Sweepy: el programa de neteja Studio & Forget It Studio: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Per: Evan Guan, Terence Lo i Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Introducció i motivació

Sweepy the cleaner d’estudi va ser dissenyat en resposta a les condicions caòtiques de l’estudi d’arquitectura deixat pels estudiants bàrbars. Cansat del desordenat que està l'estudi durant les ressenyes? Doncs no en digueu més. Amb Sweepy, tot el que heu de fer és configurar-lo i oblidar-lo. Studio llançarà novetats més ràpidament del que necessiteu per completar aquest model de projecte.

Sweepy és conscient de si mateix i es mourà escombrant totes les escombraries i deixalles al desig del vostre cor gràcies a dos sensors d’ultrasons que li indiquen que giri quan s’acosti a una paret. Necessiteu que Sweepy treballi més? No hi ha problema, només cal cridar-hi. Sweepy escolta constantment el seu entorn gràcies a un sensor de so. Assolir un llindar de soroll determinat farà que Sweepy entri en mode enfurismat, escombrant i movent-se més ràpidament durant un breu període.

Un estudi sense Sweepy és desordenat.

‏‏‎ ‎

Peces, materials i eines

La majoria de les parts d’aquesta llista es poden trobar al kit d’inici del projecte ELEGOO UNO R3. Es poden comprar altres peces a Creatron Inc. o a altres botigues d’electrònica.

‏‏‎ ‎

Components

x1 Taula de controladors ELEGOO UNO R3

Mòdul d’expansió del prototip x1

Sensor d'ultrasons x1 (HC-SR04)

Mòdul de sensor de so x1 (KY-038)

Motors DC N20 x2 (ROBOT-011394)

Micro Servo Motor 9G (SG90) x1

Mòdul LCD x1 (1602A)

Bateria x1 9V

Rodes de goma x2 60x8mm (UWHLL-601421)

x1 Roda de roda lliure (64 mm d'alçada)

x1 Raspall d’escombrat (alçada del mànec de 12 mm)

Transistors NPN x2 (PN2222)

Resistències x3 (220Ω)

Diodes x2 (1N4007)

Potenciòmetre x1 (10K)

x15 cables de pont de taulers de pa

x26 cables Dupont de femella a home

‏‏‎ ‎

Materials

Full de fusta contraxapada de 3 mm x1 (mida del llit làser 18 "x 32")

Cargols M6 x6 (YSCRE-300016)

x4 femelles M3 (YSNUT-300000)

Cargols x6 M2.5 (YSCRE-251404)

x6 M2.5 Nuts (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Eines

Conjunt de tornavisos

Pistola de cola calenta

‏‏‎ ‎

Equipament

Ordinador

Impressora 3D

Tallador làser

‏‏‎ ‎

Programari

IDE Arduino

Pas 1: entendre la lògica

Circuit

La placa de control ELEGOO UNO R3 servirà com a "cervell" del robot en el qual es penjarà i processarà el codi. Connecteu el tauler d’expansió del prototip i la mini tauleta de suport a la part superior. Per comunicar-se amb els sensors i els actuadors, els components es connectaran mitjançant la placa de connexió i els cables.

S’inclou un diagrama dels circuits necessaris per fer feliç a Sweepy. Presteu especial atenció a l’entrada i sortida dels cables. Ajuda a seguir un fil mirant el seu color. Una connexió incorrecta pot fer que Sweepy funcioni incorrectament o, en el pitjor dels casos, pot danyar l’electrònica en fer un curtcircuit.

‏‏‎ ‎

Programació

A continuació s’adjunta el codi necessari per executar Sweepy. Obriu el fitxer a Arduino IDE i pengeu-lo a la placa de controladors ELEGOO UNO R3. Per fer-ho, heu de connectar la placa de control amb l’ordinador mitjançant el cable USB. Assegureu-vos que el port correcte està seleccionat accedint a Eines i Port al menú desplegable. Assegureu-vos de penjar el codi abans de construir Sweepy per evitar haver d’endollar el cable USB mentre es troba a la carcassa impresa en 3D.

No es recomana canviar les variables del codi tret que tingueu experiència o sàpiga què feu.

Pas 2: recopilació de totes les peces, materials i eines

Per començar el projecte, reuneix totes les parts, materials i eines descrites a la llista anterior. Com s’ha esmentat anteriorment, la majoria de les parts de la llista es poden trobar al kit d’inici ELEGOO UNO R3, així com a Creatron Inc. o altres botigues d’electrònica.

Es recomana començar la impressió 3D el més aviat possible, ja que el procés pot trigar unes quantes hores a completar-se. Els paràmetres recomanats són: 0,16 mm d'alçada de la capa, 20% d'ompliment i 1,2 mm de gruix de paret amb vores i suports. A continuació s’adjunta el fitxer d’impressió 3D.

