Robot de pintura alimentat per Arduino: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Projectes Fusion 360 »

Us heu preguntat mai si un robot podria fer pintures i art fascinants? En aquest projecte intento fer-ho realitat amb un robot de pintura Powered Arduino. L’objectiu és que el robot pugui fer pintures per si mateix i utilitzar una imatge de referència com a guia per reproduir una obra d’art. Vaig utilitzar la potència del CAD i la fabricació digital per crear un xassís robust sobre el qual vaig muntar un braç que pogués submergir el pinzell en un dels 7 contenidors de pintura i dibuixar sobre el llenç.

El robot està fabricat amb peces habituals, com ara motors pas a pas i servomotors, i està dissenyat per treballar amb qualsevol tipus de pintura.

Seguiu per crear el vostre propi robot de pintura Arduino i feu votar aquest projecte al "Paint Challenge" si us ha agradat el projecte i decidiu crear la vostra pròpia versió.

Pas 1: Visió general del disseny

El disseny del robot de pintura s’inspira en l’estructura d’un robot de neteja Roomba. Consta de dos sistemes principals:

• El sistema de tracció que consisteix en dos motors pas a pas units a les rodes i planadors passius. Això permet que el robot es mogui en qualsevol direcció al llarg del llenç.
• El sistema de pinzells que consisteix en un tercer motor pas a pas que situa el pinzell sobre els contenidors de pintura i un servomotor que submergeix el pinzell a la pintura.

El robot pot portar fins a 7 colors diferents alhora. El disseny es va fer inicialment a Fusion 360 d'Autodesk. Les peces es van exportar als formats adequats per tallar-les làser o imprimir-les en 3D.

El disseny del xassís del robot s’ha fet tenint en compte l’escalabilitat amb múltiples punts de muntatge i peces modulars. Això permet utilitzar el mateix xassís per a altres aplicacions. En aquest context, el xassís s’utilitza per fer meravelloses obres d’art amb pintura.

Pas 2: materials necessaris

Aquí teniu la llista de tots els components i peces necessaris per fabricar el vostre propi robot de pintura Powered Arduino. Totes les peces haurien d’estar disponibles i fàcils de trobar a les ferreteries locals o en línia.

ELECTRONNICA:

• Arduino Uno x 1
• Servomotor Towerpro MG995 x 1
• Motor pas a pas NEMA17 x 3
• Escut CNC V3 x 1
• Bateria LiPo de 11,1 V x 1

HARDWARE:

• Femelles i femelles M4
• Femelles i femelles M3
• Rodes (7 cm de diàmetre x 2)
• Filament d'impressora 3D (en cas que no tingueu cap impressora 3D, hi hauria d'haver una impressora 3D en un espai de treball local o les impressions es puguin fer en línia per un preu bastant econòmic)
• Fulls d’acrílic (3 mm)
• Pintures
• Pinzell

EINES:

• Impressora 3D
• Tallador làser

Sense les eines, el cost total d'aquest projecte és d'aproximadament 60 $.

Pas 3: peces fabricades digitalment

La majoria de les peces necessàries per a aquest projecte es personalitzen segons els requisits, per això vaig decidir utilitzar la potència de les peces fabricades digitalment. Les peces es van construir inicialment a Fusion 360 i després es van utilitzar els models CAD per tallar amb làser o imprimir les peces en 3D. Les impressions es van fer a un 40% d’ompliment, 2 perímetres, broquet de 0,4 mm i una alçada de capa de 0,1 mm mitjançant PLA. Algunes de les peces requereixen suports, ja que tenen una forma complexa amb voladissos, però, els suports són fàcilment accessibles i es poden treure mitjançant alguns talladors. Podeu escollir el color que vulgueu per al filament. Les peces tallades amb làser es van tallar en acrílic transparent de 3 mm.

A continuació podeu trobar la llista completa de peces juntament amb els fitxers de disseny.

Nota: A partir d’aquí es farà referència a les parts mitjançant els noms de la llista següent.

