Com construir el ProtoBot: un robot educatiu 100% de codi obert i súper econòmic: 29 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

El ProtoBot és un robot 100% de codi obert, accessible, súper econòmic i fàcil de construir. Tot és de codi obert: maquinari, programari, guies i currículum, cosa que significa que qualsevol persona pot accedir a tot el que necessita per construir i utilitzar el robot.

És una bona manera d’aprendre els conceptes bàsics de soldadura, enginyeria elèctrica i programació.

Aquest manual instructiu descriu com construir-ne un, des del tauler nu, els components i les peces impreses en 3D, fins a un ProtoBot totalment muntat (i esperem que sigui funcional!).

(Si voleu obtenir més informació sobre ProtoBots en general i / o El projecte ProtoBot, visiteu https://theprotobotproject.wordpress.com o ProtoBots Github, a

També podeu trobar una versió PDF d’aquesta guia a

Pas 1: subministraments: peces

Quan estigueu preparats per començar, aquí teniu el que necessiteu. Les quantitats són per a 1 robot.

Parts: (l'enllaç núm. 1 és eBay, el número 2 és AliExpress, normalment més barat)

• 2 motors N20, 300 RPM, 12 V (enllaç, enllaç)
• 1 x Arduino Nano (enllaç, enllaç)
• 2 x rodes de plàstic, 39 mm, forat de 3 mm (lot de 10: enllaç groc, enllaç groc, enllaç rosa)
• 2 x interruptors de límit tàctils (enllaç de 10 peces)
• 2 resistències de 220 Ohm (100 peces: enllaç, enllaç)
• 4 resistències de 10 K (100 peces: enllaç, enllaç)
• 1 x controlador de motor L293D (enllaç, enllaç)
• 2 x Sensor IR TCRT5000L (10 peces: enllaç, enllaç)
• 7 cables DuPont femella-femella (40 peces: enllaç, enllaç)
• 1 clip de bateria de 9 V (10 peces: enllaç, enllaç)
• 18 x pins de capçalera masculins (200 peces: enllaç, enllaç ja doblegat de 90 graus)
• 32 x passadors de capçalera femenins (400 peces: enllaç, enllaç)

Les quantitats només s'apliquen a llistats en què es ven un sol article (Arduinos i motors), ja que tota la resta és a granel i en sobraran d'extres. Quan les fitxes superen la quantitat necessària, sol ser que és més barat comprar a granel que els articles individuals. No em queixo!

Una cosa més: tot aquí prové de la Xina i, per tant, l’enviament normalment triga un mes i, de vegades, dos en casos extrems. Tot i això, mai no he tingut res que no aparegui finalment.

Pas 2: subministraments: peces (la resta)

Però espera! Hi ha més!

Encara necessiteu unes quantes peces més, és a dir, les peces impreses en 3D, la placa de circuit, la bateria i el "Hook and Loop Fastner" (com el velcro, per exemple) per a la bateria.

• Fixador de ganxo i bucle (eBay Link, un metre del material)
• Bateria (eBay Link, però només cal comprar-la a la botiga)

Parts impreses en 3D:

• Els fitxers STL es troben a
• Quan aneu a imprimir, canvieu-ne la mida al 105% i canvieu la farciment al 30%. No calen suports, sinó que decidiu si necessiteu una bassa. Les antenes poden adaptar-se més fàcilment als sensors de cops si s’escalen una mica més grans.

Targeta de circuits:

Si voleu provar de gravar-lo vosaltres mateixos, endavant. Tot el que necessiteu és a

Què he fet (la manera més senzilla, si encara no en teniu):

• He utilitzat www.pcbway.com i us permetran fer 5 peces per 5 dòlars, sense comptar l'enviament. Quan fem aproximadament 20 peces per a campaments STEM, costa uns 24 dòlars, inclòs l’enviament.
• Creeu un compte amb ells, pengeu el fitxer zip de gerber i us proporcionaran el nombre de taulers que heu sol·licitat.

Pas 3: subministraments: eines

Ara és possible que això ja sigui material que tingueu, però de totes maneres us donaré enllaços aquí.

