Bucket Bot 2: 11 trin (med billeder)

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

Dette er den nyeste version af Bucket Bot - en mobil pc -baseret robot, der let kan transporteres i en 5 gallon spand. Den forrige brugte enkel træbaseret konstruktion. Denne nyere version er baseret på aluminium og T-Slot, så den kan let udvides.

Bucket bot -konceptet er en lodret orienteret robot, hvor alle komponenter er let tilgængelige. Dette er bedre end den lagdelte tilgang, da du ikke behøver at skrue lag af for at arbejde på komponenter på lavere niveau. Dette design har de helt store funktioner til mobile robotter: et håndtag og motorafbryder!

Jeg har også indarbejdet nogle nye komponenter, der gør bygningen lettere. Der er lidt fabrikation involveret, men det hele kan gøres ved hjælp af håndværktøj. Du kan også bruge en laserskærer til en plastudgave af denne robot, eller bruge en metalskæringstjeneste som Big Blue Saw, hvis du vil med de medfølgende designs.

Denne robot bruger en tablet Windows -pc. Men designet vil fungere med ITX, Mini-ITX-tavler samt smarttelefoner og tavler som Arduino, Beagle Bone og Raspberry Pi. Selv Arduino Uno til motorstyring kunne udelukkende bruges.

Dette design var beregnet til at være kompatibelt med Vex / Erector -hardware. Hullerne er 3/16 "på et 1/2" midtermønster.

Jeg kan ikke sige nok gode ting om den T-slot, der bruges i dette design. Jeg brugte 80/20 20 serien, som er 20 mm på en side. Det er lige omkring 3/4 , og det fede er, at du kan bruge standard #8-32 skruer med det (samme som Vex). Når du bruger #8-32 firkantede møtrikker, spinder de ikke i kanalen, og standard vinkelbeslag fungerer godt sammen med den højere hardware, du kan få. T-slot-ekstruderingerne er let tilgængelige på Amazon og EBay-det ~ 4 'stykke, der bruges til dette projekt, koster kun omkring $ 10. T-slot giver en meget flot måde at lave 3D -objekter fra 2D -udskårne dele, så kombinationen er fantastisk til at bygge ting med minimal fremstilling - det kan du især se på motorophængene.

Denne robot styres med RoboRealm maskinsyn. Den bestemmer, hvor robotten skal gå, og sender motorstyringskommandoer over den serielle port. Den serielle port er forbundet til et Arduino Uno og Adafruit Motor Control Shield. Arduino kører et simpelt serielt lytterprogram til at modtage kommandoer og køre motorer og kamera tilt -servo. Prøveprogrammet her er et Fiducial Course - robotten bevæger sig mellem en række fiducial markører i rækkefølge.

Trin 1: Deleliste

For listen herunder fandt jeg noget af hardware online hos McMaster-Carr (MMC). Skruerne kan også findes i lokale hardware- / boligforbedringsbutikker, men større mængder, sekskantede hoveder, rustfrit osv. Kan være lettere at finde hos onlinedeleverandører.

Strukturdele:

Bundplade, motorbeslag og servohylde. Du kan bruge 1/8 "aluminium eller 3/16" plast. De fungerer begge godt. For plasten skal du være opmærksom på, at nogle af fastgørelseselementerne skal være 1/16 "længere. Trin 2 viser nogle prøver af plasten. Se skæreskemaet i de næste trin for detaljer, men alle delene passer på en 8" x 10,5 "ark. En kilde til aluminiumspladen er Online Metals - jeg brugte 5050 aluminium, da det var billigere og skulle forblive skinnende længere. Jeg fandt også et sammenligneligt ark her. En anden idé er at bruge præ -perforerede plader. Erektoren /Vex mønsterhuller er 3/16 "på et 1/2" center * lige * mønster (ikke forskudt). Jeg har prøvet mange af dem, og et af de bedste er perforeret polypropylenark. Et eksempel er MMC 9293T61. 1 /8 "tyk er OK - er lidt fleksibel, men virker, og alle hullerne er klar til at gå. Jeg brugte et ark af dette til hurtigt at markere nogle huller på servo/kamerahylden

