Robot de dibuix per a Arduino: 18 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Nota: Tinc una nova versió d'aquest robot que utilitza una placa de circuit imprès, és més fàcil de construir i té detecció d'obstacles IR. Mireu-ho a

Vaig dissenyar aquest projecte per a un taller de 10 hores per a ChickTech.org que tenia com a objectiu introduir les dones adolescents en temes STEM. Els objectius d’aquest projecte eren:

• Fàcil de construir.
• Fàcil de programar.
• Va fer alguna cosa interessant.
• De baix cost perquè els participants se l’emportin a casa i continuïn aprenent.

Tenint en compte aquests objectius, hi ha algunes opcions de disseny:

• Compatible amb Arduino per facilitar la programació.
• Potència de la bateria AA per cost i disponibilitat.
• Motors pas a pas per a un moviment precís.
• Imprès en 3D per facilitar la personalització.
• Traçat de plomes amb gràfics Turtle per obtenir una sortida interessant.
• Codi obert perquè en pugueu fer un de vostre.

Aquí teniu el robot més proper al que volia fer: https://mirobot.io. No tinc tallador làser i l’enviament des d’Anglaterra era prohibitiu. Tinc una impressora 3D, així que suposo que podeu veure cap a on va això…

No deixeu que la manca d’una impressora 3D us dissuadi. Podeu trobar aficionats locals que vulguin ajudar-vos a www.3dhubs.com

Va costar molta feina, però em complau saber com va resultar. I, en vaig aprendre força. Feu-me saber què en penseu!

Pas 1: parts

Hi ha diverses maneres d’alimentar, conduir i controlar els robots. És possible que tingueu diferents parts a mà que funcionin, però aquestes són les que he provat i he trobat que funcionen bé:

Electrònica:

• 1- Arduino UNO o equivalent- adafruit.com/products/50

  Adafruit és ara la manufactura nord-americana per a genuïns arduinos. Obteniu-los de la font

• 2- Engranatge de 5 V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Taula de prova de mida mitjana- adafruit.com/products/64

• 12- Saltadors home-home- adafruit.com/products/1956

  Dos com a mínim haurien de tenir 6 ", la resta pot ser de 3"

• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1- Capçalera de pin masculí- digikey.com/short/t93cbd
• 1-2 x AA Holder- digikey.com/short/tz5bd1
• 1-3 x AA Holder- digikey.com/short/t5nw1c
• Condensador 1-470 uF 25V - www.digikey.com/product-detail/en/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• 1 interruptor lliscant SPDT - www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Cable micro USB
• 5 - Bateries AA

Maquinari:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" Junta tòrica- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Rodament de rodes de 5/8 "- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- Cargol de capçal M3 x 8 mm- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- cargol de cap pla M3 x 6 mm- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• 2 - 1/4 "de rosca formant 4-20 cargols

Parts impreses (consulteu www.3dhubs.com si no teniu accés a una impressora):

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

  • 1 x rodet de rodaments
  • 1 x xassís
  • 2 x rodes
  • 2 x suport de pas a pas
  • 1 x suport de bolígraf / suport de servo
  • 1 x collaret de ploma
• Faig servir una resolució baixa, un 100% d’ompliment i no suporto. Imprimeix un valor aproximat de 4 hores.

Subministraments:

• Tornavís Phillips
• Pistola de cola calenta
• Multímetre digital
• Ganivet afilat
• Retoladors de colors Crayola

Pas 2: feu flaix el firmware

Abans d’arribar massa a la construcció, permetem carregar el microprogramari de prova al microcontrolador. El programa de prova només dibuixa quadres per poder comprovar la direcció i la dimensió adequades.

1. Baixeu-vos el programari Arduino des de www.arduino.cc/en/Main/Software
2. Obriu el programari Arduino.

3. Baixeu-vos el fitxer zip adjunt i descomprimiu-lo a la ubicació del quadern de dibuixos Arduino.

   Podeu trobar (o canviar) aquesta ubicació a l'IDE Arduino: [Fitxer] -> [Preferències] -> "Ubicació del quadern de croquis"

4. Carregueu l'esbós de prova: [Fitxer] -> [Quadern de dibuixos] -> [TIRL_Arduino_TEST]
5. Connecteu l'Arduino a l'ordinador amb un cable USB.

