روبات طراحی برای آردوینو: 18 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

توجه: من نسخه جدیدی از این ربات دارم که از برد مدار چاپی استفاده می کند ، ساخت آن راحت تر است و دارای قابلیت تشخیص موانع IR است! آن را در https://bit.ly/OSTurtle بررسی کنید

من این پروژه را برای یک کارگاه 10 ساعته برای ChickTech.org طراحی کردم که هدف آن معرفی زنان نوجوان با موضوعات STEM است. اهداف این پروژه عبارت بودند از:

• ساخت آسان.
• آسان برای برنامه نویسی.
• کار جالبی انجام داد.
• کم هزینه تا شرکت کنندگان بتوانند آن را به خانه ببرند و به یادگیری ادامه دهند.

با توجه به این اهداف ، در اینجا چند انتخاب طراحی وجود داشت:

• Arduino برای سهولت برنامه نویسی سازگار است.
• قدرت باتری AA از نظر هزینه و در دسترس بودن.
• موتورهای پله ای برای حرکت دقیق.
• چاپ سه بعدی برای سهولت سفارشی سازی.
• طراحی قلم با گرافیک لاک پشت برای خروجی جالب.
• منبع باز است تا بتوانید یکی از خود را بسازید!

در اینجا رباتی است که به آنچه که می خواستم انجام دهم نزدیک تر است: https://mirobot.io. من دستگاه برش لیزری ندارم و ارسال از انگلیس ممنوع بود. من یک چاپگر سه بعدی دارم ، بنابراین من حدس می زنم شما می توانید ببینید که این به کجا می رود. به به

نگذارید عدم وجود چاپگر سه بعدی شما را منصرف کند. می توانید علاقه مندان محلی را که مایل به کمک شما هستند در www.3dhubs.com پیدا کنید

کار زیادی طول کشید ، اما من از نحوه انجام آن خوشحالم. و ، من در این راه چیزهای زیادی آموختم. نظرتون رو به من بگید!

مرحله 1: قطعات

روش های مختلفی برای تغذیه ، رانندگی و کنترل روبات ها وجود دارد. شما ممکن است قسمت های مختلفی در دست داشته باشید که کار می کند ، اما اینهایی هستند که من سعی کرده ام به خوبی کار کنند:

الکترونیک:

• 1- Arduino UNO یا معادل آن- adafruit.com/products/50

  Adafruit در حال حاضر تولید ایالات متحده برای آردوینوهای اصلی است! آنها را از منبع دریافت کنید

• 2- دنده 5V دنده- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- نان برد نصف- adafruit.com/products/64

• 12- جهنده نر-مرد- adafruit.com/products/1956

  حداقل دو مورد باید 6 اینچ باشد ، بقیه می توانند 3 اینچ باشند

• 1- میکرو سرو- adafruit.com/products/169
• 1- هدر پین مردانه- digikey.com/short/t93cbd
• 1- 2 x AA Holder- digikey.com/short/tz5bd1
• 1 -3 x AA Holder- digikey.com/short/t5nw1c
• 1 -470 uF 25V خازن-www.digikey.com/product-detail/fa/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• سوئیچ اسلاید 1 -SPDT -www.digikey.com/product-detail/fa/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- کابل میکرو USB
• 5 - باتری های AA

سخت افزار:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- بلبرینگ 5/8 اینچی- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- پیچ سر تخت M3 x 8mm- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- پیچ سر تخت M3 x 6mm- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• 2 - 1/4 "نخ تشکیل 4-20 پیچ

قطعات چاپ شده (اگر به چاپگر دسترسی ندارید www.3dhubs.com را بررسی کنید):

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

  • 1 عدد کاستور بلبرینگ
  • 1 عدد شاسی
  • 2 عدد چرخ
  • 2 عدد براکت استپر
  • 1 عدد نگهدارنده قلم / براکت سروو
  • 1 عدد یقه قلم
• من از وضوح پایین ، 100 fill پر و بدون پشتیبانی استفاده می کنم. این چاپ حدود 4 ساعت ارزش دارد.

