Wipy: Trình dọn dẹp bảng trắng có động cơ quá mức: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Giới thiệu

Bạn đã bao giờ cảm thấy mệt mỏi với việc lau bảng trắng chưa? Bạn đã bao giờ tự hỏi cuộc sống của mình sẽ cải thiện bao nhiêu nếu một con robot có thể làm điều này cho bạn? Giờ đây, bạn có cơ hội biến điều này thành hiện thực với Wipy: công cụ dọn dẹp bảng trắng quá năng động. Wipy sẽ làm sạch những bức vẽ xấu một cách đáng xấu hổ của bạn một cách hợp lý, và nó thậm chí sẽ làm điều đó với một nụ cười dễ thương. Bạn thậm chí không cần phải kích hoạt nó! Nó sẽ chỉ làm sạch bảng khi bạn ít mong đợi nhất… Uhhh… * khụ khụ *… chúng tôi, tất nhiên, có nghĩa là: khi bạn cần nó nhất!

Đặc trưng:

- Người bạn tương lai của chúng ta sẽ có thể dính vào bảng bằng cách sử dụng nam châm và có thể di chuyển trong không gian bằng các bánh xe hấp dẫn. - Nó sẽ có thể theo dõi một dòng và xóa nó bằng cách sử dụng cảm biến theo dòng và một miếng bọt biển. - Wipy đã khả năng đo khoảng cách đến bàn tay của bạn bằng cảm biến thời gian bay. - Chúng tôi sẽ tạo cho Wipy một tính cách dễ thương bằng cách sử dụng màn hình OLED nhỏ.

Dự án được thực hiện như một phần của hội thảo Chế tạo Kỹ thuật số Thiết kế Tính toán trong chương trình thạc sĩ ITECH.

Lasath Siriwardena, Simon Lut và Tim Stark

Bước 1: Logic của Wipy

Wipy hoạt động dựa trên sự tác động lẫn nhau giữa cảm biến dòng và cảm biến Thời gian bay. Tùy thuộc vào loại đường dây mà nó phát hiện và mức độ gần tay của bạn, Wipy phản ứng theo một số cách như được thấy trong sơ đồ.

Bước 2: Thành phần và lý thuyết

Để tạo lại công nghệ lau tiên tiến tuyệt vời này, bạn sẽ cần những vật dụng sau:

Các thành phần

Để tạo khung của robot, bạn sẽ cần truy cập vào máy cắt laser. Đối với trường hợp, một máy in 3d đã được sử dụng.

Các phần tử tấm nền đều được cắt từ tấm Plexiglas 500 x 250 x 4 mm.

Chúng tôi cũng khuyên bạn nên mua Bộ Arduino bao gồm nhiều thành phần cơ bản cho dự án này (Amazon)

Đế & Vỏ

1 x Hộp đựng in 3D

1 x tấm cơ sở trên cùng (Lasercut)

1 x tấm đế giữa (Lasercut)

1 x tấm đế dưới cùng (Lasercut)

36 x M3 Nuts

5 x M3 bu lông 15 mm

4 x M3 bu lông 30 mm

2 x Nam châm (chúng tôi có chúng ở đây)

Điện tử chính

1 x Arduino Uno R3 hoặc tương đương chung - (Amazon)

1 x Lá chắn mở rộng Arduino (Bao gồm trong bộ khởi động)

1 x Mini Breadboard (Bao gồm trong bộ khởi động)

19 x dây Jumper (Bao gồm trong bộ khởi động)

11 x [TÙY CHỌN TỐI ƯU] Dây Jumper không hàn - (Amazon)

1 x Ngân hàng điện với tối thiểu 2 khe cắm USB - (Amazon). Tránh sử dụng các loại pin dự phòng giá rẻ vì nguồn điện có thể không đáng tin cậy.

