Jak zbudować ProtoBot - w 100% otwarty, super tani robot edukacyjny: 29 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

ProtoBot jest robotem w 100% open source, dostępnym, super niedrogim i łatwym do zbudowania. Wszystko jest typu Open Source - sprzęt, oprogramowanie, przewodniki i program nauczania - co oznacza, że każdy może uzyskać dostęp do wszystkiego, czego potrzebuje do zbudowania robota i korzystania z niego.

To świetny sposób na naukę podstaw lutowania, elektrotechniki i programowania.

Ta instrukcja opisuje, jak zbudować jeden, od samej planszy, komponentów i wydrukowanych elementów 3D, po w pełni zmontowany (i, miejmy nadzieję, funkcjonalny!) ProtoBot.

(Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o ProtoBotach w ogóle i/lub ProtoBot Project, odwiedź https://theprotobotproject.wordpress.com lub ProtoBots Github, na

Możesz również znaleźć wersję PDF tego przewodnika pod adresem

Krok 1: Materiały eksploatacyjne: części

Oto, czego będziesz potrzebować, gdy będziesz gotowy do rozpoczęcia. Ilości dotyczą 1 robota.

Części: (Link nr 1 to eBay, nr 2 to AliExpress, zwykle tańsze)

• 2 x motoreduktory N20, 300RPM, 12V (link, link)
• 1 x Arduino Nano (link, link)
• 2 x plastikowe koła, 39 MM, otwór 3 MM (partia 10: żółty link, żółty link, różowy link)
• 2 x dotykowe wyłączniki krańcowe (łącze 10 sztuk)
• Rezystory 2 x 220 Ohm (100 sztuk: link, link)
• 4 x 10K rezystory (100 sztuk: link, link)
• 1 x sterownik silnika L293D (link, link)
• 2 x czujnik podczerwieni TCRT5000L (10 sztuk: łącze, łącze)
• 7 x przewody DuPont żeńsko-żeńskie (40 sztuk: link, link)
• 1 x zacisk akumulatora 9V (10 sztuk: ogniwo, ogniwo)
• 18 x męskich kołków nagłówka (200 sztuk: ogniwo, ogniwo już wygięte pod kątem 90 stopni)
• 32 x żeńskie kołki nagłówkowe (400 sztuk: link, link)

Ilości dotyczą tylko aukcji, w których sprzedawany jest jeden przedmiot (Arduino i silniki), ponieważ wszystko inne jest sprzedawane luzem i zostaną Ci dodatkowe dodatki. Jeśli aukcje przekraczają wymaganą ilość, zwykle jest to tańsze w zakupie hurtowym niż w przypadku pojedynczych przedmiotów. Nie narzekam!

Jeszcze jedno: wszystko tutaj pochodzi z Chin, dlatego wysyłka trwa zwykle miesiąc, a w skrajnych przypadkach dwa. Jednak nigdy nie miałem niczego, co by się ostatecznie nie pojawiło.

Krok 2: Materiały eksploatacyjne: części (reszta)

Ale poczekaj! Jest więcej!

Potrzebujesz jeszcze kilku części, a mianowicie części drukowanych w 3D, płytki drukowanej, baterii i "Hook and Loop Fastner" (jak na przykład rzep) do baterii.

• Zapięcie na rzep (eBay Link, jeden metr materiału)
• Bateria (eBay Link, ale kup ją w sklepie)

Części drukowane 3D:

• Pliki STL znajdują się pod adresem
• Kiedy idziesz do drukowania, zmień ich rozmiar na 105% i zmień wypełnienie na 30%. Żadne podpory nie są potrzebne, określasz, czy potrzebujesz tratwy. Anteny mogą łatwiej pasować do czujników uderzeń, jeśli są nieco większe.

Płytka drukowana:

Jeśli chcesz spróbować wytrawić go samodzielnie, śmiało. Wszystko, czego potrzebujesz, znajduje się na

Co zrobiłem (Łatwiejszy sposób, jeśli nie masz jeszcze rzeczy):

• Użyłem www.pcbway.com i pozwolą ci zrobić 5 sztuk za 5 USD, nie licząc wysyłki. Kiedy robimy około 20 sztuk na obozy STEM, kosztuje to około 24 USD, w tym koszty wysyłki.
• Utwórz u nich konto, prześlij zip pliku gerber, a otrzymasz żądaną liczbę plansz.