تدارکات:

• پیچ گوشتی فیلیپس
• چسب حرارتی تفنگی
• مولتی متر دیجیتال
• چاقوی تیز
• نشانگرهای رنگی Crayola

مرحله 2: Firmware را فلش کنید

قبل از اینکه به مرحله ساخت و ساز بپردازیم ، اجازه دهید سیستم عامل تست را روی میکروکنترلر بارگذاری کنیم. برنامه آزمایشی فقط جعبه ها را ترسیم می کند تا بتوانیم جهت و ابعاد مناسب را بررسی کنیم.

1. نرم افزار آردوینو را از www.arduino.cc/fa/Main/Software بارگیری کنید
2. نرم افزار آردوینو را باز کنید.

3. فایل فشرده ضمیمه شده را بارگیری کرده و از محل فشرده آن در محل دفترچه آردوینو جدا کنید.

   می توانید این مکان را در Arduino IDE پیدا کنید (یا تغییر دهید): [File] -> [Preferences] -> "Sketchbook Location"

4. بارگیری طرح آزمایشی: [فایل] -> [Sketchbook] -> [TIRL_Arduino_TEST]
5. آردوینو خود را با کابل USB به رایانه خود وصل کنید.

6. در Arduino IDE:

   1. نوع برد خود را تنظیم کنید: [Tools] -> [Board] -> نوع برد شما.
   2. پورت سریال خود را تنظیم کنید: [Tools] -> [Port] -> معمولاً آخرین مورد ذکر شده است.
7. با استفاده از نماد پیکان ، طرح را بارگذاری کنید.

اگر مشکلی دارید ، برای کمک به www.arduino.cc/fa/Guide/Troubleshooting مراجعه کنید.

مرحله 3: نگهدارنده قلم و دارنده باتری

1. مهره ها را در قسمت بالای شاسی قرار دهید (تصویر 1). ممکن است مجبور شوید آنها را وارد کنید.
2. نگهدارنده قلم را با براکت سروو در بالای شاسی نصب کنید (تصویر 2 و 3).

3. با استفاده از پیچ های سر تخت 3Mx6mm ، پایه های باتری را در قسمت پایین شاسی وصل کنید (تصویر 4)

   • برای تغذیه صحیح یک آردوینو از طریق رگولاتور داخلی ، حداقل به 5xAA نیاز دارید. شش مورد نیز کار می کند ، بنابراین من سوراخ هایی را برای هر دو اندازه در هر دو طرف قرار داده ام.
   • شما می خواهید وزن به سمت کاستور تغییر کند ، بنابراین 3xAA را به سمت عقب قرار دهید.
   • نگهدارنده ها را طوری جهت دهید که سیمها به کابلهای مستطیلی نزدیکتر باشند.
4. باتری را از طریق کابل مستطیلی عبور دهید (تصویر 4).
5. برای نگهدارنده باتری دیگر این کار را تکرار کنید.

توجه: بجز مواردی که مشخص شده است ، بقیه پیچ ها دارای پیچ سر 3Mx8mm هستند

مرحله 4: Stepper Backets

1. مهره ای را در براکت استپر وارد کرده و با پیچ به قسمت بالای شاسی وصل کنید (تصویر 1).
2. استپر را داخل براکت قرار داده و با پیچ و مهره وصل کنید.
3. برای براکت دیگر تکرار کنید.

مرحله 5: کاستور

1. بلبرینگ را داخل کاستور قرار دهید.

   به زور آن را وارد نکنید وگرنه می شکند. در صورت نیاز از نرم کننده سشوار یا هوا گرم برای نرم کردن مواد استفاده کنید

2. کاستور را در قسمت پایینی شاسی در جلوی نگهدارنده باتری وصل کنید.