• 4 fod (1220 mm) 80/20-serie 20 20 mm x 20 mm T-slot-du kan finde dette på Amazon (nedenfor) eller EBay80/20 20 SERIE 20-2020 20 mm X 20 mm T-SLOTTED EXTRUSION X 1220 mm Hele dette projekt bruger kun lige under 4 fod af det, og prisen er lav - omkring $ 10. Fra dette skal du skære følgende:

  • (2) 1,5 "stykker til motorbeslagene
  • (2) 8,5 "stykker til stigerørene
  • (1) 7 1/4 "stykke til håndtaget
  • (2) 5 11/16 "stykker til tværstængerne

• Button Head Socket Cap Screws - Jeg viser tallene og længderne herunder, men jeg anbefaler stærkt at få et sortiment, så du har den helt rigtige skrue til jobbet. Med T-Slot skal de have den helt rigtige længde, ellers skruer skruerne "ud" på kernen af ekstruderingen, før du kan få dem stramme. IMHO, rustfrit stål er bedst. Mange mennesker kan også lide Black Oxide. Jeg vil ikke anbefale zink (ru) eller ufærdig (udsat for rust).

  • (~ 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 Firkantede møtrikker (MMC 94785A009)
• (4) #8-32 Keps Nuts (MMC 96278a009) - du er ikke absolut nødvendig, og du kan i stedet bruge en firkantet møtrik med en låseskive.
• (~ 6) #8-32 skiver (MC 92141a009)
• (2) #8-32 split låseskiver (MC 92146a545)
• (2) #8-32 x 1-5/8 "øjenbolte
• (7) Hjørnebeslag - se rammetrinet for andre muligheder
• (2) Hjørnebeslag til ekstrudering af aluminium for at forbinde tårnet med basen. Du kan også bare bruge en tyndere ovenstående, hvis du vil. Disse er dog mere stive, og du kan bruge flere af disse i stedet for de tyndere. Hjørnebeslagene fra 80/20 passer til deres ekstruderinger meget bedre end disse generiske, men koster mere.

Bevægelsesdele:

• (2) Nema 17 Stepper Motors - disse virker kraftige nok og kører under 1 amp grænsen på motorskærmen.
• Pololu Universal Aluminium Monteringsnav til 5 mm aksel, #4-40 huller (2-pak)
• Pololu hjul 80 × 10 mm par - masser af sjove farvevalg!
• (8) Motorskruer - M3x6 (.5 stigning), pandehoved (MMC 92000A116) - disse kan være lidt længere
• (4) #4-40 x 3/8 "skruer til hjulene, pandehoved (MC 91772A108)
• (1) Caster - Cool Caster mærke - masser af farver at vælge imellem!
• (2) 5/16 "skiver til hjulstammen (MMC 92141a030)
• (1) 5/16-18 delt låseskive til hjulstammen (MMC 92146a030)
• (1) 5/16 "-18 møtrik til hjulspindel (MMC 91845a030)
• (1) 5/16 "-18 hættemøtrik til hjulspindel (MMC 91855A370)

Elektronik dele:

• Lithium -ion batteripakke. Denne er meget flot til robotik, da den har en 12v 6a -udgang samt en 5v USB -udgang. Nogle tablet -pc'er giver dig mulighed for at oplade, mens du også bruger en USB -port, og nogle gør det ikke.
• Blå 12v belyst switch fra Radio Shack, eller en fra Uxcell på Amazon. Du kan bruge hvilken farve du vil. Jeg fandt, at de mindre havde mere robuste terminaler.
• Arduino Uno
• Adafruit Motor Shield - dette er et fantastisk skjold - kører to trinmotorer og har et par servostik klar til brug.
• (3) 4-40 gevindafstande 1/2 "lange til Arduino UNO (MMC 91780A164)
• (3) 4-40 skruer x 1/4 ", pandehoved (MMC 91772a106)
• (2) 4-40 skiver til standoff kun på undersiden (MMC 92141a005)
• (3) Hurtige frakoblingsterminaler til switch-stik 22-18 AWG.250x.032 (MMC 69525K58)
• Tråd: 20 gauge strandet i rødt og sort

• Krympeslange

  • (3) varmekrympende rød 1/8 "(3 mm) - 3/4" lang
  • (3) varmekrympende sort 1/8 "(3 mm) - 3/4" lang
  • (3) varmekrympende rød 1/4 "(6 mm) - 3/4" lang
  • (3) varmekrympning sort 1/4 "(6 mm) - 3/4" lang
• Zip -slips: (2) 12 "ene til batteriet og et par 4" til ledning.

