Billig, Arduino-kompatibel tegnerobot: 15 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Bemærk: Jeg har en ny version af denne robot, der bruger et printkort, er lettere at bygge og har IR -forhindringsdetektion! Tjek det ud på

Jeg designede dette projekt til en 10-timers workshop for ChickTech.org, hvis mål er at introducere teenagekvinder til STEM-emner. Målene for dette projekt var:

• Let at bygge.
• Let at programmere.
• Gjorde noget interessant.
• Lavpris, så deltagerne kunne tage det med hjem og fortsætte med at lære.

Med disse mål for øje var her et par af designvalgene:

• Arduino -kompatibel for nem programmering.
• 4xAA batteristrøm til pris og tilgængelighed.
• Stepmotorer til præcis bevægelse.
• 3D -printet for nem tilpasning.
• Pentegning med Turtle -grafik for interessant output.
• Open Source, så du kunne lave en af dine egne!

Her er den robot, der kom tættest på, hvad jeg ville gøre: https://mirobot.io. Jeg har ikke en laserskærer, og forsendelse fra England var uoverkommelig. Jeg har en 3D -printer, så jeg tror, du kan se, hvor det går hen…

Lad ikke manglen på en 3D -printer afskrække dig. Du kan finde lokale hobbyfolk, der er villige til at hjælpe dig på

Dette projekt er licenseret under Creative Commons og anvender 3D-dele baseret på design af andre (som angivet i det næste afsnit), hvoraf det mest restriktive er hjulet, som er ikke-kommercielt. Det betyder, at dette projekt også skal være ikke-kommercielt. Vær ikke denne fyr.

Trin 1: Dele

Der er en række måder at drive, drive og styre robotter på. Du kan have forskellige dele til rådighed, som fungerer, men det er dem, jeg har prøvet og fundet ud af at fungere godt:

Elektronik:

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

  • Hardware under CC BY-SA licens
  • Software (Bootloader) under GPL -licens
• 2- Gearet 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Brødbræt i halv størrelse- adafruit.com/products/64
• 16- Han-han-jumpere- adafruit.com/products/759
• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT -skydekontakt - adafruit.com/product/805 eller www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Male pin header- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA-holder- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB mikrokabel
• 4- AA-batterier

*Bemærk: Se det sidste trin for en diskussion om brug af almindelige Arduino- eller Raspberry Pi -tavler.

Hardware:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Caster 5/8 "leje- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8 mm pandehovedskrue- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm skrue med fladt hoved- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D-printede dele (tjek www.3dhubs.com, hvis du ikke har adgang til en printer):

• 1 x Kuglelejehjul - thingiverse.com/thing:1052674 (baseret på arbejde fra onebytegone, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Chassis - thingiverse.com/thing:1053269 (originalværk af Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 2 x hjul - thingiverse.com/thing:862438 (baseret på arbejde af Mark Benson, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x trinbeslag - thingiverse.com/thing:1053267 (baseret på arbejde fra jbeale, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Penneholder / servobeslag - thingiverse.com/thing:1052725 (originalværk af Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Pennehalsbånd - thingiverse.com/thing:1053273 (originalværk af Maker's Box, CC BY -SA 3.0)

* Bemærk: CC BY-NC er en ikke-kommerciel licens

Værktøj og tilbehør:

• Phillips skruetrækker
• Varm limpistol
• Digital multimeter
• Skarp kniv
• Crayola farvede markører

Trin 2: Flash firmwaren

Inden vi kommer for langt i konstruktion, lad os indlæse testfirmwaren på mikrokontrolleren. Testprogrammet trækker bare efter kasser, så vi kan kontrollere, om den er korrekt og dimensioneret.

For at tale med Trinket Pro skal du bruge:

1. Driver fra
2. Arduino-software fra

Lady Ada og Adafruit -teamet har skabt et langt bedre sæt instruktioner i ovenstående links, end jeg kan give. Brug dem venligst, hvis du sidder fast.

Bemærk: Det ene trick, der gør Trinket anderledes end almindelig Arduino, er, at du skal nulstille tavlen, før du uploader skitsen.

Trin 3: Penneholder og batteriholdere

1. Installer penholderen med servobeslaget på kortsiden af kabinettet (billede 1).
2. Sæt møtrikkerne på oversiden af chassiset (billede 2)
3. Fastgør batteriholderne i bunden af kabinettet ved hjælp af 3Mx6mm fladhovedskruer (billeder 3 & 4).
4. Træk batterilederne gennem de rektangulære kabelføringer (Billede 4 & 5).
5. Gentag for den anden batteriholder.

Bemærk: Medmindre andet er angivet, er resten af skruerne 3Mx8mm panhovedskruer.

Trin 4: Hjul

1. Test tilpas dit hjul til trinakslen (billede 1).

   1. Hvis det er for stramt, kan du opvarme hjulnavet med en hårtørrer eller varmluftspistol og derefter indsætte akslen.
   2. Hvis den er for løs, kan du bruge en 3Mx8mm skrue til at holde den mod fladen på akslen (billede 2).
   3. Hvis du er perfektionist, kan du kalibrere din printer og få den helt rigtige.
2. Anbring o-ringen omkring hjulets kant (Billede 3 & 4).
3. Gentag for det andet hjul.

