Robot żółwia DFRobot: 12 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Do tej pory moje projekty robotów warsztatowych były ukierunkowane na niski koszt i łatwość montażu. A jeśli celem, a nie kosztem, były wydajność i dokładność? Co by było, gdyby firma produkująca zestawy robotów była skłonna przekazać części? A co by było, gdybyśmy rysowali czymś innym niż markerami?

Tak więc celem tego projektu jest stworzenie dokładnego Robota Żółwia z gotowych części, które narysują coś interesującego na następne Targi Makerów.

Żółwie precz!

Krok 1: Części

DFRobot dostarczył główne komponenty. Oto czego używamy:

• 1 szt., płyta główna Bluno M0, SKU:DFR0416 lub zwykłe Arduino Uno
• 1 szt., podwójna osłona dwubiegunowego silnika krokowego dla Arduino (DRV8825), SKU:DRI0023
• 2 szt., hybrydowy silnik krokowy, SKU:FIT0278
• 1 szt., 5mm gumowe sprzęgło kółka (para), SKU:FIT0387
• 1 szt., serwo 9G SKU: SER0006

Do zasilania zamierzam użyć ogniw litowych 18650, więc kupiłem:

• 3 szt., bateria EBL 18650 3,7 V
• 1 szt. Inteligentna ładowarka KINDEN 18650
• 3 szt., 18650 uchwyt baterii

Użyłem też różnego sprzętu:

• 2 szt., gumowy o-ring Buna-N #343 (3/16" x 3-3/4" ID)
• 1 szt., 1" łożysko kulkowe ze stali niskowęglowej
• 10 szt. śruby M3x6MM z łbem stożkowym ściętym
• 2 szt. śruby z łbem stożkowym ściętym M3x8MM
• 4 szt. Śruba z płaskim łbem M3x6MM
• 14 szt., nakrętka M3
• 4 szt. wkręt samogwintujący #2 x 1/4

Będziemy również potrzebować kreatywnego sposobu na dzielenie mocy baterii między Motor Shield i Arduino, ponieważ wydaje się, że nie ma na to przystosowania. Użyłem końcówki jack 2,1 mm x 5 mm martwego zasilacza lub czegoś w tym rodzaju.

Narzędzia:

• Śrubokręt z końcówką krzyżakową
• Narzędzia do ściągania izolacji
• Pistolet do klejenia na gorąco (opcjonalnie)
• Lutownica i lutownica

I nie najmniej z których:

• Cierpliwość
• Wytrwałość
• Pozytywne nastawienie

Krok 2: Części 3D

Postanowiłem spróbować zaprojektować wszystkie 3D we FreeCad dla tego robota, aby pomóc mi się uczyć. Wszystko, co musiałem zrobić, to przenieść wymiary dla układu serwomechanizmu i pióra, a następnie przeskalować resztę, aby pasowała do znacznie większych stepperów.

• Większe koła zapewniające prześwit dla akumulatorów.
• Grubsze podwozie zapewniające wytrzymałość przy zwiększonej wadze.
• Większe kółko dopasowane do wysokości podniesionego pokładu.
• Modułowy do łatwego testowania i dostosowywania.

Oto elementy, których będziesz potrzebować. Wszystkie pliki znajdują się na

• 1 szt., podwozie
• 1 szt., górna rozpórka
• 2 szt., koło
• 1 szt., beczka
• 1 szt., uchwyt na serwo

Krok 3: Montaż podwozia Część 1

• Zacznij od włożenia nakrętek M3 w występy podwozia. Można je wcisnąć lub wciągnąć za pomocą śruby M3.
• Zamontuj steppery śrubami M3 tak, aby złącza elektryczne były skierowane do tyłu (krótszego) końca.
• Zamontuj uchwyty baterii za pomocą śrub z płaskim łbem.

Krok 4: Zespół podwozia Część 2

• Zamontuj lufę, górną część i serwo razem za pomocą śrub i nakrętek M3.
• Zamontuj łączoną górną część do stepperów za pomocą śrub M3.
• Włóż stalowe łożysko do uchwytu kółka, podgrzewając je suszarką do włosów, jeśli to konieczne, aby je zmiękczyć.
• Zamontuj kółko do korpusu za pomocą śrub M3.

