Robot da disegno per Arduino: 18 passaggi (con immagini)

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

Nota: ho una nuova versione di questo robot che utilizza un circuito stampato, è più facile da costruire e ha il rilevamento degli ostacoli IR! Dai un'occhiata su

Ho progettato questo progetto per un workshop di 10 ore per ChickTech.org il cui obiettivo è introdurre le adolescenti agli argomenti STEM. Gli obiettivi di questo progetto erano:

• Facile da costruire.
• Facile da programmare.
• Ha fatto qualcosa di interessante.
• A basso costo in modo che i partecipanti possano portarlo a casa e continuare a imparare.

Con questi obiettivi in mente, ecco un paio di scelte di design:

• Compatibile con Arduino per una facile programmazione.
• Alimentazione a batteria AA per costi e disponibilità.
• Motori passo-passo per movimenti precisi.
• Stampato in 3D per una facile personalizzazione.
• Stampa a penna con grafica Turtle per risultati interessanti.
• Open Source in modo da poterne creare uno tutto tuo!

Ecco il robot che si è avvicinato di più a quello che volevo fare: https://mirobot.io. Non ho un laser cutter e la spedizione dall'Inghilterra era proibitiva. Ho una stampante 3D, quindi immagino che tu possa vedere dove sta andando…

Non lasciarti scoraggiare dalla mancanza di una stampante 3D. Puoi individuare gli hobbisti locali disposti ad aiutarti su www.3dhubs.com

C'è voluto molto lavoro, ma sono contento di come è andata a finire. E, ho imparato un bel po' nel processo. Fatemi sapere cosa ne pensate!

Passaggio 1: parti

Esistono diversi modi per alimentare, guidare e controllare i robot. Potresti avere diverse parti a portata di mano che funzioneranno, ma queste sono quelle che ho provato e ho trovato che funzionano bene:

Elettronica:

• 1- Arduino UNO o equivalente- adafruit.com/products/50

  Adafruit è ora il produttore statunitense di Arduino originali! Prendili dalla fonte

• 2- Geared 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- Driver Darlington ULN2803 - adafruit.com/products/970
• 1- breadboard mezza misura- adafruit.com/products/64

• 12- Maglioni uomo-uomo- adafruit.com/products/1956

  Almeno due dovrebbero essere 6", il resto può essere 3"

• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1- Intestazione pin maschio- digikey.com/short/t93cbd
• 1- 2 x AA Holder- digikey.com/short/tz5bd1
• 1 -3 x Titolare AA- digikey.com/short/t5nw1c
• Condensatore 1 -470 uF 25V - www.digikey.com/product-detail/en/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• 1 -Interruttore a scorrimento SPDT - www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Cavo micro USB
• 5 - Batterie AA

Hardware:

• 2- 1 7/8" ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Cuscinetto Caster 5/8"- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- Vite a testa bombata M3 x 8 mm- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- Vite a testa piatta M3 x 6 mm- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- Dado M3- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• Filettatura 2 - 1/4" che forma 4-20 viti

Parti stampate (controlla www.3dhubs.com se non hai accesso a una stampante):

• https://www.thingiverse.com/thing:1091401

  • 1 x ruota con cuscinetti a sfera
  • 1 x telaio
  • 2 x ruote
  • 2 x staffa passo-passo
  • 1 x portapenne/staffa servo
  • 1 x collare per penna
• Uso bassa risoluzione, riempimento al 100% e nessun supporto. Si tratta di circa 4 ore di stampa.

Forniture:

• Cacciavite a stella
• Pistola per colla a caldo
• Multimetro digitale
• Coltello affilato
• Pennarelli colorati Crayola

Passaggio 2: flash del firmware

Prima di addentrarci troppo nella costruzione, carichiamo il firmware di prova sul microcontrollore. Il programma di test disegna solo per le scatole in modo da poter verificare la corretta direzione e dimensione.

1. Scarica il software Arduino da www.arduino.cc/en/Main/Software
2. Apri il programma Arduino.

3. Scarica il file zip allegato e decomprimilo nella posizione dello sketchbook di Arduino.

   Puoi trovare (o modificare) questa posizione nell'IDE di Arduino: [File] -> [Preferenze]-> "Posizione dello sketchbook"

4. Carica lo schizzo di prova: [File] -> [Sketchbook] -> [TIRL_Arduino_TEST]
5. Collega il tuo Arduino al computer con un cavo USB.

