DFRobot Turtle Robot: 12 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Ad oggi, i miei progetti di robot da officina sono stati orientati verso il basso costo e la facilità di assemblaggio. E se le prestazioni e la precisione fossero gli obiettivi e non i costi? E se un'azienda di kit di robot fosse disposta a donare parti? E se disegnassimo con qualcosa di diverso dai pennarelli?

Quindi, l'obiettivo di questo progetto è quello di realizzare un accurato Turtle Robot utilizzando parti standard che disegneranno qualcosa di interessante per la prossima Maker Fair.

Via le tartarughe!

Passaggio 1: parti

DFRobot ha fornito i componenti principali. Ecco cosa stiamo usando:

• 1 ciascuno, scheda madre Bluno M0, SKU:DFR0416 o un normale Arduino Uno
• 1 cad., Scudo motore passo-passo bipolare doppio per Arduino (DRV8825), SKU: DRI0023
• 2 ciascuno, motore passo-passo ibrido, SKU:FIT0278
• 1 ciascuno, kit di accoppiamento ruota in gomma da 5 mm (coppia), SKU:FIT0387
• 1 ciascuno, servo 9G SKU:SER0006

Per l'alimentazione, userò 18650 celle al litio, quindi ho comprato:

• 3 pezzi, batteria EBL 18650 3,7 V
• 1 cad., Caricabatteria intelligente KINDEN 18650
• 3 pezzi, portabatteria 18650

Ho anche usato alcuni vari hardware:

• 2 ciascuno, O-ring in gomma Buna-N n. 343 (3/16" x 3-3/4" ID)
• 1 pezzo, cuscinetto a sfere in acciaio a basso tenore di carbonio da 1"
• 10 cad., vite a testa bombata M3x6MM
• 2 ciascuno, vite a testa bombata M3x8MM
• 4 ciascuno, vite a testa piatta M3x6MM
• 14 cad., dado M3
• 4 ciascuno, vite autoformante n. 2 x 1/4

Avremo anche bisogno di un modo creativo per condividere la potenza della batteria tra Motor Shield e Arduino poiché non sembrano esserci sistemazioni per questo. Ho usato l'estremità del jack a botte da 2,1 mm x 5 mm di un alimentatore guasto, o qualcosa del genere.

Utensili:

• Cacciavite con punta a croce
• Spelafili
• Pistola per colla a caldo (opzionale)
• Saldatore e saldatore

E non ultimo dei quali:

• Pazienza
• persistenza
• Attitudine positiva

Passaggio 2: parti 3D

Ho deciso di provare a progettare tutto il 3D in FreeCad affinché questo robot mi aiutasse a imparare. Tutto quello che dovevo fare era trasferire le dimensioni per il servo e la disposizione della penna, quindi ridimensionare il resto per adattarlo agli stepper molto più grandi.

• Ruote più grandi per lasciare spazio alle batterie.
• Telaio più spesso per fornire forza per l'aumento del peso.
• Ruota più grande per adattarsi all'altezza del ponte rialzato.
• Modulare per un facile test e personalizzazione.

Ecco i pezzi che ti serviranno. Tutti i file sono ospitati su

• 1 cad., telaio
• 1 cad., puntone superiore
• 2 cad., ruota
• 1 cad., botte
• 1 cad., supporto servo

Passaggio 3: assemblaggio del telaio parte 1

• Inizia inserendo i dadi M3 nei distanziatori del telaio. Possono essere premuti o tirati con una vite M3.
• Montare gli stepper con viti M3 con i connettori elettrici rivolti verso l'estremità posteriore (più corta).
• Montare i portabatteria utilizzando viti a testa piatta.

Passaggio 4: assemblaggio del telaio parte 2

• Montare la canna, il pezzo superiore e il servo insieme alle viti e ai dadi M3.
• Montare il pezzo superiore combinato sugli stepper con viti M3.
• Inserire il cuscinetto in acciaio nel supporto delle ruote, riscaldandolo se necessario con un asciugacapelli per ammorbidirlo.
• Montare la ruota sul corpo utilizzando le viti M3.

