Come costruire il ProtoBot: un robot educativo 100% open source, super economico: 29 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Il ProtoBot è un robot open source al 100%, accessibile, super economico e facile da costruire. Tutto è Open Source: hardware, software, guide e curriculum, il che significa che chiunque può accedere a tutto ciò di cui ha bisogno per costruire e utilizzare il robot.

È un ottimo modo per apprendere le basi della saldatura, dell'ingegneria elettrica e della programmazione.

Questo Instructable spiega come costruirne uno, dalla scheda nuda, componenti e pezzi stampati in 3D, a un ProtoBot completamente assemblato (e si spera funzionale!).

(Se vuoi saperne di più sui ProtoBots in generale e/o sul progetto ProtoBot, visita https://theprotobotproject.wordpress.com, o sui ProtoBots Github, su

Puoi anche trovare una versione PDF di questa guida su

Passaggio 1: materiali di consumo: parti

Una volta che sei pronto per iniziare, ecco di cosa avrai bisogno. Le quantità sono per 1 robot.

Parti: (il link n. 1 è eBay, n. 2 è AliExpress, di solito più economico)

• 2 x N20 motoriduttori, 300 giri/min, 12 V (collegamento, collegamento)
• 1 x Arduino Nano (collegamento, collegamento)
• 2 x ruote in plastica, 39 mm, foro da 3 mm (lotto di 10: maglia gialla, maglia gialla, maglia rosa)
• 2 x finecorsa tattili (collegamento da 10 pezzi)
• 2 resistenze da 220 Ohm (100 pezzi: link, link)
• 4 x 10K resistori (100 pezzi: collegamento, collegamento)
• 1 x driver del motore L293D (collegamento, collegamento)
• 2 x sensore IR TCRT5000L (10 pezzi: collegamento, collegamento)
• 7 x cavi DuPont femmina-femmina (40 pezzi: collegamento, collegamento)
• 1 clip per batteria da 9 V (10 pezzi: collegamento, collegamento)
• 18 x perni di intestazione maschio (200 pezzi: collegamento, collegamento già piegato a 90 gradi)
• 32 x pin testata femmina (400 pezzi: collegamento, collegamento)

Le quantità si applicano solo alle inserzioni in cui viene venduto un singolo articolo (Arduino e motori), poiché tutto il resto è sfuso e avrai degli extra rimasti. Quando le inserzioni superano la quantità necessaria, di solito è perché è più economico acquistare in blocco rispetto ai singoli articoli. Non mi sto lamentando!

Un'altra cosa: tutto qui viene dalla Cina, quindi la spedizione richiede normalmente un mese, a volte due in casi estremi. Tuttavia, non ho mai avuto nulla che non si presentasse alla fine.

Passaggio 2: materiali di consumo: parti (il resto)

Ma aspetta! C'è più!

Hai ancora bisogno di alcune parti in più, vale a dire le parti stampate in 3D, il circuito stampato, la batteria e il "gancio e anello di fissaggio" (come il velcro, ad esempio) per la batteria.

• Chiusura a strappo (eBay Link, un metro di roba)
• Batteria (eBay Link, ma basta acquistarla in negozio)

Parti stampate in 3D:

• I file STL si trovano su
• Quando vai in stampa, ridimensionali alla dimensione del 105% e modifica il riempimento al 30%. Non sono necessari supporti, decidi tu se hai bisogno di una zattera. Le antenne possono adattarsi più facilmente ai sensori di urto se ridimensionate un po' più grandi.

Scheda di circuito:

Se vuoi provare a inciderlo tu stesso, vai avanti. Tutto ciò di cui hai bisogno è su

Cosa ho fatto (il modo più semplice, se non hai già le cose):

• Ho usato www.pcbway.com e ti fanno fare 5 pezzi per $ 5, senza contare la spedizione. Quando realizziamo circa 20 pezzi per i campi STEM, costa circa $ 24, spedizione inclusa.
• Crea un account con loro, carica il file zip gerber e ti daranno il numero richiesto di schede.