Krok 3: Materiały eksploatacyjne: narzędzia

Teraz prawdopodobnie jest to już materiał, który masz, ale i tak podam tutaj linki.

Narzędzia: (Linki do Amazon)

• Lutownica (7 USD na Amazonie, ale używaliśmy jej w obozach i jestem pod wrażeniem, przewyższają nasze 25 USD Wellerów).
• Lut (dostarczany z żelazkiem za 7 USD, więc nie potrzebujesz go teraz, ale to wystarczy na zawsze)
• Pomocne dłonie (nie potrzebne, jeszcze nie kupiłem sobie, ale z pewnością ułatwiają życie)
• Przyssawka lutownicza (bardzo pomocna, gdy nie jest zatkana)
• Środek do czyszczenia wełny mosiężnej (do utrzymania żelaznej końcówki w dobrym stanie)
• Uchwyt na lutownicę (aby przypadkowo nie położyć ręki na żelazku)
• Nożyce do drutu (będziesz ich potrzebować)
• Narzędzia do ściągania izolacji (możesz się bez nich obejść, ale znacznie ułatwiają życie)
• Szczypce do igieł (niekoniecznie potrzebne, ale ładne)
• Pistolet do klejenia na gorąco w wysokiej temperaturze i klej (klej CA lub coś innego może również działać)

Konserwatywny wydawca może potrząsać głową na widok tej ogromnej masy narzędzi, które należy kupić, ale pamiętaj – każde z tych narzędzi, jeśli będzie odpowiednio pielęgnowane, będzie służyło przez lata i może być używane do różnych rzeczy poza robienie małych robotów. (Mając to na uwadze, czuję cię!)

Krok 4: Zespół silnika i czujnika uderzeń: cięcie, zdejmowanie izolacji, „n cynowe przewody”

Zacznijmy od przewodów do czujników uderzenia i silników. Będziesz musiał ustawić lutownicę i miejsce do lutowania, a także możesz chcieć jakiejś formy wentylacji. Mały, wolnoobrotowy wentylator jest fajny.

1. Oddziel 2 zestawy po 4 przewody od zworek żeńskich i żeńskich.
2. Użyj nożyc do drutu, aby przeciąć je w środku każdego zestawu.
3. Za pomocą ściągaczy zdejmij około 5 mm lub 1/4 izolacji z końców przewodów.
4. Oddziel końce przewodów, a następnie skręć poszczególne miedziane pasma, aby utrzymać je w porządku.
5. Ocynuj każdy koniec drutu, trzymając ocynowane żelazo na wierzchu drutu, jednocześnie nakładając drut na lut.

Kiedy skończysz, powinieneś mieć 4 zestawy po 2 przewody, z 2 cynowanymi przewodami na jednym końcu i 2 złączami żeńskimi na każdym końcu.

Krok 5: Montaż silnika i czujnika uderzenia: lutowane silniki i czujniki

Nie wyłączaj lutownicy, bo jeszcze nie skończyliśmy…

1. Dla każdego zestawu drutów zagnij ocynowane końce od siebie o 180 stopni.
2. Włóż końce przewodów do zaczepów złącza na silnikach i czujnikach uderzeń, jak pokazano na zdjęciach.
3. Jakoś zabezpiecz silniki i czujniki.
4. Używając cynowanego żelaza, przylutuj przewody do zaczepów złącza.

Krok 6: Montaż czujnika podczerwieni: cięcie, paski, 'n cyna

Po zakończeniu silników i czujników uderzeń nadszedł czas, aby przejść do czujników podczerwieni.

• Oddziel zestaw 3 przewodów żeńsko-żeńskich.
• Przetnij je na pół.
• Zdejmij około 5 mm lub 1/4 cala izolacji z końców.
• Cynuj przewody, trzymając je na lutowiu, a następnie nakładając ocynowane żelazo.

Kiedy skończysz, powinieneś mieć 2 zestawy 3 przewodów z żeńskimi złączami na jednym końcu i ocynowanymi końcówkami przewodów na drugim.