Passaggio 5: montaggio della ruota

• Ottenere i mozzi per afferrare l'albero è un problema poiché gli alberi sono 5 mm e il mozzo (che sostiene di essere per 5 mm) è in realtà 6 mm. È probabile che l'uso di una coppia sufficiente sulle viti di serraggio le elimini, quindi ho usato un paio di morse per chiudere prima la tolleranza.
• Dopo aver regolato la tolleranza, far scorrere il mozzo sull'albero passo-passo e serrare le viti di bloccaggio.
• Posizionare la ruota 3D sul mozzo, inserire il bullone grande e serrare.
• Posizionare l'O-ring sul mozzo.
• Assicurati che la ruota ruoti senza oscillazioni. Regolare se necessario.

Passaggio 6: cablaggio

Togliamo la corrente così possiamo testare gli stepper. Abbiamo bisogno:

• Lo schermo dello stepper richiede tra 8 e 35V per far funzionare gli stepper.
• Gli stepper sono classificati per 3,4 V, ma in genere sono guidati da 12 V.
• Il Bluno (Arduino) ha una tensione di ingresso consigliata di 7 - 12V, oppure può essere alimentato direttamente da 5V USB.

Le celle della batteria al litio hanno una tensione nominale di 3,7V. Se ne mettiamo tre in serie, otteniamo 3 x 3,7 V = 11,1 V e circa 3 x 3000 mAh = 9000 mAh. Il Bluno probabilmente assorbe solo 20 mA, quindi la maggior parte del drenaggio proverrà dagli stepper, che potrebbero assorbire fino a un amplificatore o più a seconda del carico. Questo dovrebbe darci ore di autonomia.

Per i test, è possibile fornire 12V regolati allo shield e 5V USB all'Arduino. Potrebbe essere più semplice collegare le batterie per alimentare entrambe contemporaneamente.

• Saldare in parallelo i portabatterie come da disegno.
• Montare l'Arduino utilizzando le viti autofilettanti n. 2.
• Posiziona lo scudo del motore sopra l'Arduino

• Spellare i cavi jack recuperati da 2,1 mm x 5 mm e intrecciarli insieme ai cavi della batteria:

  La striscia bianca è positiva, ruotare con il cavo rosso della batteria

• Inserire il cavo rosso nel VCC e il cavo nero in GND sullo schermo del motore.

Passaggio 7: fare un passo avanti

Ho avuto un po' di problemi a mettere insieme abbastanza informazioni per farlo funzionare, quindi spero che questo possa aiutare gli altri. Il documento chiave di cui hai bisogno è su

Collega i cavi dello stepper e l'alimentazione allo shield:

• 2B Blu
• 2A Rosso
• 1A nero
• 1B Gren

Lo schizzo di esempio fornito ha funzionato per me, ma non è troppo istruttivo. Avremo bisogno di controllare la velocità e la rotazione, nonché rilasciare i motori passo-passo quando non sono in uso per risparmiare energia.

Ho trovato un esempio modificato da https://bildr.org/2011/06/easydriver/ che ha funzioni di supporto. Guida solo uno stepper alla volta, ma ti darà la certezza che siamo sulla strada giusta. Scriveremo un codice più sofisticato in seguito.

Passaggio 8: servo

Il servo serve per alzare e abbassare la penna per disegnare.

• Posiziona il braccio sul mozzo e ruota delicatamente lo stepper in senso antiorario guardandolo verso il basso finché non raggiunge l'arresto.
• Rimuovere il braccio e posizionarlo rivolto a sinistra (questa sarà la posizione in basso).
• Inserire la piccola vite autoformante e serrare.
• Inserire il servo nel supporto con l'estremità del mozzo rivolta verso l'alto e fissarlo utilizzando due viti autofilettanti più grandi.

Passaggio 9: calibrazione

A causa delle variazioni nell'assemblaggio e nell'allineamento, il robot deve essere calibrato in modo da poter spostare distanze e angoli precisi.

• Misurare il diametro della ruota dai bordi esterni dell'o-ring in gomma.
• Misurare il passo dal centro degli o-ring sul fondo del robot (dove andrà a contatto con il pavimento).
• Scarica lo schizzo di calibrazione allegato
• Inserisci i tuoi parametri misurati.
• Carica lo schizzo..

Prepara la penna:

• Rimuovere il cappuccio e far scorrere il collare della penna dal lato della punta.
• Inserire la penna nel supporto con il braccio del servo rivolto verso l'alto.
• Assicurarsi che la penna non tocchi la carta in questa posizione.
• Se la penna si blocca nell'asta, utilizzare una lima per rimuovere eventuali asperità e aumentare il diametro del foro.

