ربات طراحی کم هزینه و سازگار با آردوینو: 15 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

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 4xAA برای 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 سرگرمی های محلی مایل به کمک به شما را در https://www.3dhubs.com/ پیدا کنید.

این پروژه دارای مجوز Creative Commons است و از قطعات سه بعدی بر اساس طرح دیگران استفاده می کند (همانطور که در بخش بعدی نشان داده شده است) ، محدود کننده ترین آنها چرخ است که غیر تجاری است. این بدان معناست که این پروژه همچنین باید غیر تجاری باشد. این پسر نباش

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- *Adafruit Pro Trinket 3V- adafruit.com/products/2010

  • سخت افزار تحت مجوز CC BY-SA
  • نرم افزار (Bootloader) تحت مجوز GPL
• 2- دنده 5V دنده- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- نان برد نصف- adafruit.com/products/64
• 16- جهنده نر-مرد- adafruit.com/products/759
• 1- میکرو سرو- adafruit.com/products/169
• 1 - سوئیچ اسلاید SPDT - adafruit.com/product/805 یا www.digikey.com/product-detail/fa/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- هدر پین مردانه- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA Holder- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- کابل میکرو USB
• 4- باتری های AA

*توجه: برای بحث در مورد استفاده از بردهای معمولی Arduino یا Raspberry Pi به آخرین مرحله مراجعه کنید.

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/=yskc6u

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

• 1 عدد کاستور بلبرینگ - thingiverse.com/thing:1052674 (بر اساس کار onebytegone ، CC BY -SA 3.0)
• 1 x Chassis - thingiverse.com/thing:1053269 (اثر اصلی توسط Maker's Box ، CC BY -SA 3.0)
• 2 x Wheels - thingiverse.com/thing:862438 (بر اساس کار مارک بنسون ، CC BY -NC 3.0*)
• 2 براکت Stepper - thingiverse.com/thing:1053267 (بر اساس کار jbeale ، CC BY -SA 3.0)
• 1 x Pen Holder / servo bracket - thingiverse.com/thing:1052725 (اثر اصلی توسط Maker's Box ، CC BY -SA 3.0)
• 1 x یقه قلم - thingiverse.com/thing:1053273 (اثر اصلی توسط Maker's Box ، CC BY -SA 3.0)

* توجه: CC BY-NC یک مجوز غیر تجاری است

ابزار و ملزومات:

• 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.

برای صحبت با Trinket Pro ، به موارد زیر نیاز دارید:

1. راننده از
2. نرم افزار آردوینو از

بانو آدا و تیم Adafruit مجموعه ای از دستورالعمل های بسیار بهتری را در پیوندهای بالاتر از آنچه من می توانم ارائه دهم ، ایجاد کرده اند. لطفاً در صورت گیر افتادن از آنها استفاده کنید.

توجه: یکی از ترفندهایی که Trinket را از آردوینو معمولی متمایز می کند این است که قبل از بارگذاری طرح ، باید برد را ریست کنید.

مرحله 3: نگهدارنده قلم و دارنده باتری

1. نگهدارنده قلم را با براکت سروو در طرف کوتاه شاسی نصب کنید (تصویر 1).
2. مهره ها را در بالای شاسی وارد کنید (تصویر 2)
3. با استفاده از پیچ های سر تخت 3Mx6mm ، پایه های باتری را در قسمت پایین شاسی وصل کنید (تصاویر 3 و 4).
4. باتری را از طریق کابل مستطیلی عبور دهید (تصویر 4 و 5).
5. برای نگهدارنده باتری دیگر این کار را تکرار کنید.

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

مرحله 4: چرخ

1. تست کنید چرخ خود را به محور پله وصل کنید (تصویر 1).

   1. اگر بسیار محکم است ، می توانید قسمت چرخ را با سشوار یا تفنگ هوای گرم گرم کنید و سپس محور را وارد کنید.
   2. اگر بیش از حد شل است ، می توانید از یک پیچ 3Mx8mm برای نگه داشتن آن در برابر شفت استفاده کنید (تصویر 2).
   3. اگر شما یک فرد کمال گرا هستید ، می توانید چاپگر خود را کالیبره کنید و آن را درست انتخاب کنید.
2. حلقه O را در اطراف لبه چرخ قرار دهید (تصویر 3 و 4).
3. برای چرخ دیگر نیز این کار را تکرار کنید.

مرحله 5: 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 6: 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.

مرحله 7: تخته نان

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

مرحله 8: قدرت

1. میکروکنترلر ، درایور عزیزتون و کلید پاور را روی برد نان قرار دهید (تصویر 1).

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

     • پین 1 درایور darlington.
     • پین باتری میکرو کنترل کننده.
     • سوئیچ قدرت "روشن".

2. با سیم های باتری سمت راست:

   1. خط قرمز را به اولین پین کلید پاور وصل کنید (تصویر 2).
   2. سیم سیاه را به یک ردیف خالی بین میکروکنترلر و تراشه دارلینگتون وصل کنید (تصویر 2).

3. با سیم های سمت چپ باتری:

   1. خط قرمز را به همان ردیف خط مشکی باتری دیگر وصل کنید (تصویر 3).
   2. خط سیاه را به ریل منفی تخته نان متصل کنید (تصویر 3).

4. اتصال برق به میکروکنترلر:

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

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

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

مرحله 9: سرصفحه و سیم کشی سروو

پین های هدر نر به ما اجازه می دهند اتصال دهنده های JST 5 پین را به برق و درایور darlington متصل کنیم (تصویر 1):

1. اولین سربرگ 5 پینی یک ردیف جلوتر از درایور darlington شروع می شود.
2. سپس سرور دوم باید با انتهای درایور darlington مطابقت داشته باشد.