Trin 5: Stepper Backets

1. Sæt en møtrik i trinbeslaget, og fastgør dem til toppen af kabinettet med en skrue (billede 1).
2. Sæt stepper i beslaget og fastgør med skruer og møtrikker.
3. Gentag for det andet beslag.

Trin 6: Caster

1. Sæt kuglelejet i hjulet.

   Tving den ikke ind, ellers går den i stykker. Brug en hårtørrer eller varmluftspistol til at blødgøre materialet, hvis det er nødvendigt

2. Fastgør hjulet til undersiden af chassiset foran batteriholderen.

Trin 7: Brødbræt

1. Fjern en af strømskinnerne med en skarp kniv og skær gennem bundklæbemidlet (billede 1).
2. Hold brødbrættet over chassisskinnerne, og markér, hvor de skærer kanten (Billede 2).
3. Brug en lige kant (som den fjernede strømskinne), markér linjerne og skær gennem bagsiden (billede 3).
4. Placer brødbrættet på chassiset med skinnerne rørende ved det eksponerede klæbemiddel (billede 4).

Trin 8: Strøm

1. Placer mikrokontrolleren, darlington -driveren og afbryderen på brødbrættet (billede 1).

   • Jeg har tilføjet orange prikker for synlighed for at markere følgende:

     • Pin 1 af darlington driveren.
     • Batteripinden på mikrotrolleren.
     • Tænd / sluk -positionen "tændt".

2. Med højre batteriledning:

   1. Tilslut den røde linje til afbryderens første pin (billede 2).
   2. Tilslut den sorte ledning til en tom række mellem mikrokontrolleren og darlington -chippen (billede 2).

3. Med de venstre batteriledninger:

   1. Tilslut den røde linje til den samme række som den sorte ledning på det andet batteri (billede 3).
   2. Tilslut den sorte linje til den negative skinne på brødbrættet (billede 3).

4. Tilslut strøm til mikrokontrolleren:

   1. Rød jumper fra positivskinne til batteripinden (orange prik, billede 4).
   2. Sort jumper fra den negative skinne til tappen mærket "G" (billede 4).
5. Installer batterier, og tænd for strømmen. Du skal se controllerens grønne og røde lys tænde (billede 5).

Fejlfinding: Hvis mikrokontrollerens lys ikke tændes, skal du straks slukke for strømmen og foretage fejlfinding:

1. Batterier installeret i den rigtige retning?
2. Dobbelttjek placeringen af batterikablerne.
3. Dobbelt tjek afbryderens placering.
4. Brug en multimeter til at kontrollere batteriernes spændinger.
5. Brug multi-meter til at kontrollere strømskinnespændinger.

Trin 9: Overskrifter og servoledninger

Hovedstifter til han giver os mulighed for at forbinde de 5-benede servo JST-stik til strømmen og darlington-driveren (billede 1):

1. Det første 5-benede header starter en række foran darlington-driveren.
2. Det andet servooverskrift skal derefter være i linje med enden af darlington -driveren.

Inden ledningerne bliver for komplicerede, lad os få servoen tilsluttet:

1. Tilføj et 3-benet header til servoen i højre kant af den forreste del af brødbrættet (billede 2).
2. Tilføj en rød jumper fra midterstiften til den positive side af strømskinnen.
3. Tilføj en sort eller brun jumper fra den ydre pin til den negative side af strømskinnen.
4. Tilføj en farvet jumper fra den indvendige pin til Pin 8 på mikrokontrolleren.
5. Installer servohornet med akslen til fuld position med uret og armen, der strækker sig til højre hjul (billede 3)
6. Installer servoen i penholderen ved hjælp af servos skruer (billede 3).
7. Tilslut servostikket og juster farverne (billede 4).

Trin 10: Stepper Control

Tid til at koble strøm til darlington -driveren og stepperne, som vil blive drevet direkte fra batteriet:

1. Tilslut en sort eller brun jumper fra den nederste højre darlington -pin til den negative side af strømskinnen (billede 1).
2. Tilslut en rød jumper fra den øverste højre darlington -pin til den positive side af strømskinnen.
3. Tilslut en rød jumper fra den øverste venstre stiftoverskrift til den positive side af strømskinnen (billede 2).
4. Tilslut det venstre trinforbindelsesstik til det venstre sidehoved med den røde ledning i højre side (billede 3).
5. Tilslut det højre trinforbindelsesstik til højre sidehoved med læsekablet i venstre side.

Bemærk: Stepper -konnektorens røde ledning er strømmen og skal matche de røde ledninger på brødbrættet.