Computer og kamera:

• 8 "Windows Tablet PC
• Tablet stativmontering
• 1/4-20 hardware til montering af holderen på basen: en 1/2 "skrue, en låseskive og en skive
• 2 -port USB -ledning. Dette er en minimal 2 -port USB -hub med et USB -mikrostik. Du kan bruge enhver hub, du ønsker. Jeg har et Bluetooth -tastatur og en mus, så jeg har kun brug for porte til Arduino og Web Cam.
• USB kamera. De fleste vil fungere. Denne havde en standard 1/4 "x 20 mount i bunden, hvilket gør den let at arbejde med.
• Pan Tilt Kit (eller Lynxmotion BPT -KT) - bemærk, at jeg har inkluderet en servohyldeplan for en pan servo, men jeg endte med bare at bruge tilt til at forbedre kamerastabiliteten.
• Servo - standardstørrelse - jeg brugte en servo med højere effekt (Hitec HS -5645MG) til forbedret stabilitet.
• (2) #2 x 1/4 "pladeskruer til at fastgøre servohornet til pan & tilt -beslaget
• (2) 6-32 skruer til servoen 1/2 "" lang
• (2) 6-32 møtrikker
• (2) 6-32 skiver
• (2) 1/4-20 syltemøtrikker
• (2) 1/4-20 skive
• (2) 1/4-20 låseskive
• 1/4-20 x 1/2 "skrue
• 1/4-20 x 1,5 "? Sekskantbolt

Valgfrie detaljer: Følgende elementer er ikke nødvendige for robotens funktion, men er gode tilføjelser:

• T-Slot endehætter (MMC 5537T14)
• T-Slot Covers (MMC 5537T15) McMaster-Carr bærer kun sort, men andre farver fås fra 80/20 og deres forhandlere

Trin 2: Opbygning af basen

Strukturen består af et par specialbyggede flade dele (basen, motorbeslag og servohylde) og nogle T-Slot-ekstruderinger skåret i længden.

Til basen, motorbeslag og servohylde kan du enten lave dem i hånden eller få dem skåret via vand eller laserstråle. Et par eksempler er vist på billederne.

Det er faktisk ret let at bygge dem i hånden - alle afbildede aluminiumversioner blev udført i hånden med minimale værktøjer. Til de håndlavede, brug 1/8 "aluminium - det er den rigtige kombination af styrke uden at være for tyk til at dele kan monteres osv. Brug skabelonerne mærket" håndlavet ", og print dem ud og fastgør dem til aluminiumspladen. Jeg brugte genplacerbar spray, men tape på kanterne skulle også virke. Jeg brugte også et klistermærke i letterform, som fungerede godt, men var lidt sværere at fjerne. Brug et hul til at markere midten af alle hullerne først, bor derefter de mindre huller ud med de angivne bitstørrelser. Til de større huller skal du bruge et trinbor - dette er et virkelig nyttigt sikkerhedstip, da det laver et meget pænere hul end at prøve at bruge store bits og ikke vil gribe fat i metallet som større bits kan. Konturerne kan skæres med en hack eller savsav, hvis du har en. Fil kanterne, og brug en større bit og afgratning til at fjerne eventuelle grater fra hullerne.

Du kan også bestille disse dele skåret i aluminium fra steder som BigBlueSaw.com. Brug "CNC" -skabeloner til vandstråle- eller laserskæring - de har ikke alle de ekstra markeringer.

Til laserskåret tilgang vil du gerne bruge 3/16 "tænk akryl eller ABS for at få den rigtige styrke. 1/8" er mulig, men vil bøje lidt meget. Bemærk, at akryl er mere tilbøjelig til at revne end polycarbonat (Lexan), men da polycarbonat skaber farlige gasser ved forbrænding (dvs. skæres af en laser), skal du normalt vandstråleskære det alligevel, så du kan lige så godt bruge aluminium, hvis du er betaler for vandstråleskæring. ABS på 3/16 "er OK - bøjer lidt mere end akryl.