Eines: (enllaços a Amazon)

• Soldador (7 dòlars a Amazon, però els hem utilitzat en campaments, i estic molt impressionat, superen els 25 dòlars que tenim).
• Soldadura (ve amb la planxa de 7 dòlars, de manera que no la necessiteu ara, però això us durarà per sempre)
• Mans auxiliars (no cal, encara no m'he comprat, però segur que faciliten la vida)
• Solder Sucker (molt útil quan no està obstruït)
• Netejador de llana de llautó (per mantenir la punta de ferro en bon estat)
• Suport de ferro per soldar (de manera que no poseu el braç accidentalment sobre la planxa)
• Talladores de filferro (en necessitareu)
• Filferro (es pot prescindir, però faciliten la vida)
• Alicates per al nas d'agulla (no és absolutament necessari, però bonic)
• Pistola de cola calenta per a alta temperatura i cola (la cola CA o alguna cosa més també pot funcionar)

El gastador conservador pot estar sacsejant el cap davant d’aquesta enorme quantitat d’eines que s’ha de comprar, però tingueu en compte: cadascuna d’aquestes eines, si es cuida adequadament, durarà anys i es pot utilitzar per a moltes altres coses. fabricant petits robots. (Dit això, et sento!)

Pas 4: Muntatge del sensor del motor i de la protuberància: tallar, separar, cables de llauna

Comencem amb els cables per als sensors i motors Bump. Haureu d’establir un soldador i un lloc de treball per soldar, i és possible que vulgueu alguna forma de ventilació. Un ventilador petit i de baixa velocitat és agradable.

1. Separeu 2 jocs de 4 cables dels jumpers femenins a femenins.
2. Utilitzeu els talladors de filferro per tallar-los al centre de cada joc.
3. Utilitzant els strippers, retireu uns 5 mm d’aïllament o una quarta part dels extrems dels cables.
4. Separeu els extrems del filferro i, a continuació, torceu els fils de coure per mantenir-los endreçats.
5. Esteneu cada extrem del filferro mantenint el ferro estanyat a sobre del filferro mentre apliqueu el filferro a la vostra soldadura.

Quan hàgiu acabat, haureu de tenir 4 jocs de 2 cables cadascun, amb 2 cables estanyats en un extrem i 2 connectors femella en cada extrem.

Pas 5: Muntatge del sensor de motor i de protuberància: motors i sensors de soldadura

Mantingueu el soldador encès perquè encara no hem acabat …

1. Per a cada conjunt de cables, doblegueu els extrems de llauna a 180 graus de distància.
2. Introduïu els extrems del cable a les pestanyes dels connectors dels motors i dels sensors de cops, tal com es mostra a les imatges.
3. Assegureu d'alguna manera els motors i els sensors.
4. Amb la planxa enllaunada, soldeu els cables a les pestanyes del connector.

Pas 6: Muntatge del sensor d’IR: tall, tira, estany

Amb els motors i els sensors de cops acabats, és hora de passar als sensors IR.

• Separeu un conjunt de 3 cables femella-dona.
• Talleu-los per la meitat.
• Tireu uns 5 mm d’aïllament pels extrems.
• Esteneu els cables mantenint-los a la soldadura i, a continuació, apliqueu-hi la planxa de llauna.

Quan hàgiu acabat, hauríeu de tenir 2 jocs de 3 cables amb els connectors femella en un extrem i els extrems de filferro estanyats a l’altre.

Pas 7: Muntatge del sensor IR: prepareu els sensors

Aquesta és probablement la soldadura més dura que haureu de fer. Pren-te el teu temps!

1. Utilitzeu les talls per tallar els cables addicionals, deixant aproximadament 5 mm o 1/4 de polzada al cos de plàstic del sensor.
2. Esbrineu l’orientació del sensor en funció de la imatge.
3. Doble el cable GND del LED blau per posar-lo en contacte amb el cable GND del LED negre.
4. Assegureu els sensors i, a continuació, utilitzeu el soldador per establir una connexió de soldadura entre els cables GND que heu connectat.

Pas 8: Muntatge del sensor IR: cables de soldadura

Ara estem preparats per connectar els cables als sensors IR.

1. Separeu els extrems de filferro de manera que tingueu els fils separats a uns 2,5 cm o 1 polzada.
2. Comenceu a soldar els cables, per ordre, a cadascun dels 3 cables del sensor.
3. Si feu servir cinta adhesiva com jo, quan hàgiu acabat amb un costat, gireu el sensor i soldeu l’altre costat.

Nota: Atès que els cables DuPont tenen colors aleatoris, no és fàcil enganxar-se amb una convenció de colors, així que us recomanaria mantenir-lo constant entre els parells de sensors. Normalment intento fer-les en ordre, amb GND, Sense i després + 5V, amb el color final més fosc que és GND.

Pas 9: munteu el cable de la bateria

Finalment, però no menys important, haurem de soldar junts el cable de la bateria.