Trin 11: Stepper Control (fortsat)

Nu vil vi forbinde stepper signaltråde fra mikrokontrolleren til indgangssiden af darlington driveren:

1. Start med pin 6 på mikrokontrolleren, tilslut ledningerne til fire kontroljumper til venstre trinmotor (billede 1).
2. Match disse jumpere til input -siden af darlingtonen til højre. Alle farver skal matche med undtagelse af grønt, der matcher stepperens lyserøde ledning (billede 2).
3. Start med pin 13 på mikrokontrolleren, tilslut ledningerne til de fire kontroljumper til den højre steppermotor (Billede (3).
4. Match disse jumpere til input -siden af darlington til venstre. Alle farver skal matche med undtagelse af grønt, der matcher stepperens lyserøde ledning (billede 3).

Trin 12: Test og kalibrering

Forhåbentlig har du allerede uploadet firmwaren i trin 2. Hvis ikke, gør det nu.

Testfirmwaren tegner bare en firkant gentagne gange, så vi kan kontrollere retning og nøjagtighed.

1. Placer din robot på en glat, flad, åben overflade.
2. Tænd for strømmen.
3. Se din robot tegne firkanter.

Hvis du ikke kan se lys på mikrokontrolleren, skal du gå tilbage og fejlfinde strømmen som i trin 8.

Hvis din robot ikke bevæger sig, skal du dobbelttjekke strømforbindelserne til darlington -driveren i trin 9.

Hvis din robot bevæger sig uregelmæssigt, skal du dobbelttjekke stiftforbindelserne til mikrokontrolleren og darlington -driveren i trin 10.

Hvis din robot bevæger sig i en omtrentlig firkant, er det tid til at lægge noget papir ned og lægge en pen i det (billede 1).

Dine kalibreringspunkter er:

flydehjul_dia = 66,25; // mm (stigning = spiral ud)

flydehjulets base = 112; // mm (stigning = spiral ind) int trin_rev = 128; // 128 til 16x gearkasse, 512 til 64x gearkasse

Jeg startede med en målt hjuldiameter på 65 mm, og du kan se kasserne rotere indad (billede 2).

Jeg øgede diameteren til 67, og du kan se, at den roterede udad (billede 3).

Til sidst nåede jeg frem til en værdi på 66,25 mm (billede 4). Du kan se, at der stadig er en eller anden iboende fejl på grund af gearlash og sådan. Tæt nok til at gøre noget interessant!

Trin 13: Hævning og sænkning af pennen

Vi har tilføjet en servo, men har ikke gjort noget ved det. Det giver dig mulighed for at hæve og sænke pennen, så robotten kan bevæge sig uden at tegne.

1. Placer penhalsbåndet på pennen (billede 1).
2. Hvis det er løst, tape det på plads.
3. Kontroller, at det vil røre papiret, når servoarmen sænkes.
4. Kontroller, at det ikke rører papiret, når det hæves (Billede 2).

Servovinklerne kan justeres enten ved at fjerne hornet og omplacere det eller gennem softwaren:

int PEN_DOWN = 170; // servovinkel, når pennen er nede

int PEN_UP = 80; // servovinkel, når pennen er oppe

Pennekommandoer er:

penup ();

pendown ();

Trin 14: God fornøjelse

Jeg håber, at du har lavet dette langt uden for mange forbandelsesord. Lad mig vide, hvad du kæmpede med, så jeg kan forbedre instruktionerne.

Nu er det tid til at udforske. Hvis du ser på testskitsen, vil du se, at jeg har givet dig nogle standard "Turtle" kommandoer:

frem (afstand); // millimeter

baglæns (afstand); venstre (vinkel); // grader ret (vinkel); penup (); pendown (); Færdig(); // slip step for at spare batteri

Ved hjælp af disse kommandoer skulle du kunne næsten alt, lige fra at tegne snefnug eller skrive dit navn. Hvis du har brug for hjælp til at komme i gang, kan du tjekke:

• https://code.org/learn
• https://codecombat.com/

Trin 15: Andre platforme

Kan denne robot udføres med en almindelig Arduino? Ja! Jeg gik med Trinket på grund af de lave omkostninger og lille størrelse. Hvis du øger chassislængden, kan du montere en almindelig Arduino på den ene side og brødbrættet på den anden (billede 1). Det skulle fungere pin-for-pin med testskitsen, plus at du nu kan komme til den serielle konsol til fejlfinding!

Kan denne robot udføres med en Rasberry Pi? Ja! Dette var min første undersøgelseslinje, fordi jeg ville programmere i Python og kunne kontrollere det over internettet. Ligesom Arduino i fuld størrelse ovenfor, placerer du bare Pi på den ene side og brødbrættet på den anden (billede 2). Strøm bliver den primære bekymring, fordi fire AA ikke vil afbryde den. Du skal levere omkring 1A strøm ved en stabil 5V, ellers stopper dit WiFi -modul med at kommunikere. Jeg har fundet ud af, at Model A er meget bedre på strømforbruget, men jeg arbejder stadig på, hvordan jeg kan levere pålidelig strøm. Hvis du finder ud af det, så lad mig det vide!