6. Nell'IDE Arduino:

   1. Imposta il tipo di scheda: [Strumenti] -> [Lavagna] -> Il tuo tipo di scheda.
   2. Imposta la tua porta seriale: [Strumenti] -> [Porta] -> Di solito l'ultima elencata.
7. Carica lo schizzo usando l'icona a forma di freccia.

In caso di problemi, fare riferimento a www.arduino.cc/en/Guide/Troubleshooting per assistenza.

Passaggio 3: portapenne e portabatterie

1. Inserire i dadi sul lato superiore del telaio (Immagine 1). Potrebbe essere necessario premerli.
2. Installare il portapenna con la staffa del servo sul lato superiore del telaio (Immagini 2 e 3).

3. Fissare i supporti della batteria sulla parte inferiore del telaio utilizzando viti a testa piatta 3Mx6mm (Immagine 4)

   • Hai bisogno di almeno 5xAA per alimentare correttamente un Arduino tramite il suo regolatore di bordo. Anche sei funzionerebbero, quindi ho incluso fori per entrambe le dimensioni su entrambi i lati.
   • Vuoi che il peso sia spostato verso l'incantatore, quindi metti il 3xAA verso la parte posteriore.
   • Orientare i supporti in modo che i cavi siano più vicini ai cavi rettangolari.
4. Infilare i cavi della batteria attraverso i cavi rettangolari (Immagine 4).
5. Ripetere per l'altro portabatteria.

Nota: se non diversamente specificato, il resto delle viti sono viti a testa bombata 3Mx8mm

Passaggio 4: Backet passo-passo

1. Inserire un dado nella staffa dello stepper e fissarli alla parte superiore del telaio con una vite (Immagine 1).
2. Inserire lo stepper nella staffa e fissarlo con viti e dadi.
3. Ripetere per l'altra parentesi.

Passaggio 5: Caster

1. Inserire il cuscinetto a sfera nella ruota.

   Non forzarlo o si romperà. Se necessario, usa un asciugacapelli o una pistola ad aria calda per ammorbidire il materiale

2. Fissare la ruota al lato inferiore del telaio davanti al supporto della batteria.

Ho provato altri oggetti rotondi come le biglie, ma lisci e pesanti sembrano funzionare bene. Se hai bisogno di un diametro diverso, puoi modificare il file openScad (https://www.thingiverse.com/thing:1052674) per adattarlo a quello che hai a portata di mano.

Passaggio 6: tagliere e cervelli

1. Rimuovere uno dei binari di alimentazione utilizzando un coltello affilato, tagliando l'adesivo inferiore (Immagine 1).

   Un binario ha alimentazione (rosso) sul bordo esterno, l'altro negativo (blu). Metto il primo allegato e corrisponderà agli schemi e alle foto. Se usi l'altro, regola i fili di conseguenza

2. Tenendo la breadboard sopra le guide del telaio, segnare il punto in cui si intersecano con il bordo (Immagine 2).
3. Usando un bordo dritto (come la barra di alimentazione rimossa), segna le linee e taglia il supporto (Immagine 3).
4. Posiziona la breadboard sullo chassis con le guide che toccano l'adesivo esposto (Immagine 4).
5. Fissa l'Arduino all'altro lato dello chassis usando 4-20 viti (Immagine 5).

Passaggio 7: posizionamento del condensatore e della parte

1. Posiziona il driver darlington e l'interruttore di alimentazione sulla breadboard (Immagine 1).

   • Ho aggiunto punti arancioni per la visibilità per contrassegnare quanto segue:

     • Pin 1 del driver darlington
     • Il pin della batteria del microtroller. L'interruttore di alimentazione in posizione "on".
2. Se necessario, tagliare i cavi del condensatore (più lungo è negativo) (Immagine 2).
3. Inserire il condensatore nelle guide corrette sulla parte superiore della breadboard (Immagine 3).