6. A l'IDE Arduino:

   1. Configureu el tipus de tauler: [Eines] -> [Tauler] -> El vostre tipus de tauler.
   2. Configureu el port sèrie: [Eines] -> [Port] -> Normalment, l'últim que apareix a la llista.
7. Pengeu l'esbós amb la icona de fletxa.

Si teniu algun problema, consulteu www.arduino.cc/en/Guide/Troubleshooting per obtenir ajuda.

Pas 3: porta-bolígrafs i porta-bateries

1. Introduïu les femelles a la part superior del xassís (imatge 1). És possible que hagueu de prémer-los.
2. Instal·leu el porta-llapis amb el suport del servo a la part superior del xassís (imatges 2 i 3).

3. Connecteu els suports de la bateria a la part inferior del xassís mitjançant cargols de cap pla de 3Mx6mm (imatge 4)

   • Necessiteu almenys 5xAA per alimentar correctament un Arduino mitjançant el regulador incorporat. Sis funcionarien també, de manera que he inclòs forats per a qualsevol mida a banda i banda.
   • Voleu que el pes es desplaci cap a la roda, així que poseu el 3xAA cap a la part posterior.
   • Orienteu els suports perquè els cables siguin més propers a les tirades de cable rectangulars.
4. Enfileu els cables de la bateria a través dels cables rectangulars (imatge 4).
5. Repetiu-ho per l'altre suport de la bateria.

Nota: tret que s'especifiqui, la resta de cargols són cargols de cap de panell de 3Mx8mm

Pas 4: Backet Backets

1. Introduïu una femella al suport del pas a pas i poseu-les a la part superior del xassís amb un cargol (imatge 1).
2. Introduïu el pas a pas al suport i fixeu-lo amb cargols i femelles.
3. Repetiu l’operació amb l’altre parèntesi.

Pas 5: Caster

1. Introduïu el coixinet de boles a la roda.

   No la forceu o es trencarà. Utilitzeu un assecador de cabells o una pistola d’aire calent per estovar el material si cal

2. Col·loqueu el rodet a la part inferior del xassís davant del suport de la bateria.

He provat altres objectes rodons com els marbres, però sembla que el llis i el pesat funcionen bé. Si necessiteu un diàmetre diferent, podeu editar el fitxer openScad (https://www.thingiverse.com/thing:1052674) per adaptar-lo al que tingueu a mà.

Pas 6: Taula de pa i cervells

1. Traieu un dels rails elèctrics amb un ganivet afilat, tallant l'adhesiu inferior (imatge 1).

   Un carril té potència (vermell) a la vora exterior, i un altre negatiu (blau). Mantinc el primer adjunt i coincidirà amb els esquemes i les fotos. Si utilitzeu l’altre, només cal ajustar els cables en conseqüència

2. Sostenint el tauler de control sobre els rails del xassís, marqueu on tallen la vora (imatge 2).
3. Utilitzant un cantell recte (com el carril d’alimentació retirat), marqueu les línies i talleu la part posterior (imatge 3).
4. Col·loqueu la tauleta sobre el xassís amb els rails que toquen l’adhesiu exposat (imatge 4).
5. Connecteu l'Arduino a l'altre costat del xassís mitjançant 4-20 cargols (imatge 5).

Pas 7: col·locació de condensadors i peces

1. Col·loqueu el controlador Darlington i l’interruptor d’alimentació a la placa de pa (imatge 1).

   • He afegit punts taronja per obtenir visibilitat per marcar el següent:

     • Pin 1 del conductor de Darlington
     • El passador de la bateria del microtroller. L’interruptor d’encesa està en posició “on”.
2. Retalleu els cables del condensador si cal (més temps és negatiu) (imatge 2).
3. Introduïu el condensador als rails correctes de la part superior de la taula de treball (imatge 3).