Passaggio 3: materiali di consumo: strumenti

Ora probabilmente è già roba che hai, ma ti darò comunque i link qui.

Strumenti: (Link ad Amazon)

• Saldatori ($ 7 su Amazon, ma li abbiamo usati nei campi e sono molto impressionato, superano i 25 $ Weller che abbiamo.)
• Saldatura (viene fornito con il ferro da $ 7, quindi non ne hai bisogno ora, ma questo ti durerà per sempre)
• Helping Hands (non necessario, non ne ho ancora comprate, ma sicuramente semplificano la vita)
• Solder Sucker (davvero utile quando non è intasato)
• Detergente per lana d'ottone (per mantenere la punta del ferro in buone condizioni)
• Supporto per saldatore (in modo da non appoggiare accidentalmente il braccio sul ferro)
• Tagliafili (avrai bisogno di questi)
• Spelafili (Puoi farne a meno, ma rendono la vita molto più facile)
• Pinze ad ago (non assolutamente necessarie, ma carine)
• Pistola per colla a caldo ad alta temperatura e colla (anche la colla CA o qualcos'altro potrebbe funzionare)

Lo spendaccione conservatore potrebbe scuotere la testa davanti a questa enorme quantità di strumenti da acquistare, ma tieni presente che ciascuno di questi strumenti, se adeguatamente curato, durerà per anni e può essere utilizzato per una varietà di cose oltre fare piccoli robot. (Detto questo, ti sento!)

Passaggio 4: assemblaggio del motore e del sensore di urto: tagliare, spellare, "n fili di stagno"

Iniziamo con i cavi per i sensori di urto e i motori. Avrai bisogno di allestire il tuo saldatore e un posto di lavoro per la saldatura, e potresti volere una qualche forma di ventilazione. Un piccolo ventilatore a bassa velocità è carino.

1. Separare 2 set di 4 fili dai ponticelli da femmina a femmina.
2. Usa le tue tronchesi per tagliarli al centro di ogni set.
3. Usando le tue spogliarelliste, togli circa 5 mm o 1/4 di isolamento dalle estremità dei fili.
4. Separare le estremità del filo, quindi attorcigliare i singoli fili di rame per tenerli in ordine.
5. Stagna ogni estremità del filo tenendo il ferro stagnato sopra il filo, mentre applichi il filo alla saldatura.

Quando hai finito, dovresti avere 4 set di 2 fili ciascuno, con 2 fili stagnati a un'estremità e 2 connettori femmina a ciascuna estremità.

Passaggio 5: assemblaggio del motore e del sensore di urto: motori e sensori di saldatura

Tieni acceso il saldatore, perché non abbiamo ancora finito…

1. Per ogni set di fili, piega le estremità in scatola di 180 gradi l'una dall'altra.
2. Inserire le estremità del cavo nelle linguette del connettore sui motori e sui sensori di urto, come mostrato nelle immagini.
3. Fissare in qualche modo i motori e i sensori.
4. Usando il ferro stagnato, salda i fili alle linguette del connettore.

Passaggio 6: Assemblaggio del sensore IR: taglio, striscia, 'n tin

Con i motori e i sensori d'urto finiti, è ora di passare ai sensori IR.

• Separare un set di 3 fili femmina-femmina.
• Tagliateli a metà.
• Rimuovere circa 5 mm o 1/4 di pollice di isolamento dalle estremità.
• Stagna i fili tenendoli sulla saldatura, quindi applicando il ferro stagnato.

Quando hai finito, dovresti avere 2 set di 3 fili con i connettori femmina su un'estremità e le estremità del filo stagnato sull'altra.

Passaggio 7: montaggio del sensore IR: preparazione dei sensori

Questa è probabilmente la saldatura più difficile che dovrai fare. Prenditi il tuo tempo!