1 dây đôi Spool x CCA để kết nối ngân hàng điện với Arduino & Motors - (Amazon)

1 x Khối đầu cuối vít - (Amazon)

Cảm biến & Động cơ

1 x Động cơ siêu nhỏ, Bộ bánh xe & Bộ giá đỡ - (Pimoroni)

1 x [CHIA SẺ TÙY CHỌN] Tệp in 3D giá đỡ động cơ - (Thingiverse)

Màn hình OLED 1 x 0,91 - (Amazon

1 x IC điều khiển động cơ L293D - (Amazon)

Cảm biến theo dõi đường truyền IR 1 x 5 kênh - (Amazon)

1 x Cảm biến thời gian bay (VL53L0X) - (Amazon)

Công cụ

- Tuốc nơ vít đầu Phillips

- Tua vít đầu phẳng

- Con dao thủ công

- Băng keo

Học thuyết

Cảm biến theo dõi dòng

Một loạt năm cảm biến IR được sử dụng trong bộ cảm biến. Các cảm biến hồng ngoại này có thể chọn có thể nhận màu. Cảm biến có một bộ phát và một bộ thu. Bộ phát có thể bắn sóng hồng ngoại, nếu một bề mặt phản xạ mạnh (như bề mặt trắng), nó sẽ phản xạ lại nhiều sóng hơn trong bộ thu IR. Nếu bề mặt hấp thụ bức xạ, như màu đen, bộ thu IR sẽ nhận được ít bức xạ hơn. Để đi theo dòng, cần ít nhất hai cảm biến.

Động cơ Để điều khiển Động cơ DC, bạn sẽ cần một loại trình điều khiển để điều khiển chúng. IC điều khiển động cơ I2C L293D L293D là một trình điều khiển động cơ là một cách rẻ và tương đối đơn giản để điều khiển cả tốc độ và hướng quay của hai động cơ DC. Để biết thêm thông tin chi tiết về L293D, Lastminuteengineers có một tổng quan tuyệt vời:

Cảm biến thời gian bay: Cảm biến này có thể đo khoảng cách bằng cách sử dụng một nguyên tắc đã được nêu thuận tiện trong tiêu đề của cảm biến: thời gian bay. Nó là một cảm biến rất chính xác và có thể được tìm thấy trong ví dụ như máy bay không người lái hoặc hệ thống LiDAR. Nó có thể bắn tia laser vào một hướng nhất định và đo thời gian tia laser quay lại, từ đó có thể tính được khoảng cách.

Bước 3: Chuẩn bị Vỏ cơ sở

Cơ thể của Wipy có hai phần; một đế được cắt bằng laser và một hộp được in 3d.

1. Đối với cơ sở, nó có thể được cắt laser hoặc cắt tay tùy thuộc vào chất liệu. Vui lòng tìm tệp đính kèm trong phần thành phần. Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng các vật liệu nhẹ nhưng chắc chắn như tấm acrylic (3 - 4 mm) hoặc ván ép (2,5 - 3 mm). Trong giai đoạn tạo mẫu, chúng tôi đã sử dụng lõi xốp 10mm hoạt động đặc biệt tốt và thiết kế hiện tại sẽ phù hợp với nó (sẽ cần một số tinh chỉnh). Lõi xốp cũng dễ dàng cắt bằng tay cho những người không có máy cắt laser.

2. Vỏ được in bằng PLA với chiều cao lớp là 0,2 mm và mật độ đổ mực là 25%. Chúng tôi cũng đề xuất độ dày của tường là 0,8mm.

Bước 4: Lắp ráp thiết bị điện tử: Trình điều khiển động cơ & I2C

Trong việc lắp ráp thiết bị điện tử, trước tiên chúng ta sẽ bắt đầu với Trình điều khiển động cơ L293D.