من اجسام گرد دیگر مانند سنگ مرمر را امتحان کرده ام ، اما به نظر می رسد صاف و سنگین به خوبی کار می کند. اگر به قطر متفاوتی احتیاج دارید ، می توانید فایل openScad (https://www.thingiverse.com/thing:1052674) را متناسب با آنچه در دست دارید ویرایش کنید.

مرحله 6: تخته نان و مغزها

1. یکی از ریل های برق را با استفاده از یک چاقوی تیز برداشته و چسب پایین را برش دهید (تصویر 1).

   یک ریل دارای قدرت (قرمز) در لبه بیرونی و دیگری منفی (آبی) است. من اولین مورد را ضمیمه می کنم ، و با نمودارها و عکس ها مطابقت دارد. اگر از دیگری استفاده می کنید ، فقط سیم ها را متناسب با آن تنظیم کنید

2. تخته نان را روی ریل شاسی نگه دارید ، جایی که لبه را قطع می کنند مشخص کنید (تصویر 2).
3. با استفاده از یک لبه مستقیم (مانند راه آهن برداشته شده) ، خطوط را علامت زده و پشت را برش دهید (تصویر 3).
4. تخته نان را روی شاسی قرار دهید و ریل ها با چسب در معرض تماس قرار بگیرند (تصویر 4).
5. آردوینو را با استفاده از پیچ های 4-20 به طرف دیگر شاسی وصل کنید (تصویر 5).

مرحله 7: خازن و قرار دادن قطعات

1. راننده و کلید برق دارلینگتون را روی تخته نان بگذارید (تصویر 1).

   • برای مشاهده موارد زیر ، نقاط نارنجی اضافه کرده ام:

     • پین 1 درایور darlington
     • پین باتری میکرو کنترل کننده. موقعیت "روشن" سوئیچ قدرت.
2. در صورت لزوم سیم های خازن را کوتاه کنید (طول منفی است) (تصویر 2).
3. خازن را در ریل صحیح بالای تخته نان قرار دهید (تصویر 3).

مرحله 8: قدرت

1. با سیم های باتری سمت راست: خط قرمز را به اولین پین کلید برق وصل کنید (تصویر 1).
2. سیم سیاه را به یک ردیف خالی بین میکروکنترلر و تراشه دارلینگتون وصل کنید (تصویر 1).
3. با سیم های سمت چپ باتری: خط قرمز را به همان ردیف خط سیاه باتری دیگر وصل کنید (تصویر 2).
4. خط سیاه را به ریل منفی تخته نان متصل کنید (تصویر 2).

5. اتصال برق به میکروکنترلر:

   1. جهنده قرمز از ریل مثبت به پین باتری (نقطه نارنجی ، تصویر 3).
   2. بلوز سیاه از ریل منفی به پین با علامت "G" (تصویر 4).
6. باتری ها را نصب کرده و برق را روشن کنید (تصویر 5).
7. باید ببینید چراغ سبز و قرمز کنترلر روشن می شود (تصویر 6).

عیب یابی:

• اگر چراغ های میکروکنترلر روشن نمی شوند ، بلافاصله برق را خاموش کرده و عیب یابی کنید:

  • باتری ها در جهت درست نصب شده اند؟
  • دوبار موقعیت سرنشینان باتری را بررسی کنید.
  • سوئیچ دوبار موقعیت یابی سرنشینان.
  • برای بررسی ولتاژ باتری ها از دستگاه چند متری استفاده کنید.
  • از چند متر برای بررسی ولتاژ ریل قدرت استفاده کنید.

مرحله نهم: استپر پاور

حالا که میکروکنترلر به برق رسیده است ، بیایید سیم کشی پله ها را تمام کنیم:

1. یک بلوز مشکی از پین عزیزم سمت چپ بالا را به سمت منفی ریل برق متصل کنید (تصویر 1).
2. یک بلوز قرمز از پین پایینی عزیزم سمت چپ را به طرف مثبت ریل برق متصل کنید (تصویر 1).
3. یک بلوز قرمز از پین دارلینگتون پایین سمت چپ را به یک ردیف سمت راست دارلینگتون وصل کنید (تصویر 2).
4. هدرهای پین را برای اتصالات JST سفید استپر وارد کنید (تصویر 2).