1. Usa il tuo tagliaunghie per tagliare i cavi extra, lasciando circa 5 mm o 1/4 di pollice esposti dal corpo in plastica del sensore.
2. Calcola l'orientamento del sensore in base all'immagine.
3. Piegare il cavo GND per il LED blu in modo che entri in contatto con il cavo GND del LED nero.
4. Fissare i sensori, quindi utilizzare il saldatore per effettuare una connessione di saldatura tra i cavi GND che hai collegato.

Passaggio 8: assemblaggio del sensore IR: fili di saldatura

Ora siamo pronti per collegare i fili ai sensori IR.

1. Separa le estremità dei fili, in modo da avere i singoli fili separati di circa 2,5 cm o 1 pollice.
2. Iniziare a saldare i fili, in ordine, a ciascuno dei 3 fili del sensore.
3. Se stai usando del nastro adesivo come me, quando hai finito con un lato, capovolgi il sensore e salda l'altro lato.

Nota: poiché i cavi DuPont sono colorati in modo casuale, non è facile attenersi a una convenzione di colore, quindi consiglierei solo di mantenerlo coerente tra le coppie di sensori. Di solito provo a farli in ordine, con GND, Sense e poi +5V, con il colore finale più scuro che è GND.

Passaggio 9: assemblare il cavo della batteria

Ultimo, ma non meno importante, dovremo saldare insieme il cavo della batteria.

• Prendi l'ultima lunghezza di 2 pin delle intestazioni maschili, quindi spingi il divisore di plastica verso il basso all'incirca al centro dei pin.
• Usando un paio di pinze, piega un lato con un angolo di 90 gradi.
• Fissalo in qualche modo (ho usato un pezzo di schiuma, quindi ho aggiunto del nastro adesivo per mantenere le intestazioni in posizione quando la schiuma si è sciolta).
• Stagna ogni pin, così sarà facile saldare i fili.
• Assicurandosi che la polarità sia corretta (Rosso = +, Nero = -), saldare il connettore della batteria ai pin.

(Se i connettori della batteria non sono già smontati e stagnati, dovrai farlo.)

Col senno di poi, potrebbe essere una buona idea mettere un piccolo pezzo di tubo termoretraibile sopra il giunto tra i fili e i perni del collettore.

Passaggio 10: prenditi una pausa

Ora che hai finito i sensori e i motori, è una buona idea fare una pausa. Ho assemblato un sacco di parti per i ProtoBot e ho ancora bisogno di fare delle pause ogni tanto.

Mentre ti prendi la tua pausa, vai avanti e cogli l'occasione per ripulire tutti i piccoli pezzi di isolamento metallico e metallico sul tuo spazio di lavoro. Quindi, prendi una boccata d'aria fresca e fatti un bel drink con qualcosa di rinfrescante.

Quando ti senti sufficientemente riposato, sentiti libero di continuare!

Passaggio 11: assemblare Arduino

Andiamo avanti, iniziando con l'assemblaggio dell'Arduino.

• Tira fuori l'Arduino dalla busta di plastica in cui è arrivato
• Trova le due lunghezze di intestazioni a 15 pin e inseriscile, con il lato corto rivolto verso l'alto, nell'Arduino, come mostrato.
• Inserisci l'arduino in una scheda per assicurarti che le intestazioni rimangano all'angolazione corretta durante la saldatura.
• Cominciando dagli angoli, salda ogni pin all'Arduino.

Quando hai finito, controlla se ci sono saldature che collegano due pin. Per rimuovere la saldatura in eccesso, scioglila al centro con il ferro da stiro, quindi trascinala via dai perni. Se non funziona, prova ad aspirare l'eccesso con la ventosa per saldatura.

Noterai che non ho saldato il set di 6 pin: quelli sono i pin ICSP, utilizzati per programmarlo senza l'USB. Non ne abbiamo bisogno per il ProtoBot, ma puoi scegliere di saldarli, se lo desideri.

