Robot vẽ tranh được hỗ trợ Arduino: 11 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Các dự án Fusion 360 »

Bạn đã bao giờ tự hỏi liệu một con robot có thể tạo ra những bức tranh và nghệ thuật đầy mê hoặc hay không? Trong dự án này, tôi cố gắng biến điều đó thành hiện thực với Robot vẽ tranh chạy bằng Arduino. Mục tiêu là để robot có thể tự mình tạo ra các bức tranh và sử dụng hình ảnh tham chiếu làm hướng dẫn để tái tạo một tác phẩm nghệ thuật. Tôi đã sử dụng sức mạnh của CAD và chế tạo kỹ thuật số để tạo ra một khung gầm chắc chắn trên đó tôi gắn một cánh tay có thể nhúng cọ sơn vào một trong 7 thùng sơn và vẽ trên canvas.

Robot được chế tạo bằng các bộ phận phổ biến như động cơ bước và động cơ servo và nó được thiết kế để hoạt động với bất kỳ loại sơn nào.

Hãy tiếp tục để tạo Robot vẽ tranh chạy bằng Arduino của riêng bạn và bỏ phiếu cho dự án này trong "Thử thách vẽ tranh" nếu bạn thích dự án và quyết định xây dựng phiên bản của riêng mình.

Bước 1: Tổng quan về thiết kế

Thiết kế của robot vẽ tranh được lấy cảm hứng từ cấu trúc của robot lau dọn Roomba. Nó bao gồm hai hệ thống chính:

• Hệ thống truyền động bao gồm hai động cơ bước gắn với bánh xe và các thanh trượt bị động. Điều này cho phép robot di chuyển theo bất kỳ hướng nào dọc theo khung vẽ.
• Hệ thống chổi quét bao gồm một động cơ bước thứ ba đặt chổi trên thùng sơn và một động cơ servo nhúng chổi sơn vào sơn.

Robot có thể mang cùng lúc tới 7 màu sắc khác nhau. Thiết kế ban đầu được thực hiện trên Autodesk's Fusion 360. Sau đó, các bộ phận được xuất sang các định dạng thích hợp để cắt laser hoặc in 3D.

Thiết kế khung của robot đã được chú trọng đến khả năng mở rộng với nhiều điểm lắp và các bộ phận mô-đun. Điều này cho phép cùng một khung được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Trong bối cảnh này, khung xe được sử dụng để tạo nên những tác phẩm nghệ thuật tuyệt vời bằng cách sử dụng sơn.

Bước 2: Vật liệu cần thiết

Dưới đây là danh sách tất cả các thành phần và bộ phận cần thiết để tạo ra Robot vẽ tranh chạy bằng điện Arduino của riêng bạn. Tất cả các bộ phận phải thường có sẵn và dễ dàng tìm thấy trong các cửa hàng phần cứng địa phương hoặc trực tuyến.

THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ:

• Arduino Uno x 1
• Động cơ servo Towerpro MG995 x 1
• NEMA17 Động cơ bước x 3
• Tấm chắn CNC V3 x 1
• Pin LiPo 11,1 V x 1

PHẦN CỨNG:

• Đai ốc và bu lông M4
• Đai ốc và bu lông M3
• Bánh xe (đường kính 7cm x 2)
• Dây tóc máy in 3D (trong trường hợp bạn không sở hữu máy in 3D, nên có một máy in 3D trong không gian làm việc cục bộ hoặc các bản in có thể được thực hiện trực tuyến với giá khá rẻ)
• Tấm acrylic (3mm)
• Sơn
• Cọ sơn

CÔNG CỤ:

• máy in 3D
• Máy cắt laser

Không bao gồm các công cụ, tổng chi phí của dự án này là khoảng 60 $.