مرحله 10: سیگنال های کنترل Stepper

میکروکنترلر سیگنال های 5 ولت را به آرایه دارلینگتون ارائه می دهد که به نوبه خود VCC را به سیم پیچ های استپر ارائه می دهد:

1. با پین کنار پین زمین روی درایور darlington شروع کنید و سیمهای نارنجی ، زرد ، سبز و آبی را به ترتیب نصب کنید (تصویر 1).

2. بلوزها را به پین های آردوینو زیر وصل کنید (تصویر 2):

   1. نارنجی - پین دیجیتال 4
   2. زرد - پین دیجیتال 5
   3. سبز - پین دیجیتال 6
   4. آبی - پین دیجیتال 7

3. بازگشت به دارلینگتون ، جهش را برای پله دیگر در عکس بقیه ادامه دهید:

   آبی ، سبز ، زرد و نارنجی (تصویر 3)

4. بلوزها را به پین های آردوینو زیر وصل کنید (تصویر 4):

   1. آبی - پین دیجیتال 9 (پایه 8 برای سروو استفاده می شود).
   2. سبز - پین دیجیتال 10
   3. زرد - پین دیجیتال 11
   4. نارنجی - پین دیجیتال 12

مرحله 11: اتصالات سیم پیچ Stepper

اتصالات JST سفید استپر به هدر پین متصل می شوند. سرب قرمز قدرت است و باید با بلوزهای قدرت قرمز که قبلاً نصب کرده ایم مطابقت داشته باشد (تصویر 1).

همه رنگها باید با پرش های میکروکنترلر در طرف مقابل دارلینگتون مطابقت داشته باشند ، به استثنای رنگ سبز که با سیم صورتی استپر مطابقت دارد (تصویر 2).

مرحله 12: سروو

1. سرونو را بچرخانید و سروو در جهت عقربه های ساعت به سمت توقف و بوق افقی بچرخد (تصویر 1).
2. سروو را به نگهدارنده وصل کنید و شاخ به سمت پله سمت راست اشاره کند (تصویر 1).
3. رنگهای قهوه ای (زمینی) ، قرمز (قدرت 5 ولت) و سفید (سیگنال) را به اتصال سروو متصل کرده و رنگهای سیم سروو را مطابقت دهید (تصویر 2).
4. بلوزهای قدرت و زمین را روی زمین و هدر 5 ولت را روی آردوینو وصل کنید (تصویر 3).
5. سیم سیگنال سفید را به پین دیجیتال 8 آردوینو وصل کنید (تصویر 4).

مرحله 13: چرخ

1. حلقه لاستیکی را در اطراف لبه چرخ قرار دهید (تصویر 1).

2. در صورت شل بودن هاب روی محور ، می توانید از یک پیچ 3M برای نگه داشتن آن در محل استفاده کنید (تصویر 2).

   آن را زیاد سفت نکنید وگرنه پلاستیک را جدا می کنید

مرحله 14: آزمایش

امیدوارم قبلاً سیستم عامل را در مرحله 2 بارگذاری کرده اید. در غیر این صورت ، اکنون این کار را انجام دهید.

سیستم عامل آزمایش فقط یک مربع را به طور مکرر ترسیم می کند تا بتوانیم جهت و دقت آن را بررسی کنیم.

1. ربات خود را روی یک سطح صاف ، صاف و باز قرار دهید.
2. برق را روشن کنید.
3. تماشا کنید که ربات شما مربع ترسیم می کند.

اگر چراغی روی میکروکنترلر نمی بینید ، به عقب برگردید و مانند مرحله 8 برق را خراب کنید.

اگر ربات شما حرکت نمی کند ، اتصالات برق را به درایور darlington در مرحله 9 دوباره چک کنید.

اگر ربات شما به طور نامنظم حرکت می کند ، اتصالات پین را برای میکروکنترلر و درایور دارلینگتون در مرحله 10 دوباره بررسی کنید.