1. Dán mini-breadboard vào tấm chắn mở rộng Arduino.
2. Đặt L293D trên phần cuối của breadboard mini (nơi miếng kết nối bằng nhựa nhỏ nhô ra ở cạnh ngắn). Lưu ý, vòng tròn đầy đủ trên đầu L293D phải ở cuối bảng.
3. Đầu tiên kết nối tất cả các dây jumper không hàn
4. Gắn các dây còn lại vào Arduino và sau đó vào động cơ. Không có vấn đề gì nếu bạn nhầm lẫn thứ tự của các dây cho động cơ của bạn, vì bạn sẽ phát hiện ra khi động cơ của bạn quay sai hướng.
5. Tải mã mẫu của động cơ vào Arduino để kiểm tra chúng - bạn có thể tìm thấy mã này ở cuối trang này: (mã mẫu Động cơ)

Bước 5: Lắp ráp đế

Để lắp ráp cơ sở, chúng tôi đề xuất thứ tự sau.

1. Đầu tiên, kết nối động cơ với đế trên bằng các giá đỡ. Giá đỡ sử dụng đai ốc và bu lông M2. Cẩn thận dành thời gian vặn các bu lông vì chúng khá nhỏ và khó sử dụng.
2. Kết nối Arduino với tấm trên cùng, đảm bảo rằng Arduino được tách ra khỏi giá đỡ của nó. Sử dụng bu lông M2 để kết nối nó. Nếu bu lông M2 không thuộc quyền sở hữu của bạn, bạn cũng có thể sử dụng M3, nhưng sẽ tốn nhiều lực hơn một chút.
3. Tiếp theo: gắn bu lông vào nam châm, trượt tấm đáy lên trên bu lông và gắn bu lông vào tấm giữa tại các vị trí đã chỉ định. Bây giờ gắn tấm giữa và tấm dưới cùng.
4. Gắn cảm biến dòng vào tấm giữa bằng cách sử dụng các bu lông được chỉ định. Đảm bảo cũng đặt các bu lông lân cận vào tấm giữa, vì các lỗ không thể tiếp cận được nữa khi cảm biến dòng được gắn vào.
5. Thêm tất cả các bu lông ở tấm giữa kết nối với đế trên cùng.
6. Cuối cùng, đặt và vặn chặt tấm đế trên với phần còn lại của đế.

Bước 6: Magnet Madness

Bây giờ đến phần khó, thử Wipy của bạn trên bảng trắng thẳng đứng. Phần này dựa trên một chút thử nghiệm và sai sót vì có sự cân bằng tốt giữa:

- Nam châm quá mạnh nên bánh xe không thể di chuyển. - Nam châm không đủ mạnh nên Wipy bị rơi khỏi bảng.

Nam châm chúng tôi sử dụng rất mạnh, có lẽ hơi quá mạnh. Bằng cách sử dụng các miếng đệm giữa bảng và nam châm, lực kéo có thể được giảm bớt. Các miếng đệm cũng đảm bảo rằng đầu bu lông không chạm vào bảng trắng. Các miếng đệm có thể được gắn vào nam châm bằng cách sử dụng keo, hoặc trong giai đoạn tạo mẫu: rất nhiều mỏ vịt.

Lời khuyên Chúng tôi có một số mẹo để nam châm hoạt động chính xác:

- Nam châm giữa các bánh xe có tác dụng kéo các bánh xe vào bảng để bánh xe có lực bám hơn. Đảm bảo rằng nam châm này chỉ cao hơn mức của bánh xe. - Đảm bảo rằng robot ở một góc nhỏ so với nam châm phía sau. - Bắt đầu thử nghiệm với nhiều nam châm hơn (nhỏ hơn) ở phía sau. Vì một loạt các nam châm nhỏ hơn có thể bắt đầu ngăn không cho rô-bốt lái theo vòng tròn.

Các bánh xe bây giờ sẽ quay theo cùng một hướng. Bây giờ, hãy thử nó trên bảng và khóc hết nước mắt vì sung sướng nếu cuối cùng nó hoạt động. Bây giờ là thời gian cho một bữa tiệc chiến thắng nhỏ.

