ربات نقاشی مجهز به آردوینو: 11 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

پروژه های Fusion 360 »

آیا تا به حال فکر کرده اید که آیا یک ربات می تواند نقاشی ها و هنرهای مسحور کننده ای بسازد؟ در این پروژه من سعی می کنم با یک ربات نقاشی قدرتمند آردوینو آن را به واقعیت تبدیل کنم. هدف این است که ربات بتواند نقاشی به تنهایی بسازد و از یک تصویر مرجع به عنوان راهنما برای تکرار یک اثر هنری استفاده کند. من از قدرت CAD و ساخت دیجیتال برای ایجاد یک شاسی قوی استفاده کردم که بازویی را روی آن نصب کردم که بتواند برس رنگ را در یکی از 7 ظرف رنگ فرو کند و روی بوم نقاشی کند.

این ربات با استفاده از قطعات متداول مانند موتورهای پله ای و سرو موتورها ساخته شده است و برای کار با هر نوع رنگ طراحی شده است.

برای ایجاد ربات نقاشی خود با آردوینو ادامه دهید و اگر از پروژه لذت بردید و تصمیم دارید نسخه خود را بسازید ، در "چالش رنگ" به این پروژه رای دهید.

مرحله 1: نمای کلی طرح

طراحی ربات نقاشی با الهام از ساختار روبات نظافت رومبا انجام شده است. این شامل دو سیستم اصلی است:

• سیستم محرکه شامل دو موتور پله ای متصل به چرخ ها و گلایدرهای غیرفعال است. این به ربات اجازه می دهد در هر جهت در امتداد بوم حرکت کند.
• سیستم برس که شامل یک موتور پله ای سوم است که برس را روی ظروف رنگ قرار می دهد و یک موتور سروو که برس رنگ را در رنگ فرو می کند.

این ربات می تواند تا 7 رنگ مختلف را همزمان حمل کند. این طرح ابتدا بر روی Fusion 360 Autodesk ساخته شد. سپس قطعات به فرمت های مناسب صادر شدند تا برش لیزری یا چاپ سه بعدی داشته باشند.

طراحی شاسی این ربات با مقیاس پذیری با چندین نقطه نصب و قطعات مدولار انجام شده است. این اجازه می دهد تا از همان شاسی برای برنامه های مختلف دیگر استفاده شود. در این زمینه ، شاسی برای ساخت قطعات هنری فوق العاده با استفاده از رنگ استفاده می شود.

مرحله 2: مواد مورد نیاز

در اینجا لیستی از همه اجزا و قطعات مورد نیاز برای ساخت ربات نقاشی با طراحی آردوینو وجود دارد. همه قطعات باید به طور معمول در دسترس باشند و به راحتی در مغازه های سخت افزار محلی یا به صورت آنلاین پیدا شوند.

الکترونیک:

• آردوینو Uno x 1
• سروو موتور Towerpro MG995 x 1
• موتور پله ای NEMA17 x 3
• CNC Shield V3 x 1
• 11.1 V LiPo باتری x 1

سخت افزار:

• پیچ و مهره M4
• پیچ و مهره M3
• چرخ ها (قطر 7 سانتی متر در 2 سانتی متر)
• فیلامنت پرینتر سه بعدی (در صورتی که صاحب یک چاپگر سه بعدی نیستید ، باید یک چاپگر سه بعدی در یک محل کار محلی وجود داشته باشد یا چاپها را می توان بصورت آنلاین با قیمت بسیار ارزان انجام داد)
• ورق های اکریلیک (3 میلی متر)
• رنگ ها
• برس رنگ

ابزارها:

• چاپگر سه بعدی
• دستگاه برش لیزری

هزینه این پروژه بدون احتساب ابزارها تقریباً 60 دلار است.