Bemærk, at til skæring af akryl og laser skal det tykkere materiale kræve, at alle skruer, der går gennem disse stykker, er 1/16 "længere end for 1/8" aluminium.

Også med 3/16 tykke materialer passer afbryderen bare næsten ikke - skiver osv. Skal fjernes. Aluminium er derfor bedre fra det synspunkt.

Bortset fra det er laserskæringen ret ligetil. Se billederne for et eksempel.

Motorbeslag og motorer

Start med at fastgøre Nema 17 -trinmotorpladerne til trinmotorerne. Brug M3x6 pandehovedskruerne til dem. Ledningerne kan være mod toppen af beslagene for at hjælpe med at holde dem ude af vejen (se billederne).

Brug derefter tre af de #8/32 x 3/8 skruer og firkantede møtrikker til at fastgøre de korte T-slidsekstruder. Jeg satte skruerne og møtrikkerne løst på, trådede derefter ekstruderingen over møtrikkerne og stramte dem derefter ned.

For at montere trinmotorerne på basen skal du sætte fire af de #8/32 x 3/8 skruer og firkantede møtrikker på basen som vist, og derefter skrue motorekstruderne på og stramme. Det tredje sæt huller er i tilfælde du vil sætte nogle skruer der for at gøre basen under batteriet mere jævn. Dette var vigtigere, da jeg brugte en blysyre gelcelle - meget tungere og større end litiumionen!

Når motorerne er på bunden, kan du fastgøre navene ved hjælp af de medfølgende sætskruer og hjulene med skruerne #4-40 x 3/8.

Caster

Hjulet er fastgjort med 5/16 hardware. En møtrik, låseskive og skive under pladen og en skive og hættemøtrik over pladen. Hættemøtrikken er mest for at få det til at se godt ud. Du kan justere møtrikkerne lidt for at få bundpladen i vater med hjulene.

Trin 3: Opbygning af rammen

Saml rammen i henhold til billederne. Da det er T-slot, kan du prøve det et par gange, indtil det ser rigtigt ud. For at fastgøre vinkelbeslagene til T-slidsen skal du bruge #8-32 x 5/16 skruer og firkantede møtrikker. Disse er lidt kortere end dem til motorerne, da beslagene er tyndere.

Øjeboltene skal holde et gummibånd for at hjælpe med at stabilisere kameraet. Dette er valgfrit, men synes at hjælpe. Skær en del af øjet ud med et Dremel -værktøj for at gøre det lettere at fastgøre et gummibånd. Brug skiver og låseskiver til at holde dem fast. Den udvendige møtrik kan være en firkantet eller sekskantet møtrik.

Det nederste vandrette tværstykke skal bruge en firkantet møtrik vendt tilbage for at holde tablet -pc -holderen.

Det øverste vandrette tværstykke skal bruge to firkantede møtrikker, der vender fremad for at holde servohylden.

Jeg brugte de stærkere seler til at fastgøre rammen til basen. Jeg havde brug for at slibe slidserne på den ene side for at ligge fladt mod bunden. Skiver blev brugt, da disse seler havde en stor åbning til skruen.

De valgfri trimstykker vises - bare for at få det til at se flottere ud.

Der er et billede for enden med nogle af mulighederne for vinkelbeslag.

Trin 4: Batteri, tabletmontering og servohylde

Batteri Batteriet er et stærkt litiumionbatteri med en bekvem 12v 6a output. Jeg brugte 12 lynlåse til at holde den nede på basen, og ledningerne vises i et senere trin. Dette batteri har en USB 5v -udgang. Det var fantastisk med en ældre WinBook -tablet, jeg havde, da den havde separat opladning og USB port, men den nyere tablet, jeg bruger, tillader ikke opladning og brug af USB-port på samme tid. En afvejning af strøm og størrelse på den nye. For at køre kun motorerne vil batteriet holde længe.