Krok 7: Montaż czujnika podczerwieni: Przygotuj czujniki

To prawdopodobnie najtrudniejsze lutowanie, jakie musisz wykonać. Nie spiesz się!

1. Użyj maszynki do strzyżenia, aby odciąć dodatkowe przewody, pozostawiając około 5 mm lub 1/4 cala odsłonięte od plastikowego korpusu czujnika.
2. Ustal orientację czujnika na podstawie obrazu.
3. Zegnij przewód GND dla niebieskiej diody LED, aby połączyć się z przewodem GND czarnej diody LED.
4. Zabezpiecz czujniki, a następnie użyj lutownicy, aby wykonać połączenie lutowane między podłączonymi przewodami GND.

Krok 8: Montaż czujnika podczerwieni: przewody lutownicze

Teraz jesteśmy gotowi do podłączenia przewodów do czujników podczerwieni.

1. Oddziel końce przewodów, tak aby poszczególne przewody były oddzielone około 2,5 cm lub 1 cal.
2. Rozpocznij lutowanie przewodów w kolejności do każdego z 3 wyprowadzeń czujnika.
3. Jeśli używasz taśmy maskującej, takiej jak ja, kiedy skończysz z jedną stroną, odwróć czujnik i przylutuj drugą stronę.

Uwaga: Ponieważ przewody DuPont są losowo pokolorowane, nie jest łatwo trzymać się konwencji kolorów, więc radzę po prostu zachować spójność między parami czujników. Zazwyczaj staram się je wykonać w kolejności, z GND, Sense, a następnie +5V, przy czym najciemniejszym kolorem końcowym jest GND.

Krok 9: Zamontuj kabel akumulatora

Na koniec musimy przylutować kabel akumulatora.

• Weź ostatnią długość męskich nagłówków z 2 pinami, a następnie wciśnij plastikowy element rozdzielający mniej więcej do środka pinów.
• Za pomocą szczypiec wygnij jedną stronę pod kątem 90 stopni.
• Zabezpiecz go jakoś (użyłem kawałka pianki, a następnie dodałem taśmę maskującą, aby utrzymać główki na miejscu, gdy pianka się stopi).
• Cynuj każdy pin, aby łatwo przylutować przewody.
• Upewniając się, że polaryzacja jest prawidłowa (Czerwony = +, Czarny = -), przylutuj złącze akumulatora do pinów.

(Jeśli twoje złącza baterii nie są fabrycznie pozbawione izolacji i cynowania, musisz to zrobić.)

Z perspektywy czasu dobrym pomysłem może być nałożenie małego kawałka rurki termokurczliwej na połączenie między przewodami a kołkami rozgałęźnymi.

Krok 10: Zrób sobie przerwę

Teraz, gdy skończyłeś pracę z czujnikami i silnikami, dobrze jest zrobić sobie przerwę. Zmontowałem mnóstwo części do ProtoBotów i wciąż muszę robić sobie przerwy od czasu do czasu.

Kiedy robisz sobie przerwę, skorzystaj z okazji, aby wyczyścić wszystkie małe kawałki metalu i izolacji przewodów w miejscu pracy. Następnie zaczerpnij świeżego powietrza i napij się czegoś orzeźwiającego.

Kiedy poczujesz się wystarczająco odświeżony, możesz kontynuować!

Krok 11: Złóż Arduino

Zajmijmy się tym, zaczynając od złożenia Arduino.

• Wyjmij Arduino z plastikowej torby, w której wszedł
• Znajdź dwie 15-pinowe długości złączy i włóż je krótszą stroną do góry do Arduino, jak pokazano.
• Włóż arduino do płytki, aby upewnić się, że nagłówki pozostają pod odpowiednim kątem podczas lutowania.
• Zaczynając od rogów, przylutuj każdy pin do Arduino.

Kiedy skończysz, sprawdź, czy nie ma żadnego lutu łączącego dwa piny. Aby usunąć nadmiar lutowia, wystarczy stopić go w środku żelazkiem, a następnie odciągnąć z powrotem od kołków. Jeśli to nie zadziała, spróbuj odessać nadmiar za pomocą przyssawki lutowniczej.

Zauważysz, że nie wlutowałem kompletu 6 pinów - To są piny ICSP, używane do programowania bez USB. Nie potrzebujemy ich do ProtoBota, ale możesz je wlutować, jeśli chcesz.