مرحله 3: قطعات ساخته شده دیجیتالی

اکثر قطعات مورد نیاز برای این پروژه با توجه به الزامات سفارشی می شوند ، به همین دلیل تصمیم گرفتم از قدرت قطعات ساخته شده به صورت دیجیتالی استفاده کنم. قطعات ابتدا بر روی Fusion 360 ساخته شده و سپس از مدل های CAD برای برش لیزری یا چاپ سه بعدی قطعات استفاده شد. چاپها در 40٪ پر شدن ، 2 محیط ، نازل 0.4 میلی متر و ارتفاع لایه 0.1 میلی متر با استفاده از PLA انجام شد. برخی از قطعات نیاز به تکیه گاه دارند زیرا دارای شکل پیچیده ای با برجستگی هستند ، با این حال ، تکیه گاه ها به راحتی قابل دسترسی هستند و می توان آنها را با استفاده از برخی از برش ها جدا کرد. شما می توانید رنگ مورد نظر خود را برای رشته انتخاب کنید. قطعات برش لیزری از اکریلیک شفاف 3 میلی متری بریده شدند.

در زیر می توانید لیست کامل قطعات را به همراه فایل های طراحی پیدا کنید.

توجه: از اینجا به بعد ، قطعات با استفاده از نامهای موجود در لیست زیر ارجاع داده می شوند.

قطعات چاپ سه بعدی:

• براکت استپر x 2
• فاصله لایه 4
• اتصال بازو x 1
• گلایدر منفعل x 2
• نگهدارنده پالت رنگ x 2
• پالت رنگ P x 2

قطعات برش لیزری:

• پانل پایین x 1
• پنل بالا x 1
• برس برس x 1

در مجموع 13 قسمت چاپ سه بعدی و 3 قسمت برش لیزری وجود دارد. زمان مورد نیاز برای ساخت تمام قطعات تقریباً 12 ساعت است.

مرحله 4: ساخت سیستم شاسی و درایو (لایه پایین)

پس از ساخت تمام قطعات ، می توانید مونتاژ لایه زیرین ربات نقاشی را شروع کنید. این لایه مسئول سیستم درایو است و لوازم الکترونیکی را نیز در خود نگه می دارد. با نصب 2 موتور پله بر روی دو براکپ استپر با استفاده از پیچ های ارائه شده شروع کنید. در مرحله بعد ، از مهره و پیچ 8 * M4 برای محکم نگه داشتن دو براکت پله ای روی صفحه پایینی استفاده کنید. پس از نصب استپرها ، می توانید دو چرخ را به محورهای موتورهای پله ای متصل کنید. همچنین می توانید آردوینو را با استفاده از پیچ و مهره M3 و برخی از خرابی ها در محل خود نصب کنید تا بتوانید به راحتی به آردوینو دسترسی پیدا کنید. پس از ایمن سازی آردوینو ، محافظ CNC را روی آردوینو نصب کنید. دو سوراخ در جلو و عقب ربات وجود دارد. گلایدرهای غیرفعال را از سوراخ ها عبور داده و آنها را در جای خود بچسبانید. این قطعات از خراشیدن بدن ربات در امتداد سطح بوم جلوگیری می کند.

همچنین می توانید دو جدا کننده لایه عقب را با استفاده از مهره و پیچ M4 نصب کنید.

توجه: دو قسمت جلو را هنوز وصل نکنید ، زیرا در نهایت باید آنها را بردارید.

مرحله 5: نصب نگهدارنده رنگ (لایه بالا)

هنگامی که سیستم درایو ساخته شد ، می توانید مونتاژ لایه بالایی را انجام دهید که بازوی نقاشی را نگه می دارد و قلم مو را حرکت می دهد و برس را در ظروف مختلف رنگ فرو می کند. با اتصال دو قطعه نگهدارنده پالت رنگ شروع کنید. شکاف در امتداد قسمت داخلی با دو قطعه فاصله دهنده لایه جلو هماهنگ است. قسمت ترکیبی با دو مهره و پیچ به لایه های بالا و پایین متصل شده است. این قطعه با چهار مجموعه پیچ و مهره اضافی به صفحه بالا تقویت می شود.