El tall per làser també pot trigar una bona quantitat de temps, així que assegureu-vos de començar aviat. El fitxer de tall per làser també conté una capa per gravar una guia que garanteix que el component adequat estigui muntat al lloc adequat. Assegureu-vos de comprovar de nou què s’està tallant i què s’està gravant, canviant adequadament els paràmetres de potència i velocitat. A continuació, també s’adjunta el fitxer de tall per làser.

Tot i que utilitzàvem fusta contraxapada per al nostre robot, no dubteu a utilitzar qualsevol material que us agradi, com ara l’acrílic, sempre que el gruix sigui d’uns 3 mm.

Pas 3: Assegurar la placa base

Apliqueu cola al voltant del perímetre de la placa base i fixeu-la a la part inferior de la carcassa impresa en 3D. Alineeu les dues parts amb la màxima cura possible, alhora que assegureu-vos que la guia de gravat per tall de làser estigui cap amunt.

Pas 4: muntatge dels components de la placa base

Un cop la placa base estigui assegurada adequadament, podem començar a connectar la primera ronda de components electrònics. Això inclou els motors de corrent continu amb rodes, servomotor, pantalla LCD i bateria. A la placa base s’ha inclòs una guia de gravat amb tall per làser per garantir la correcta col·locació dels components per a la vostra comoditat. Per facilitar el circuit, els components s’han d’assegurar amb els cables adequats ja endollats.

Les rodes haurien de lliscar cap a les dues ranures a banda i banda amb el motor de corrent continu cap a l'interior. Assegureu-ho amb les pinces blanques incloses amb dos cargols i femelles per a cadascun (M2.5).

El servomotor també s’ha de fixar mitjançant els mateixos cargols i femelles (M2.5), tot assegurant que l’engranatge blanc que s’extreu de la part inferior es troba a la part frontal del robot. Això farà que el moviment d’escombrat del pinzell s’aconsegueixi.

La pantalla LCD hauria de lliscar-se a la butxaca frontal de la carcassa amb els passadors orientats cap avall. Assegureu-ho amb algunes gotes de cola calenta a cada cantonada.

Finalment, el paquet de bateries s’hauria de lliscar cap a la butxaca posterior de la carcassa amb l’interruptor d’encesa i apagat cap a fora cap al forat. Això permet encendre i apagar el robot.

Pas 5: assegurar la placa de suport

A continuació, toca assegurar el "cervell" de Sweepy. Amb quatre cargols i femelles (M3), munteu la placa de controlador UNO R3 i el mòdul d’expansió del prototip a la part superior de la placa de suport. Això actuaria com el segon pis de l'habitatge. Abans d’això, el codi IDE d’Arduino ja s’havia de penjar a la placa i llest per a la seva utilització.

Feu lliscar la placa de suport a la carcassa des de la part superior fins que es recolzi en tres cornises integrades a la carcassa d’impressió 3D per garantir l’alçada correcta. Fixa aquesta placa amb dos cargols (M3) pels forats dels dos extrems.

Enfileu els cables dels components de la placa base cap amunt i a través dels forats de la placa de suport. La pantalla LCD i els cables del servomotor haurien de passar pel forat frontal, mentre que els cables del motor de CC haurien de passar pels forats laterals. Els cables de la bateria poden passar per qualsevol dels forats segons es desitgi.

Pas 6: muntatge dels components electrònics finals

Feu servir cola calenta per connectar els dos sensors d’ultrasons a la part frontal de la carcassa amb el mòdul de disparador i eco que s’estén pels forats o els “ulls”. Els passadors d’un sensor haurien d’estar cap amunt i l’altre cap avall, tal com indica el forat de la placa de suport. Això garanteix que els mòduls de ressò i activació siguin simètrics a la carcassa en enviar i rebre senyals.

Per últim, col·loqueu cola calenta a la part posterior del sensor de so i poseu-la a la ranura de la part interna de la carcassa. La part superior del micròfon hauria de quedar al mateix nivell que la part superior de la vora de la carcassa perquè es pugui posar la tapa de Sweepy. El micròfon s’alinearia amb el forat de la tapa com veureu més endavant.

Pas 7: cables, cables i més cables

El següent pas és, sens dubte, la part més difícil però més important per assegurar-se que Sweepy estigui bé i feliç: els circuits. Utilitzant el diagrama Fritzing a la part superior d’aquest manual d’instruccions com a pauta, connecteu tots els cables dels components al mòdul d’expansió del prototip.

Assegureu-vos que l’interruptor de la bateria està apagat abans d’endollar el cable d’alimentació a la placa. Com que el codi ja s'hauria de penjar al tauler, Sweepy no podria contenir la seva excitació per netejar i començar a treballar el segon que rep energia, fins i tot mentre encara esteu treballant als cables.

