæt batteriet i! Hvis ingen magisk røg slipper ud, er du god!

Det næste trin er at programmere det, men vi dækker det i en anden instruerbar. (Vil linke her, så snart jeg får det gjort)

Hvis du er utålmodig, ikke kan vente og ved, hvordan du bruger Arduino Libraries, kan biblioteket findes her:

Hvis du vil lære mere om ProtoBots generelt og/eller The ProtoBot Project, kan du besøge https://theprotobotproject.wordpress.com eller ProtoBots Github på