Robot de dibuix compatible amb Arduino de baix cost: 15 passos (amb imatges)

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

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 4xAA 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

Aquest projecte està llicenciat sota Creative Commons i utilitza peces en 3D basades en dissenys d’altres (tal com s’indica a la secció següent), la més restrictiva de les quals és la roda, que no és comercial. Això significa que aquest projecte també ha de ser no comercial. No siguis aquest noi.

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- * Adafruit Pro Trinket 3V- adafruit.com/products/2010

  • Maquinari sota llicència CC BY-SA
  • Programari (Bootloader) amb llicència GPL
• 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
• 16- Saltadors home-home- adafruit.com/products/759
• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - Commutador de diapositives SPDT - adafruit.com/product/805 o www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Capçalera de pin masculí- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA Holder- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- Cable micro USB
• 4- Bateries AA

* Nota: consulteu l'últim pas per obtenir una discussió sobre l'ús de taules Arduino o Raspberry Pi normals.

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/=yskc6u

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

• 1 x rodet de rodaments de boles - thingiverse.com/thing:1052674 (basat en el treball de onebytegone, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Xassís - thingiverse.com/thing:1053269 (obra original de Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 2 x Wheels - thingiverse.com/thing:862438 (basat en el treball de Mark Benson, CC BY-NC 3.0 *)
• 2 x suport de Stepper - thingiverse.com/thing:1053267 (basat en el treball de jbeale, CC BY-SA 3.0)
• 1 x suport per a bolígraf / suport servo - thingiverse.com/thing:1052725 (obra original de Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Pen Collar - thingiverse.com/thing:1053273 (obra original de Maker's Box, CC BY-SA 3.0)

* Nota: CC BY-NC és una llicència no comercial

Eines i 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.

Per parlar amb Trinket Pro, necessitareu:

1. Controlador de
2. Programari Arduino de

Lady Ada i l'equip d'Adafruit han creat un conjunt d'instruccions molt millor als enllaços anteriors que no puc proporcionar. Si us plau, utilitzeu-los si esteu atrapats.

Nota: L'únic truc que fa que el Trinket sigui diferent d'Arduino normal és que haureu de restablir el tauler abans de penjar l'esbós.

Pas 3: porta-bolígrafs i porta-bateries

1. Instal·leu el porta-llapis amb el suport del servo al costat més curt del xassís (imatge 1).
2. Introduïu les femelles a la part superior del xassís (imatge 2)
3. Connecteu els suports de la bateria a la part inferior del xassís mitjançant cargols de cap pla de 3 x 6 mm (imatges 3 i 4).
4. Enfileu els cables de la bateria a través dels cables rectangulars (imatges 4 i 5).
5. Repetiu-ho per l'altre suport de la bateria.

Nota: tret que s'especifiqui, la resta de cargols són de rosca de 3Mx8mm.

Pas 4: rodes

1. Feu la prova per ajustar la roda a l’eix pas a pas (imatge 1).

   1. Si està massa ajustat, podeu escalfar el cub de la roda amb un assecador de cabells o una pistola d’aire calent i, a continuació, introduir l’eix.
   2. Si és massa fluix, podeu utilitzar un cargol de 3Mx8mm per subjectar-lo contra el pla de l’eix (imatge 2).
   3. Si sou perfeccionistes, podeu calibrar la impressora i fer-la bé.
2. Col·loqueu la junta tòrica al voltant de la vora de la roda (Imatges 3 i 4).
3. Repetiu per l'altra roda.

Pas 5: Backets Backper

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 6: Rodes

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.

Pas 7: Tauler de pa

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

Pas 8: alimentació

1. Col·loqueu el microcontrolador, 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'alimentació "en posició".

2. Amb els cables de la bateria de la dreta:

   1. Connecteu la línia vermella al primer pin de l’interruptor d’alimentació (imatge 2).
   2. Connecteu el cable negre a una fila buida entre el microcontrolador i el xip Darlington (imatge 2).

3. Amb els cables de la bateria esquerra:

   1. Connecteu la línia vermella a la mateixa fila que el cable negre de l’altra bateria (imatge 3).
   2. Connecteu la línia negra al carril negatiu de la taula de treball (imatge 3).

4. Connecteu l'alimentació al microcontrolador:

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

Solució de problemes: si els llums del microcontrolador no s’encenen, apagueu immediatament l’aparell i solucioneu els problemes següents:

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

Pas 9: Capçaleres i cablejat servo

Els pins de capçalera masculins ens permeten connectar els connectors servo JST de 5 pins a l’alimentació i al controlador Darlington (imatge 1):

1. La primera capçalera de 5 pins comença una fila davant del conductor de Darlington.
2. La segona capçalera del servo hauria d’estar alineada amb l’extrem del controlador Darlington.