Tablet PC -holder

Stativbeslaget til tablet-pc'en har en standard 1/4 "-20 gevind. Så du kan bruge et vinkelbeslag til at forbinde det med den nederste tværbøjle på robothåndtaget/rammen. Et hul på vinkelbeslaget skal være boret ud til 1/4 "til bolten. Beslaget er fastgjort til beslaget med en 1/4 "-20 bolt, skive og låseskive. Når det er fastgjort, kan du bruge en #8-32 x 5/16" skrue til at fastgøre det til tværstykket med en firkantet møtrik i T-åbningen fra det foregående trin. Tablet -pc'en skal passe pænt i beslaget i liggende retning.

Servo hylde

Servohylden er et stykke 1/8 aluminium. Planerne er i de vedlagte diagrammer, og den er boret ud med huller til fremtidig ekspansion - du har muligvis ikke brug for dem alle. Jeg endte ikke med at bruge en panservo til at hjælpe med at beholde kameraet mere stabilt, så platformen ikke har udskæringer, men planerne og et billede er inkluderet, så du kan se, hvordan det ville fungere.

Servohylden fastgøres med to hjørnebeslag. Brug #8-32 x 5/16 "skruer til at forbinde den med den øverste ramme/håndtagstværstykke ved hjælp af de to firkantede møtrikker i T-åbningen der. Brug #8-32 x 3/8" skruer og Keps møtrikker til at forbinde beslagene til pladen. Låseskiver og firkantede møtrikker kan også bruges til dette.

Trin 5: Motorstyring

Til stepper motorstyring brugte jeg et Adafruit Motor Shield. Den kører to trinmotorer, og den har stik til to servoer. Dette er perfekt til en grundlæggende version af denne robot. En Arduino Uno bruges som basis for dette, og robotten kører et simpelt serielt lytterprogram til at modtage bevægelseskommandoer og udføre dem.

I stedet for at bore brugerdefinerede huller brugte jeg et par af de standard 3/16 huller, og Arduinoen passer ret godt. Ikke perfekt og ikke lige, men det var let at fastgøre. Nøglen bruger #4-40 skruer til tillade hullet mis-match.

Brug #4-40 x 1/2 lange hexafstande og tilslut dem på tre af Arduino-monteringshullerne med #4-40 x 1/4 skruer. Det fjerde Arduino -hul er en smule overfyldt til standoffs.

For at fastgøre brædderne til robotten skal du kun bruge to #4-40 x 1/2 "skruer og skiver på de udvendige huller - se billederne. De to skruer holder brædderne godt, og den tredje standoff giver et tredje" ben "til holde tavlen på niveau.

Hvis du i stedet vil udlægge de uhyggelige Arduino -monteringshuller, skal du gå efter det!:-)

Trin 6: Servo og kamera

Pan Tilt Unit

Saml pan/tilt -enheden som anvist med disse kits. Et af de kits, jeg fandt, havde ingen indlysende instruktioner, så jeg har inkluderet en masse fotos fra forskellige vinkler. Skruerne #2 x 1/4 metalplader skal montere servohornet på beslaget.

Kameraet er monteret med en 1/4-20 x 3/4 sekskantskrue. En 1/4-20 låseskive, skive og kontramøtrik holder bolten til pan/tilt-enheden. En anden 1/4-20 papirstop møtrik låses mod kameraet for at holde det på plads.

Pan/tilt-enheden er fastgjort til servohylden med to #6-32 x 1/2 bolte, skiver og møtrikker.

Trin 7: Ledningsføring

Tilslutning af strømmen

For at styre strømmen til motorerne brugte jeg en tændt 12v bilkontakt. Det giver en fantastisk synlig bekræftelse på, at strømmen er tændt. Krymp og lod på stikkene, og brug det tyndere varmekrympeslange til at dække loddetappen, derefter den større varmekrymp til at dække selve stikket.

Det kan være lettere at sætte konnektorerne på kontakten, før du bruger den større varmekrympeslange, da det forhindrer, at stikene bliver for stramme på kontaktfanerne.

Billederne viser ledningsopsætningen, og det er ret simpelt. Stikkontakten er til batteripakken, og stikket til stikket er så du let kan tilslutte batteriopladeren.

Trin 8: Valgmuligheder

Et stativ

At stille et stativ er virkelig nyttigt, når du vil teste motorerne uden at robotten tager afsted. Jeg lavede en med noget skrotgran - se billedet for at se, hvordan den var opsat.