Krok 12: Złóż planszę: zbierz części

Powinieneś mieć wszystkie części potrzebne do deski, ale poświęć chwilę, aby zebrać je w potrzebnych ilościach.

• 1 x ProtoBotboard
• 1 x zmontowany Arduino Nano
• Rezystory 2 x 220 omów
• Rezystory 4x10K
• 1 x 14-pinowa długość męskich pinów nagłówka
• 2 x 15 pinów żeńskich pinów nagłówka
• 1x2 długość pinów żeńskich kołków nagłówka
• 1 x układ sterownika silnika L293D;

Aby wyciąć żeńskie nagłówki, używam obcinaczy do drutu i przypinam je na dodatkowym szpilce. Będziesz musiał poświęcić szpilkę na każde cięcie, ale i tak powinno ci zostać dużo.

Krok 13: Złóż płytę: lutowane żeńskie kołki nagłówkowe

Możesz pominąć żeńskie szpilki nagłówka, jeśli chcesz, ale ułatwia to ponowne użycie Arduino lub rozwiązywanie problemów w przypadku, gdy coś pójdzie nie tak.

1. Włóż Arduino do żeńskich pinów nagłówka. (W tym przypadku używamy go tylko do ich wyrównania)
2. Włóż zespół pinów Arduino/header do płytki i przymocuj go do płytki.
3. Zaczynając od kołków narożnych, przylutuj żeńskie kołki nagłówka do płyty.

Krok 14: Złóż płytkę: lutowany układ sterownika silnika

Czas przylutować sterownik silnika!

1. Włóż sterownik silnika do płytki, tak aby wycięcie na górze chipa było wyrównane z przerwą w obrysie płytki.
2. Zabezpiecz go taśmą maskującą.
3. Przylutuj każdy pin, zaczynając od tych w rogu, a następnie kontynuując do reszty.

Krok 15: Złóż płytkę: przylutuj rezystory 10K

Kiedy skończysz ze sterownikiem silnika, przejdziemy do rezystorów 10K.

1. Znajdź 4 rezystory 10K. Mogą mieć kolor niebieski lub jasnobrązowy, ale w zależności od tego, powinny pasować do kolorowych pasków na schemacie.
2. Zagnij przewody na każdym rezystorze pod kątem 90 stopni w dół.
3. Włóż każdy z 4 rezystorów w miejsca oznaczone „10K” na płytce.
4. Użyj taśmy maskującej, aby przymocować je do tablicy (lub po prostu zagnij przewody, ale taśma maskująca działa lepiej).
5. Przylutuj każdy z nich, uważając, aby nie zapełnić pozostałych otworów wokół nich.
6. Po zakończeniu odetnij dodatkowy przewód nad złączem lutowniczym, a następnie usuń taśmę maskującą.

Uwaga: rzadko miałem z tym problemy, ale czasami przecięcie wyprowadzeń po lutowaniu może przerwać ślady na płytce, co zwykle jest nienaprawialne. Trzymaj się!

Krok 16: Złóż płytkę: przylutuj rezystory 220 Ohm

Teraz zróbmy rezystory 220 omów.

1. Podobnie jak w przypadku rezystorów 10K, te 220 mogą być brązowe lub niebieskie, po prostu upewnij się, że pasują do pasków kolorów, jak pokazano na schemacie.
2. Zagnij przewody pod kątem 90 stopni, a następnie włóż je w miejsca oznaczone „220”.
3. Zabezpiecz je taśmą maskującą lub zagnij przewody.
4. Przylutuj wyprowadzenia do tablicy.
5. Po zakończeniu przypnij przewody, a następnie usuń taśmę maskującą.

Krok 17: Zamontuj płytkę: Kołki nagłówka czujnika

Przejdźmy do nagłówków do podłączenia czujników.

