Base de robot multiusos i blindatge del motor per a bricolatge: 21 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Hola a tothom, fa poc vaig començar a treballar en projectes de robòtica amb Arduino. Però no tenia una base adequada per treballar, el resultat final no semblava fantàstic i l’única cosa que vaig poder veure és que tots els meus components s’enredaven en cables. De vegades, va resultar frustrant tenir problemes per solucionar qualsevol error que solia passar per sempre i connectar les coses una i altra vegada. Així que vaig decidir fabricar un robot polivalent junt amb un controlador de motor on pogués connectar els altres components fàcilment sense crear cap embolic i muntar-lo i desmuntar-lo fàcilment per a qualsevol modificació.

Si sou principiant i voleu començar amb la robòtica o fins i tot quan teniu previst prototipar un projecte de robot més gran primer a petita escala, sempre us serà útil una base de prototipatge.

Aquest instructiu cobreix tot el procés de preparació de la vostra base acrílica, afegint motors, rodes i també fabriqueu un escut del motor de bricolatge fabricant un PCB de doble cara a casa. Al final hi haurà un projecte bàsic per comprovar si tot es fa correctament i donar una idea aproximada del que podeu fer amb el vostre robot. Després de la compilació, podeu provar alguns dels robots més bàsics com aquests:

1. Robot senzill controlat a distància (per cable)
2. Robot de seguiment de línia
3. Robot per evitar obstacles
4. Robot controlat per Bluetooth
5. Robot sense fil controlat a distància (mitjançant transmissor i receptor de RF / comandament a distància IR)

Aquest és el meu primer instructiu, així que perdoneu-me qualsevol error i la crítica constructiva és benvinguda.

Pas 1: reuniu les vostres eines i materials

Com que es tracta de dues parts: 1. El xassís i el 2. Motor blindatge, la llista d'eines i peces es divideix en dues seccions, respectivament.

Per al xassís:

Eines:

• Accés a un tallador làser (podeu cercar-ne un a un espai del fabricant proper o cercar en línia proveïdors locals de serveis de tall làser)
• Tornavís
• Tallador de filferro
• Soldador + filferro

Parts:

• Full acrílic de 3 mm (qualsevol color que vulgueu)
• Motor reductor (100 a 200 rpm) x 2
• Rodes x 2
• Roda de rodes x1
• Cargols i femelles M3 x 10 mm x 20 (o més si en perden una mica)
• Suport de bateria AA de 6 cel·les x 1 (no cal fer servir bateria de 12v o paquet li-po)
• Servomotor x 1 (opcional)
• Perns i femelles M2 x 25mm x (per a la fixació de motors)
• Commuta l'interruptor x 1
• Cable aïllat (per a connexions)

Per a blindatge del motor:

Eines:

• Soldador + filferro
• Ferro
• Mini trepant o trepant manual
• Guants de mà de goma
• Matoll metàl·lic
• Un petit recipient de plàstic
• Multímetre (per provar)
• Marcador permanent

Productes químics necessaris:

• FeCl3 en pols O solució
• Acetona o diluent (també es pot utilitzar un removedor de pintura per a ungles)

Parts:

• Tauler revestit de coure de doble cara
• Paper brillant o paper fotogràfic
• Presa IC de 16 pins x 2
• Presa IC de 14 pins x 2
• IC controlador de motor L293D x 2
• 74HC04 NO IC de la porta x1
• Condensadors electrolítics: 100uf, 10uf, 47uf (cada X 1)
• Condensador ceràmic de 0,1uf x 2
• Regulador de tensió 7805 IC x 1
• Tanca de capçal femení pin llarg X 1
• Tanca femenina de capçal pin curt x1
• Cinta de capçalera masculina X 1
• Bloques de terminals de cargol (espaiat de 2 pins de 3,5 mm) x 6
• LED x 1
• Resistència (de 220ohm a 330ohm qualsevol ho farà) x 1

Pas 2: el xassís

Per muntar els motors, rodes, sensors, etc. del nostre robot, necessitem un xassís que mantingui totes les coses al seu lloc i que sigui el cos principal del robot. En lloc de comprar-ne un, vaig decidir fer-ne un jo mateix on es pugui muntar fàcilment les peces necessàries i modificar-les sempre que sigui necessari. Vaig anar amb acrílic per donar-li un aspecte professional.

Abans de dibuixar el xassís a l'ordinador, utilitzava paper i llapis i vaig dibuixar un esbós aproximat amb totes les mesures i dimensions. Vaig treballar per primera vegada amb l’acrílic, així que em vaig confondre una mica amb els paràmetres i el disseny, però després d’uns quants intents i referint l’Instruible publicat per "oomlout", ja no va ser una tasca difícil.