Abans que el cablejat es compliqui, deixem el servo connectat:

1. Afegiu una capçalera de 3 pins per al servo a la vora dreta de la secció avançada de la taula de treball (imatge 2).
2. Afegiu un pont vermell des del passador central al costat positiu del rail d’alimentació.
3. Afegiu un pont negre o marró des del passador exterior al costat negatiu del rail d’alimentació.
4. Afegiu un pont de colors des del pin interior al pin 8 del microcontrolador.
5. Instal·leu la banya del servo amb l’eix a la posició completa del rellotge i el braç que s’estén a la roda del costat dret (imatge 3)
6. Instal·leu el servo al porta-llapis mitjançant els cargols del servo (imatge 3).
7. Connecteu el connector del servo alineant els colors (imatge 4).

Pas 10: control pas a pas

És hora de connectar l’alimentació del controlador i dels steppers de Darlington, que s’accionaran directament des de la bateria:

1. Connecteu un jersei negre o marró des de la clavilla Darlington inferior dreta al costat negatiu del rail d'alimentació (imatge 1).
2. Connecteu un pont vermell des de la clavilla Darlington superior dreta al costat positiu del rail d’alimentació.
3. Connecteu un pont vermell des de la capçalera del pin superior esquerre al costat positiu del carril d’alimentació (imatge 2).
4. Connecteu el connector pas a pas esquerre a la capçalera del passador esquerre amb el cable vermell al costat dret (imatge 3).
5. Connecteu el connector pas a pas dret a la capçalera del pin dret amb el cable de lectura al costat esquerre.

Nota: el cable vermell del connector pas a pas és l’alimentació i hauria de coincidir amb els cables vermells de la placa de control.

Pas 11: control pas a pas (continuació)

Ara connectarem els cables de senyal pas a pas del microcontrolador al costat d’entrada del controlador Darlington:

1. A partir del pin 6 del microcontrolador, connecteu els cables de quatre ponts de control per al motor pas a pas esquerre (imatge 1).
2. Feu coincidir aquests ponts amb el costat d’entrada del darlington a la dreta. Tots els colors haurien de coincidir amb l’excepció del verd, que coincideix amb el fil rosa del pas a pas (imatge 2).
3. Començant amb el pin 13 del microcontrolador, connecteu els cables dels quatre ponts de control del motor pas a pas dret (imatge (3)).
4. Feu coincidir aquests ponts amb el costat d’entrada del darlington a l’esquerra. Tots els colors haurien de coincidir amb l’excepció del verd, que coincideix amb el fil rosa del pas a pas (imatge 3).

Pas 12: proves i calibració

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.

Si el robot es mou en un quadrat aproximat, és hora de deixar una mica de paper i posar-hi un bolígraf (imatge 1).

Els vostres punts de calibratge són:

roda float_dia = 66,25; // mm (augment = espiral)

distància de roda flotant = 112; // 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 l'interior (imatge 2).

Vaig augmentar el diàmetre fins a 67 i es pot veure que rotava cap a l'exterior (imatge 3).

Finalment vaig arribar a un valor de 66,25 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 13: 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).
2. Si està fluix, enganxeu-lo al seu lloc.
3. Comproveu que toqui el paper quan es baixi el braç del servo.
4. Comproveu que no toqui el paper quan estigui aixecat (imatge 2).

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

int PEN_DOWN = 170; // 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 ();

Pas 14: 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 15: altres plataformes

Es podria fer aquest robot amb un Arduino normal? Sí! Vaig anar amb el Trinket a causa del baix cost i la mida petita. Si augmenteu la longitud del xassís, podeu col·locar un Arduino normal per un costat i el tauler de suport per l’altre (imatge 1). Hauria de funcionar pin-per-pin amb l'esbós de prova, a més, ara podeu accedir a la consola sèrie per depurar-la.

Es podria fer aquest robot amb un Rasberry Pi? Sí! Aquesta va ser la meva primera línia d’investigació perquè volia programar en Python i poder controlar-lo a través de la web. Igual que l’Arduino de mida completa anterior, només heu de col·locar el Pi per un costat i el tauler de suport per l’altre (imatge 2). El poder es converteix en la principal preocupació perquè quatre AA no el tallaran. Cal proporcionar aproximadament 1 A de corrent a 5 V estable, en cas contrari, el mòdul WiFi deixarà de comunicar-se. He trobat que el model A és molt millor pel que fa al consum d’energia, però encara estic buscant com subministrar energia fiable. Si ho descobriu, feu-m'ho saber.