Bước 3: Các bộ phận được chế tạo kỹ thuật số

Hầu hết các bộ phận cần thiết cho dự án này đều được tùy chỉnh theo yêu cầu, đó là lý do tại sao tôi quyết định sử dụng sức mạnh của các bộ phận được chế tạo kỹ thuật số. Các bộ phận ban đầu được xây dựng trên Fusion 360 và sau đó các mô hình CAD được sử dụng để cắt laser hoặc in 3D các bộ phận. Các bản in được thực hiện ở 40% mực in, 2 chu vi, vòi phun 0,4mm và chiều cao lớp 0,1mm bằng cách sử dụng PLA. Một số bộ phận yêu cầu giá đỡ vì chúng có hình dạng phức tạp với phần nhô ra, tuy nhiên, các bộ phận này có thể dễ dàng tiếp cận và có thể tháo ra bằng một số máy cắt. Bạn có thể chọn màu tùy thích cho dây tóc. Các miếng cắt bằng laser được cắt từ acrylic trong suốt 3mm.

Dưới đây, bạn có thể tìm thấy danh sách đầy đủ các bộ phận cùng với các tệp thiết kế.

Lưu ý: Từ đây các bộ phận sẽ được sử dụng tên trong danh sách sau.

Các bộ phận in 3D:

• Bệ bước x 2
• Lớp cách ly x 4
• Đầu nối cánh tay x 1
• Thanh trượt thụ động x 2
• Giá đỡ Pallet sơn x 2
• Pallet sơn x 2

Các bộ phận được cắt bằng laser:

• Bảng điều khiển phía dưới x 1
• Bảng trên cùng x 1
• Bàn chải cánh tay x 1

Tổng cộng có 13 phần được in 3D và 3 phần được cắt bằng laser. Thời gian cần thiết để sản xuất tất cả các bộ phận là khoảng 12 giờ.

Bước 4: Xây dựng hệ thống khung gầm và hệ thống truyền động (lớp dưới cùng)

Sau khi tất cả các bộ phận được sản xuất, bạn có thể bắt đầu lắp ráp lớp dưới cùng của robot vẽ tranh. Lớp này chịu trách nhiệm về hệ thống truyền động và cũng là nơi chứa các thiết bị điện tử. Bắt đầu bằng cách lắp 2 động cơ bước vào hai giá đỡ bước bằng các vít được cung cấp. Tiếp theo, sử dụng đai ốc và bu lông 8 x M4 để cố định hai giá đỡ bước vào tấm đáy. Sau khi lắp các bước, bạn có thể gắn hai bánh xe vào trục của động cơ bước. Bạn cũng có thể gắn Arduino tại chỗ bằng cách sử dụng đai ốc và bu lông M3 và một số thiết bị dự phòng để giúp Arduino dễ dàng tiếp cận. Khi Arduino được bảo vệ, hãy gắn tấm chắn CNC vào Arduino. Có hai lỗ ở phía trước và phía sau của robot. Vượt qua các tàu lượn bị động qua các lỗ và dán chúng vào vị trí. Những mảnh này ngăn cơ thể của rô-bốt cạo dọc theo bề mặt của tấm vải.

Bạn cũng có thể lắp hai miếng đệm phía sau bằng đai ốc và bu lông M4.

Lưu ý: Đừng gắn hai mặt trước, vì cuối cùng bạn sẽ phải tháo chúng ra.

Bước 5: Gắn Giá đỡ sơn (lớp trên cùng)

Sau khi hệ thống truyền động được xây dựng, bạn có thể bắt đầu lắp ráp lớp trên cùng giữ cánh tay sơn di chuyển cọ sơn và nhúng cọ vào các thùng sơn khác nhau. Bắt đầu bằng cách gắn hai miếng giá đỡ pallet sơn. Khe dọc bên trong của bộ phận căn chỉnh với hai miếng đệm lót lớp trước. Phần kết hợp được gắn bằng hai đai ốc và bu lông ở lớp trên và dưới. Phần này được gia cố thêm với bốn bộ bu lông bổ sung vào bảng điều khiển trên cùng.

