Sweepy: Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Autorzy: Evan Guan, Terence Lo i Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Wprowadzenie i motywacja

Sweepy the studio cleaner został zaprojektowany w odpowiedzi na chaotyczne warunki pracowni architektonicznej pozostawione przez barbarzyńskich studentów. Masz dość bałaganu w studiu podczas recenzji? Nie mów nic więcej. Dzięki Sweepy wszystko, co musisz zrobić, to ustawić i zapomnieć. Studio będzie zupełnie nowe szybciej, niż potrzeba do ukończenia tego jednego modelu projektu.

Sweepy jest samoświadomy i będzie się poruszać, zamiatając wszystkie śmieci i resztki zgodnie z życzeniem twojego serca, dzięki dwóm czujnikom ultradźwiękowym, które każą mu się obracać, gdy zbliża się do ściany. Potrzebujesz Sweepy do cięższej pracy? Nie ma problemu, po prostu krzycz na to. Sweepy nieustannie słucha swojego otoczenia dzięki czujnikowi dźwięku. Osiągnięcie określonego progu hałasu spowoduje, że Sweepy wejdzie w tryb rozwścieczenia, zamiatając i poruszając się szybciej przez krótki czas.

Studio bez Sweepy to takie, w którym panuje bałagan.

‏‏‎ ‎

Części, materiały i narzędzia

Większość części z tej listy można znaleźć w zestawie startowym projektu ELEGOO UNO R3. Inne części można kupić w Creatron Inc. lub w innych sklepach elektronicznych.

‏‏‎ ‎

składniki

x1 płyta kontrolera ELEGOO UNO R3;

x1 prototypowy moduł rozszerzający

1 czujnik ultradźwiękowy (HC-SR04)

Moduł czujnika dźwięku x1 (KY-038)

x2 silniki DC N20 (ROBOT-011394)

x1 mikrosilnik serwo 9G (SG90)

x1 moduł LCD (1602A)

1 bateria 9 V

x2 gumowe koła 60x8mm (UWHLL-601421)

x1 bezpłatne kółko (wysokość 64 mm)

x1 szczotka do zamiatania (wysokość uchwytu 12 mm)

x2 Tranzystory NPN (PN2222)

Rezystory x3 (220 Ω)

2 diody (1N4007)

x1 potencjometr (10K)

x15 Przewody połączeniowe do płyty chlebowej

x26 żeńskie-męskie przewody dupontowe

‏‏‎ ‎

Materiały

x1 arkusz ze sklejki 3 mm (rozmiar łóżka laserowego 18 "x 32")

x6 śrub M3 (YSCRE-300016)

4 nakrętki M3 (YSNUT-300000)

x6 śrub M2,5 (YSCRE-251404)

x6 nakrętek M2,5 (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Narzędzia

Zestaw wkrętaków

Pistolet na gorący klej

‏‏‎ ‎

Ekwipunek

Komputer

drukarka 3d

Wycinarka laserowa

‏‏‎ ‎

Oprogramowanie

IDE Arduino

Krok 1: Zrozumienie logiki

Okrążenie

Płytka kontrolera ELEGOO UNO R3 będzie służyć jako „mózg” robota, w którym kod zostanie załadowany i przetworzony. Przymocuj prototypową płytkę rozszerzającą i mini płytkę stykową na górze. Aby komunikować się z czujnikami i siłownikami, komponenty zostaną połączone za pomocą płytki stykowej i przewodów.

Powyżej znajduje się schemat obwodów wymaganych do uszczęśliwienia Sweepy. Zwróć szczególną uwagę na wejście i wyjście przewodów. Pomaga podążać wzdłuż przewodu, patrząc na jego kolor. Nieprawidłowe połączenie może spowodować nieprawidłowe działanie Sweepy lub, w najgorszym przypadku, uszkodzenie elektroniki poprzez zwarcie.