Presteu especial atenció a les entrades i sortides de cada cable. Ajuda a utilitzar el color del fil per seguir-lo al llarg del seu recorregut.

Pas 8: Afegir les parts mòbils

Ara és el moment de la roda posterior i el raspall escombrador de Sweepy.

La roda del darrere ha de ser una roda que pugui girar lliurement al voltant. Hauria de tenir una alçada aproximada de 6,4 cm de dalt a baix, però la tolerància pot ser generosa en funció de la força cap avall que vulgueu que faci el pinzell. Col·loqueu-lo sota la placa de suport a través del forat de la placa base.

El raspall d’escombratge també té una tolerància generosa, però el mànec hauria d’estar a uns 1,2 cm del terra. El mànec també hauria de tenir uns 10 cm de llargada per evitar que arribi a la carcassa mentre arrossega cap enrere i quart. Assegureu-ho a l'accessori de palanca blanca inclòs amb el servomotor amb cola.

Pas 9: limitar-ho tot

Per completar el vostre propi Sweepy, heu de fer-ne la tapa. Enganxeu la vora de la tapa sota la placa de tapat amb el forat que hi ha. Assegureu-vos que el forat estigui alineat amb el micròfon del sensor de so. Finalment, enganxeu la tapa a la part superior de Sweepy, alineant les vores anteriors amb la part frontal de la carcassa.

Enceneu l’alimentació posterior i observeu com Sweepy persegueix els seus somnis de fer de l’estudi un lloc més net per a tothom.

Pas 10: Resultats i reflexió

Tot i una extensa planificació del disseny, es produeixen errors, però està bé: tot forma part del procés d’aprenentatge. I per a nosaltres les coses no eren diferents.

Un dels nostres majors desafiaments era el disseny de l’habitatge de Sweepy per incloure tots els components necessaris. Això significava mesurar minuciosament les dimensions de tots els components, planificar els trajectes de filferro, garantir la integritat estructural, etc. Vam acabar la impressió 3D i el tall per làser de dues iteracions de la carcassa de Sweepy's, la segona és la versió final basada en el que hem après del primer iteració.

Un dels principals obstacles que vam haver d’afrontar són les limitades capacitats del sensor d’ultrasons: no cobria una àrea prou gran i, de tant en tant, Sweepy colpejava una paret quan s’acostava en un angle. Això es va solucionar mitjançant la inclusió d'un segon sensor d'ultrasons per augmentar eficaçment l'àrea d'efecte.

Inicialment, també vam optar per un servomotor per controlar el gir, però no era tan eficaç i estructuralment sòlid com esperàvem. Com a resultat, vam substituir la roda posterior per una roda lliure i vam impulsar la responsabilitat de girar cap a les dues rodes del conductor mitjançant el gir diferencial (una roda es mouria més lentament que l’altra per simular el gir). Tot i que això significava fer canvis importants al codi, va simplificar de manera efectiva el nostre disseny general, traient menys un servomotor de l’equació.

‏‏‎ ‎

Iteracions futures

Sempre hi ha marge de millora. En el futur, un canvi de disseny per al nostre projecte és la consideració del manteniment Sweepy i l’accessibilitat dels seus components interns. Havíem experimentat múltiples problemes, incloent fallades del motor i bateries descarregades, que ens obligaven a desmuntar Sweepy només per canviar els components, cosa que era molt poc intuitiva. En el futur dissenyaríem una carcassa amb obertures operables que permetés l’accés als seus components com la bateria.

També estem considerant l’ús d’un sensor de pressió a la part davantera per detectar quan Sweepy topa amb una superfície, ja que de vegades hem trobat que el sensor ultrasònic no és fiable, sobretot quan s’acosta amb un angle fort. En tenir un sensor mecànic, Sweepy seria més coherent a l’hora de decidir quan i quan no girar.

Tot i que Sweepy funciona bé a les habitacions petites, pot ser que sigui menys efectiu en espais més grans. Això es deu al fet que Sweepy només està programat per girar cada vegada que detecta una superfície davantera, sinó que continuarà en línia recta fins que la terra sigui destruïda. En el futur, pot valer la pena programar prèviament una ruta de neteja definida per a Sweepy, de manera que es mantingui dins d’un límit en lloc de desviar-se per sempre.

‏‏‎ ‎

Referències i crèdits

Aquest projecte es va crear com a part del curs d'Informàtica Física (ARC385) del programa de pregrau de la Facultat d'Arquitectura, Paisatge i Disseny Daniels de la UofT.

‏‏‎ ‎

Membres de l'equip

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Inspirat per

• Robot aspirador Roomba
• Wipy: el netejador de pissarres blanques massa motivat
• Les condicions desordenades de l'espai d'estudi