Hur man bygger ProtoBot - en 100% öppen källkod, superbillig, pedagogisk robot: 29 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

ProtoBot är en 100% öppen källkod, tillgänglig, superbillig och lätt att bygga robot. Allt är öppen källkod-hårdvara, programvara, guider och läroplan-vilket innebär att alla kan komma åt allt de behöver för att bygga och använda roboten.

Det är ett bra sätt att lära sig grunderna i lödning, elektroteknik och programmering.

Denna instruktionsbok täcker hur man bygger en, från barboard, komponenter och 3D -tryckta bitar, till en färdigmonterad (och förhoppningsvis funktionell!) ProtoBot.

(Om du vill lära dig mer om ProtoBots i allmänhet och/eller The ProtoBot Project, besök https://theprotobotproject.wordpress.com, eller ProtoBots Github, på

Du kan också hitta en PDF -version av den här guiden på

Steg 1: Tillbehör: Delar

När du är redo att komma igång är det här du behöver. Antal är för 1 robot.

Delar: (Länk #1 är eBay, #2 är AliExpress, vanligtvis billigare)

• 2 x N20 -växelmotorer, 300 varv / min, 12V (länk, länk)
• 1 x Arduino Nano (länk, länk)
• 2 x plasthjul, 39 mm, 3 mm hål (lot 10: gul länk, gul länk, rosa länk)
• 2 x Taktila gränslägesbrytare (10 bitar länk)
• 2 x 220 Ohm motstånd (100 bitar: länk, länk)
• 4 x 10K motstånd (100 bitar: länk, länk)
• 1 x L293D -motordrivrutin (länk, länk)
• 2 x TCRT5000L IR -sensor (10 delar: länk, länk)
• 7 x DuPont hona-honkablar (40 bitar: länk, länk)
• 1 x 9V batteriklämma (10 delar: länk, länk)
• 18 x hanstiften (200 bitar: länk, redan böjd 90 graders länk)
• 32 x Kvinnliga sidhuvudnålar (400 bitar: länk, länk)

Mängderna gäller endast listor där en enda vara säljs (Arduinos och motorer), eftersom allt annat är i bulk och du har extrafunktioner kvar. När listorna överstiger den mängd som behövs, är det vanligtvis att det är billigare att köpa i bulk än enstaka varor. Jag klagar inte!

En sak till: Allt här kommer från Kina, och därför tar frakten normalt en månad, och ibland två i extrema fall. Jag har dock aldrig haft något som inte dyker upp så småningom.

Steg 2: Tillbehör: Delar (resten av dem)

Men vänta! Det finns mer!

Du behöver fortfarande några delar till, nämligen de 3D -tryckta delarna, kretskortet, batteriet och "Hook and Loop Fastner" (som kardborreband, till exempel) för batteriet.

• Hook and loop fastner (eBay Link, en meter av grejerna)
• Batteri (eBay -länk, men köp det bara i affären)

3D -tryckta delar:

• STL -filer finns på
• När du går till utskrift, ändra storlek på dem till 105% storlek och ändra fyllning till 30%. Inga stöd behövs, du avgör om du behöver en flotta. Antenner kan passa lättare på stötsensorerna om de skalas lite större.

Kretskort:

Om du vill försöka etsa det själv, fortsätt. Allt du behöver behöver finns på

Vad jag gjorde (Det enklare sättet, om du inte redan har grejerna):

• Jag använde www.pcbway.com, och de låter dig göra 5 stycken för $ 5, utan att räkna med frakt. När vi gör cirka 20 stycken för STEM -läger kostar det cirka 24 dollar, inklusive frakt.
• Skapa ett konto med dem, ladda upp gerber -filen zip, så får du det begärda antalet kort.

Steg 3: Tillbehör: Verktyg

Nu är detta kanske redan saker du har, men jag kommer att ge länkar här i alla fall.