Passaggio 12: assemblare la scheda: raccogliere le parti

Dovresti avere tutte le parti di cui avrai bisogno per la tavola, ma prenditi un momento per raccoglierle nelle quantità di cui avrai bisogno.

• 1 x scheda ProtoBot
• 1 x Arduino Nano assemblato
• 2 resistenze da 220 ohm
• Resistori 4 x 10K
• 1 x 14 pin di lunghezza dei pin dell'intestazione maschio
• 2 x 15 pin di lunghezza dei pin dell'intestazione femmina
• 1 x 2 pin di lunghezza dei pin dell'intestazione femmina
• 1 x chip del driver del motore L293D

Per tagliare le intestazioni femminili, uso le tronchesi e le aggancio su un perno in più. Dovrai sacrificare uno spillo per ogni taglio, ma dovresti comunque averne abbastanza.

Passaggio 13: Assemblare la scheda: pin dell'intestazione femmina a saldare

Se lo desideri, puoi saltare i pin dell'intestazione femminile, ma semplifica il riutilizzo di Arduino o la risoluzione dei problemi nel caso in cui qualcosa vada storto.

1. Inserisci l'Arduino nei pin dell'intestazione femmina. (In questo caso, lo stiamo usando solo per tenerli allineati)
2. Inserisci il gruppo pin Arduino/header nella scheda e fissalo alla scheda.
3. A partire dai pin d'angolo, saldare i pin dell'intestazione femmina alla scheda.

Passaggio 14: assemblare la scheda: chip del driver del motore di saldatura

È ora di saldare il driver del motore!

1. Inserisci il driver del motore nella scheda, con la tacca sulla parte superiore del chip allineata con lo spazio nel contorno sulla scheda.
2. Fissalo con del nastro adesivo.
3. Saldare ogni pin, iniziando da quelli nell'angolo, quindi continuando con il resto.

Passaggio 15: assemblare la scheda: saldare i resistori da 10K

Quando hai finito con il driver del motore, passeremo ai resistori da 10K.

1. Trova 4 resistori da 10K. Potrebbero essere di colore blu o marrone chiaro, ma a seconda di quale, dovrebbero corrispondere alle bande di colore nel diagramma.
2. Piegare i cavi su ciascun resistore con un angolo di 90 gradi verso il basso.
3. Inserire ciascuno dei 4 resistori nei punti contrassegnati con "10K" sulla scheda.
4. Usa del nastro adesivo per fissarli alla scheda (oppure piega semplicemente i cavi, ma il nastro adesivo funziona meglio).
5. Saldare ciascuno, facendo attenzione a non riempire gli altri fori attorno ad essi.
6. Quando hai finito, taglia il cavo in più sopra il giunto di saldatura, quindi rimuovi il nastro adesivo.

Nota: raramente ho avuto problemi con questo, ma a volte tagliare i cavi dopo la saldatura può rompere le tracce sulla scheda, che di solito non è riparabile. Stai attento!

Passaggio 16: assemblare la scheda: saldare i resistori da 220 Ohm

Ora facciamo le resistenze da 220 ohm.

1. Come con i resistori da 10K, quelli da 220 potrebbero essere marrone chiaro o blu, assicurati solo che corrispondano alle bande di colore, come mostrato nel diagramma.
2. Piegare i cavi a 90 gradi, quindi inserirli nei punti contrassegnati con "220".
3. Fissali con del nastro adesivo o piega i cavi.
4. Saldare i cavi nella scheda.
5. Quando hai finito, aggancia i cavi, quindi rimuovi il nastro adesivo.

Passaggio 17: assemblare la scheda: pin dell'intestazione del sensore

Passiamo alle intestazioni per il collegamento dei sensori.