Bước 7: Nhiều cảm biến hơn, thú vị hơn

Bây giờ động cơ và nam châm hoạt động tốt với cái khác của nó, đã đến lúc thêm một số tính năng (vô dụng) vào Wipy.

1. Cảm biến dòng Sử dụng cáp đi kèm, kết nối cảm biến dòng với breadboard như được chỉ dẫn. Cáp màu xanh lá cây trên sơ đồ là dành cho SCL và màu trắng là dành cho SDA.

2. Thêm màn hình Hãy thêm khuôn mặt dễ thương của Wipy như đã chỉ ra.

3. Cảm biến Tof Cuối cùng, thêm cảm biến khoảng cách như đã chỉ ra. Cảm biến này sẽ phát hiện mức độ gần với bàn tay và dừng lại cho phù hợp. Nó cũng cung cấp cho Wipy tính năng (khó chịu) là lau bảng ngay khi bạn bắt đầu vẽ trên bảng.

4. Upload Code

Bây giờ tất cả các cảm biến đã được kết nối, chúng ta có thể bắt đầu viết mã. Tải tệp mã đính kèm và xem Wipy trở nên sống động. Có những bình luận trong mã để giúp bạn hiểu nó. Đảm bảo tải xuống các thư viện thích hợp từ Sketch> Bao gồm Thư viện> Quản lý Thư viện. Thư viện cảm biến thời gian bay (VL53L0X.h) có thể được tìm thấy (Tại đây)

5. Quyền lực

Để cung cấp năng lượng cho động cơ và Arduino trong khi Wipy đang vui vẻ diễu hành trên bảng trắng, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng pin ngoài. Ví dụ, bạn có thể đặt cái này ở góc trên cùng của bảng và chạy cáp tới Wipy. Wipy sẽ cần hai bộ nguồn: 1 cho Arduino và 1 cho động cơ như được chỉ ra trong ảnh. Chúng tôi quyết định sử dụng một bộ nguồn có đầu ra 2x 5V 2A. Gắn một cái trực tiếp vào Arduino (trong Vin, USB hoặc cổng nguồn). Đảm bảo nếu được kết nối với Vin rằng có đủ nguồn điện cho Arduino và tất cả các cảm biến.

6. ghép tất cả lại với nhau

Để tổng hợp tất cả lại với nhau, chúng tôi khuyên bạn nên dán màn hình OLED và cảm biến Thời gian bay vào vỏ và sau đó sử dụng băng dính hai mặt, kết nối vỏ với đế.

Bước 8: Muốn có thêm cảm xúc Wipy?

Muốn tạo cảm xúc Wipy của riêng bạn, đây là cách thực hiện:

1. Tạo ra những cảm xúc tuyệt vời của bạn bằng cách sử dụng bất kỳ phần mềm đồ họa nào (Adobe Photoshop, GIMP, v.v.) có thể lưu hình ảnh bitmap. Đảm bảo có độ phân giải giống với màn hình của bạn. Đối với trường hợp của chúng tôi, đó là 128 x 32 px.
2. Tiếp theo, chúng ta cần chuyển các bitmap này thành mã. Chúng tôi có thể sử dụng công cụ trực tuyến image2cpp cho điều đó. Tải lên những hình ảnh bạn muốn chuyển đổi
3. Sau khi tải lên, hãy đảm bảo các cài đặt chính xác như độ phân giải và hướng. Khi mọi thứ đều chính xác, hãy thay đổi "Định dạng đầu ra mã" thành "Mã Arduino" và đảm bảo sử dụng mã nhận dạng giống với bất kỳ cảm xúc nào bạn muốn thay thế.
4. Sau khi hoàn tất, hãy nhấp vào "Tạo mã" và thay thế mã trong Phác thảo Arduino.

Về nhì trong Cuộc thi Arduino 2019