Robot de tortuga DFRobot: 12 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Fins ara, els meus projectes de robots de tallers s’han orientat cap a baix cost i facilitat de muntatge. Què passa si el rendiment i la precisió eren els objectius i no els costos? I si una empresa de kit de robots estigués disposada a donar peces? I què passa si dibuixem amb alguna cosa que no siguin marcadors?

Per tant, l’objectiu d’aquest projecte és fer un robot de tortuga precís que utilitzi les parts de la prestatgeria que dibuixin alguna cosa interessant per a la propera Fira del fabricant.

Tortugues fora!

Pas 1: parts

DFRobot va proporcionar els components principals. Això és el que fem servir:

• 1 unitat, placa base Bluno M0, SKU: DFR0416 o un Arduino Uno normal
• 1 un., Escut motor bipolar pas a pas per Arduino (DRV8825), SKU: DRI0023
• 2 e., Motor pas a pas híbrid, SKU: FIT0278
• 1 pe., Joc d'acoblament de rodes de goma de 5 mm (parell), SKU: FIT0387
• 1 pe., Servo 9G SKU: SER0006

Per obtenir energia, faré servir cèl·lules de liti 18650, així que he comprat:

• 3 ea., EBL 18650 Bateria 3,7V
• 1 pe., Carregador intel·ligent de bateria KINDEN 18650
• 3 ea., 18650 Suport de bateria

També he utilitzat diversos maquinaris:

• 2 e., Junta tòrica # 343 de goma Buna-N (3/16 "x 3-3 / 4" ID)
• 1 coixinet de boles d'acer de baix contingut en carboni d'1"
• 10 e., Cargol de capçal M3x6MM
• 2 ea., Cargol de capçal M3x8MM
• 4 cargols, cargol planer M3x6MM
• 14 ea., Femella M3
• 4 u., Cargol de formació de rosca # 2 x 1/4

També necessitarem una manera creativa de compartir l’alimentació de la bateria entre el Motor Shield i l’Arduino, ja que no sembla que hi hagi allotjament. He utilitzat l'extrem de presa de barril de 2,1 mm x 5 mm d'una font d'alimentació morta, o alguna cosa així.

Eines:

• Tornavís punta Phillips
• Decapants de filferro
• Pistola de cola calenta (opcional)
• Soldador i soldador

I no menys important:

• Paciència
• Persistència
• Actitud positiva

Pas 2: parts en 3D

Vaig decidir provar de dissenyar tot el 3D a FreeCad perquè aquest robot m’ajudés a aprendre. Tot el que necessitava fer era transferir dimensions per a la disposició del servo i el llapis, i després escalar la resta fins que s’adaptessin als passos molt més grans.

• Rodes més grans per proporcionar espai a les bateries.
• Xassís més gruixut per proporcionar resistència a l’augment de pes.
• Rodet més gran que coincideix amb l'alçada elevada de la coberta.
• Modular per facilitar la prova i personalització.

Aquí teniu les peces que necessitareu. Tots els fitxers es troben a

• 1 ca., xassís
• 1 ea., Puntal superior
• 2 ea., Roda
• 1 u., Barril
• 1 un., Servoporte

Pas 3: Muntatge del xassís, part 1

• Comenceu introduint femelles M3 als separadors del xassís. Es poden prémer o estirar mitjançant un cargol M3.
• Munteu els passos amb cargols M3 amb els connectors elèctrics cap a l'extrem posterior (més curt).
• Munteu els suports de les bateries mitjançant cargols de cap pla.

Pas 4: Muntatge del xassís, part 2

• Munteu el canó, la peça superior i el servo junt amb cargols i femelles M3.
• Munteu la peça superior combinada als passos amb cargols M3.
• Introduïu el coixinet d'acer al suport de la roda, escalfant-lo amb un assecador de cabells si és necessari per estovar-lo.
• Munteu la roda rodant al cos mitjançant cargols M3.