Krok 5: Montaż koła

• Problemem jest uchwycenie przez piasty wału, ponieważ wały mają 5 mm, a piasta (która twierdzi, że ma 5 mm) ma w rzeczywistości 6 mm. Użycie wystarczającego momentu obrotowego na śrubach zaciskowych prawdopodobnie je rozerwie, więc najpierw użyłem pary zacisków imadła, aby najpierw zamknąć tolerancję.
• Po wyregulowaniu tolerancji nasunąć piastę na wałek krokowy i dokręcić śruby zaciskowe.
• Umieść koło 3D na piaście, włóż dużą śrubę i dokręć.
• Umieść O-ring na piaście.
• Upewnij się, że koło obraca się bez chybotania. W razie potrzeby wyreguluj.

Krok 6: Okablowanie

Usuńmy moc, abyśmy mogli przetestować steppery. Potrzebujemy:

• Osłona steppera wymaga napięcia od 8 do 35 V do uruchomienia steperów.
• Steppery są zasilane napięciem 3,4 V, ale zazwyczaj są napędzane napięciem 12 V.
• Bluno (Arduino) ma zalecane napięcie wejściowe 7-12V lub może być zasilany bezpośrednio przez USB 5V.

Ogniwa baterii litowej mają napięcie nominalne 3,7V. Jeśli ustawimy trzy szeregowo, otrzymamy 3 x 3,7 V = 11,1 V i mniej więcej 3 x 3000 mAh = 9000 mAh. Bluno prawdopodobnie pobiera tylko 20 mA, więc większość poboru będzie pochodzić ze stepperów, które mogą pobierać prąd do jednego lub więcej wzmacniacza w zależności od obciążenia. To powinno dać nam godziny pracy.

Do testów można dostarczyć regulowane napięcie 12V do nakładki i 5V USB do Arduino. Łatwiej jest po prostu podłączyć baterie do zasilania jednocześnie.

• Przylutuj uchwyty baterii równolegle zgodnie z rysunkiem.
• Zamontuj Arduino za pomocą wkrętów samogwintujących #2.
• Umieść osłonę silnika na Arduino

• Zdejmij ocalone przewody jack 2,1 mm x 5 mm i skręć je razem z przewodami akumulatora:

  Biały pasek jest dodatni, skręcany z czerwonym przewodem akumulatora

• Włóż czerwony przewód do VCC, a czarny przewód do GND na osłonie silnika.

Krok 7: Krok po kroku

Miałem trochę kłopotów z zebraniem wystarczającej ilości informacji, aby uruchomić ten program, więc mam nadzieję, że pomoże to innym. Kluczowy dokument, którego potrzebujesz, znajduje się pod adresem

Podłącz przewody krokowe i zasilacz do tarczy:

• 2B niebieski
• 2A czerwony
• 1A Czarny
• 1B Grenn

Dostarczony przykładowy szkic zadziałał dla mnie, ale nie jest zbyt pouczający. Będziemy musieli kontrolować prędkość i obroty, a także zwalniać silniki krokowe, gdy nie są używane, aby oszczędzać energię.

Znalazłem zmodyfikowany przykład z https://bildr.org/2011/06/easydriver/, który zawiera funkcje pomocnicze. Prowadzi tylko jeden stepper na raz, ale daje pewność, że jesteśmy na dobrej drodze. Później napiszemy bardziej wyrafinowany kod.

Krok 8: Serwo

Serwo służy do podnoszenia i opuszczania pióra do rysowania.

• Umieść ramię na piaście i delikatnie obróć stepper w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, patrząc na niego w dół, aż do oporu.
• Zdejmij ramię i ustaw je w lewo (będzie to pozycja dolna).
• Włóż małą śrubę samogwintującą i dokręć.
• Włóż serwo w mocowanie końcem piasty do góry i przymocuj za pomocą dwóch większych śrub samogwintujących.

Krok 9: Kalibracja

Ze względu na różnice w montażu i ustawieniu robot musi być skalibrowany, aby mógł poruszać się w określonych odległościach i kątach.

• Zmierz średnicę koła od zewnętrznych krawędzi gumowego oringu.
• Zmierz rozstaw osi od środka o-ringów na spodzie robota (gdzie będzie stykać się z podłogą).
• Pobierz załączony szkic kalibracji
• Wprowadź zmierzone parametry.
• Prześlij szkic…

Przygotuj długopis:

• Zdjąć nasadkę i przesunąć kołnierz wstrzykiwacza od strony końcówki.
• Włóż długopis do uchwytu z ramieniem serwo skierowanym do góry.
• Upewnij się, że pióro nie dotyka papieru w tej pozycji.
• Jeśli pisak zakleszczy się w trzonie, używamy pilnika, aby usunąć wszelkie nierówności i zwiększyć średnicę otworu.