Pas 8: alimentació

1. Amb els cables de la bateria de la dreta: connecteu la línia vermella al primer pin de l’interruptor d’alimentació (imatge 1).
2. Connecteu el cable negre a una fila buida entre el microcontrolador i el xip Darlington (imatge 1).
3. Amb els cables de la bateria de l’esquerra: connecteu la línia vermella a la mateixa fila que el cable negre de l’altra bateria (imatge 2).
4. Connecteu la línia negra al carril negatiu de la taula de treball (imatge 2).

5. Connecteu l'alimentació al microcontrolador:

   1. Jersei vermell des del carril positiu fins al passador de la bateria (punt taronja, imatge 3).
   2. Jersei negre des del carril negatiu fins al passador marcat amb "G" (imatge 4).
6. Instal·leu les bateries i enceneu-la (imatge 5).
7. Hauríeu de veure com s’encenen els llums verds i vermells del controlador (imatge 6).

Resolució de problemes:

• Si els llums del microcontrolador no s’encenen, apagueu immediatament l’aparell i solucioneu els problemes:

  • Les bateries s’instal·len amb l’orientació correcta?
  • Comproveu el posicionament dels cables de la bateria.
  • Posicionament de cables de commutador de doble comprovació.
  • Utilitzeu un multímetre per comprovar les tensions de les bateries.
  • Utilitzeu multímetre per comprovar les tensions del carril de potència.

Pas 9: alimentació pas a pas

Ara que teniu alimentació del microcontrolador, acabem de cablejar l'alimentació dels steppers:

1. Connecteu un pont negre des de la clavilla Darlington superior esquerra al costat negatiu del rail d'alimentació (imatge 1).
2. Connecteu un pont vermell des de la clavilla darlington inferior esquerra al costat positiu del rail d’alimentació (imatge 1).
3. Connecteu un pont vermell del pin inferior esquerre de Darlington a una fila dreta del Darlington (imatge 2).
4. Inseriu capçaleres de pins per als connectors JST blancs del pas a pas (imatge 2).

Pas 10: senyals de control de pas a pas

El microcontrolador proporciona senyals de 5 volts a la matriu Darlington, que al seu torn proporciona VCC a les bobines pas a pas:

1. Comenceu amb el passador al costat del pas de terra del controlador Darlington i instal·leu els cables taronja, groc, verd i blau en aquest ordre (imatge 1).

2. Connecteu els ponts als següents pins d'arduino (imatge 2):

   1. taronja: pin digital 4
   2. groc: pin digital 5
   3. verd: pin digital 6
   4. blau: pin digital 7

3. De tornada al Darlington, continueu amb el pont per l'altre pas a la inversa de les altres:

   blau, verd, groc i taronja (imatge 3)

4. Connecteu els ponts als següents pins arduino (imatge 4):

   1. blau: pin digital 9 (pin 8 utilitzat últim per al servo).
   2. verd: pin digital 10
   3. groc: pin digital 11
   4. taronja: pin digital 12

Pas 11: connexions de bobines pas a pas

Els connectors JST blancs del pas a pas s’uneixen a la capçalera del pin. El cable vermell és potència i ha de coincidir amb els ponts de potència vermells que hem instal·lat anteriorment (imatge 1).

Tots els colors haurien de coincidir amb els ponts de microcontrolador del costat oposat del Darlington, a excepció del verd, que coincideix amb el fil rosa del pas a pas (imatge 2).

Pas 12: Servo

1. Instal·leu la banya del servo amb el servo girat en sentit horari fins a la parada i la banya horitzontal (imatge 1).
2. Connecteu el servo al suport i la banya va apuntar cap al costat del pas dret (imatge 1).
3. Introduïu ponts marró (terra), vermell (alimentació de 5 V) i blanc (senyal) al connector del servo, coincidint amb els colors del cable de servo (imatge 2).
4. Connecteu els ponts de potència i de terra al terra i a la capçalera de 5V de l’Arduino (imatge 3).
5. Connecteu el cable de senyal blanc al pin digital 8 d'Arduino (imatge 4).