1. Suddividi il tuo set di connettori maschio da 14 pin in 4 x 2 pin e 2 x 3 pin.
2. Usa del nastro adesivo per fissare le intestazioni, con il lato corto rivolto verso il basso, nei punti delle schede contrassegnati con "BL", "BR" (lunghezza a 2 pin) e "IRR" e "IRL" (lunghezza a 3 pin). Avrai a disposizione 2 set di lunghezze a 2 pin, per ora non preoccuparti.
3. Saldare i pin in posizione dalla parte inferiore della scheda. Ho fatto le lunghezze a 2 pin e 3 pin separatamente, ma potresti farle tutte insieme.
4. Rimuovere il nastro adesivo

Passaggio 18: assemblare la scheda: pin dell'intestazione del motore

Ricordi quelle due lunghezze di intestazione extra a 2 pin? Li useremo per collegare i motori.

1. Usando un paio di pinze, piega il lato più lungo dei cavi con un angolo di 90 gradi.
2. Inserirli nei punti della lavagna contrassegnati "MR" e "ML".
3. Fissali con del nastro adesivo.
4. Saldarli in posizione, quindi rimuovere il nastro adesivo.

Passaggio 19: assemblare la scheda: connettore della batteria

Quasi fatto! Dobbiamo solo aggiungere il connettore della batteria.

1. Prendi la tua lunghezza di 2 pin dei pin dell'intestazione femminile e inseriscili nel punto sulla scheda contrassegnato con "Bat.".
2. Fissali in posizione con un pezzo di nastro adesivo.
3. Saldare i pin nella scheda, quindi rimuovere il nastro adesivo.

Passaggio 20: assemblare la scheda: controllare tutto

Prima di finire, dai un'occhiata alla lavagna e assicurati che tutto sia come e dove dovrebbe essere.

Controlla:

• Ponti di saldatura (quando la saldatura collega due pin insieme)
• Roba posizionata nel modo sbagliato o nel posto sbagliato
• Pin collegati/saldati in modo errato

I ponti di saldatura sono abbastanza facili da riparare, basta usare una ventosa per saldatura e un ferro caldo per eliminare l'eccesso.

Le cose che sono state saldate nel modo sbagliato dovranno essere dissaldate e rimesse nel modo giusto. Stessa procedura per rimuovere i ponti, fallo su ogni pin su tutto ciò che deve essere rimosso.

Passaggio 21: prenditi una pausa

Ormai, stai saldando da un po'. Potrebbe essere una buona idea fare una pausa, prendere una boccata d'aria fresca e allungare i muscoli del collo.

Già che ci sei, puoi ripulire il materiale di saldatura e mettere via il ferro, quindi impostare la pistola per colla a caldo per iniziare a riscaldare.

Passaggio 22: Assemblaggio del robot: raccogliere le parti

Ora sei pronto per assemblare il ProtoBot!

Assicuriamoci di avere le parti di cui hai bisogno.

• 1 x ProtoBotBoard con Arduino Nano inserito
• 1 x base stampata in 3D
• 2 x parti dell'antenna stampate in 3D
• 4 supporti per schede stampate in 3D
• 2 x sensori di urto
• 2 x sensori IR
• 2 x N20 motoriduttori
• 2 ruote in plastica da 39 mm (foro interno di 3 mm di diametro)
• 1 x connettore batteria
• 1 batteria da 9 V
• 1 set di Hook and Loop Fastner (come il velcro), tagliato a circa la lunghezza della batteria da 9V

Avrai anche bisogno di una pistola per colla a caldo e della colla, preferibilmente ad alta temperatura.

Passaggio 23: assemblaggio del robot: motori per colla

Partiamo dai motori

• Metti una generosa quantità di colla a caldo nei supporti del motore.
• Posiziona i motori nei supporti, con i fili che escono dal retro del robot.

Nota: fai attenzione a non mettere la colla a caldo nell'area in cui saranno i riduttori, si gonfieranno e non funzioneranno. Generalmente metto la mia piccola quantità di colla sulle estremità dei supporti del motore che sono più vicine al centro del robot per assicurarmi che non viaggi fino alle estremità, dove si trova il cambio.

Passaggio 24: Assemblaggio del robot: sensori di urto

Facciamo ora i sensori di urto.