Passaggio 8: alimentazione

1. Con i cavi della batteria di destra: collegare la linea rossa al primo pin dell'interruttore di alimentazione (Immagine 1).
2. Collegare il cavo nero a una riga vuota tra il microcontrollore e il chip darlington (Immagine 1).
3. Con i cavi della batteria di sinistra: collegare la linea rossa alla stessa riga del cavo nero dell'altra batteria (Immagine 2).
4. Collega la linea nera al binario negativo della breadboard (Immagine 2).

5. Collegare l'alimentazione al microcontrollore:

   1. Ponticello rosso dalla guida positiva al pin della batteria (punto arancione, immagine 3).
   2. Ponticello nero dal binario negativo al pin contrassegnato con "G" (Immagine 4).
6. Installare le batterie e accendere l'unità (Immagine 5).
7. Dovresti vedere le luci verde e rossa del controller accendersi (Immagine 6).

Risoluzione dei problemi:

• Se le spie del microcontrollore non si accendono, spegnere immediatamente l'alimentazione e risolvere i problemi:

  • Le batterie sono installate con l'orientamento corretto?
  • Ricontrollare il posizionamento dei cavi della batteria.
  • Verificare il posizionamento dei cavi dell'interruttore.
  • Utilizzare un multimetro per controllare le tensioni delle batterie.
  • Utilizzare un multimetro per controllare le tensioni della linea di alimentazione.

Passaggio 9: alimentazione passo-passo

Ora che hai l'alimentazione al microcontrollore, finiamo di collegare l'alimentazione agli stepper:

1. Collegare un ponticello nero dal pin Darlington in alto a sinistra al lato negativo della barra di alimentazione (Immagine 1).
2. Collegare un ponticello rosso dal pin darlington in basso a sinistra al lato positivo della barra di alimentazione (Immagine 1).
3. Collega un ponticello rosso dal pin darlington in basso a sinistra a una riga a destra del darlington (Immagine 2).
4. Inserisci le intestazioni dei pin per i connettori JST bianchi dello stepper (Immagine 2).

Passaggio 10: segnali di controllo passo-passo

Il microcontrollore fornisce segnali a 5 volt all'array darlington che a sua volta fornisce VCC alle bobine stepper:

1. Inizia con il pin accanto al pin di terra sul driver darlington e installa i fili arancioni, gialli, verdi e blu in questo ordine (Immagine 1).

2. Collegare i ponticelli ai seguenti pin di arduino (Immagine 2):

   1. arancione - Pin digitale 4
   2. giallo - Pin digitale 5
   3. verde - Pin digitale 6
   4. blu - Pin digitale 7

3. Torna al darlington, continua il jumper per l'altro stepper al contrario degli altri:

   blu, verde, giallo e arancione (Immagine 3)

4. Collegare i ponticelli ai seguenti pin di arduino (Immagine 4):

   1. blu - Pin digitale 9 (pin 8 utilizzato quest'ultimo per il servo).
   2. verde - Pin digitale 10
   3. giallo - Pin digitale 11
   4. arancione - Pin digitale 12

Passaggio 11: collegamenti della bobina passo-passo

I connettori JST bianchi dello stepper si collegano all'intestazione del pin. Il cavo rosso è alimentazione e dovrebbe corrispondere ai ponticelli di alimentazione rossi che abbiamo installato in precedenza (Immagine 1).

Tutti i colori dovrebbero corrispondere ai ponticelli del microcontrollore sul lato opposto del darlington, ad eccezione del verde, che corrisponde al filo rosa dello stepper (Immagine 2).

Passaggio 12: Servo

1. Installare la squadretta del servo con il servo ruotato in senso orario fino all'arresto e la squadretta in orizzontale (Immagine 1).
2. Attacca il servo al supporto e la squadretta è rivolta verso il lato destro dello stepper (Immagine 1).
3. Collegare i ponticelli marrone (massa), rosso (alimentazione 5V) e bianco (segnale) al connettore del servo, facendo corrispondere i colori del cavo del servo (Immagine 2).
4. Collegare i ponticelli di alimentazione e di massa alla terra e all'intestazione 5V su Arduino (Immagine 3).
5. Collega il cavo del segnale bianco al pin digitale 8 di Arduino (Immagine 4).