El disseny final es va fer a Inkscape i es va enviar per tall per làser.

Ara, el que heu de fer és descarregar els fitxers i exportar-los en el format sol·licitat pel proveïdor de serveis i tallar-los amb làser. El fitxer ''.svg "és per a Inkscape i".cdr "per a Corel draw.

Enllaç de descàrrega per a InkScape:

Per descarregar fitxers:

Pas 3: Comencem el muntatge

Reuneixi les peces tallades amb làser i les eines i materials esmentats anteriorment.

Pas 4: primer prepareu els vostres motors

Per fer moure el robot necessitem algun tipus d’actuadors. Utilitzarem motors de corrent continu com a actuadors.

Cables de soldar de dos colors diferents (cadascun amb una longitud aproximada de 5 a 6 polzades) als motors. Per comprovar la polaritat, connecteu els cables a una bateria i comproveu el gir. Si els motors giren en direccions oposades canvieu els cables.

Pas 5: és hora de "femella" i "fixar" tot

Comenceu fixant les plaques laterals a la placa base inferior col·locant-les a les ranures. Col·loqueu una femella a la ranura en T i introduïu el pern del forat de la placa inferior i subjecteu-lo amb un tornavís. Assegureu-vos de no subjectar-lo massa fort o, en cas contrari, podreu acabar trencant l’acrílic. Comproveu l'orientació de les plaques (el motor cap avall com es mostra).

A continuació, fixeu els motors, la roda de rodes, la placa frontal, el suport de la bateria i, finalment, la placa superior

Si voleu col·locar un servo motor gran, podeu cargolar-lo directament a la ranura indicada o per muntar un micro servo

Connecteu les rodes als motors

Connecteu l'interruptor amb el paquet de bateries tal com es mostra i enrosqueu-lo al lloc

Finalment, carregueu el vostre arduino / arduino mega OR Raspberry pi

I ja està!

Pas 6: el blindatge del motor / el circuit del controlador del motor

Els motors són els actuadors del robot que exigeixen més potència per funcionar que el nostre microcontrolador no pot proporcionar, de manera que enganxar-lo directament a ell segurament el fregirà. Per proporcionar energia als motors i controlar-ne la direcció i la velocitat, necessitem un pont en H. Què és i com funciona un pont H Crec que aquest vídeo respondrà a la vostra pregunta: Vídeo (El vídeo no és meu)

Si creieu fer-ho tot vosaltres mateixos, també podeu plantejar-vos de fer el circuit del conductor del motor pel vostre compte en lloc de comprar-ne un de fet. Com que faig servir la placa Arduino, vaig decidir fer una protecció del motor en lloc d’una placa de sortida.

L’avantatge d’un escut sobre la placa de sortida és que es connecta fàcilment a la part superior de la vostra placa Arduino, cosa que estalvia una mica d’espai i es fa fàcil connectar-lo i es crea menys embolic.

Vaig fer un PCB de doble cara (placa de circuit imprès) per fer el blindatge, ja que una sola capa del PCB no era suficient per fer totes les connexions. Vaig utilitzar el mètode "Transferència de tòner" per fabricar el PCB.

Si no sabeu com fabricar un PCB, no us preocupeu, cobriré tots els passos sobre com fer-ne un.

Pas 7: dissenyar la vostra placa de circuit

Abans de crear el vostre propi tauler de PCB personalitzat, heu de dissenyar el vostre disseny de PCB. Podeu dissenyar el disseny mitjançant un programari de disseny de PCB decent. Per a mi, els següents són el millor programari de disseny de PCB.

• Autodesk EAGLE
• Fritzing

Per fer el blindatge del motor, només heu de descarregar els fitxers en els passos següents i seguir les instruccions.

Pas 8: Impressió del disseny del PCB

Com que fem PCB de doble cara, necessitarem dues capes 1. Capa superior 2. Capa inferior.

Descarregueu els fitxers pdf i imprimiu-los per separat en qualsevol paper brillant (també ho farà el paper de revista), mitjançant una impressora làser.

Les impressores d'injecció de tinta no funcionarien ja que la seva tinta és soluble amb aigua, de manera que no transferirà la seva tinta a la placa PCB.

Consells:

• Establiu la impressora a una alta resolució abans d'imprimir
• Seleccioneu l'opció de mida real abans d'imprimir

Per què necessitem paper i tinta per fer un pcb ??

Com s’ha esmentat anteriorment, el mètode utilitzat per a la construcció s’anomena transferència de tòner.