• Obteniu la vostra última longitud de 2 pins de capçaleres masculines i, a continuació, empenyeu la peça divisòria de plàstic cap avall fins a la meitat dels pins.
• Amb unes alicates, doblegueu un costat amb un angle de 90 graus.
• Assegureu-lo d'alguna manera (he utilitzat un tros d'escuma i després he afegit cinta adhesiva per mantenir les capçaleres al lloc quan es fongui l'escuma).
• Esteneu cada passador, de manera que serà fàcil soldar els cables.
• Assegureu-vos que la polaritat sigui correcta (vermell = +, negre = -), soldeu el connector de la bateria als pins.

(Si els connectors de la bateria no es desenganxen ni es conserven prèviament, haureu de fer-ho.)

En retrospectiva, pot ser una bona idea posar un petit tros de tub termoencongible sobre la junta entre els cables i els passadors de capçalera.

Pas 10: Feu un descans

Ara que heu acabat els sensors i els motors, és una bona idea fer un descans. He muntat un munt de peces per als ProtoBots i encara he de fer pauses de tant en tant.

Mentre feu el vostre descans, seguiu endavant i aprofiteu per netejar tots els trossos d’aïllament de metall i filferro del vostre espai de treball. A continuació, pren una respiració d’aire fresc i pren-te una bona beguda d’alguna cosa refrescant.

Quan us sentiu prou renovat, no dubteu a continuar.

Pas 11: Munteu Arduino

Continuem amb això, començant per muntar l’Arduino.

• Traieu l'Arduino de la bossa de plàstic que va entrar
• Cerqueu les dues longituds de capçalera de 15 clavilles i introduïu-les, de costat curt cap amunt, a l'Arduino, tal com es mostra.
• Inseriu l’arduino en una placa per assegurar-vos que les capçaleres es mantinguin en l’angle correcte durant la soldadura.
• Començant per les cantonades, soldeu cada passador amb l'Arduino.

Quan hàgiu acabat, comproveu si hi ha soldadura que tanca dos passadors. Per eliminar l'excés de soldadura, foneu-lo al centre amb la planxa i arrossegueu-lo cap enrere dels passadors. Si això no funciona, intenteu aspirar l'excés amb la vostra xucladora de soldadura.

Notareu que no he soldat el conjunt de 6 pins: són els pins ICSP, que s’utilitzen per programar-lo sense l’USB. No els necessitem per al ProtoBot, però podeu optar per soldar-los si ho desitgeu.

Pas 12: Muntar el tauler: reunir parts

Hauríeu de tenir totes les parts que necessiteu per al tauler, però dediqueu-vos un moment a reunir-les en les quantitats que necessiteu.

• 1 x ProtoBotBoard
• 1 x Arduino Nano muntat
• 2 x 220 ohm resistències
• 4 x 10K resistències
• 1 x 14 pins de longitud dels passadors de capçalera masculins
• 2 x 15 pins de longitud dels pins femenins de capçalera
• 1 x 2 pins de longitud dels passadors de capçalera femenins
• 1 xip de controlador de motor L293D

Per tallar les capçaleres femenines, faig servir les talladores de filferro i les tallo en un passador addicional. Haureu de sacrificar un passador per cada tall, però de totes maneres us en sobra.

Pas 13: Munteu el tauler: passadors de capçal femení de soldadura

Podeu ometre els pins de capçalera femenins si voleu, però facilita la reutilització de l'Arduino o la solució de problemes en cas que alguna cosa no vagi bé.

1. Inseriu l'Arduino als passadors de capçalera femenins. (En aquest cas, només l’utilitzem per mantenir-los alineats)
2. Introduïu el conjunt de pin Arduino / capçalera al tauler i fixeu-lo al tauler.
3. Començant pels passadors de les cantonades, soldeu els passadors de capçalera femenins al tauler.

Pas 14: Munteu el tauler: xip del controlador del motor de soldadura

És hora de soldar el conductor del motor!

1. Introduïu el controlador del motor al tauler, amb la osca de la part superior del xip alineada amb el buit del contorn del tauler.
2. Assegureu-lo amb una mica de cinta adhesiva.
3. Soldeu cada passador, començant pels de la cantonada i seguint fins a la resta.

Pas 15: Muntar el tauler: soldar 10K Resistors

Quan hàgiu acabat amb el controlador del motor, passarem a les resistències de 10K.

1. Trobareu 4 resistències de 10K. Poden ser de color blau o marró però, segons el que sigui, haurien de coincidir amb les bandes de colors del diagrama.
2. Doble els cables de cada resistència amb un angle de 90 graus cap avall.
3. Inseriu cadascuna de les 4 resistències als punts marcats amb "10K" al tauler.
4. Utilitzeu cinta adhesiva per fixar-les al tauler (o simplement doblegueu els cables, però la cinta adhesiva funciona millor).
5. Soldeu cadascun, tenint cura de no omplir els altres forats que els envolten.
6. Quan hàgiu acabat, retalleu el cable addicional per sobre de la junta de soldadura i traieu la cinta adhesiva.