Các pallet sơn sau đó được gắn vào đáy của các miếng giữ pallet sơn bằng cách sử dụng hai đai ốc và bu lông cho mỗi bên.

Trượt bảng trên cùng vào vị trí và sử dụng thêm hai đai ốc và bu lông để gắn các miếng đệm lớp sau vào bảng trên cùng. Gắn động cơ bước xoay vào trung tâm của bảng điều khiển trên cùng bằng cách sử dụng các bu lông được cung cấp với trục hướng về phía trên. Với điều này, khung của robot đã được xây dựng và chúng ta có thể bắt đầu lắp ráp cánh tay sơn.

Bước 6: Xây dựng bộ phận lắp ráp cánh tay và chổi sơn

Để chế tạo cánh tay sơn, hãy bắt đầu bằng cách gắn đầu nối cánh tay vào cánh tay chổi cắt bằng laser bằng cách sử dụng 4 đai ốc và bu lông. Tiếp theo, gắn động cơ servo vào đầu kia bằng cách sử dụng thêm 4 đai ốc và bu lông. Đảm bảo rằng trục của động cơ servo hướng về phía đối diện của đầu nối cánh tay. Đẩy đầu nối cánh tay vào trục động cơ bước trên cùng.

Sử dụng sừng dài của servo và gắn chổi sơn vào nó bằng dây cao su hoặc dây buộc zip. Tôi khuyên bạn nên sử dụng dây cao su vì điều đó cung cấp cho bộ phận bàn chải một số tuân thủ cần thiết để hệ thống hoạt động tốt. Đảm bảo rằng bàn chải được gắn sao cho khi sừng được kết nối với servo, bàn chải hầu như không lướt dọc theo bề mặt của sàn hoặc giấy.

Với điều này, phần cứng của robot vẽ tranh đã hoàn thành và bạn có thể bắt đầu nối dây và lập trình.

Bước 7: Điện tử và mạch

Các thiết bị điện tử của dự án này khá đơn giản, nó được giải thích trong bảng sau:

• Bước bánh trái đến cổng trục X của tấm chắn CNC
• Bước bánh xe bên phải đến cổng trục Y của tấm chắn CNC
• Bước xoay vòng sang cổng trục Z của tấm chắn CNC
• Tín hiệu động cơ servo đến chân cho phép trục chính trên tấm chắn CNC
• Động cơ servo 5v đến + 5v trên tấm chắn CNC
• Động cơ servo GND đến GND trên tấm chắn CNC

Với điều này, mạch cho dự án này đã hoàn thành. Pin có thể được kết nối với các cực nguồn của tấm chắn CNC bằng công tắc bật tắt nối tiếp để bật và tắt robot.

Bước 8: Một chút về lý thuyết

Khi nói đến việc định vị một điểm trên lưới 2D, cách phổ biến và đơn giản nhất để làm điều này là cung cấp tọa độ Cartesian của điểm đó. Điều này được thực hiện bằng cách chỉ định một bộ, nói chung (x, y) trong đó x là tọa độ x hoặc khoảng cách giữa hình chiếu của điểm trên trục x đến điểm gốc và y là tọa độ y của điểm hoặc khoảng cách giữa hình chiếu của điểm trên trục y đến gốc tọa độ. Bằng cách này, bất kỳ hình ảnh hoặc hình thức phức tạp nào cũng có thể được mô tả bằng cách sử dụng một chuỗi các điểm, sao cho khi bạn "nối các chấm", hình ảnh sẽ được tạo thành. Đây là một cách thuận tiện để mô tả vị trí của một điểm liên quan đến điểm gốc. Tuy nhiên, đối với dự án này, một hệ thống khác đã được sử dụng.

Một điểm trên lưới 2D cũng có thể được mô tả bằng cách sử dụng tọa độ cực. Trong phương pháp này, vị trí của một điểm được mô tả bằng cách sử dụng một bộ giá trị khác, thường được ký hiệu là (theta, r) trong đó theta là góc giữa trục x và nửa đường nối điểm gốc và điểm và r là khoảng cách giữa nguồn gốc và điểm.

