Robot vẽ chi phí thấp, tương thích với Arduino: 15 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Lưu ý: Tôi có phiên bản mới của rô bốt này sử dụng bảng mạch in, dễ chế tạo hơn và có tính năng phát hiện chướng ngại vật hồng ngoại! Kiểm tra nó tại

Tôi đã thiết kế dự án này cho một hội thảo kéo dài 10 giờ cho ChickTech.org với mục tiêu là giới thiệu cho phụ nữ tuổi vị thành niên về các chủ đề STEM. Các mục tiêu cho dự án này là:

• Dễ dàng xây dựng.
• Dễ dàng lập trình.
• Đã làm một cái gì đó thú vị.
• Chi phí thấp để người tham gia có thể mang về nhà và tiếp tục học.

Với những mục tiêu đó, đây là một số lựa chọn thiết kế:

• Tương thích với Arduino để dễ dàng lập trình.
• Năng lượng pin 4xAA cho chi phí và tính khả dụng.
• Động cơ bước cho chuyển động chính xác.
• In 3D để dễ tùy chỉnh.
• Bút vẽ với đồ họa Rùa cho đầu ra thú vị.
• Mã nguồn mở để bạn có thể tạo một mã nguồn của riêng mình!

Đây là robot gần nhất với những gì tôi muốn làm: https://mirobot.io. Tôi không có máy cắt laser và việc vận chuyển từ Anh là rất khó. Tôi có một máy in 3D, vì vậy tôi đoán bạn có thể thấy điều này sẽ xảy ra…

Đừng để việc thiếu máy in 3D làm bạn nản chí. Bạn có thể tìm những người có sở thích ở địa phương sẵn sàng giúp đỡ bạn tại

Dự án này được cấp phép theo Creative Commons và sử dụng các bộ phận 3D dựa trên thiết kế của những người khác (như được chỉ ra trong phần tiếp theo), hạn chế nhất trong số đó là bánh xe, là phi thương mại. Điều đó có nghĩa là dự án này cũng phải Phi thương mại. Đừng là anh chàng này.

Bước 1: Các bộ phận

Có một số cách để cấp nguồn, lái xe và điều khiển robot. Bạn có thể có trong tay các bộ phận khác nhau sẽ hoạt động, nhưng đây là những bộ phận tôi đã thử và thấy hoạt động tốt:

Thiết bị điện tử:

• 1- * Adafruit Pro Trinket 3V- adafruit.com/products/2010

  • Phần cứng theo giấy phép CC BY-SA
  • Phần mềm (Bootloader) theo giấy phép GPL
• 2- Bộ chuyển số 5V - adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- breadboard nửa kích thước- adafruit.com/products/64
• 16- Nhảy nam-nam- adafruit.com/products/759
• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - Công tắc trượt SPDT - adafruit.com/product/805 hoặc www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Tiêu đề ghim nam- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA Holder- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- Cáp micro USB
• 4- Pin AA

* Lưu ý: Xem bước cuối cùng để thảo luận về việc sử dụng bảng Arduino hoặc Raspberry Pi thông thường.

Phần cứng:

• 2 - 1 7/8 "ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• Vòng bi 1- Caster 5/8 "- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- Vít đầu chảo M3 x 8mm- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- Vít đầu phẳng M3 x 6mm- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- Đai ốc M3- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

Các bộ phận được in 3D (xem www.3dhubs.com nếu bạn không có quyền truy cập vào máy in):

• 1 x Bánh xe ổ bi - thingiverse.com/thing:1052674 (dựa trên tác phẩm của onebytegone, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Chassis - thingiverse.com/thing:1053269 (tác phẩm gốc của Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 2 x Bánh xe - thingiverse.com/thing:862438 (dựa trên tác phẩm của Mark Benson, CC BY-NC 3.0 *)
• 2 x Dấu ngoặc nhọn - thingiverse.com/thing:1053267 (dựa trên tác phẩm của jbeale, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Giá đỡ bút / giá đỡ servo - thingiverse.com/thing:1052725 (tác phẩm gốc của Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Vòng cổ bút - thingiverse.com/thing:1053273 (tác phẩm gốc của Maker's Box, CC BY-SA 3.0)

* Lưu ý: CC BY-NC là giấy phép phi thương mại

Dụng cụ và vật tư:

• Tua vít Phillips
• Súng bắn keo nóng
• Đồng hồ đo đa năng kỹ thuật số
• Con dao bén
• Bút lông màu Crayola

Bước 2: Flash chương trình cơ sở

Trước khi chúng ta đi quá sâu vào việc xây dựng, hãy tải chương trình cơ sở thử nghiệm vào bộ vi điều khiển. Chương trình thử nghiệm chỉ vẽ các hộp để chúng tôi có thể kiểm tra hướng và kích thước phù hợp.