Com funciona:

1. Primer, feu la impressió del disseny del tauler en un paper brillant amb una impressora làser.
2. El tòner utilitzat a la impressora no és més que plàstic, que es fon i s’adhereix al paper.
3. Ara, transfereu el tòner a la vostra placa revestida de coure amb ferro, és a dir, torneu a fondre el tòner i s’enganxa al coure.
4. La tinta serveix com a capa protectora per cobrir la part de coure que no s’hauria de gravar.
5. Com que la solució de gravat només funciona amb metall i no amb tinta, transferiu tinta al costat de coure del PCB de manera que quedi gravat un patró determinat a la vostra placa PCB i la part entintada no.

Pas 9: tallar i netejar el coure revestit

• Agafeu el circuit imprès i marqueu punts al tauler per dibuixar línies i tallar-lo. Per tallar podeu utilitzar una serra Dremel o Hacks.
• Després de tallar, netegeu el tauler amb una mica de sabó i un fregall metàl·lic fins que el tauler sembli agradable i lluent.

En netejar el tauler, s’elimina la capa d’òxid, la brutícia i el greix i s’exposa una nova capa de coure sobre la qual el tòner es pot enganxar fermament.

Pas 10: transferència de tòner a la junta

1. Agafeu qualsevol capa (mirall inferior o superior) de la impressió i col·loqueu-la sobre el revestiment de coure amb la cara impresa cap avall.
2. Alineeu el tauler i la impressió. Utilitzeu una planxa per rentar la planxa del vostre PCB imprès al tauler.
3. Planxar el disseny imprès transfereix la tinta del paper al tauler de PCB.

Consells:

• Ajusteu la planxa a la temperatura més alta (per al paper gruixut) o a mitjana
• Per subministrar calor constant, col·loqueu la planxa a la pissarra i apliqueu-hi una pressió durant uns 1 o 2 minuts.
• Mou suaument la planxa sobre el paper durant uns 2-3 minuts.
• Assegureu-vos que s’aplica la calor adequada a les cantonades i els laterals

Tot el procés ha de trigar entre 5 i 6 minuts (pot ser més o menys segons el gruix del paper i la temperatura).

Pas 11: Eliminació del paper del tauler

Després del tractament tèrmic, submergiu el tauler en un recipient amb una mica d’aigua de l’aixeta durant uns 5-7 minuts. Assegureu-vos d’esperar fins que el paper del tauler quedi mullat i, a continuació, fregueu-lo suaument perquè no s’elimini la tinta mentre traieu el paper de la pissarra.

Pas 12: la segona capa

Ara toca fer la segona capa. Com que es tracta d'un PCB de doble cara, la capa superior i la capa inferior haurien d'estar alineades perfectament o bé els resultats serien indesitjables. Per connectar les dues capes s’utilitzaran vias.

Els fabricants de PCB tenen màquines que poden alinear amb precisió les dues capes. Però, com podem fer una feina tan precisa a casa? Per tant, se m’acut un truc que pot resoldre aquest problema. Per alinear les dues capes, seguiu aquests passos:

1. Practicar forats a les cantonades del vostre PCB utilitzant la primera capa com a referència.
2. Feu la impressió de la segona capa i feu forats a la mateixa ubicació que es va fer per a la capa anterior.
3. Alineeu el tauler i la impressió de manera que la llum passi per tots els forats.
4. Enganxeu els costats amb una mica de cinta adhesiva i feu el mateix tractament tèrmic: poseu la taula en aigua i traieu el paper

Pas 13: arreglar les pistes

De vegades, el tòner no es transfereix correctament a la placa, cosa que provoca connexions incompletes.

Per solucionar aquest problema, agafeu un marcador permanent apuntat i dibuixeu les pistes incompletes.

Pas 14: Gravat del tauler

Hi ha diferents varietats de solucions de gravat, però la més comuna és el clorur fèrric. Podeu obtenir-lo en forma de pols o com a solució.

Per fer la solució:

1. Agafeu un recipient de plàstic amb aigua. (aproximadament 1,5 tasses).
2. Afegiu-hi 2-3 cullerades de FeCl3 i remeneu-ho bé. (afegiu sempre àcid a l'aigua amb una remenada suau)

Mentre treballeu amb productes químics, assegureu-vos de portar guants i d’estar en una zona ben ventilada.

Col·loqueu el tauler a la solució durant uns 20 - 30 minuts. Després d’uns 20 - 30 minuts, traieu-lo del contenidor i deixeu-lo durant molt de temps per gravar la zona protegida amb tinta, així que si us plau traieu-la quan estigui acabada.