سپس پالت های رنگی با استفاده از دو مهره و پیچ برای هر طرف به قسمت های پایینی نگهدارنده پالت رنگ متصل می شوند.

پانل بالایی را در جای خود بکشید و از دو مهره و پیچ دیگر استفاده کنید تا جداکننده های لایه پشتی را به پنل بالایی وصل کنید. با استفاده از پیچ و مهره های ارائه شده و محور به سمت بالا ، موتور پله گردان را به مرکز پنل بالایی وصل کنید. با این کار ، شاسی ربات ساخته شده و می توانیم بازوی نقاشی را جمع آوری کنیم.

مرحله 6: ساخت مجموعه بازو و برس نقاشی

برای ساخت بازوی نقاشی ، اتصال اتصال بازو را به بازوی برس برش لیزری با استفاده از 4 مهره و پیچ شروع کنید. در مرحله بعد ، سروو موتور را با استفاده از 4 مهره و پیچ دیگر به سر دیگر سوار کنید. اطمینان حاصل کنید که محور موتور سروو به سمت انتهای متصل کننده بازو باشد. اتصال بازو را به محور بالای موتور پله ای فشار دهید.

از شاخ بلند سروو استفاده کنید و برس رنگ را با استفاده از نوارهای لاستیکی یا زیپ به آن وصل کنید. من استفاده از نوارهای لاستیکی را توصیه می کنم ، زیرا این امر به مجموعه برس مطابقت می دهد که برای عملکرد خوب سیستم ضروری است. اطمینان حاصل کنید که برس به گونه ای متصل شده است که پس از اتصال شاخ به سروو ، برس به سختی در امتداد سطح کف یا کاغذ می لغزد.

با این کار ، سخت افزار ربات نقاشی کامل شده است و می توانید سیم کشی و برنامه نویسی را شروع کنید.

مرحله 7: الکترونیک و مدارها

تجهیزات الکترونیکی این پروژه کاملاً ساده است ، در جدول زیر توضیح داده شده است:

• پله چرخ چپ به درگاه محور X محافظ CNC
• پله چرخ راست به درگاه محور Y از سپر CNC
• حرکت پله ای به پورت محور Z محافظ CNC
• سیگنال سرو موتور به اسپیندل پین را روی سپر CNC فعال می کند
• سروو موتور 5 ولت تا 5 ولت روی سپر CNC
• سروو موتور GND به GND روی سپر CNC

با این کار مدار این پروژه کامل می شود. باتری را می توان با یک کلید تعویض سری به روشن و خاموش کردن ربات به پایانه های برق محافظ CNC متصل کرد.

مرحله 8: کمی در مورد نظریه

وقتی صحبت از قرار گرفتن یک نقطه بر روی یک شبکه دو بعدی می شود ، رایج ترین و ساده ترین روش برای انجام این کار ، ارائه مختصات دکارتی نقطه است. این امر با تعیین یک سه برابر ، به طور کلی (x ، y) انجام می شود که در آن x مختصات x یا فاصله بین فرافکنی نقطه در محور x تا مبدا و y مختصات y نقطه یا فاصله بین فرافکنی است. نقطه در محور y به مبدا. به این ترتیب ، هر تصویر یا فرم پیچیده ای را می توان با استفاده از دنباله ای از نقاط توصیف کرد ، به گونه ای که هنگام "پیوستن به نقاط" تصویر شکل می گیرد. این یک روش مناسب برای توصیف موقعیت یک نقطه با توجه به مبدا است. اما برای این پروژه از سیستم متفاوتی استفاده شد.

یک نقطه در شبکه دو بعدی را نیز می توان با استفاده از مختصات قطبی توصیف کرد. در این روش ، موقعیت یک نقطه با استفاده از یک توپل دیگر ، که معمولاً به عنوان (theta ، r) نشان داده می شود ، توصیف می شود که در آن تتا زاویه بین محور x و نیم خطی است که مبدا و نقطه را متصل می کند و r فاصله بین نقطه است. مبدا و نقطه

فرمول تبدیل از یکی به دیگری را می توانید در تصویر ضمیمه شده مشاهده کنید. درک کامل فرمولها ضروری نیست ، اگرچه دانستن آنها کمک کننده است.