Verktyg: (Länkar till Amazon)

• Lödkolv ($ 7 på Amazon, men vi har använt dem i läger, och jag är mycket imponerad, de överträffar de 25 $ Wellers vi har.)
• Lödning (levereras med järnet på $ 7, så du behöver det inte nu, men det kommer att vara för evigt)
• Hjälpande händer (behövs inte, jag har inte köpt mig själv ännu, men de gör verkligen livet enklare)
• Lödsugare (verkligen användbart när det inte är igensatt)
• Mässingullsrengöring (För att hålla järntoppen i gott skick)
• Lödkolvhållare (så att du inte råkar lägga armen på strykjärnet)
• Trådklippare (du behöver dessa)
• Wire Strippers (du kan klara dig utan, men de gör livet mycket enklare)
• Needle Nose Tang (Inte absolut nödvändigt, men trevligt)
• Högtemperaturpistol och lim (CA -lim eller något annat kan också fungera)

Den konservativa spenderaren kanske skakar på huvudet vid denna enorma mängd verktyg som ska köpas, men kom ihåg- Var och en av dessa verktyg, om de sköts ordentligt, kommer att hålla i flera år och kan användas för en mängd andra saker förutom gör små robotar. (Som sagt, jag känner dig!)

Steg 4: Motor- och stötsensorsamling: Klipp, remsor och tenntrådar

Låt oss komma igång med trådarna för stötsensorer och motorer. Du måste ställa in dig lödkolv och en arbetsplats för lödning, och du kanske vill ha någon form av ventilation. En liten fläkt med låg hastighet är trevlig.

1. Separera 2 uppsättningar med 4 ledningar från din kvinnliga till kvinnliga hoppare.
2. Använd dina trådskärare för att skära dem i mitten av varje uppsättning.
3. Använd dina strippare för att ta bort cirka 5 mm eller 1/4 fjärde isolering från trådarnas ändar.
4. Separera trådändarna och vrid sedan de enskilda koppartrådarna för att hålla dem snygga.
5. Tina varje trådände genom att hålla det förtinnade järnet ovanpå tråden medan du applicerar tråden på din lödning.

När du är klar bör du ha 4 uppsättningar med 2 trådar vardera, med 2 tennade trådar i ena änden och 2 honkontakter i varje ände.

Steg 5: Motor- och stötsensorsamling: Lödmotorer och sensorer

Behåll ditt lödkolv, för vi är inte helt klara ännu …

1. För varje uppsättning trådar, böj de förtinnade ändarna 180 grader från varandra.
2. För in trådändarna i kontaktflikarna på motorerna och stötsensorerna, som visas på bilderna.
3. Säkra motorer och sensorer på något sätt.
4. Använd ditt tennjärn och löd kablarna till kontaktflikarna.

Steg 6: IR -sensormontering: Klipp, Strip, n Tin

När dina motorer och stötsensorer är klara är det dags att gå vidare till IR -sensorerna.

• Separera en uppsättning med 3 hona-hon-trådar.
• Skär dem på mitten.
• Ta bort cirka 5 mm eller 1/4 tum isolering från ändarna.
• Tinn trådarna genom att hålla dem på lödet och applicera sedan det burkade järnet.

När du är klar bör du ha 2 uppsättningar av 3 ledningar med honkontakterna i ena änden och förslutna trådändar i den andra.

Steg 7: IR -sensormontering: Förbered sensorer

Detta är förmodligen den svåraste lödningen du måste göra. Ta din tid!

1. Använd dina klippare för att klippa av de extra ledningarna och lämna cirka 5 mm eller 1/4 tum utsatt från sensorns plastkropp.
2. Ta reda på riktningen för din sensor baserat på bilden.
3. Böj GND -kabeln för den blå lysdioden för att komma i kontakt med GND -kabeln för den svarta lysdioden.
4. Säkra sensorerna, använd sedan ditt lödkolv för att göra en lödanslutning mellan GND -ledningarna som du anslutit.

Steg 8: IR -sensormontering: Lödtrådar

Nu är vi redo att ansluta trådarna till IR -sensorerna.

1. Separera trådändarna, så att du har de enskilda trådarna åtskilda cirka 2,5 cm eller 1 tum.
2. Börja lödning av trådarna, i ordning, till var och en av de tre ledningarna från sensorn.
3. Om du använder maskeringstejp som jag, när du är klar med ena sidan, vänd sensorn och löd den andra sidan.

Obs! Eftersom DuPont -trådarna är slumpmässigt färgade är det inte lätt att hålla sig till en färgkonvention, så jag skulle bara rekommendera att hålla den konsekvent mellan sensorpar. Jag brukar försöka göra dem i ordning, med GND, Sense och sedan +5V, med den mörkaste slutfärgen GND.

Steg 9: Montera batterikabel

Sist men inte minst måste vi löda ihop batterikabeln.