Esbandiu el tauler amb aigua després de gravar.

Pas 15: traieu el tòner

Per treure el tòner, podeu utilitzar acetona o diluent (també es farà un removedor de pintura per a ungles). Preneu-vos un pa de cotó o un drap humit i remulleu-lo bé amb diluent / acetona. Fregar el tòner i netejar el tauler amb aigua.

I teniu la vostra elaboració casolana "PCB de doble cara".

Pas 16: perforació dels forats

Practicar els forats amb un mini trepant vertical o un trepant manual.

Utilitzeu una broca d’1 mm per perforar forats per a terminals de cargol i regulador de tensió i una broca de 0,8 mm per a altres forats

Netejar la pols després de perforar.

Pas 17: és hora de soldar

Abans de soldar, assegureu-vos de conservar una impressió del disseny com a referència i conèixer la ubicació de les peces. Comenceu soldant les vies passant un cable pels forats i soldant-los pels dos costats, talant l’excés de cable. Abans de soldar, la resta de components utilitzen un multímetre i comproveu la continuïtat de les pistes de la capa superior i inferior i també comproveu si hi ha curts després de soldar."

Soldar la resta de les peces. Assegureu-vos de comprovar la polaritat i la ubicació dels components.

Pas 18: comproveu el circuit

Abans de col·locar els circuits integrats als endolls i engegar el circuit, assegureu-vos que no hi hagi curtmetratges i comproveu el voltatge als respectius pins. Si tot està bé, col·loqueu els circuits integrats i alimenteu el circuit.

Pas 19: Instal·lació i prova del controlador del motor

El blindatge s’adaptarà perfectament a la part superior de la vostra placa Arduino i el circuit està comprovat, de manera que l’alimentació no suposarà cap problema.

Abans de fer la prova, podem veure l'estructura i les característiques del blindatge del motor.

Estructura i característiques:

• Utilitza dos circuits integrats de pont L293D H per controlar quatre motors.
• Un inversor IC 74HC04 per reduir el nombre de pins utilitzats per controlar els ponts h.
• Un rail de + 5V i GND separat.
• Pins per muntar 4 servomotors amb rail d'alimentació separat
• Canvia per restablir el tauler
• Nombre de pins digitals que queden fins i tot després de controlar 4 motors: 6 (2 d'ells com a PWM)

Prova del circuit:

Connecteu dos motors a la sortida del terminal de cargol M1 i M2, connecteu el pont d’alimentació i alimenteu el circuit mitjançant una font de corrent continu de 9-12V (consulteu l’esquema de polaritat i connexions). Després de penjar l'esbós de TEST a la placa arduino, endolleu la pantalla del motor i engegueu la font d'alimentació.

Per provar el segon controlador de motor, connecteu els motors a M3 i M4 i substituïu els números dels pins per aquests al codi

• EsquerraEN = 3
• Pin esquerre = 2
• DretEN = 5
• Pin dret = 6

Pas 20: fem que es mogui

És hora de donar vida al vostre robot

Ara teniu instal·lat un robot amb tots els components necessaris, fem un projecte senzill amb ell per fer-vos una idea de la rapidesa amb què podeu prototipar qualsevol cosa en un parell de minuts sense cap molèstia.

Un robot per evitar obstacles serà el millor per començar. Així que anem a aconseguir-ho.

Peces necessàries:

1. HC -SR04 Sensor d'ultrasons
2. Servomotor micro (si no està instal·lat)
3. Alguns cables

Connexions:

• Connecteu el pin Vcc i GND del sensor a + 5V i GND respectivament
• Connecteu el pin Trigger a A1 i el pin Echo a A2 a arduino
• Col·loqueu el pont J5 a l’escut i connecteu el servo al pin 10 del servo rail (consulteu l’esquema)
• Muntar el sensor al servo

Pengeu l'esbós que es mostra a continuació a la vostra placa arduino i observeu el robot evitant obstacles.

Així que heu creat un simple robot autònom en un parell de minuts.

Pas 21: el final

Estàs acabat!

Gaudeix jugant amb el teu robot i fes-hi projectes divertits. Hi ha una gran varietat de sensors i taulers de desenvolupament disponibles que són fàcils d’utilitzar i entendre, fer-ne ús per fer-lo moure de la manera que vulgueu.

I si sou novells en robòtica, us recomano que proveu alguns projectes bàsics que es donen a la part d’introducció.

Això és tot per a aquest instructiu. Espero que us hagi semblat interessant.

Si teniu cap dubte o consulta sobre la construcció, no dubteu a fer-ho. Gràcies per veure-ho:)