Parts impreses en 3D:

• Suport pas a pas x 2
• Layer Spacer x 4
• Connector de braç x 1
• Planador passiu x 2
• Suport per palet de pintura x 2
• Palet de pintura x 2

Peces tallades amb làser:

• Tauler inferior x 1
• Tauler superior x 1
• Pinzell Braç x 1

En total hi ha 13 peces impreses en 3D i 3 peces tallades amb làser. El temps necessari per fabricar totes les peces és d'aproximadament 12 hores.

Pas 4: construcció del sistema de xassís i transmissió (capa inferior)

Un cop fabricades totes les peces, podeu començar a muntar la capa inferior del robot de pintura. Aquesta capa és responsable del sistema d'accionament i també conté l'electrònica. Comenceu muntant 2 motors pas a pas en dos suports de pas mitjançant els cargols proporcionats. A continuació, es van utilitzar cargols i femelles de 8 x M4 per fixar els dos suports de pas a la placa inferior. Un cop muntats els passos, podeu fixar les dues rodes als eixos dels motors pas a pas. També podeu muntar l’Arduino al seu lloc mitjançant cargols i femelles M3 i alguns separadors perquè l’Arduino sigui fàcilment accessible. Un cop l'Arduino estigui assegurat, munteu el blindatge CNC a l'Arduino. Hi ha dos forats a la part davantera i posterior del robot. Passeu els planadors passius pels forats i enganxeu-los al seu lloc. Aquestes peces impedeixen que el cos del robot es raspgi al llarg de la superfície del llenç.

També podeu muntar els dos separadors de capa posterior amb cargols i femelles M4.

Nota: encara no connecteu els dos anteriors, ja que els hauríeu de treure eventualment.

Pas 5: muntatge del suport de pintura (capa superior)

Un cop construït el sistema de transmissió, podeu començar a muntar la capa superior que subjecta el braç de pintura que mou el pinzell i submergeix el pinzell als diversos contenidors de pintura. Comenceu fixant les dues peces del suport de palet de pintura. La ranura de l'interior de la peça s'alinea amb les dues peces separadores de la capa frontal. La part combinada s’uneix amb dues femelles i perns a les capes superior i inferior. La peça es reforça encara més amb quatre jocs addicionals de femelles de cargols al tauler superior.

A continuació, els palets de pintura s’uneixen a la part inferior de les peces del suport de palets de pintura mitjançant dos cargols i femelles per a cada costat.

Feu lliscar el tauler superior al seu lloc i utilitzeu altres femelles i perns per fixar els separadors de la capa posterior al tauler superior. Munteu el motor pas a pas pivotant al centre del tauler superior utilitzant els perns proporcionats amb l'eix apuntant cap a la part superior. Amb això, es construeix el xassís del robot i podem començar a muntar el braç de pintura.

Pas 6: Construir el braç de pintura i el conjunt del raspall

Per construir el braç de pintura, comenceu fixant el connector del braç al braç del raspall tallat amb làser mitjançant 4 femelles i cargols. A continuació, munteu el servomotor a l’altre extrem utilitzant 4 cargols i femelles més. Assegureu-vos que l’eix del servomotor estigui cap a l’extrem oposat del connector del braç. Introduïu el connector del braç a l'eix superior del motor pas a pas.

Utilitzeu la banya llarga del servo i fixeu-hi el pinzell amb tires de goma o tirants. Recomanaria utilitzar bandes de goma ja que això proporciona al conjunt del raspall cert compliment que és necessari perquè el sistema funcioni bé. Assegureu-vos que el pinzell estigui fixat de manera que, un cop connectada la trompa al servo, el pinzell amb prou feines llisqui per la superfície del terra o del paper.

Amb això, el maquinari del robot de pintura es completa i podeu començar el cablejat i la programació.

Pas 7: electrònica i circuits

L’electrònica d’aquest projecte és bastant senzilla, s’explica a la taula següent:

• Pas de roda esquerre al port de l'eix X del blindatge CNC
• Pas roda dreta al port de l'eix Y del blindatge CNC
• Pas a pas giratori al port de l'eix Z del blindatge CNC
• Senyal del servomotor al pin d’activació del cargol al blindatge CNC
• Servomotor de 5v a + 5v en blindatge CNC
• Servomotor GND a GND en blindatge CNC

Amb això es completa el circuit d’aquest projecte. La bateria es pot connectar als terminals d’alimentació del blindatge CNC amb un interruptor alternatiu en sèrie per encendre i apagar el robot.

