"Robot Kit" senzill per a clubs, professors Makerspaces, etc.: 18 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

La idea era construir un kit petit però ampliable per als nostres membres de la "Middle TN Robotic Arts Society". Planifiquem tallers al voltant del kit, especialment per a competicions, com ara el seguiment de línies i el viatge ràpid.

Hem incorporat un Arduino Nano a causa de la seva petita mida, però amb un gran recompte d'E / S. Amb l’addició d’un tauler Breakout, tots els pins són fàcilment accessibles i fàcils de fer servir. Vam deixar les bateries estàndard i vam optar per un banc d’alimentació de 3350 mAh que inclou un cable de càrrega USB i l’estat dels LED d’alimentació. El cable USB també funciona com a cable de programació. Dos servos de rotació contínua per a l'accionament perquè els constructors rodin de forma ràpida i senzilla. Una petita taula de treball us permet fer prototips de manera ràpida i senzilla. Els forats de 3 mm recorren el perímetre del tauler per permetre afegir components.

Per als membres del nostre club venem el kit A COST i haureu d’estar presents per aconseguir-ne un. De fet, estem perdent diners si es té en compte el temps que es necessita per dissenyar, construir un currículum, fer les peces (impressió 3D, tall per làser, etc.) i equipar-ho tot junt. Tenim un cost del kit fins a 29,99 dòlars. Podeu obtenir aquest preu més baix si feu comandes de peces amb temps d’enviament més llargs. Ens adonem que no és el kit més barat que hi ha, però fem èmfasi en oferir quelcom fàcil de construir i ampliable que no trigui dies a muntar-se. De fet, aquest kit hauria de trigar menys d’una hora a moure’s.

Subministraments

Parts principals:

• Arduino Nano
• Banc d'energia de bateria
• Marc del robot
• SliderM-F Jumpers
• Sensor d'ultrasons
• Quantitat 3 - 3mmx10mm 3m Cargols amb femelles
• Quantitat 3 - espaiador de 3 mm x 3 mm
• Quantitat 2 - Servo SF90R de rotació contínua
• Quantitat 2 - Rodes Rodes de 52 mm
• Quantitat Corbates de cremallera de 4 a 6 polzades (obteniu les primes d’uns 3,5 mm d’amplada) El paquet de varietats de Harbor Freight funciona bé.
• Mini tauler de pa
• Arduino Nano Shield

Opcional:

Embolcall de cable

Eines:

• Soldador per soldar les capçaleres del Nano
• Pistola de cola
• Tornavís bàsic

Pas 1: marc

Per ajudar els constructors a avançar ràpidament, hem gravat un esquema amb text a cada costat del marc per indicar on s'han de col·locar les parts.

Vam tenir la sort de tenir accés al tallador làser. Si no ho feu, us recomanem que contacteu amb els espais locals dels fabricants per veure si en poden utilitzar un o si estarien disposats a retallar-vos el marc.

També es podria utilitzar una impressora 3D per imprimir la base. Hem inclòs el SVG i el STL perquè els pugueu utilitzar amb qualsevol dels dos.

Hem utilitzat acrílic de 3 mm per als nostres kits. Podeu utilitzar altres suports, com ara fusta, cartró, taulers d’escuma, etc.

Pas 2: prepareu l'Arduino

Per facilitar la soldadura de les capçaleres a l'Arduino, inseriu les capçaleres masculines a l'escut Arduino. Alineeu l’Arduino Nano amb les capçaleres. Tingueu en compte les marques del tauler contra l’escut. Soldeu tots els passadors i heu acabat.

Pas 3: munteu l'escut Arduino

1. Alineeu els 3 separadors grocs amb els forats Arduino impresos en 3D o tallats.
2. Utilitzeu els cargols i femelles M3x10 per fixar el blindatge Arduino. Ajust, no atapeït. Si us preocupa que s’afluixin els cargols, només cal que afegiu un toc de cola calenta al final de la femella. No us preocupeu pel quart forat de l’escut, ja que no serà necessari i interfereix amb el Power Bank més endavant durant la construcció.