Nota: poques vegades he tingut problemes amb això, però, de vegades, retallar cables després de soldar pot trencar rastres al tauler, que normalment no es pot reparar. Tingueu cura!

Pas 16: Muntar el tauler: soldar les resistències de 220 Ohm

Ara fem les resistències de 220 ohm.

1. Igual que amb les resistències 10K, les 220 podrien ser de color marró o blau, només cal que assegureu-vos que coincideixin amb les bandes de colors, tal com es mostra al diagrama.
2. Doblegueu els cables a 90 graus i, a continuació, introduïu-los als punts marcats amb "220".
3. Assegureu-los amb cinta adhesiva o doblegueu els cables.
4. Soldeu els cables al tauler.
5. Quan hàgiu acabat, retalleu els cables i traieu la cinta adhesiva.

Pas 17: Munteu la placa: pins de capçalera del sensor

Passem a les capçaleres per connectar els sensors.

1. Dividiu el conjunt de capçaleres masculines de 14 pines en longituds de 4 x 2 pines i 2 x 3 pines.
2. Utilitzeu cinta adhesiva per fixar les capçaleres, curtes cap avall, a les taques de les taules marcades com a "BL", "BR" (longituds de 2 pins) i "IRR" i "IRL" (longituds de 3 pins). Us quedaran 2 conjunts de longituds de 2 pins, no us preocupeu per ara.
3. Soldeu els passadors al lloc des de la part inferior del tauler. Vaig fer les longituds de 2 i 3 pins per separat, però podríeu fer-les totes juntes.
4. Traieu la cinta adhesiva

Pas 18: Munteu el tauler: passadors de capçalera del motor

Recordeu aquestes dues longituds de capçalera de 2 pins addicionals? Les utilitzarem per connectar els motors.

1. Amb unes alicates, doblegueu el costat més llarg dels cables amb un angle de 90 graus.
2. Inseriu-los a les taules del tauler marcades amb "MR" i "ML".
3. Assegureu-los amb cinta adhesiva.
4. Soldeu-los al lloc i traieu la cinta adhesiva.

Pas 19: Munteu la placa: connector de la bateria

Quasi fet! Només cal afegir el connector de la bateria.

1. Obteniu la longitud de 2 pins dels passadors de capçalera femenins i introduïu-los al lloc del tauler marcat com a "Bat".
2. Assegureu-los al seu lloc amb un tros de cinta adhesiva.
3. Soldeu els passadors al tauler i traieu la cinta adhesiva.

Pas 20: Muntatge del tauler: comproveu-ho tot

Abans d’acabar, mireu el tauler i assegureu-vos que tot és com i on hauria de ser.

Comprova:

• Ponts de soldadura (quan la soldadura connecta dos pins junts)
• Les coses es col·loquen de manera incorrecta o en un lloc equivocat
• Pins no soldats o connectats incorrectament

Els ponts de soldadura són prou fàcils de solucionar, només cal que utilitzeu una ventosa de soldadura i una planxa calenta per desfer-vos de l’extra.

Les coses que s’hagin soldat de manera equivocada hauran de ser soldades i tornar-les a posar de la manera correcta. El mateix procediment que l'eliminació de ponts, feu-ho a tots els passadors de qualsevol cosa que s'hagi de treure.

Pas 21: feu un descans

Ara ja porteu soldant un temps. Pot ser una bona idea fer un descans, respirar aire fresc i estirar els músculs del coll.

Mentre hi estigueu, podeu netejar els objectes de soldar i desar la planxa i, a continuació, posar la pistola de cola calenta per començar a escalfar-se.

Pas 22: Muntatge del robot: reuniu peces

Ara ja esteu preparat per muntar el ProtoBot.

Ens assegurem que tingueu les peces que necessiteu.

• 1 x ProtoBotBoard amb Arduino Nano inserit
• 1 x base impresa en 3D
• 2 peces d'antena impreses en 3D
• 4 suports de taulers impresos en 3D
• 2 x sensors de cops
• 2 x Sensors IR
• 2 motors N20 d'engranatges
• 2 rodes de plàstic de 39 mm (forat interior de 3 mm de diàmetre)
• 1 x connector de bateria
• 1 x bateria de 9V
• 1 joc de ganxo i llaç de fixació (com el velcro), tallat a aproximadament la longitud de la bateria de 9 V.