مرحله 15: کالیبراسیون

اگر ربات شما در یک مربع تقریبی حرکت می کند ، وقت آن است که مقداری کاغذ روی زمین بگذارید و یک قلم در آن قرار دهید.

قطر چرخ (تصویر 1) و پایه چرخ (تصویر 2) را برحسب میلی متر اندازه گیری کنید.

تنظیمات کالیبراسیون شما در کد عبارتند از:

float wheel_dia = 63؛ // میلی متر (افزایش = مارپیچ به بیرون)

float wheel_base = 109؛ // میلی متر (افزایش = مارپیچ در) int steps_rev = 128؛ // 128 برای گیربکس 16x ، 512 برای گیربکس 64x

من با قطر چرخ اندازه گیری شده 65 میلی متر شروع کردم و می توانید جعبه ها را در هر مرحله به سمت بیرون یا جهت عقربه های ساعت بچرخانید (تصویر 3).

سرانجام به مقدار 63 میلی متر رسیدم (تصویر 4). می بینید که هنوز خطای ذاتی ناشی از شل شدن چرخ دنده و موارد دیگر وجود دارد. آنقدر نزدیک برای انجام یک کار جالب!

مرحله 16: بالا و پایین بردن قلم

ما یک سروو اضافه کرده ایم ، اما کاری با آن نکرده ایم. این امکان را به شما می دهد تا قلم را بالا و پایین بیاورید تا ربات بتواند بدون نقاشی حرکت کند.

1. یقه قلم را روی قلم قرار دهید (تصویر 1).

   اگر شل است ، آن را در محل خود بچسبانید

2. بررسی کنید که وقتی سروو بازو پایین می آید کاغذ را لمس کند.
3. بررسی کنید که هنگام بلند شدن کاغذ به آن دست نزند.

زوایای سرو را می توان با برداشتن بوق و قرار دادن مجدد آن یا از طریق نرم افزار تنظیم کرد:

int PEN_DOWN = 20 ؛ // زاویه سروو وقتی قلم پایین است

int PEN_UP = 80 ؛ // زاویه سرو وقتی قلم بالا است

دستورات قلم عبارتند از:

penup ()؛

معلق ()؛

اگر می خواهید از اندازه های مختلف قلم استفاده کنید ، باید دارنده قلم (www.thingiverse.com/thing:1052725) و یقه قلم (www.thingiverse.com/thing:1053273) را با قطر مناسب تغییر دهید.

مرحله 17: از آن لذت ببرید

امیدوارم تا اینجا بدون کلمات نفرین کننده زیاد کار کرده باشید. به من اطلاع دهید که با چه مشکلاتی روبرو بوده اید تا بتوانم دستورالعمل ها را بهبود بخشم.

اکنون زمان کاوش است. اگر به طرح آزمایشی نگاه کنید ، می بینید که من چند دستور استاندارد "لاک پشت" را به شما ارائه کرده ام:

جلو (فاصله) ؛ // میلی متر

عقب (فاصله) ؛ چپ (زاویه) ؛ // درجه راست (زاویه) ؛ penup ()؛ معلق ()؛ انجام شده()؛ // استپر را برای صرفه جویی در باتری رها کنید

با استفاده از این دستورات ، شما باید بتوانید تقریباً هر کاری را انجام دهید ، از کشیدن تکه های برف یا نوشتن نام خود. اگر برای شروع به کمک نیاز دارید ، موارد زیر را بررسی کنید:

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

مرحله 18: سایر بسترها

آیا می توان این ربات را با a انجام داد؟

آره! این بستر بسیار انعطاف پذیر است. شما فقط باید شاسی را تغییر دهید.

من این کار را با Raspberry Pi (تصویر 1) و Adafruit Trinket (www.instructables.com/id/Low-Cost-Arduino-Compatible-Drawing-Robot/) انجام داده ام (تصویر 2).

مرا از نتیجه مطلع کن!