Công thức chuyển đổi từ cái này sang cái khác có thể được tìm thấy trong hình ảnh đính kèm. Không cần thiết phải hiểu đầy đủ các công thức, mặc dù biết chúng sẽ giúp ích.

Bước 9: Lập trình Arduino

Chương trình được thực hiện bằng kỹ thuật hướng đối tượng làm cho chương trình dễ sử dụng. Bắt đầu bằng cách tạo một đối tượng rô bốt có thông số là chiều rộng và chiều cao của canvas (đo chúng bằng thước kẻ hoặc thước dây tính bằng cm và thay thế các giá trị trong dòng 4 của tập lệnh paintRobot.ino). Các kỹ thuật lập trình hướng đối tượng cho phép có chỗ cho những phát triển tiếp theo.

Sau đó, bạn được cung cấp 3 chức năng đơn giản:

1. gotoXY lấy một tọa độ Cartesian và di chuyển robot đến vị trí đó. (Ví dụ: robot.gotoXY (100, 150))
2. brushControl nhận giá trị boolean: false nâng brush ra khỏi canvas trong khi true đặt brush trên canvas. (Ví dụ: robot.brushControl (true))
3. pickPaint lấy một số nguyên -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4 để robot nhúng chổi sơn vào thùng sơn tương ứng. (Ví dụ: robot.pickPaint (3))

Chương trình đính kèm bên dưới làm cho robot di chuyển đến các vị trí ngẫu nhiên và chọn màu sắc ngẫu nhiên, cuối cùng tạo ra một tác phẩm nghệ thuật đẹp và độc đáo. Mặc dù điều này có thể dễ dàng thay đổi để làm cho robot vẽ bất cứ thứ gì bạn cảm thấy thích.

Lưu ý: Sau khi mã được tải lên, bạn có thể phải định vị lại còi servo được kết nối với bàn chải. Khi p

Bước 10: Thêm sơn

Khi phần cứng, thiết bị điện tử và lập trình hoàn tất, cuối cùng bạn có thể thêm một số loại sơn vào các thùng sơn riêng lẻ. Tôi khuyên bạn nên pha loãng sơn một chút để làm cho bức tranh mịn hơn.

Trên thùng ngoài cùng bên phải của pallet thêm một ít nước lọc. Robot sẽ sử dụng nước này để làm sạch cọ trước khi hoán đổi màu sắc.

Để bắt đầu vẽ, hãy đặt rô-bốt ở góc dưới cùng bên trái của bức tranh làm cho nó quay mặt dọc theo cạnh dưới và khởi động rô-bốt và ngồi lại và xem khi tác phẩm nghệ thuật từ từ trở nên sống động.

Bước 11: Kết quả cuối cùng

Với chương trình hiện tại, robot sẽ thực hiện các chuyển động ngẫu nhiên trên canvas để tạo ra những bức tranh độc đáo và đẹp mắt. Mặc dù với một số sửa đổi, robot có thể được thực hiện để thực hiện các bức tranh cụ thể bằng cách sử dụng hình ảnh tham chiếu. Hệ thống hiện tại cung cấp một cơ sở vững chắc để thực hiện các bước phát triển trên. Khung của robot cũng được thiết kế theo kiểu mô-đun với nhiều điểm lắp được tiêu chuẩn hóa để robot có thể dễ dàng chuyển đổi cho một ứng dụng mà bạn cần.

Hy vọng bạn sẽ thích cuốn sách Có thể dạy này và nó đã truyền cảm hứng cho bạn để chế tạo robot vẽ tranh của riêng mình.

Nếu bạn thích dự án, hãy ủng hộ nó bằng cách bỏ phiếu trong "Thử thách sơn".

Chúc bạn thành công!

Giải thưởng lớn trong Thử thách sơn