• Skaffa din sista 2-stifts längd manliga rubriker och tryck sedan ned plastdelaren till ungefär mitten av stiften.
• Böj ena sidan med en tång i 90 graders vinkel.
• Säkra det på något sätt (jag använde en skumbit och tillsatte sedan maskeringstejp för att hålla rubrikerna på plats när skummet smälte).
• Tina varje stift, så det blir lätt att lödda trådarna till.
• Se till att polariteten är korrekt (röd = +, svart = -), löd batterikontakten till stiften.

(Om dina batterikontakter inte kommer förskalade och förpackade måste du göra det.)

I efterhand kan det vara en bra idé att lägga en liten bit av värmekrympande slangar över skarven mellan trådarna och huvudstiften.

Steg 10: Ta en paus

Nu när du har avslutat sensorerna och motorerna är det en bra idé att ta en paus. Jag har monterat massor av delar till ProtoBots, och jag behöver fortfarande ta pauser då och då.

Medan du tar din paus, fortsätt och passa på att städa upp alla små bitar av metall och trådisolering på din arbetsyta. Ta sedan ett friskt luft och ta en god drink med något uppfriskande.

När du känner dig tillräckligt pigg, fortsätt gärna!

Steg 11: Montera Arduino

Låt oss fortsätta med det, börja med att sätta ihop Arduino.

• Ta ut Arduino ur plastpåsen som den kom i
• Hitta de två 15-pins längderna på rubriker och sätt in dem, med kortsidan uppåt, i Arduino, som visas.
• Sätt in arduino i ett bräda för att se till att rubrikerna håller sig i rätt vinkel under lödningen.
• Börja i hörnen, löd varje stift till Arduino.

När du är klar, leta efter eventuell lödning som överbryggar två stift. För att ta bort överflödigt löd smälter du bara det i mitten med ditt strykjärn och drar det sedan tillbaka från tapparna. Om det inte fungerar, försök suga upp överskottet med din lödsugare.

Du kommer att märka att jag inte lödde uppsättningen med 6 stift- Det är ICSP-stiften, som används för att programmera den utan USB. Vi behöver dem inte för ProtoBot, men du kan välja att lödda in dem om du vill.

Steg 12: Montera brädan: Samla delar

Du bör ha alla delar du behöver för brädet, men ta en stund att samla dem i de mängder du behöver.

• 1 x ProtoBotBoard
• 1 x monterad Arduino Nano
• 2 x 220 ohm motstånd
• 4 x 10K motstånd
• 1 x 14 -stifts längd på manliga huvudstiften
• 2 x 15 -stifts längd på kvinnliga huvudstiften
• 1 x 2 -stifts längd på kvinnliga huvudstiften
• 1 x L293D -drivrutinschip

För att klippa honhuvudena använder jag trådklipparna och klämmer fast dem på en extra nål. Du måste offra en nål för varje snitt, men du borde ha mycket kvar ändå.

Steg 13: Montera brädet: Lödningskvinnliga huvudstiften

Du kan hoppa över de kvinnliga huvudstiften om du vill, men det gör det enkelt att återanvända Arduino eller felsöka om något skulle gå fel.

1. Sätt in Arduino i de kvinnliga huvudstiften. (I det här fallet använder vi det bara för att hålla dem i linje)
2. Sätt in Arduino/header pin -enheten i kortet och fäst den på kortet.
3. Börja vid hörnstiften och löd de kvinnliga huvudstiften på brädet.

Steg 14: Montera brädan: Lödmotordrivrutin

Dags att löda motorföraren!

1. Sätt i motordrivrutinen i brädan, med hacket på toppen av chipet i linje med gapet i konturen på brädet.
2. Säkra den med lite maskeringstejp.
3. Löd varje stift, börja med de i hörnet och fortsätt sedan till resten.

Steg 15: Montera brädan: Löd 10K -motstånd

När du är klar med motorföraren går vi vidare till 10K -motstånden.

1. Hitta dig 4 10K motstånd. De kan vara blå eller solbränna, men de bör matcha färgband i diagrammet.
2. Böj ledningarna på varje motstånd i 90 graders vinkel nedåt.
3. Sätt in vart och ett av de 4 motstånden i punkterna märkta "10K" på brädet.
4. Använd maskeringstejp för att fästa dem på brädet (Eller bara böj ledningarna, men maskeringstejp fungerar bättre).
5. Löd var och en, var försiktig så att du inte fyller i de andra hålen runt dem.
6. När du är klar klipper du bort den extra ledningen ovanför lödfogen och tar sedan bort maskeringstejpen.