Pas 13: rodes

1. Col·loqueu la junta tòrica de goma al voltant de la vora de la roda (imatge 1).

2. Si l’ajust del cub a l’eix és fluix, podeu utilitzar un cargol 3M per mantenir-lo al seu lloc (imatge 2).

   No l’apreneu massa perquè desproveu el plàstic

Pas 14: proves

Esperem que ja hàgiu carregat el firmware al pas 2. Si no, feu-ho ara.

El microprogramari de prova només dibuixa un quadrat repetidament perquè puguem comprovar la direcció i la precisió.

1. Col·loqueu el robot sobre una superfície llisa, plana i oberta.
2. Engegueu l’alimentació.
3. Mireu el vostre robot dibuixant quadrats.

Si no veieu llums al microcontrolador, torneu enrere i provoqueu problemes d’alimentació com al pas 8.

Si el robot no es mou, comproveu les connexions d’alimentació del controlador Darlington al pas 9.

Si el robot es mou de manera irregular, comproveu les connexions de pin del microcontrolador i del controlador Darlington al pas 10.

Pas 15: calibració

Si el robot es mou en un quadrat aproximat, és hora de deixar una mica de paper i posar-hi un bolígraf.

Mesureu el diàmetre de la roda (imatge 1) i la base de la roda (imatge 2) en mil·límetres.

La vostra configuració de calibratge al codi és:

roda flotant_dia = 63; // mm (augment = espiral)

distància de roda flotant = 109; // mm (augment = espiral in) int steps_rev = 128; // 128 per a la caixa de canvis 16x, 512 per a la caixa de canvis 64x

Vaig començar amb un diàmetre de roda mesurat de 65 mm i es poden veure les caixes girant cap a fora o cap a les agulles del rellotge a cada pas (imatge 3).

Finalment vaig arribar a un valor de 63 mm (imatge 4). Podeu veure que encara hi ha algun error inherent a causa de les pestanyes d’engranatges. Prou a prop per fer alguna cosa interessant!

Pas 16: pujar i baixar el bolígraf

Hem afegit un servo, però no hi hem fet res. Permet pujar i baixar el bolígraf perquè el robot pugui moure’s sense dibuixar.

1. Col·loqueu el collaret a la ploma (imatge 1).

   Si està fluix, enganxeu-lo al seu lloc

2. Comproveu que toqui el paper quan es baixi el braç del servo.
3. Comproveu que no toqui el paper quan estigui aixecat.

Els angles de servo es poden ajustar traient la banya i tornant a col·locar-la, o mitjançant el programari:

int PEN_DOWN = 20; // angle del servo quan la ploma està caiguda

int PEN_UP = 80; // angle de servo quan el bolígraf està activat

Les ordres de la ploma són:

penup ();

pendown ();

Si voleu utilitzar diferents mides de llapis, haureu de modificar el porta-llapis (www.thingiverse.com/thing:1052725) i el collaret de la ploma (www.thingiverse.com/thing:1053273) amb el diàmetre correcte.

Pas 17: Diverteix-te

Espero que hagis fet fins aquí sense massa paraules maleïdes. Feu-me saber amb què heu lluitat perquè pugui millorar les instruccions.

Ara toca explorar. Si mireu l'esbós de la prova, veureu que us he proporcionat algunes ordres estàndard de "Tortuga":

endavant (distància); // mil·límetres

cap enrere (distància); esquerra (angle); // graus recte (angle); penup (); pendown (); fet (); // deixeu anar el pas a pas per estalviar bateria

Mitjançant aquestes ordres, podríeu fer pràcticament qualsevol cosa, des de dibuixar flocs de neu o escriure el vostre nom. Si necessiteu ajuda per començar, consulteu:

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

Pas 18: altres plataformes

Es podria fer aquest robot amb un?

Sí! Aquesta plataforma és molt flexible. Només cal que modifiqueu el xassís.

Ho he fet amb un Raspberry Pi (imatge 1) i un Adafruit Trinket (www.instructables.com/id/Low-Cost-Arduino-Compatible-Drawing-Robot/) (imatge 2).

Feu-me saber què us ve de gust!