Narysuj kwadrat:

• Przesuń przełącznik zasilania do pozycji „Wł.”.
• Poczekaj kilka sekund na uruchomienie bootloadera.
• Gdy robot wykona pierwszy kwadrat, wyjmij długopis i wyłącz robota.

Najpierw ustaw parametr wheel_dia. Zmierz długość boku kwadratu. Powinien wynosić 100 mm:

• Jeśli zmierzona odległość jest zbyt długa, zwiększ wheel_dia.
• Jeśli zmierzona odległość jest zbyt krótka, zmniejsz wheel_dia.

Po kalibracji odległości dostosuj parametr rozstawu osi, który ma wpływ na kąt skrętu. Umieść robota na nowej kartce papieru, włącz go i pozwól mu narysować wszystkie cztery kwadraty:

• Jeśli robot kręci się zbyt gwałtownie (pudełko obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara), zmniejsz wartość wheel_base.
• Jeśli robot nie obraca się wystarczająco gwałtownie (skrzynka obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara), zwiększ wartość rozstawu osi.
• Z powodu błędów zaokrągleń w kodzie steppingu i slopów na zębatkach niedrogich stepperów nigdy nie osiągniesz idealnego poziomu, więc nie poświęcaj na to zbyt wiele wysiłku.

Krok 10: Rysowanie

Czas na rysowanie! Pobierz załączone szkice, aby zacząć.

Krok 11: Co teraz? Program

Działa i rysuje ładne kwadraty. Teraz zaczyna się zabawa.

Oto kilka zasobów do nauki grafiki żółwia.

• https://blockly-games.appspot.com/ (programowanie blokowe)
• Samouczek TinyTurtle (JavaScript)
• Koduj z Anną i Elsą z Godziny Kodowania

Opublikowałem również Instruktaż na temat korzystania z robota żółwia tych zasobów online z robotem żółwia. Ogólnie rzecz biorąc, dowolny kod JavaScript Turtle można wkleić i uruchomić w szkicu kalibracyjnym. Możesz najpierw przetestować wyniki online na komputerze, a następnie przesłać je do swojego żółwia, aby narysować je w prawdziwym życiu!

Dla studentów, oto kilka pomysłów na projekty:

• Zaprogramuj swojego robota, aby napisał swoje imię!
• Zaprojektuj i wydrukuj w 3D tabliczkę znamionową w TinkerCad z szablonu. Można go zamontować pod silnikiem serwo.
• Nadaj swojemu robotowi osobowość za pomocą gorącego kleju i blichtru. (Po prostu trzymaj koła i oczy z dala od przeszkód).
• Na podstawie szkicu OSTR_eyes zaprojektuj i przetestuj algorytm poruszania się po pokoju. Co robisz, gdy jedno oko coś wykryje. Oboje oczu? Czy możesz włączyć funkcję random() Arduino.
• Zbuduj labirynt na dużej kartce papieru na podłodze i zaprogramuj swojego robota, aby się po nim poruszał.
• Zbuduj labirynt ze ścianami i zaprojektuj algorytm, aby automatycznie nawigować po nim.
• Przycisk pomiędzy diodami nie został jeszcze użyty i jest podłączony do pinu Arduino „A3”. Do czego może być używany? Użyj go, aby włączyć i wyłączyć diodę LED na początek.
• Jeśli nie wykonałeś sekcji Dochodzenie w kroku „ Oprogramowanie układowe (FW): testowanie i miganie”, wróć i spróbuj.

Krok 12: Ale czekaj, jest więcej

Jeśli zwracałeś uwagę, zauważyłeś, że beczka jest kwadratowa. Dziwnym kosmicznym zbiegiem okoliczności kreda pastelowa ma taką samą szerokość jak średnica pisaków Crayola. Wszystko, czego potrzebujemy, to wywrzeć odpowiednią presję na kredę, a jesteśmy artystą chodnikowym.

Będziesz potrzebować:

• Wydrukowana w 3D beczka i taran (https://www.thingiverse.com/thing:2976527)

• Kreda, albo pastelowa, kwadratowa kreda artystyczna, albo mała okrągła kreda (nie gruby chodnik).

  https://a.co/6B3SzS5

Podkładki 3/4" do wagi

Kroki:

• Wydrukuj dwa załączone pliki.
• Wyjmij serwo i uchwyt serwa.
• Zamocuj kwadratową beczkę podającą.
• Naostrz kredę do bliskiego punktu.
• Umieść kredę w beczce.
• Umieść taran w beczce.
• Umieść ciężarek podkładki na suwaku.