Obs: Jag har sällan haft problem med detta, men ibland kan klippning av ledningar efter lödning bryta spår på brädet, vilket vanligtvis inte går att reparera. Ta hand om dig!

Steg 16: Montera brädet: Löd 220 ohm motstånd

Låt oss nu göra 220 ohm motstånd.

1. Som med 10K -motstånden kan de 220 vara solbränna eller blåa, se bara till att de matchar färgbanden, som visas i diagrammet.
2. Böj ledningarna i 90 grader och sätt sedan in dem i fläckarna märkta "220".
3. Fäst dem med maskeringstejp eller böj ledningarna.
4. Löd in ledningarna i brädet.
5. När du är klar klämmer du av elektroderna och tar sedan bort maskeringstejpen.

Steg 17: Montera kortet: Sensorhuvudstiften

Låt oss gå vidare till rubriker för att ansluta sensorerna.

1. Dela upp din uppsättning med 14-stifts hanhuvuden i 4 x 2-stifts längder och 2 x 3-stifts längder.
2. Använd maskeringstejp för att fästa rubrikerna, kortsidan nedåt, i fläckarna på brädorna märkta "BL", "BR" (2-stifts längder) och "IRR" och "IRL" (3-stifts längder). Du har två uppsättningar med 2-stifts längder kvar, oroa dig inte för dem för tillfället.
3. Löd stiften på plats från brädans undersida. Jag gjorde 2-stifts och 3-stifts längder separat, men du kan göra dem alla tillsammans.
4. Ta bort maskeringstejpen

Steg 18: Montera brädan: motorhuvudstift

Kommer du ihåg de två extra 2-pins headerlängderna? Vi kommer att använda dem för att ansluta motorerna.

1. Med en tång böjer du den längre sidan av ledningarna i en 90 graders vinkel.
2. Sätt in dem i fläckarna på tavlan märkta "MR" och "ML".
3. Säkra dem med maskeringstejp.
4. Löd dem på plats och ta sedan bort maskeringstejpen.

Steg 19: Montera kortet: Batterikontakt

Nästan klar! Vi behöver bara lägga till batterikontakten.

1. Skaffa din 2-poliga längd på honhuvudstiften och sätt in dem på platsen på brädet märkt "Bat".
2. Fäst dem på plats med en bit maskeringstejp.
3. Löd stiften i brädan och ta bort maskeringstejpen.

Steg 20: Montera bräda: Kontrollera allt

Innan du avslutar, ta en titt på tavlan och se till att allt är hur och var det ska vara.

Kolla efter:

• Lödbroar (när lödet kopplar ihop två stift)
• Saker placerade på fel sätt eller på fel plats
• Felaktigt anslutna/lödda stift

Lödbroar är enkla att fixa, använd bara en lödsugare och ett hett strykjärn för att bli av med det extra.

Saker som har lödts på fel sätt måste avlödas och sättas tillbaka på rätt sätt. Samma procedur som att ta bort broar, gör det bara för varje stift på det som behöver tas bort.

Steg 21: Ta en paus

Vid det här laget har du lödt ett tag. Det kan vara en bra idé att ta en paus, få ett friskt luft och sträcka ut nackmusklerna.

Medan du håller på kan du städa upp lödprylarna och lägga bort ditt strykjärn och sedan sätta ut din heta limpistol för att börja värma upp.

Steg 22: Robotmontering: Samla delar

Nu är du redo att montera ProtoBot!

Låt oss se till att du har de delar du behöver.

• 1 x ProtoBotBoard med Arduino Nano insatt
• 1 x 3D -tryckt bas
• 2 x 3D -tryckta antenndelar
• 4 x 3D -tryckta kartongstöd
• 2 x stötsensorer
• 2 x IR -sensorer
• 2 x N20 växelmotorer
• 2 x 39MM plasthjul (3 mm diameter inuti hålet)
• 1 x batterikontakt
• 1 x 9V batteri
• 1 uppsättning Hook and Loop Fastner (som kardborreband), skuren till ungefär 9V batteriets längd

Du behöver också en varm limpistol och lim, helst högtemperatur.