Pas 8: una mica sobre la teoria

Quan es tracta de situar un punt en una quadrícula 2D, la forma més comuna i senzilla de fer-ho és proporcionar les coordenades cartesianes del punt. Això es fa especificant una tupla, generalment (x, y) on x és la coordenada x o la distància entre la projecció del punt de l'eix x a l'origen i y és la coordenada y del punt o la distància entre la projecció del punt de l'eix y a l'origen. D'aquesta manera, es pot descriure qualsevol imatge o forma complexa mitjançant una seqüència de punts, de manera que quan "uniu els punts" es formi la imatge. Aquesta és una manera convenient de descriure la posició d'un punt respecte a un origen. No obstant això, per a aquest projecte, es va utilitzar un sistema diferent.

També es pot descriure un punt en una quadrícula 2D mitjançant coordenades polars. En aquest mètode, la posició d’un punt es descriu utilitzant una altra tupla, que normalment es denomina (theta, r) on theta és l’angle entre l’eix x i la mitja línia que connecta l’origen i el punt i r és la distància entre la l'origen i el punt.

La fórmula per convertir d'un a un altre es troba a la imatge adjunta. No cal entendre completament les fórmules, tot i que conèixer-les ajuda.

Pas 9: Programació de l'Arduino

El programa es fa mitjançant una tècnica orientada a objectes que facilita el seu ús. Comenceu creant un objecte robot els paràmetres dels quals siguin els amples i les altures del llenç (mesureu-los amb una regla o una cinta mètrica en centímetres i substituïu els valors de la línia 4 de l’escriptura paintRobot.ino). Les tècniques de programació orientades a objectes permeten desenvolupaments posteriors.

A continuació, se us proporcionaran 3 funcions simples:

1. gotoXY pren una coordenada cartesiana i mou el robot a aquesta posició. (Per exemple, robot.gotoXY (100, 150))
2. brushControl pren un valor booleà: false aixeca el pinzell del llenç mentre que true posa el pinzell sobre el llenç. (Per exemple, robot.brushControl (true))
3. pickPaint pren un nombre enter -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4 que fa que el robot submergeixi el pinzell al contenidor de pintura corresponent. (Per exemple, robot.pickPaint (3))

El programa que s'adjunta a continuació fa que el robot es mogui a posicions aleatòries i triï colors aleatoris que acaben creant una peça d'art bella i única. Tot i que es pot canviar fàcilment perquè el robot dibuixi qualsevol cosa que vulgueu.

Nota: Un cop carregat el codi, potser haureu de canviar la posició de la banya del servo connectada al pinzell. Quan la p

Pas 10: Afegir la pintura

Un cop finalitzats el maquinari, l'electrònica i la programació, finalment podeu afegir algunes pintures als contenidors de pintura individuals. Recomanaria diluir lleugerament la pintura perquè la pintura sigui més suau.

Afegiu una mica d’aigua al contenidor més exterior del palet dret. El robot utilitzarà aquesta aigua per netejar el raspall abans d’intercanviar colors.

Per començar a pintar, col·loqueu el robot a la cantonada inferior esquerra del llenç fent que quedi al llarg de la vora inferior i engegueu el robot i asseieu-vos a veure com l’obra d’art cobra vida.

Pas 11: Resultats finals

Amb el programa actual, el robot realitza moviments aleatoris sobre el llenç que produeix pintures úniques i boniques. Tot i que amb algunes modificacions, es pot fer que el robot realitzi pintures específiques mitjançant una imatge de referència. El sistema actual proporciona una base sòlida per desenvolupar-los. El xassís del robot també està dissenyat de manera modular amb múltiples punts de muntatge estandarditzats perquè el robot es pugui convertir fàcilment en una aplicació que necessiteu.

Espero que us hagi agradat aquest instructiu i us hagi inspirat a construir el vostre propi robot de pintura.

Si us ha agradat el projecte, recolzeu-lo fent votar el "Paint Challenge".

Feliç fer!

Gran premi al Paint Challenge