Để nói chuyện với Trinket Pro, bạn sẽ cần:

1. Trình điều khiển từ
2. Phần mềm Arduino từ

Lady Ada và nhóm Adafruit đã tạo ra một bộ hướng dẫn trong các liên kết ở trên tốt hơn nhiều so với những gì tôi có thể cung cấp. Vui lòng sử dụng chúng nếu bạn gặp khó khăn.

Lưu ý: Một mẹo làm cho Trinket khác với Arduino thông thường là bạn phải đặt lại bảng trước khi tải lên bản phác thảo.

Bước 3: Giá đỡ bút và giá đỡ pin

1. Lắp Giá đỡ bút với Giá đỡ Servo ở mặt ngắn hơn của khung máy (Hình ảnh 1).
2. Chèn các đai ốc vào mặt trên của khung máy (Hình 2)
3. Gắn các giá đỡ pin vào dưới cùng của khung máy bằng vít đầu phẳng 3Mx6mm (Hình 3 & 4).
4. Luồn dây dẫn pin qua các đường cáp hình chữ nhật (Hình 4 & 5).
5. Lặp lại với ngăn chứa pin khác.

Lưu ý: Trừ khi được chỉ định, phần còn lại của các vít là vít đầu chảo 3Mx8mm.

Bước 4: Bánh xe

1. Kiểm tra lắp bánh xe của bạn vào trục bước (Hình 1).

   1. Nếu quá chặt, bạn có thể làm nóng trục bánh xe bằng máy sấy tóc hoặc súng thổi hơi nóng rồi lắp trục vào.
   2. Nếu quá lỏng, bạn có thể sử dụng vít 3Mx8mm để giữ nó trên mặt phẳng của trục (Hình 2).
   3. Nếu bạn là một người cầu toàn, bạn có thể hiệu chỉnh máy in của mình và làm cho nó vừa phải.
2. Đặt vòng chữ o xung quanh vành bánh xe (Hình 3 & 4).
3. Lặp lại cho bánh xe còn lại.

Bước 5: Backets bước

1. Lắp đai ốc vào khung bước và gắn chúng vào đầu khung bằng vít (Hình 1).
2. Chèn bước vào giá đỡ và gắn bằng vít và đai ốc.
3. Lặp lại cho dấu ngoặc còn lại.

Bước 6: Bánh xe

1. Lắp ổ bi vào bánh xe.

   Đừng ép nó vào nếu không nó sẽ bị vỡ. Sử dụng máy sấy tóc hoặc súng thổi hơi nóng để làm mềm vật liệu nếu cần

2. Gắn bánh xe vào mặt dưới của khung trước hộp đựng pin.

Bước 7: Bảng mạch

1. Dùng dao sắc cắt bỏ một trong các thanh ray điện, cắt qua lớp keo bên dưới (Hình 1).
2. Giữ breadboard trên thanh ray khung xe, đánh dấu vị trí chúng giao với mép (Hình 2).
3. Sử dụng một cạnh thẳng (như đường ray điện đã loại bỏ), đánh dấu các đường và cắt qua mặt sau (Hình 3).
4. Đặt breadboard lên khung máy với các đường ray chạm vào lớp keo dính tiếp xúc (Hình 4).

Bước 8: Nguồn

1. Đặt bộ vi điều khiển, trình điều khiển darlington và công tắc nguồn vào bảng mạch bánh mì (Hình 1).

   • Tôi đã thêm các chấm màu cam cho khả năng hiển thị để đánh dấu những điều sau:

     • Pin 1 của trình điều khiển darlington.
     • Chân pin của bộ vi xử lý.
     • Vị trí "bật" công tắc nguồn.

2. Với dây dẫn pin bên phải:

   1. Nối đường màu đỏ vào chân đầu tiên của công tắc nguồn (Hình 2).
   2. Nối dây đen vào một hàng trống giữa vi điều khiển và chip darlington (Hình 2).

3. Với dây dẫn pin bên trái:

   1. Nối vạch đỏ vào cùng hàng với vạch đen của pin kia (Hình 3).
   2. Nối đường màu đen với đường ray âm của bảng mạch (Hình 3).

4. Kết nối nguồn với bộ vi điều khiển:

   1. Dây nhảy màu đỏ từ thanh dương đến chân pin (chấm màu cam, Hình 4).
   2. Dây nhảy màu đen từ đường ray âm đến chốt được đánh dấu "G" (Hình 4).
5. Lắp pin và bật nguồn. Bạn sẽ thấy đèn xanh và đỏ của bộ điều khiển bật sáng (Hình 5).