També necessitareu una pistola de cola calenta i cola, preferiblement d'alta temperatura.

Pas 23: Muntatge del robot: motors de cola

Comencem pels motors

• Poseu una bona quantitat de cola calenta als suports del motor.
• Col·loqueu els motors als suports, amb els cables sortint de la part posterior del robot.

Nota: tingueu cura de que no obtingueu cola calenta a la zona on hi haurà les caixes de canvis, ja que s’enfonsaran i no funcionaran. En general, col·loqueu la meva mica de cola als extrems dels muntatges del motor que es troben més a prop del centre del robot per assegurar-me que no viatgi cap als extrems, on hi ha la caixa de canvis.

Pas 24: Muntatge del robot: Sensors de cops

Fem ara els sensors de cops.

• Col·loqueu l’antena en un sensor de cops, tal com es mostra.
• Un cop ho hàgiu posat, podeu afegir una mica de cola calenta per assegurar-lo, si voleu.
• Poseu pols de cola calenta a cada plataforma del sensor de cops de la base.
• Premeu els sensors de cops al lloc i assegureu-vos que estiguin alineats amb les vores de la plataforma.

Nota: Segons el funcionament de la impressora, l'antena pot ser difícil de posar. Només cal tenir cura de no posar els sensors de cops ni trencar-los. (Per això, la impressió una mica més gran ajuda molt)

Pas 25: Muntatge del robot: Sensors IR

Sensors EyeR! (Vaja, Geddit? D'acord, d'acord, ull s'aturarà ara)

• Poseu una mica de cola a la part superior dels muntatges del sensor IR.
• Doblegueu els cables dels sensors IR fora del camí i, a continuació, inseriu-los a les muntures, de manera que les tapes sobresurten una mica.

Pas 26: Muntatge del robot: connecteu la placa

Connectem ara la pissarra al robot.

• Prepareu els 4 suports de la placa de circuit.
• Poseu una mica de cola calenta a cada cantonada del tauler.
• Col·loqueu els suports del tauler a cada cantonada.
• Quan hàgiu acabat, poseu una mica de cola calenta a cada suport.
• Connecteu la placa al cos del robot, amb el controlador del motor i els passadors cap a la part posterior, i els passadors de connexió del sensor cap a la part davantera.

Pas 27: Muntatge del robot: connecteu cables, afegiu rodes

Connectem tots els sensors i motors.

• Agafeu els cables del sensor de protecció i IR i alimenteu-los pel forat de la base del robot.
• Connecteu el motor esquerre al port etiquetat com a "ML"
• Connecteu el motor adequat al port amb l'etiqueta "MR"
• Connecteu les rodes als motors.
• Si són de color rosa, tindrien un forat en forma de "D" que ha d'alinear-se amb la taca plana de l'eix del motor.
• Si són grocs, poden continuar, però és probable que vulgueu afegir una mica de cola per assegurar-vos que no només giren.
• Connecteu els sensors de protecció esquerra i dreta als ports respectius, etiquetats com a "BL" i "BR". Aquí no importa l’ordre dels cables.(Tingueu en compte que el sensor que hi ha a la dreta no s’endollarà al port dret, perquè l’antena es troba a l’esquerra.)
• Esbrineu quins són els cables dels vostres sensors IR, segons el diagrama i quins són els cables, i connecteu-los als pins correctes de la placa, etiquetats com a PWR, IN i GND. (Sensor dret a "IRR", sensor esquerre a "IRL").

Pas 28: Muntatge del robot: connecteu la bateria de 9V

Ara posarem la bateria.

• Aconseguiu el dispositiu de fixació de ganxo (IE, Velcro) i talleu un tros de cada costat el mateix que la bateria.
• Connecteu un costat a la part inferior de la base, on va la bateria.
• Esbrineu de quina manera quedarà la bateria en funció de la direcció dels cables que surtin del cable de la bateria i, a continuació, fixeu el tancament de ganxo i llaç (IE, Velcro) perquè encaixi correctament. (Veure imatges. No importa massa si no ho orienteu correctament.)
• Introduïu el cable de la bateria pel forat de la base.

Pas 29: acabat

Connecteu la bateria. Si no s’escapa cap fum màgic, ets bo!

El següent pas és programar-lo, però ho tractarem en un altre instructiu. (Enllaçaré aquí tan bon punt ho faci)

Si esteu impacient, no podeu esperar i sabeu utilitzar les biblioteques Arduino, la biblioteca es pot trobar aquí:

Si voleu obtenir més informació sobre ProtoBots en general i / o El projecte ProtoBot, visiteu https://theprotobotproject.wordpress.com o ProtoBots Github a