1. Podziel swój zestaw 14-pinowych męskich złączy na 4 długości 2 pinów i 2 długości 3 pinów.
2. Użyj taśmy maskującej, aby przymocować listwy krótszą stroną do dołu w miejscach płytek oznaczonych „BL”, „BR” (długość 2 pinów) oraz „IRR” i „IRL” (długość 3 pinów). Pozostały ci 2 zestawy 2-pinowych długości, na razie nie martw się nimi.
3. Przylutuj szpilki na miejscu od spodu płyty. Zrobiłem osobno długości 2-pinowe i 3-pinowe, ale możesz zrobić je wszystkie razem.
4. Usuń taśmę maskującą

Krok 18: Zamontuj płytkę: kołki głowicy silnika

Pamiętasz te dwie dodatkowe 2-pinowe długości główki? Użyjemy ich do podłączenia silników.

1. Za pomocą szczypiec wygnij dłuższy bok wyprowadzeń pod kątem 90 stopni.
2. Włóż je w miejsca na tablicy oznaczone „MR” i „ML”.
3. Zabezpiecz je taśmą maskującą.
4. Przylutuj je na miejscu, a następnie usuń taśmę maskującą.

Krok 19: Zamontuj płytkę: złącze baterii

Prawie skończone! Wystarczy dodać złącze baterii.

1. Zdobądź 2-pinowe szpilki żeńskie i włóż je w miejsce na płycie oznaczone „Bat.”.
2. Zabezpiecz je na miejscu kawałkiem taśmy maskującej.
3. Przylutuj szpilki do płytki, a następnie usuń taśmę maskującą.

Krok 20: Złóż planszę: Sprawdź wszystko

Zanim skończysz, spójrz na tablicę i upewnij się, że wszystko jest jak i gdzie powinno być.

Sprawdzić:

• Mostki lutowane (gdy lut łączy ze sobą dwa piny)
• Rzeczy umieszczone w niewłaściwym miejscu lub w niewłaściwym miejscu
• Nieprawidłowo połączone/przylutowane piny

Mostki lutownicze są dość łatwe do naprawienia, wystarczy użyć przyssawki lutowniczej i gorącego żelazka, aby pozbyć się nadmiaru.

Niewłaściwie przylutowane elementy należy odlutować i włożyć z powrotem we właściwy sposób. Ta sama procedura, co usuwanie mostków, po prostu zrób to z każdym kołkiem na tym, co ma zostać usunięte.

Krok 21: Zrób sobie przerwę

Do tej pory lutowałeś już jakiś czas. Dobrym pomysłem może być zrobienie sobie przerwy, zaczerpnięcie świeżego powietrza i rozciągnięcie mięśni karku.

Przy okazji możesz wyczyścić elementy lutownicze i odłożyć żelazko, a następnie odłożyć pistolet do gorącego kleju, aby zaczął się nagrzewać.

Krok 22: Montaż robota: Zbierz części

Teraz jesteś gotowy do złożenia ProtoBota!

Upewnijmy się, że masz potrzebne części.

• 1 x ProtoBotBoard z włożonym Arduino Nano
• 1 x podstawa drukowana w 3D
• 2 x drukowane części anteny 3D
• 4 x 3D podpórki do płytek drukowanych
• 2 x czujniki uderzeniowe
• 2 x czujniki podczerwieni
• 2 x motoreduktory N20
• 2x39 MM plastikowe kółka (otwór wewnętrzny o średnicy 3 mm)
• 1 x złącze baterii
• 1 bateria 9 V
• 1 zestaw rzepów (takich jak rzep), przyciętych mniej więcej na długość baterii 9V

Potrzebny będzie również pistolet do klejenia na gorąco i klej, najlepiej wysokotemperaturowy.

Krok 23: Montaż robota: silniki klejowe

Zacznijmy od silników

• Umieść sporą ilość gorącego kleju w mocowaniach silnika.
• Umieść silniki w uchwytach, z przewodami wychodzącymi z tyłu robota.

Uwaga: Uważaj, aby gorący klej nie dostał się w obszar, w którym będą skrzynie biegów, ponieważ zakleszczą się i nie będą działać. Zwykle umieszczam odrobinę kleju na końcach mocowań silnika, które są najbliżej środka robota, aby upewnić się, że nie przesuwa się do końców, gdzie znajduje się skrzynia biegów.

Krok 24: Montaż robota: czujniki uderzeniowe

Zróbmy teraz czujniki uderzeniowe.