Pas 5: Muntatge de rodes

• Aconseguir que els hubs agafin l’eix és un problema, ja que els eixos són de 5 mm i el hub (que es diu que és de 5 mm) en realitat és de 6 mm. L’ús de parell suficient als cargols de subjecció és probable que els elimini, de manera que he utilitzat un parell de mànecs per tancar primer la tolerància.
• Després d’ajustar la tolerància, feu lliscar el cub de l’eix pas a pas i estrenyeu els cargols de subjecció.
• Col·loqueu la roda 3D al cub, introduïu un cargol gran i estrenyeu.
• Col·loqueu la junta tòrica sobre el hub.
• Assegureu-vos que la roda giri sense oscil·lar. Ajusteu-ho si cal.

Pas 6: cablejat

Deixem anar el poder per provar els steppers. Necessitem:

• L'escut pas a pas requereix entre 8 i 35 V per executar els passos.
• Els steppers tenen una classificació de 3,4 V, però normalment són impulsats per 12 V.
• El Bluno (Arduino) té una tensió d’entrada recomanada de 7 - 12V, o pot alimentar-se directament mitjançant 5V USB.

Les cel·les de la bateria de liti tenen un voltatge nominal de 3,7 V. Si en posem tres en sèrie, això ens dóna 3 x 3,7 V = 11,1 V i aproximadament 3 x 3000 mAh = 9000 mAh. El Bluno probablement extreu només 20 mA, de manera que la major part del desguàs provindrà dels passos, que podrien arribar a un amplificador o més segons la càrrega. Això ens hauria de proporcionar hores de durada.

Per fer proves, podeu subministrar 12 V regulats a l’escut i 5 V USB a l’Arduino. Pot ser que sigui més fàcil connectar les bateries fins a alimentar-les alhora.

• Soldeu els suports de la bateria en paral·lel segons el dibuix.
• Munteu l'Arduino amb els cargols de formació de rosca núm. 2.
• Col·loqueu l'escut del motor a la part superior de l'Arduino

• Retireu els cables de la presa de 2,1 mm x 5 mm recuperats i torceu-los juntament amb els cables de la bateria:

  La franja blanca és positiva, torça-la amb un cable de bateria vermell

• Introduïu el cable vermell al VCC i el cable negre a GND a la pantalla del motor.

Pas 7: Pas a pas

Vaig tenir una mica de problemes per reunir prou informació per fer-ho funcionar, així que espero que això ajudi els altres. El document clau que necessiteu es troba a

Connecteu els cables pas a pas i la font d'alimentació al vostre escut:

• 2B Blau
• 2A Vermell
• 1A Negre
• 1B Grenn

L’esbós d’exemple proporcionat em va funcionar, però no és massa instructiu. Haurem de controlar la velocitat i la rotació, així com alliberar els motors pas a pas quan no s’utilitzin per estalviar energia.

He trobat un exemple modificat de https://bildr.org/2011/06/easydriver/ que té funcions d'assistència. Només condueix un pas a pas, però us donarà confiança que anem pel bon camí. Més endavant escriurem un codi més sofisticat.

Pas 8: Servo

El servo serveix per pujar i baixar el llapis per dibuixar.

• Col·loqueu el braç al cub i gireu suaument el pas en sentit antihorari mirant cap avall fins que arribi a la parada.
• Traieu el braç i col·loqueu-lo cap a l'esquerra (aquesta serà la posició cap avall).
• Introduïu el petit cargol de formació de rosca i estreneu-lo.
• Introduïu el servo a la muntura amb l'extrem del cub cap amunt i fixeu-lo mitjançant dos cargols de formació de rosca més grans.

Pas 9: calibració

A causa de les variacions en el muntatge i l'alineació, el robot s'ha de calibrar perquè pugui moure distàncies i angles precisos.

• Mesureu el diàmetre de la roda des de les vores exteriors de la junta tòrica de goma.
• Mesureu la distància entre eixos des del centre de les juntes tòriques a la part inferior del robot (on entrarà en contacte amb el terra).
• Descarregueu l'esbós de calibratge adjunt
• Introduïu els paràmetres mesurats.
• Pengeu l'esbós..

Prepareu el bolígraf:

• Traieu la tapa i feu lliscar el coll de la ploma pel costat de la punta.
• Introduïu el bolígraf al suport amb el servobraç cap amunt.
• Assegureu-vos que el bolígraf no toqui el paper en aquesta posició.
• Si el llapis s’uneix a l’eix, ens enviarà una llima per eliminar qualsevol aspra i augmentar el diàmetre del forat.