‏‏‎ ‎

Programowanie

Poniżej znajduje się kod wymagany do uruchomienia Sweepy. Otwórz plik w Arduino IDE i prześlij go na płytkę kontrolera ELEGOO UNO R3. Aby to zrobić, musisz połączyć płytę kontrolera z komputerem za pomocą kabla USB. Upewnij się, że wybrano właściwy port, przechodząc do menu Narzędzia i Port w menu rozwijanym. Pamiętaj, aby przesłać kod przed zbudowaniem Sweepy, aby uniknąć konieczności podłączania kabla USB, gdy znajdujesz się w obudowie drukowanej w 3D.

Nie zaleca się zmiany zmiennych w kodzie, chyba że masz doświadczenie lub wiesz, co robisz.

Krok 2: Zbieranie wszystkich części, materiałów i narzędzi

Aby rozpocząć projekt, zbierz wszystkie części, materiały i narzędzia wymienione na powyższej liście. Jak wcześniej wspomniano, większość części na liście można znaleźć w zestawie startowym ELEGOO UNO R3, a także w Creatron Inc. lub innych sklepach elektronicznych.

Zdecydowanie zaleca się rozpoczęcie drukowania 3D tak wcześnie, jak to możliwe, ponieważ proces ten może potrwać kilka godzin. Zalecane ustawienia to: wysokość warstwy 0,16 mm, wypełnienie 20% i grubość ścianki 1,2 mm z brzegami i podporami. Plik do druku 3D jest załączony poniżej.

Cięcie laserowe może również zająć sporo czasu, więc zacznij wcześnie. Wycięty laserowo plik zawiera również warstwę do wytrawiania prowadnicy, która zapewnia zamontowanie odpowiedniego elementu we właściwym miejscu. Upewnij się, że dokładnie sprawdziłeś, co jest cięte, a co trawione, odpowiednio zmieniając ustawienia mocy i prędkości. Plik do cięcia laserowego jest również załączony poniżej.

Chociaż do naszego robota użyliśmy sklejki, możesz użyć dowolnego materiału, który Ci się podoba, takiego jak akryl, o ile grubość wynosi około 3 mm.

Krok 3: Zabezpieczanie podstawy

Nałóż klej na obwodzie płyty podstawy i przymocuj go do dolnej części drukowanej obudowy 3D. Wyrównaj obie części tak ostrożnie, jak to tylko możliwe, jednocześnie upewniając się, że wycinana laserowo prowadnica do trawienia jest skierowana do góry.

Krok 4: Montaż elementów płyty podstawy

Gdy podstawa jest odpowiednio zabezpieczona, możemy przystąpić do podłączania pierwszej rundy elementów elektronicznych. Obejmuje to silniki prądu stałego z kołami, silnik serwo, ekran LCD i akumulator. W płycie podstawy znajduje się wycinana laserowo prowadnica do trawienia, aby zapewnić prawidłowe rozmieszczenie elementów dla Twojej wygody. Aby ułatwić obwody, komponenty powinny być zabezpieczone odpowiednimi przewodami już podłączonymi.

Koła powinny wsunąć się w dwie szczeliny po obu stronach z silnikiem prądu stałego skierowanym do wewnątrz. Zabezpiecz to za pomocą dołączonych białych zacisków za pomocą dwóch śrub i nakrętek dla każdego (M2,5).

Serwomotor powinien być również zabezpieczony tymi samymi śrubami i nakrętkami (M2,5), upewniając się, że biała zębatka wystająca z dołu znajduje się z przodu robota. Będzie to napędzać ruch zamiatający szczotki.

Ekran LCD powinien wsunąć się do przedniej kieszeni obudowy bolcami skierowanymi w dół. Zabezpiecz to kilkoma kroplami gorącego kleju na każdym rogu.

Na koniec akumulator powinien wsunąć się do tylnej kieszeni obudowy z wyłącznikiem skierowanym na zewnątrz w wycięcie w otworze. Umożliwia to włączanie i wyłączanie robota.

Krok 5: Mocowanie płyty nośnej

Następnie nadszedł czas, aby zabezpieczyć „mózg” Sweepy. Za pomocą czterech śrub i nakrętek (M3) zamontuj płytę kontrolera UNO R3 i prototypowy moduł rozszerzenia na górze płyty nośnej. To miałoby pełnić funkcję drugiego piętra mieszkania. Wcześniej kod Arduino IDE powinien być już wgrany na płytkę i gotowy do pracy.