Disegna un quadrato:

• Spostare l'interruttore di alimentazione su "On".
• Attendi alcuni secondi per l'avvio del bootloader.
• Dopo che il robot ha completato il suo primo quadrato, rimuovi la penna e spegni il robot.

Regolare prima il parametro wheel_dia. Misura la lunghezza del lato del quadrato. Dovrebbe essere 100 mm:

• Se la distanza misurata è troppo lunga, aumentare wheel_dia.
• Se la distanza misurata è troppo corta, diminuire wheel_dia.

Dopo aver eseguito la calibrazione della distanza, regolare il parametro wheel_base che influenza l'angolo di svolta. Posiziona il robot su un foglio di carta fresco, accendilo e lascia che disegni tutti e quattro i quadrati:

• Se il robot sta girando troppo bruscamente (la scatola sta ruotando in senso orario), diminuire il valore wheel_base.
• Se il robot non sta girando abbastanza bruscamente (la scatola sta ruotando in senso antiorario), aumentare il valore wheel_base.
• A causa degli errori di arrotondamento nel codice stepping e dell'inclinazione negli ingranaggi degli stepper economici, non lo otterrai mai perfetto, quindi non dedicare troppi sforzi su di esso.

Passaggio 10: disegno

È ora di fare un disegno! Scarica gli schizzi allegati per iniziare.

Passaggio 11: e ora? curriculum

Funziona e disegna dei bei quadrati. Ora inizia il divertimento.

Ecco un paio di risorse per imparare la grafica delle tartarughe.

• https://blockly-games.appspot.com/ (programmazione a blocchi)
• Tutorial TinyTurtle (JavaScript)
• Codice con Anna ed Elsa da L'ora del codice

Ho anche pubblicato un Instructable sull'uso del robot tartaruga di queste risorse online con il robot tartaruga. In generale, qualsiasi codice JavaScript Turtle può essere incollato ed eseguito nello schizzo di calibrazione. Puoi testare l'output online prima su un computer e poi caricarlo sulla tua tartaruga per disegnare nella vita reale!

Per gli studenti, ecco un paio di idee di progetto:

• Programma il tuo robot per scrivere il tuo nome!
• Progetta e stampa in 3D una targhetta in TinkerCad da un modello. Può essere fissato sotto il servomotore.
• Dai al tuo robot un po' di personalità con della colla a caldo e dei brillantini. (Basta tenere le ruote e gli occhi liberi da ostacoli).
• Dallo schizzo OSTR_eyes, progetta e testa un algoritmo per navigare in una stanza. Cosa fare quando un occhio rileva qualcosa. Entrambi gli occhi? Potresti incorporare la funzione random() di Arduino.
• Costruisci un labirinto su un grande foglio di carta sul pavimento e programma il tuo robot per navigare attraverso di esso.
• Costruisci un labirinto con muri e progetta un algoritmo per esplorarlo automaticamente.
• Il pulsante tra i LED non è stato ancora utilizzato ed è collegato al pin "A3" di Arduino. Per cosa potrebbe essere utilizzato? Usalo per accendere e spegnere un LED per cominciare.
• Se non hai eseguito la sezione Indagine del passaggio " Firmware (FW): test e lampeggiamento ", torna indietro e prova.

Passaggio 12: ma aspetta, c'è di più

Se hai prestato attenzione, hai notato che la canna è quadrata. Per una strana coincidenza cosmica, il gesso per pastelli ha la stessa larghezza del diametro dei pennarelli Crayola. Tutto ciò di cui abbiamo bisogno è un modo per mettere abbastanza pressione sul gesso, e noi siamo un artista da marciapiede.

Avrai bisogno:

• Barile e ariete stampati in 3D (https://www.thingiverse.com/thing:2976527)

• Gesso, il gesso quadrato pastello dell'artista o il piccolo gesso rotondo (non la roba grassa del marciapiede).

  https://a.co/6B3SzS5

Rondelle da 3/4" per peso

Passaggi:

• Stampa i due file allegati.
• Rimuovere il servo e il supporto del servo.
• Fissare il cilindro di alimentazione quadrato.
• Affila il gesso fino a un punto vicino.
• Metti il gesso nel barile.
• Metti il montone nel barile.
• Posizionare il peso della rondella sul pistone.