Pas 4: munteu els Servos

1. Tingueu en compte l’orientació del contorn de Servo al marc. (No es mostra a la versió impresa en 3D però fa referència a les imatges)
2. Introduïu dos tirants mitjançant les ranures rectangulars amb el cap del tirant a la part superior del marc.
3. Introduïu servos i feu passar l'arnès per les ranures rectangulars cap a la part posterior. Estreny les corbates amb cremallera. Si el servo no se sent segur, podeu afegir una mica de cola calenta als laterals on els servos toquen el marc.

Pas 5: muntatge del banc d'energia

1. Executeu un Zip Tie entre la ubicació d'Arduino i Breadboard en l'orientació que es mostra amb el cap del Zip Tie a la part superior. Mantenir-se solt.
2. Passeu una corbata amb cremallera per la part posterior. Mantenir-se solt.
3. Feu lliscar el banc d’energia i estrenyeu fermament les corbates de cremallera. Tingueu en compte l’orientació.

Nota: Estem utilitzant un "control lliscant" imprès en 3D per a la part frontal, que es veu a les imatges. Tot i això, hem descobert que causava massa fricció, de manera que és possible que vulgueu experimentar amb altres idees com ara un tap d’ampolla, un planador de mobles de plàstic, etc.

Pas 6: rodes

Hem utilitzat un tallador làser per tallar les rodes de l’escuma EVA. Podeu utilitzar el que vulgueu. Tapes de pots, impressió 3D, rodes antigues de joguina, etc. Intenteu trobar rodes d’uns 52 mm de diàmetre.

1. Assegureu-vos que el centre de la roda tingui una obertura per permetre que el petit cargol de capçal de muntatge pugui muntar la banya de servo circular.
2. Centreu la banya del servo inclosa amb els servos i enganxeu-la a les rodes. Aneu amb compte de no ficar cola al forat central i mantingueu la roda fins i tot amb la banya del servo per reduir la oscil·lació.
3. Amb el petit cargol Phillips, fixeu les rodes als servos. Ajust no estret.

Pas 7: Tauler de pa

Peleu el suport de la pissarra. Alineeu-lo amb el gravat de la part superior del marc i fixeu-lo. Si utilitzeu el marc imprès en 3D, utilitzeu la part rebaixada rectangular de la impressió.

Pas 8: temps per començar a moure’s

Connecteu els SERVOS per moure’s.

1. Connecteu l’arnès de cables del servo esquerre (Servo a l’esquerra si es mira des de la part posterior) al Pin 10 amb el cable taronja més proper a l’Arduino.
2. Connecteu l’arnès de cables del servo dret (Servo a la dreta si es mira des de la part posterior) al pin 11 amb el cable taronja més proper a l’Arduino.

Pas 9: complement: donar una ullada al vostre bot

Ara hem d’afegir alguna cosa per evitar que el bot es trobi amb coses. Utilitzeu el sensor d'ultrasons. Connecteu el sensor a la tauleta de pa tal com es mostra a la imatge.

* Consulteu el diagrama de cablejat més avall a la informació sobre com connectar-vos.

Pas 10: Add-On: Detecció de fronteres mitjançant un sensor IR

Per tal que el vostre bot no caigui per la vora d'una taula, arena, etc., afegim un sensor de línia. Estem utilitzant un conjunt de sensors de reflectància QTR-MD-06RC. Sis emissors / detectors d'infrarojos cara avall i mesuren la distància des de la superfície fins al sensor.

Per afegir el sensor, agafeu els 4 cargols petits de 2 mm, el separador del sensor IR (Smiley Face). Feu referència a les imatges per obtenir una orientació correcta.

* Consulteu el diagrama de cablejat més avall a la informació sobre com connectar-vos.

Pas 11: Programació - Configuració

Baixeu-vos el programari Arduino.

Seguiu les instruccions estàndard.

Un cop el tingueu instal·lat, obriu el programari i configureu un Arduino Nano. Això pot variar entre els diferents fabricants, però si teniu el de la llista de peces:

1. Obriu "Eines"
2. Seleccioneu "Arduino Nano" com a tipus de tauler
3. Seleccioneu Atmega328P (Old Bootloader) com a tipus de processador
4. Connecteu l'Arduino Nano mitjançant el cable Micro USB inclòs amb el carregador a qualsevol port USB del vostre PC. Si apareix un error com a "Dispositiu desconegut", potser haureu d'instal·lar els controladors correctes. Consulteu la secció Addendum d'aquesta informació útil per ajudar-la.