Wsuń płytkę nośną do obudowy od góry, aż oprze się na trzech występach zintegrowanych z obudową drukarki 3D, aby zapewnić odpowiednią wysokość. Przymocuj tę płytkę dwiema śrubami (M3) przez otwory na obu końcach.

Przeciągnij przewody z elementów na płycie podstawy do góry i przez otwory płyty nośnej. Przewody ekranu LCD i serwosilnika powinny przechodzić przez przedni otwór, a przewody silnika prądu stałego powinny przechodzić przez boczne otwory. Przewody akumulatora mogą przechodzić przez dowolny otwór zgodnie z potrzebami.

Krok 6: Montaż końcowych elementów elektronicznych

Za pomocą gorącego kleju przymocuj dwa czujniki ultradźwiękowe do przedniej części obudowy z modułami spustu i echa wystającymi z otworów lub „oczek”. Styki jednego czujnika powinny być skierowane do góry, a drugi do dołu, jak wskazuje otwór w płycie nośnej. Ma to na celu zapewnienie, że moduły echa i wyzwalacza są symetryczne w obudowie podczas wysyłania i odbierania sygnałów.

Na koniec nałóż gorący klej z tyłu czujnika dźwięku i przymocuj go do szczeliny po wewnętrznej stronie obudowy. Górna część mikrofonu powinna znajdować się równo z górną krawędzią obudowy, aby można było założyć nasadkę Sweepy. Mikrofon zrównałby się z otworem w nasadce, jak zobaczycie później.

Krok 7: Przewody, przewody i więcej przewodów

Następny krok jest prawdopodobnie najtrudniejszym, ale najważniejszym elementem upewnienia się, że Sweepy ma się dobrze i jest szczęśliwy: obwody. Używając diagramu Fritzing na górze tej instrukcji jako wytycznej, podłącz wszystkie przewody od komponentów do prototypowego modułu rozszerzającego.

Upewnij się, że przełącznik na akumulatorze jest wyłączony przed podłączeniem kabla zasilającego do płyty. Ponieważ kod powinien być już wgrany na tablicę, Sweepy nie będzie w stanie powstrzymać ekscytacji sprzątaniem i rozpocząć pracy w momencie, gdy otrzyma zasilanie, nawet gdy nadal pracujesz na przewodach.

Zwróć szczególną uwagę na wejścia i wyjścia każdego przewodu. Pomaga użyć koloru drutu, aby podążać za nim wzdłuż jego ścieżki.

Krok 8: Dodawanie ruchomych części

Teraz nadszedł czas na tylne koło Sweepy i szczotkę do zamiatania.

Tylne koło powinno być kółkiem samonastawnym, które może się swobodnie obracać. Powinien mieć około 6,4 cm wysokości od góry do dołu, ale tolerancja może być duża w zależności od tego, jaką siłę ma wywierać pędzel. Przymocuj go pod płytą nośną przez otwór w płycie podstawy.

Szczotka do zamiatania ma również dużą tolerancję, ale rączka powinna znajdować się około 1,2 cm nad ziemią. Rączka powinna mieć również około 10 cm długości, aby nie uderzała w obudowę podczas przesuwania w tył i w czwartą stronę. Przymocuj go do białego mocowania dźwigni dołączonego do serwomotoru za pomocą kleju.

Krok 9: Ograniczenie wszystkiego

Aby ukończyć swój własny Sweepy, musisz zrobić jego czapkę. Przyklej brzeg nasadki pod płytkę zaślepiającą z otworem na niej. Upewnij się, że otwór jest wyrównany z mikrofonem czujnika dźwięku. Na koniec przyklej nasadkę na górze Sweepy, wyrównując przednie krawędzie z przodem obudowy.

Włącz zasilanie z tyłu i patrz, jak Sweepy realizuje swoje marzenia o uczynieniu ze studia czystszym miejscem dla wszystkich.