Passaggio 13: ruote

1. Posizionare l'o-ring di gomma attorno al bordo della ruota (Immagine 1).

2. Se l'adattamento del mozzo sull'asse è allentato, è possibile utilizzare una vite 3M per tenerlo in posizione (Immagine 2).

   Non stringerlo troppo o strapperai la plastica

Passaggio 14: test

Si spera che tu abbia già caricato il firmware nel passaggio 2. In caso contrario, fallo ora.

Il firmware di test disegna ripetutamente un quadrato in modo da poter controllare la direzione e la precisione.

1. Posiziona il tuo robot su una superficie liscia, piana e aperta.
2. Accendere l'alimentazione.
3. Guarda il tuo robot disegnare quadrati.

Se non vedi le luci sul microcontrollore, torna indietro e risolvi i problemi di alimentazione come nel passaggio 8.

Se il tuo robot non si muove, ricontrolla i collegamenti di alimentazione al driver darlington al punto 9.

Se il tuo robot si muove in modo irregolare, ricontrolla le connessioni dei pin per il microcontrollore e il driver darlington nel passaggio 10.

Passaggio 15: calibrazione

Se il tuo robot si muove in un quadrato approssimativo, è il momento di mettere giù della carta e metterci dentro una penna.

Misura il diametro della ruota (Immagine 1) e l'interasse (Immagine 2) in millimetri.

Le tue impostazioni di calibrazione nel codice sono:

galleggiante wheel_dia=63; // mm (aumento = spirale fuori)

float wheel_base=109; // mm (aumento = spirale in) int steps_rev=128; // 128 per cambio 16x, 512 per cambio 64x

Ho iniziato con un diametro della ruota misurato di 65 mm e puoi vedere le scatole ruotare verso l'esterno o in senso orario ad ogni passo (Immagine 3).

Alla fine sono arrivato a un valore di 63 mm (Immagine 4). Puoi vedere che c'è ancora qualche errore intrinseco dovuto alla frustata degli ingranaggi e simili. Abbastanza vicino per fare qualcosa di interessante!

Passaggio 16: alzare e abbassare la penna

Abbiamo aggiunto un servo, ma non abbiamo fatto nulla con esso. Ti permette di alzare e abbassare la penna in modo che il robot possa muoversi senza disegnare.

1. Posiziona il collare della penna sulla penna (Immagine 1).

   Se è allentato, fissalo con del nastro adesivo

2. Controllare che tocchi la carta quando il braccio del servo viene abbassato.
3. Verificare che non tocchi la carta quando viene sollevata.

Gli angoli del servo possono essere regolati sia rimuovendo il quadrilatero e riposizionandolo, sia tramite il software:

int PEN_GI = 20; // angolo del servo quando la penna è abbassata

int PEN_UP = 80; // angolo del servo quando la penna è in alto

I comandi della penna sono:

pennarello();

pendown();

Se si desidera utilizzare penne di dimensioni diverse, sarà necessario modificare il portapenne (www.thingiverse.com/thing:1052725) e il collare della penna (www.thingiverse.com/thing:1053273) con il diametro corretto.

Passaggio 17: divertiti

Spero che tu sia arrivato fin qui senza troppe parolacce. Fammi sapere con cosa hai lottato così posso migliorare le istruzioni.

Ora è il momento di esplorare. Se guardi lo schizzo di prova, vedrai che ti ho fornito alcuni comandi "Tartaruga" standard:

avanti (distanza); // millimetri

indietro (distanza); sinistra(angolo); // gradi retto(angolo); pennarello(); pendown(); fatto(); // rilascia lo stepper per risparmiare la batteria

Usando questi comandi, dovresti essere in grado di fare qualsiasi cosa, dal disegnare fiocchi di neve o scrivere il tuo nome. Se hai bisogno di aiuto per iniziare, controlla:

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

Passaggio 18: altre piattaforme

Questo robot potrebbe essere fatto con un ?

Sì! Questa piattaforma è molto flessibile. Dovresti principalmente solo modificare il telaio.

L'ho fatto con un Raspberry Pi (Immagine 1) e un Adafruit Trinket (www.instructables.com/id/Low-Cost-Arduino-Compatible-Drawing-Robot/) (Immagine 2).

Fammi sapere cosa ti viene in mente!