LED strips

Alle projekter er bedre med lysdioder!:-) I dette tilfælde bruges de til mere end bare show. Da vi kan forbinde dem til Arduino via en lille elektronisk hastighedskontrol, kan robotten bruge dem til at angive status, hvilket er et godt værktøj til fejlfinding af robotens adfærd. Jeg havde et par ESC'er, der kun var fremadrettet til fly, og perfekte til at styre LED -strips også fra en online hobbybutik.

Da vi har en Arduino, kan du også bruge RGB digitale LED'er som Neopixels (WS2812b LED'er).

Trin 9: RoboRealm

Denne robot bruger kun kameraet som sensor. Du kan nemt tilføje andre, der passer til din applikation.

RoboRealm maskinsyn -systemet bestemmer, hvor robotten skal hen, og sender motorstyringskommandoer over den serielle port. Den serielle port er forbundet til et Arduino Uno og Adafruit Motor Control Shield. Arduino kører et simpelt serielt lytterprogram til at modtage kommandoer og køre motorer og kamera tilt -servo.

For at teste denne robot designede jeg et kursus med Fiducials som waypointmarkører. Fiducials er simple sort / hvide billeder, der er lette at opdage computersynsystemer. Du kan se nogle prøver på nedenstående billeder. Alle former for Fiducials kan bruges, og selv nogle almindelige billeder kan bruges - uanset hvad der fungerer med træningen, er det let nok for robotten at opdage og isolere fra en afstand og er ikke forvirrende med andre billeder i miljøet. Ved hjælp af RoboRealm programmerede jeg robotten til at besøge hver Fiducial i rækkefølge-det er ikke meget kode, da al billedbehandling er udført med peg-og-klik-moduler.. Robo -filen er vedhæftet, og du kan se, hvordan jeg brugte en simpel tilstandsmaskine til at markere hver tilstand, da vi flyttede mellem markørerne. Da vi kan fortælle, hvilken vej Fiducials vender, bruger vi også vinklen som et tip til at fortælle robotten, hvilken måde at begynde at søge efter den næste Fiducial i forløbet. I videoen på det første trin kan du se det 3. fiducial vippe 90 grader til venstre og fortælle robotten at se til venstre i stedet for til højre.

For at bruge den vedhæftede kode skal du downloade.ino -filen og indlæse den på din Arduino Uno.

RoboRealm.robo -filen er den, jeg brugte til denne demo. Den har nogle ekstra filtre og kode fra tidligere motorer osv., Der alle er deaktiveret eller kommenteret, men du kan se nogle af de mulige variationer. For Fiducials skal du åbne Fiducial -modulet og træne det i mappen med vedhæftede Fiducials. Du kan bruge forskellige, men skal ændre filnavne øverst i VBScript -modulet.

Trin 10: Nano-ITX-variant

Jeg byggede også et med et Nano-ITX-bord, som jeg havde. Jeg brugte et 12v strømforsyningskort og monterede harddisken under bundkortet med ekstra vinkelbeslag. Derefter blev standoffs brugt til at holde bundkortet væk fra harddisken.

Trin 11: Mulighed for DC -motor

Jeg brugte DC -motorer til nogle tidligere bygninger. De fungerer fint, og du skal bruge en motorstyring som RoboClaw. Brugen ville være ens, idet en Arduino for enkelthed kører RoboClaw - de har Arduino -prøvekode.

Til denne tilgang brugte jeg DC-gearmotorer og BaneBots-hjul (se billeder).

De ekstra skruer og Keps -møtrikker var til jævn understøttelse under en tidligere version med et 12v 7ah blysyre gelcellebatteri.

Nogle af de viste dele:

(2) Gearhovedmotorer - 12vdc 30: 1 200 o / min (6 mm aksel) Lynxmotion GHM -16

(2) Kvadraturmotorkodere m/kabler Lynxmotion QME-01

(6) Motorskruer - M3x6 (.5 stigning), pandehoved (MMC 91841a007)

(2) Hjul: 2-7/8 "x 0,8", 1/2 "hexmontering på BaneBots

(2) Nav, sekskant, serie 40, sætskrue, 6 mm boring, 2 brede ved BaneBots

(4) Motorstik 22-18 AWG.110x.020 (McMaster 69525K56)

Runner Up i Automation Contest 2017