• Zamocuj antenę na czujniku uderzeń, jak pokazano.
• Gdy już go założysz, możesz dodać odrobinę gorącego kleju, aby go zabezpieczyć, jeśli chcesz.
• Nałóż krople gorącego kleju na każdą platformę czujnika uderzeń na podstawie.
• Wciśnij czujniki uderzeniowe na miejsce, upewniając się, że są wyrównane z krawędziami platformy.

Uwaga: W zależności od tego, jak dobrze działa twoja drukarka, antena może być trudna do założenia. Tylko uważaj, aby nie uszkodzić czujników uderzeniowych lub ich złamać. (Dlatego wydrukowanie ich w nieco większych rozmiarach bardzo pomaga)

Krok 25: Montaż robota: czujniki podczerwieni

Czujniki EyeR! (Hehe, Geddit? Ok, ok, oko teraz się zatrzyma)

• Umieść odrobinę kleju na górze mocowań czujnika podczerwieni.
• Odegnij przewody z czujników podczerwieni, a następnie włóż je do mocowań tak, aby górne części trochę wystawały.

Krok 26: Montaż robota: przymocuj płytkę

Przymocujmy teraz tablicę do Robota.

• Przygotuj 4 wsporniki płytek drukowanych.
• Nałóż odrobinę gorącego kleju na każdy róg deski.
• Przymocuj wsporniki deski do każdego rogu.
• Po zakończeniu nałóż odrobinę gorącego kleju na każdą podporę.
• Przymocuj płytkę do korpusu robota, tak aby sterownik silnika i styki były skierowane do tyłu, a styki czujnika do przodu.

Krok 27: Montaż robota: podłącz przewody, dodaj koła

Połączmy wszystkie czujniki i silniki.

• Wyjmij przewody z czujników wstrząsów i podczerwieni i przeprowadź je przez otwór w podstawie robota.
• Podłącz lewy silnik do portu oznaczonego „ML”
• Podłącz prawy silnik do portu oznaczonego „MR”
• Przymocuj koła do silników.
• Jeśli są różowe, mają otwór w kształcie litery „D”, który musi być wyrównany z płaskim miejscem na wale silnika.
• Jeśli są żółte, mogą jednak trwać dalej, ale prawdopodobnie będziesz chciał dodać trochę kleju, aby upewnić się, że się nie kręcą.
• Podłącz lewy i prawy czujnik uderzeniowy do odpowiednich portów, oznaczonych „BL” i „BR”. Kolejność przewodów nie ma tu znaczenia.(Zauważ, że czujnik po prawej stronie nie zostanie podłączony do prawego portu, ponieważ antena znajduje się w rzeczywistości po lewej stronie.)
• Dowiedz się, które przewody znajdują się w czujnikach podczerwieni, na podstawie schematu i które przewody są gdzie, a następnie podłącz je do odpowiednich pinów na płytce, oznaczonych jako PWR, IN i GND. (Prawy czujnik w "IRR", lewy czujnik w "IRL").

Krok 28: Montaż robota: Podłącz baterię 9 V

Teraz podłączymy baterię.

• Weź zapięcie na rzep (IE, Velcro) i wytnij kawałek z każdej strony o długości baterii.
• Przymocuj jedną stronę do dolnej części podstawy, gdzie trafia bateria.
• Zastanów się, w którym miejscu będzie osadzony akumulator, w oparciu o kierunek przewodów wychodzących z przewodu akumulatora, a następnie zamocuj zapięcie na rzep (IE, Velcro), aby było dobrze dopasowane. (Zobacz zdjęcia. Nie ma to większego znaczenia, jeśli nie ustawisz go poprawnie.)
• Przeprowadź drut z akumulatora przez otwór w podstawie.

Krok 29: Koniec

Podłącz baterię! Jeśli nie wydostanie się żaden magiczny dym, jesteś dobry!

Następnym krokiem jest zaprogramowanie go, ale omówimy to w innej instrukcji. (Będę tutaj link, jak tylko to zrobię)

Jeśli jesteś niecierpliwy, nie możesz się doczekać i wiesz, jak korzystać z bibliotek Arduino, bibliotekę znajdziesz tutaj:

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o ProtoBotach w ogóle i/lub ProtoBot Project, odwiedź https://theprotobotproject.wordpress.com lub ProtoBots Github, na