قبل از پیچیده شدن سیم کشی ، اجازه دهید سروو سیم کشی شود:

1. یک سربرگ 3 پین برای سروو در لبه سمت راست قسمت جلو تخته نان اضافه کنید (تصویر 2).
2. یک بلوز قرمز از پین وسط را به طرف مثبت ریل قدرت اضافه کنید.
3. یک بلوز سیاه یا قهوه ای از پین بیرونی به طرف منفی ریل قدرت اضافه کنید.
4. یک بلوز رنگی از پین داخلی به پین 8 میکروکنترلر اضافه کنید.
5. بوق سروو را با شفت در حالت کامل ساعت و بازو را تا چرخ سمت راست نصب کنید (تصویر 3)
6. سروو را با استفاده از پیچ های سروو در نگهدارنده قلم نصب کنید (تصویر 3).
7. اتصال سروو که رنگها را تراز می کند وصل کنید (تصویر 4).

مرحله 10: کنترل پله

زمان برق رسانی برای راننده و پله های دارلینگتون ، که مستقیماً از باتری تغذیه می شود:

1. یک بلوز سیاه یا قهوه ای را از پین پایینی عزیزم پایین به سمت منفی ریل برق متصل کنید (تصویر 1).
2. یک بلوز قرمز از پین دارلینگتون بالا سمت راست را به طرف مثبت ریل برق متصل کنید.
3. یک بلوز قرمز از هدر پین بالا سمت چپ را به سمت مثبت ریل برق متصل کنید (تصویر 2).
4. کانکتور پله پله سمت چپ را با سربرگ قرمز در سمت راست به هدر پین سمت چپ وصل کنید (تصویر 3).
5. کانکتور پله راست را با سربرگ خوانده شده در سمت چپ به هدر پین سمت راست وصل کنید.

توجه: سربی قرمز اتصال استپر قدرت است و باید با سرخ های قرمز روی تخته نان مطابقت داشته باشد.

مرحله 11: Stepper Control (ادامه)

اکنون سیمهای سیگنال استپر را از میکروکنترلر به طرف ورودی درایور darlington وصل می کنیم:

1. با شروع با پین 6 میکروکنترلر ، سیم ها را برای چهار جامپر کنترل موتور پله ای سمت چپ وصل کنید (تصویر 1).
2. این بلوزها را با قسمت ورودی دارلینگتون در سمت راست مطابقت دهید. همه رنگها باید به استثنای رنگ سبز که با سیم صورتی استپر مطابقت دارد مطابقت داشته باشد (تصویر 2).
3. با شروع با پین 13 میکروکنترلر ، سر چهار پرنده کنترل را برای موتور پله راست متصل کنید (تصویر (3).
4. این بلوزها را با قسمت ورودی دارلینگتون در سمت چپ مطابقت دهید. همه رنگها باید به استثنای رنگ سبز که با سیم صورتی استپر مطابقت دارد مطابقت داشته باشد (تصویر 3).

مرحله 12: آزمایش و کالیبراسیون

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.

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 (تصویر 1).

نقاط کالیبراسیون شما عبارتند از:

float wheel_dia = 66.25 ؛ // میلی متر (افزایش = مارپیچ به بیرون)

float wheel_base = 112؛ // 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 به سمت داخل بچرخانید (تصویر 2).

من قطر را به 67 افزایش دادم و می بینید که به بیرون می چرخد (تصویر 3).

در نهایت به مقدار 66.25 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 13: 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).
2. اگر شل است ، آن را در محل خود بچسبانید.
3. بررسی کنید که وقتی سروو بازو پایین می آید کاغذ را لمس کند.
4. بررسی کنید که هنگام بالا آمدن به کاغذ دست نزند (تصویر 2).

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

int PEN_DOWN = 170 ؛ // زاویه سروو وقتی قلم پایین است

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

دستورات قلم عبارتند از:

penup ()؛

معلق ()؛

مرحله 14: 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 15: سایر بسترها

آیا می توان این ربات را با آردوینو معمولی انجام داد؟ آره! من به دلیل هزینه کم و اندازه کوچک با Trinket رفتم. اگر طول شاسی را افزایش دهید ، می توانید یک آردوینو معمولی را در یک طرف و تخته نان را در طرف دیگر قرار دهید (تصویر 1). باید با طرح آزمایشی پین به پین کار کند ، بعلاوه ، اکنون می توانید برای اشکال زدایی به کنسول سریال بروید!

آیا می توان این ربات را با رزبری پای انجام داد؟ آره! این اولین تحقیق من بود زیرا می خواستم در پایتون برنامه نویسی کنم و بتوانم آن را بر روی وب کنترل کنم. مانند آردوینو با اندازه کامل بالا ، شما فقط Pi را در یک طرف و تخته نان را در طرف دیگر قرار دهید (تصویر 2). برق به نگرانی اصلی تبدیل می شود زیرا چهار AA نمی خواهند آن را قطع کنند. شما باید حدود 1 آمپر جریان را در 5 ولت پایدار تأمین کنید ، در غیر این صورت ماژول WiFi شما ارتباط خود را متوقف می کند. من دریافتم مدل A از نظر مصرف برق بسیار بهتر است ، اما هنوز در حال بررسی نحوه تأمین برق مطمئن هستم. اگر متوجه شدید ، به من اطلاع دهید!