Steg 23: Robotmontering: Limmotorer

Låt oss börja med motorerna

• Lägg en rejäl klick varmt lim i motorfästena.
• Placera motorerna i hållarna med trådarna tillbaka från robotens baksida.

Obs: Var försiktig så att du inte får in varmt lim i det område som växellådorna kommer att vara, de tänder upp och fungerar inte. Jag lägger i allmänhet min klick lim på ändarna på motorfästen som är närmast mitten av roboten för att säkerställa att den inte rör sig till ändarna, där växellådan är.

Steg 24: Robotmontering: stötsensorer

Låt oss göra bump -sensorerna nu.

• Montera din antenn på en stötsensor, som visas.
• När du har tagit på den kan du lägga till en klick varmt lim för att säkra den om du vill.
• Lägg klossar med varmt lim på varje bumpsensorplattform på basen.
• Tryck på stötsensorerna på plats och se till att de är uppställda med plattformens kanter.

Obs: Beroende på hur bra din skrivare fungerar kan antennen vara svår att sätta på. Var bara försiktig så att du inte lägger bumpsensorerna eller bryter dem. (Det är därför det hjälper mycket att skriva ut dem lite större)

Steg 25: Robotmontering: IR -sensorer

EyeR -sensorer! (Hehe, Geddit? Ok, ok, ögat stannar nu)

• Lägg en klick lim överst på IR -sensorhållarna.
• Böj ledningarna från IR -sensorerna ur vägen, sätt sedan in dem i fästena så att topparna sticker ut lite.

Steg 26: Robotmontering: Fäst styrelsen

Låt oss fästa brädan till roboten nu.

• Förbered dina 4 kretskortsstöd.
• Lägg en klick varmt lim på varje hörn av brädet.
• Fäst brädans stöd i varje hörn.
• När du är klar lägger du en klick varmt lim på varje stöd.
• Fäst kortet på robotkroppen, med motordrivrutinen och stiften mot baksidan, och sensoranslutningstapparna framåt.

Steg 27: Robotmontering: Anslut ledningar, lägg till hjul

Låt oss ansluta alla sensorer och motorer.

• Ta ledningarna från bump- och IR -sensorerna och mata upp dem genom hålet i robotbasen.
• Anslut den vänstra motorn till porten märkt "ML"
• Anslut den högra motorn till porten märkt "MR"
• Fäst dina hjul på motorerna.
• Om de är rosa har de ett "D" -format hål som måste anpassas till den platta fläcken på motoraxeln.
• Om de är gula kan de dock fortsätta, men du kommer sannolikt att lägga till lite lim för att se till att de inte bara snurrar.
• Anslut vänster och höger stötsensorer till sina respektive portar, märkta "BL" och "BR". Ledarnas ordning spelar ingen roll här.(Observera att sensorn till höger inte kommer att anslutas till den högra porten, eftersom antennen faktiskt är till vänster.)
• Ta reda på vilka ledningar som är på dina IR -sensorer, baserat på diagrammet och vilka ledningar som är var, anslut sedan dem till rätt stift på kortet, märkta PWR, IN och GND. (Höger sensor i "IRR", vänster sensor i "IRL").

Steg 28: Robotmontering: Fäst 9V batteri

Nu ska vi fästa batteriet.

• Skaffa din krok och ögla (IE, kardborreband) och skär en bit på varje sida ungefär lika lång som batteriet.
• Fäst ena sidan till botten av basen, dit batteriet går.
• Ta reda på vilken väg batteriet kommer att sitta, baserat på ledningens riktning från batterikabeln, fäst sedan krokfästet (IE, kardborreband) så att det passar korrekt. (Se bilder. Det spelar ingen roll för mycket om du inte får det rätt orienterat.)
• Mata kabeln från batteriet genom hålet i basen.

Steg 29: Avslutad

Anslut batteriet! Om ingen magisk rök slipper ut är du bra!

Nästa steg är att programmera det, men vi tar upp det i en annan instruerbar. (Kommer att länka hit, så snart jag får det gjort)

Om du är otålig, inte kan vänta och vet hur du använder Arduino Libraries, kan biblioteket hittas här:

Om du vill lära dig mer om ProtoBots i allmänhet och/eller The ProtoBot Project, besök https://theprotobotproject.wordpress.com, eller ProtoBots Github, på