مرحله 9: برنامه نویسی آردوینو

این برنامه با استفاده از یک تکنیک شی گرا ساخته شده است که استفاده از آن را ساده کرده است. با ایجاد یک شی ربات که پارامترهای آن عرض و ارتفاع بوم است شروع کنید (با استفاده از خط کش یا نوار اندازه گیری بر حسب سانتی متر ، مقادیر را در خط 4 اسکریپت paintRobot.ino جایگزین کنید). تکنیک های برنامه نویسی شی گرا امکان توسعه بیشتر را فراهم می کند.

سپس 3 عملکرد ساده در اختیار شما قرار می گیرد:

1. gotoXY یک مختصات دکارتی می گیرد و ربات را به آن موقعیت منتقل می کند. (به عنوان مثال robot.gotoXY (100 ، 150))
2. brushControl یک مقدار بولین می گیرد: false قلم مو را از روی بوم بلند می کند در حالی که true قلم مو را روی بوم قرار می دهد. (به عنوان مثال robot.brushControl (درست))
3. pickPaint یک عدد صحیح -4 ، -3 ، -2 ، -1 ، 1 ، 2 ، 3 ، 4 می گیرد که باعث می شود روبات برس رنگ را در ظرف رنگ مربوطه فرو کند. (به عنوان مثال robot.pickPaint (3))

برنامه ضمیمه شده در زیر باعث می شود ربات به موقعیت های تصادفی حرکت کند و رنگ های تصادفی را انتخاب کند که در نهایت یک اثر هنری زیبا و منحصر به فرد ایجاد می کند. اگرچه این را می توان به راحتی تغییر داد تا ربات هر چیزی را که احساس می کنید بکشد.

توجه: پس از بارگذاری کد ، ممکن است مجبور شوید شاخ سروو متصل به قلم مو را تغییر دهید. وقتی p

مرحله 10: اضافه کردن رنگ

پس از اتمام سخت افزار ، الکترونیک و برنامه نویسی ، در نهایت می توانید مقداری رنگ به ظروف رنگ جداگانه اضافه کنید. توصیه می کنم رنگ را کمی رقیق کنید تا نقاشی یکدست شود.

در بیرونی ترین ظرف پالت راست مقداری آب ساده اضافه کنید. روبات از این آب برای تمیز کردن قلم مو قبل از تعویض رنگ استفاده می کند.

برای شروع نقاشی ، ربات را در گوشه سمت چپ پایین بوم قرار دهید و آن را در امتداد لبه پایینی قرار دهید ، روبات را راه اندازی کنید و بنشینید و بنشینید و تماشا کنید که قطعه هنری به آرامی زنده می شود.

مرحله 11: نتایج نهایی

با برنامه فعلی ، ربات حرکات تصادفی را روی بوم انجام می دهد که نقاشی های منحصر به فرد و زیبایی را ایجاد می کند. اگرچه با برخی تغییرات ، می توان ربات را برای انجام نقاشی های خاص با استفاده از یک تصویر مرجع مجبور کرد. سیستم فعلی یک پایگاه قوی برای ایجاد تحولات فراهم می کند. شاسی ربات نیز به صورت ماژولار با چندین نقطه نصب استاندارد طراحی شده است تا بتوان ربات را به راحتی بر اساس نیاز شما تبدیل کرد.

امیدوارم از این دستورالعمل لذت برده باشید و به شما انگیزه داده است که ربات نقاشی خود را بسازید.

اگر پروژه را دوست داشتید با رأی دادن در "چالش رنگ" از آن حمایت کنید.

ساخت خوشحالم!

جایزه بزرگ در چالش رنگ