Pas 12: Visió general del codi per al sensor d'ultrasons

El codi és molt bàsic i utilitza dues biblioteques: Servo.h i NewPing.h. Servo.h és una biblioteca integrada proporcionada per la fundació Arduino i s’utilitza per controlar senyals PWM (amplada de pols modulada) a cadascun dels servos. La referència a aquesta biblioteca es troba aquí:

NewPing.h, com es va esmentar anteriorment, és una biblioteca de tercers de Tim Eckel. S'utilitza per proporcionar-nos una interfície senzilla amb el món de la mesura basada en el temps. La referència a aquesta biblioteca es troba aquí:

Per a aquesta configuració hem creat un exemple bàsic de repetició cap endavant, esquerra, dreta. Volíem donar als nostres membres un punt de partida que demostrés com utilitzar el sensor d'ultrasons i dos servidors de rotació contínua (un al revés de l'altre). Al nostre bucle, el robot escaneja cap endavant i, si està clar, continua avançant. Tanmateix, si intueix que és a prop i que és objecte (el temps de ping és més curt que el mínim escollit), s’atura, gira a l’esquerra, escaneja, gira a la dreta, torna a escanejar i va en la direcció més oberta.

És possible que observeu que a cadascun dels dos servos se’ls donen ordres diferents per avançar; això es deu al fet que els servos estan muntats al xassís apuntant en direccions oposades. Per això, cada servo ha de moure's en direccions oposades perquè el bot avanci davant d'un cercle. El mateix és cert si es volia moure al revés.

Aquest exemple demostra la prevenció d’obstacles molt bàsica, però es pot millorar molt. Exemple de "tasca" per a vosaltres pot ser fer un escombrat complet de 360 graus de l'àrea en iniciar-vos i triar el camí més obert. Escaneja més amunt d’un costat a l’altre i comprova si el bot està “encasellat”. Combineu-ho amb altres sensors per resoldre un laberint.

Pas 13: Visió general del codi per a la línia que segueix utilitzant el codi SUMO

Pròximament.

Pas 14: Programació - Biblioteques

Comenceu per assegurar-vos que teniu instal·lades les biblioteques correctes.

Per als Servos, la biblioteca Servo.h hauria de ser per defecte.

Per al sensor d'ultrasons HC-SR04:

1. Al programari, aneu a Sketch> Inclou biblioteca> Gestiona biblioteques.
2. Cerca de "NewPing" per Tim Eckel.
3. Seleccioneu la versió més recent i instal·leu-la.

Per a la matriu del sensor de reflectància QTR-MD-06RC:

1. Al programari, aneu a Sketch> Inclou biblioteca> Gestiona biblioteques.
2. Cerqueu "QTRSensors" per Pololu.
3. Seleccioneu la versió més recent i instal·leu-la.

Pas 15: programa

1. Només cal que el sensor Ping descarregui el fitxer MTRAS_Kit_Ping_Sensor_1_18_20.ino.
2. Per al sensor de línia amb sensor de ping programat per SUMO, descarregueu el fitxer MTRAS_Kit_Sumo_1_18_2020.ino.
3. Connecteu el vostre Arduino mitjançant USB.
4. Seleccioneu el port COM (vegeu la imatge). El vostre port COM pot variar.
5. Feu clic a la marca de verificació per assegurar-vos que no hi hagi errors.
6. Si tot està provat, feu clic a la fletxa dreta per descarregar el programa a l'Arduino.
7. Un cop completat, desconnecteu el cable USB i connecteu-lo al Power Bank.

Pas 16: Esquema de cablejat

Utilitzeu la imatge següent per connectar el robot.

• Per al sensor ultrasònic, utilitzeu cables de pont m-f.
• Per al sensor de línia utilitzeu els cables de pont m-m.
• Per als Servos, podeu connectar el connector de 3 pins directament als pins.

Pas 17: Enhorabona !!! Has construït un robot

Per al codi d'ultrasons, el robot hauria de començar a moure's. Sempre que detecta un objecte a menys de 35 cm, s’aturarà, es desplaçarà cap a l’esquerra i prendrà una mesura ràpida, després es desplaçarà cap a la dreta i farà el mateix. Determina quin costat tenia la distància més alta i es mou en aquesta direcció.