• Monta l'antenna su un sensore di collisione, come mostrato.
• Una volta indossato, puoi aggiungere una piccola quantità di colla a caldo per fissarlo, se lo desideri.
• Metti delle gocce di colla a caldo su ogni piattaforma del sensore di urto sulla base.
• Premi i sensori di urto in posizione, assicurandoti che siano allineati con i bordi della piattaforma.

Nota: a seconda del funzionamento della stampante, l'antenna può essere difficile da installare. Fai solo attenzione a non appoggiare i sensori di urto o romperli. (Ecco perché stamparli un po' più grandi aiuta molto)

Passaggio 25: assemblaggio del robot: sensori IR

Sensori EyeR! (Hehe, Geddit? Ok, ok, l'occhio si fermerà ora)

• Metti una piccola quantità di colla nella parte superiore dei supporti del sensore IR.
• Piegare i fili dei sensori IR in modo che non siano d'intralcio, quindi inserirli nei supporti, in modo che le parti superiori sporgano leggermente.

Passaggio 26: Assemblaggio del robot: collegare la scheda

Attacchiamo ora la scheda al Robot.

• Prepara i tuoi 4 supporti per circuiti stampati.
• Metti una piccola quantità di colla a caldo su ogni angolo della tavola.
• Fissare i supporti della scheda a ciascun angolo.
• Quando hai finito, metti una piccola quantità di colla a caldo su ogni supporto.
• Attacca la scheda al corpo del robot, con il driver del motore e i perni verso la parte posteriore e i piedini di connessione del sensore verso la parte anteriore.

Passaggio 27: Assemblaggio del robot: collegare i cavi, aggiungere le ruote

Colleghiamo tutti i sensori e i motori.

• Prendi i cavi dai sensori a urto e IR e inseriscili attraverso il foro nella base del robot.
• Collegare il motore sinistro alla porta etichettata "ML"
• Collegare il motore destro alla porta etichettata "MR"
• Attacca le ruote ai motori.
• Se sono rosa, avranno un foro a forma di "D" che deve essere allineato con il punto piatto sull'albero del motore.
• Se sono gialli, possono continuare, ma probabilmente vorrai aggiungere della colla per assicurarti che non girino.
• Collegare i sensori di urto sinistro e destro nelle rispettive porte, etichettate "BL" e "BR". L'ordine dei fili non ha importanza qui.(Nota che il sensore che si trova a destra non si collegherà alla porta giusta, perché l'antenna è in realtà a sinistra.)
• Scopri quali sono i fili sui sensori IR, in base allo schema e quali fili si trovano dove, quindi collegali ai pin corretti sulla scheda, etichettati PWR, IN e GND. (Sensore destro in "IRR", sensore sinistro in "IRL").

Passaggio 28: Assemblaggio del robot: collegare la batteria da 9 V

Ora collegheremo la batteria.

• Prendi la chiusura a strappo (IE, velcro) e taglia un pezzo di ciascun lato lungo circa quanto la batteria.
• Attacca un lato alla parte inferiore della base, dove va la batteria.
• Individua la posizione della batteria, in base alla direzione dei fili provenienti dal cavo della batteria, quindi fissa la chiusura a strappo (IE, velcro) in modo che si adatti correttamente. (Vedi le immagini. Non importa se non lo fai orientare correttamente.)
• Fai passare il filo dalla batteria attraverso il foro nella base.

Passaggio 29: finito

Collega la batteria! Se non esce fumo magico, sei a posto!

Il prossimo passo è programmarlo, ma lo tratteremo in un'altra istruzione. (Collegherò qui, non appena avrò finito)

Se sei impaziente, non puoi aspettare e sai come usare le librerie Arduino, la libreria può essere trovata qui:

Se vuoi saperne di più sui ProtoBots in generale e/o sul progetto ProtoBot, visita https://theprotobotproject.wordpress.com, o sui ProtoBots Github, su