Dibuixa un quadrat:

• Feu lliscar l'interruptor d'alimentació a "Activat".
• Espereu uns quants segons perquè comenci el carregador d'arrencada.
• Quan el robot hagi completat el primer quadrat, traieu el bolígraf i apagueu el robot.

Ajusteu primer el paràmetre wheel_dia. Mesureu la longitud del costat del quadrat. Ha de tenir 100 mm:

• Si la distància mesurada és massa llarga, augmenteu wheel_dia.
• Si la distància mesurada és massa curta, reduïu wheel_dia.

Després de tenir el calibratge de la distància, ajusteu el paràmetre wheel_base que afecta l'angle del gir. Col·loqueu el robot en un full de paper nou, engegueu-lo i deixeu que dibuixi els quatre quadrats:

• Si el robot gira massa bruscament (la caixa gira en sentit horari), reduïu el valor de la distància entre rodes.
• Si el robot no gira prou fort (la caixa gira en sentit contrari a les agulles del rellotge), augmenteu el valor de la distància entre rodes.
• A causa d'errors d'arrodoniment en el codi de pas i inclinació dels engranatges dels steppers econòmics, mai no ho aconseguirà perfecte, de manera que no hi dediqueu massa esforç.

Pas 10: Dibuix

És hora de fer dibuixos! Baixeu-vos els esbossos adjunts per començar.

Pas 11: ara què? Currículum

Funciona i dibuixa quadres agradables. Ara comença la diversió.

Aquí teniu un parell de recursos per aprendre els gràfics de les tortugues.

• https://blockly-games.appspot.com/ (programació de blocs)
• Tutorial de TinyTurtle (JavaScript)
• Code amb Anna i Elsa des de Hour of Code

També he publicat un Instructable sobre l’ús del robot tortuga d’aquests recursos en línia amb el robot Tortuga. En general, qualsevol codi JavaScript de Turtle es pot enganxar i executar a l'esbós de calibratge. Primer podeu provar la sortida en línia de l’ordinador i després penjar-la a la vostra tortuga per dibuixar-la a la vida real.

Per als estudiants, aquí teniu un parell d’idees de projectes:

• Programa el teu robot per escriure el teu nom.
• Dissenyeu i imprimiu en 3D una placa amb TinkerCad a partir d’una plantilla. Es pot connectar a sota del servomotor.
• Dóna personalitat al teu robot amb una mica de cola calenta i bling. (Mantingueu les rodes i els ulls lliures d’obstruccions).
• Des de l’esbós d’OSTR_eyes, dissenyeu i proveu un algorisme per navegar per una habitació. Què fas quan un ull detecta alguna cosa? Els dos ulls? Podríeu incorporar la funció random () d'Arduino.
• Construeix un laberint sobre un full de paper gran a terra i programa el teu robot per navegar-hi.
• Construeix un laberint amb parets i dissenya un algorisme per navegar-hi automàticament.
• El botó que hi ha entre els LED encara no s'ha utilitzat i està connectat al pin Arduino "A3". Per a què es podria utilitzar? Utilitzeu-lo per encendre i apagar un LED per començar.
• Si no heu fet la secció d'Investigació del pas "Firmware (FW): proves i parpelleig", torneu enrere i proveu-ho.

Pas 12: però espereu, n’hi ha més

Si heu estat atents, heu notat que el barril és quadrat. Per alguna estranya coincidència còsmica, el guix d’artista pastel té la mateixa amplada que el diàmetre dels marcadors de Crayola. Tot el que necessitem és una manera de pressionar prou sobre el guix i som un artista de vorera.

Necessitarà:

• Barril i RAM imprès en 3D (https://www.thingiverse.com/thing:2976527)

• Guix, ja sigui el guix de l’artista quadrat pastel o el guix petit rodó (no les coses grasses de la vorera).

  https://a.co/6B3SzS5

Rentadores de 3/4 "per al pes

Passos:

• Imprimiu els dos fitxers adjunts.
• Traieu el servo i el suport del servo.
• Col·loqueu el barril d'alimentació quadrat.
• Afineu el guix fins a un punt proper.
• Col·loqueu el guix al barril.
• Col·loqueu el carner al barril.
• Col·loqueu el pes de la rentadora sobre el carner.