Khắc phục sự cố: Nếu đèn vi điều khiển không sáng, hãy tắt nguồn ngay lập tức và khắc phục sự cố:

1. Pin được lắp đúng hướng?
2. Kiểm tra kỹ định vị của dây dẫn pin.
3. Kiểm tra kỹ lưỡng công tắc dẫn định vị.
4. Sử dụng đồng hồ đa năng để kiểm tra điện áp của pin.
5. Sử dụng nhiều đồng hồ để kiểm tra điện áp đường ray điện.

Bước 9: Headers và Servo Wiring

Các chân cắm đầu đực cho phép chúng tôi kết nối các đầu nối JST servo 5 chân với nguồn và trình điều khiển darlington (Hình ảnh 1):

1. Tiêu đề 5 chân đầu tiên bắt đầu một hàng phía trước trình điều khiển darlington.
2. Sau đó, tiêu đề servo thứ hai sẽ thẳng hàng với phần cuối của trình điều khiển darlington.

Trước khi đi dây trở nên phức tạp, hãy bắt dây servo:

1. Thêm đầu cắm 3 chân cho servo ở cạnh bên phải của phần phía trước của bảng mạch (Hình 2).
2. Thêm một dây nối màu đỏ từ chốt giữa đến mặt dương của thanh ray điện.
3. Thêm một dây nối màu đen hoặc nâu từ chốt bên ngoài vào mặt âm của thanh ray điện.
4. Thêm một jumper màu từ chân bên trong đến chân 8 của bộ vi điều khiển.
5. Lắp còi trợ động với trục đến vị trí hoàn toàn theo kim đồng hồ và tay kéo dài sang bánh xe bên phải (Hình 3)
6. Lắp đặt servo vào giá đỡ bút bằng các vít của servo (Hình 3).
7. Kết nối đầu nối servo căn chỉnh màu sắc (Hình 4).

Bước 10: Kiểm soát bước

Thời gian nối dây điện cho trình điều khiển darlington và các bước, sẽ được truyền trực tiếp từ pin:

1. Kết nối một jumper màu đen hoặc nâu từ chốt darlington phía dưới bên phải với mặt âm của thanh ray điện (Hình ảnh 1).
2. Nối một jumper màu đỏ từ chốt darlington phía trên bên phải với mặt dương của ray điện.
3. Kết nối một jumper màu đỏ từ đầu ghim phía trên bên trái với mặt dương của ray điện (Hình 2).
4. Kết nối đầu nối bước bên trái với đầu ghim bên trái với dây dẫn màu đỏ ở bên phải (Hình 3).
5. Kết nối đầu nối bước bên phải với đầu ghim bên phải với đầu đọc ở phía bên trái.

Lưu ý: Dây dẫn màu đỏ của đầu nối bước là nguồn và phải khớp với dây dẫn màu đỏ trên bảng mạch.

Bước 11: Kiểm soát bước (Tiếp theo)

Bây giờ chúng ta sẽ kết nối các dây tín hiệu bước từ bộ vi điều khiển với đầu vào của trình điều khiển darlington:

1. Bắt đầu với Chân 6 của bộ vi điều khiển, kết nối dây dẫn cho bốn jumper điều khiển cho động cơ bước bên trái (Hình 1).
2. Ghép các jumper này với đầu vào của darlington ở bên phải. Tất cả các màu phải phù hợp với ngoại trừ màu xanh lá cây, phù hợp với dây màu hồng của bước (Hình 2).
3. Bắt đầu với Chân 13 của bộ vi điều khiển, kết nối các dây dẫn cho bốn jumper điều khiển cho động cơ bước bên phải (Hình ảnh (3).
4. Khớp các jumper này với đầu vào của darlington ở bên trái. Tất cả các màu phải phù hợp với ngoại trừ màu xanh lá cây, phù hợp với dây màu hồng của bước (Hình 3).

Bước 12: Kiểm tra và hiệu chuẩn

Hy vọng rằng bạn đã tải lên chương trình cơ sở ở Bước 2. Nếu chưa, hãy làm điều đó ngay bây giờ.

Phần mềm thử nghiệm chỉ vẽ một hình vuông lặp đi lặp lại để chúng tôi có thể kiểm tra hướng và độ chính xác.

1. Đặt robot của bạn trên một bề mặt nhẵn, phẳng, thoáng.
2. Bật nguồn.
3. Xem rô bốt của bạn vẽ hình vuông.

Nếu bạn không nhìn thấy đèn trên bộ vi điều khiển, hãy quay lại và kích hoạt nguồn như trong Bước 8.