Krok 10: Wyniki i refleksja

Pomimo szeroko zakrojonego planowania projektu, zdarzają się błędy, ale jest w porządku: to wszystko jest częścią procesu uczenia się. A dla nas nie było inaczej.

Jednym z naszych największych wyzwań było zaprojektowanie obudowy Sweepy tak, aby zawierała wszystkie niezbędne komponenty. Oznaczało to skrupulatne mierzenie wymiarów wszystkich komponentów, planowanie ścieżek przewodów, zapewnienie integralności strukturalnej itp. Skończyło się na drukowaniu 3D i wycinaniu laserem dwóch iteracji obudowy Sweepy, przy czym druga była ostateczną wersją opartą na tym, czego nauczyliśmy się z pierwszej iteracja.

Jedną z głównych przeszkód, z jakimi musieliśmy się zmierzyć, są ograniczone możliwości czujnika ultradźwiękowego: nie obejmował on wystarczająco dużego obszaru, a Sweepy czasami uderzał o ścianę, gdy zbliżał się pod kątem. Zostało to rozwiązane przez dodanie drugiego czujnika ultradźwiękowego, aby skutecznie zwiększyć obszar działania.

Początkowo zdecydowaliśmy się również na serwomotor do sterowania skrętem, ale nie był on tak skuteczny i konstrukcyjnie zdrowy, jak oczekiwaliśmy. W rezultacie zastąpiliśmy tylne koło wolnym samonastawnym kołem i przesunęliśmy odpowiedzialność za skręcanie na dwa koła kierowcy poprzez toczenie różnicowe (jedno koło poruszałoby się wolniej niż drugie, symulując skręcanie). Chociaż oznaczało to wprowadzenie poważnych zmian w kodzie, skutecznie uprościło nasz ogólny projekt, usuwając z równania mniej jeden serwomotor.

‏‏‎ ‎

Przyszłe iteracje

Zawsze jest miejsce na poprawę. W przyszłości jedną ze zmian konstrukcyjnych w naszym projekcie będzie uwzględnienie konserwacji Sweepy i dostępności jego elementów wewnętrznych. Doświadczyliśmy wielu problemów, w tym awarii silnika i rozładowanych akumulatorów, które wymagały od nas rozebrania Sweepy tylko po to, aby wymienić komponenty, co było bardzo nieintuicyjne. W przyszłości zaprojektowalibyśmy obudowę z obsługiwanymi otworami, które umożliwią dostęp do jej elementów, takich jak akumulator.

Rozważamy również użycie czujnika ciśnienia z przodu, aby wykryć, kiedy Sweepy wpada na powierzchnię, ponieważ stwierdziliśmy, że czujnik ultradźwiękowy jest czasami zawodny, szczególnie podczas zbliżania się pod stromym kątem. Posiadając czujnik mechaniczny, Sweepy byłby bardziej konsekwentny w podejmowaniu decyzji, kiedy i kiedy nie skręcać.

Podczas gdy Sweepy działa dobrze w małych pomieszczeniach, może być mniej skuteczny w większych pomieszczeniach. Dzieje się tak dlatego, że Sweepy jest zaprogramowany do obracania się tylko wtedy, gdy wykryje powierzchnię przed sobą, ale w przeciwnym razie będzie kontynuował w linii prostej, dopóki ziemia nie zostanie zniszczona. W przyszłości warto wcześniej zaprogramować ustawioną ścieżkę czyszczenia dla Sweepy, aby pozostawała w granicach, zamiast wędrować w nieskończoność.

‏‏‎ ‎

Referencje i kredyty

Ten projekt został stworzony w ramach kursu Physical Computing (ARC385) na Wydziale Architektury, Krajobrazu i Projektowania Danielsa na UofT.

‏‏‎ ‎

Członkowie drużyny

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Zainspirowany przez

• Robot odkurzający Roomba
• Wipy: Nadmiernie zmotywowany środek do czyszczenia tablic
• Bałagan w przestrzeni studyjnej