Nếu rô bốt của bạn không di chuyển, hãy kiểm tra kỹ các kết nối nguồn với trình điều khiển darlington ở Bước 9.

Nếu rô-bốt của bạn di chuyển thất thường, hãy kiểm tra kỹ các kết nối chân cắm cho bộ vi điều khiển và trình điều khiển darlington ở Bước 10.

Nếu rô bốt của bạn đang di chuyển trong một hình vuông gần đúng, thì đã đến lúc đặt một ít giấy xuống và đặt bút vào đó (Hình 1).

Các điểm hiệu chuẩn của bạn là:

phao_dia = 66,25; // mm (tăng = xoắn ốc ra)

chiều dài cơ sở phao = 112; // mm (tăng = xoắn ốc trong) int steps_rev = 128; // 128 cho hộp số 16x, 512 cho hộp số 64x

Tôi bắt đầu với đường kính bánh xe đo được là 65 mm và bạn có thể thấy các hộp quay vào trong (Hình 2).

Tôi đã tăng đường kính lên 67 và bạn có thể thấy nó đang xoay ra ngoài (Hình 3).

Cuối cùng tôi đã đạt đến giá trị 66,25 mm (Hình 4). Bạn có thể thấy rằng vẫn còn một số lỗi cố hữu do bánh răng mắc cài và như vậy. Đủ gần để làm điều gì đó thú vị!

Bước 13: Nâng và hạ bút

Chúng tôi đã thêm một servo, nhưng chưa làm được gì với nó. Nó cho phép bạn nâng và hạ bút để robot có thể di chuyển mà không cần vẽ.

1. Đặt cổ bút lên đầu bút (Hình 1).
2. Nếu nó bị lỏng, hãy băng lại tại chỗ.
3. Kiểm tra để đảm bảo rằng nó sẽ chạm vào giấy khi tay servo được hạ xuống.
4. Kiểm tra để đảm bảo rằng nó sẽ không chạm vào giấy khi nâng lên (Hình 2).

Các góc của servo có thể được điều chỉnh bằng cách tháo còi và định vị lại hoặc thông qua phần mềm:

int PEN_DOWN = 170; // góc của servo khi đặt bút xuống

int PEN_UP = 80; // góc của servo khi bút hướng lên

Các lệnh bút là:

penup ();

đặt bút xuống();

Bước 14: Chúc bạn vui vẻ

Tôi hy vọng bạn đã thực hiện đến nay mà không có quá nhiều lời nguyền rủa. Hãy cho tôi biết bạn đã gặp khó khăn gì để tôi có thể cải thiện hướng dẫn.

Bây giờ là lúc để khám phá. Nếu bạn nhìn vào bản phác thảo thử nghiệm, bạn sẽ thấy tôi đã cung cấp cho bạn một số lệnh "Turtle" tiêu chuẩn:

phía trước (khoảng cách); // milimét

lùi (khoảng cách); trái (góc); // độ vuông (góc); penup (); đặt bút xuống(); xong(); // giải phóng bước để tiết kiệm pin

Sử dụng các lệnh này, bạn có thể làm bất cứ điều gì, từ vẽ các bông tuyết hay viết tên của bạn. Nếu bạn cần trợ giúp để bắt đầu, hãy xem:

• https://code.org/learn
• https://codecombat.com/

Bước 15: Nền tảng khác

Robot này có thể được thực hiện với một Arduino thông thường không? Đúng! Tôi đi với Trinket vì chi phí thấp và kích thước nhỏ. Nếu bạn tăng chiều dài khung, bạn có thể lắp một Arduino thông thường ở một bên và bảng mạch bánh mì ở bên kia (Hình 1). Nó sẽ hoạt động pin-for-pin với bản phác thảo thử nghiệm, ngoài ra, bây giờ bạn có thể truy cập bảng điều khiển nối tiếp để gỡ lỗi!

Robot này có thể được thực hiện với Rasberry Pi? Đúng! Đây là dòng điều tra đầu tiên của tôi vì tôi muốn lập trình bằng Python và có thể kiểm soát nó trên web. Giống như Arduino kích thước đầy đủ ở trên, bạn chỉ cần đặt Pi ở một bên và breadboard ở bên kia (Hình 2). Nguồn điện trở thành mối quan tâm chính vì bốn AA sẽ không cắt nó. Bạn cần cung cấp dòng điện khoảng 1A ở mức 5V ổn định, nếu không mô-đun WiFi của bạn sẽ ngừng giao tiếp. Tôi thấy Model A tốt hơn nhiều về mức tiêu thụ điện, nhưng tôi vẫn đang tìm cách cung cấp nguồn điện đáng tin cậy. Nếu bạn tìm ra nó, hãy cho tôi biết!