Ritningsrobot för Arduino: 18 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Obs: Jag har en ny version av den här roboten som använder ett kretskort, är lättare att bygga och har IR -hinderdetektering! Kolla in det på

Jag utformade det här projektet för en 10-timmars workshop för ChickTech.org vars mål är att introducera tonårskvinnor för STEM-ämnen. Målen för detta projekt var:

• Lätt att bygga.
• Lätt att programmera.
• Gjorde något intressant.
• Låg kostnad så att deltagarna kunde ta hem den och fortsätta att lära sig.

Med dessa mål i åtanke, här var ett par av designvalen:

• Arduino -kompatibel för enkel programmering.
• AA batteri för kostnad och tillgänglighet.
• Stegmotorer för exakt rörelse.
• 3D -tryckt för enkel anpassning.
• Penna plottar med Turtle grafik för intressant output.
• Öppen källkod så att du kan göra en egen!

Här är roboten som kom närmast vad jag ville göra: https://mirobot.io. Jag har ingen laserskärare och frakt från England var oöverkomligt. Jag har en 3D -skrivare, så jag antar att du kan se vart detta tar vägen…

Låt inte avsaknaden av en 3D -skrivare avskräcka dig. Du kan hitta lokala hobbyister som är villiga att hjälpa dig på www.3dhubs.com

Det tog mycket arbete, men jag är nöjd med hur det blev. Och jag lärde mig ganska mycket under processen. Låt mig veta vad du tycker!

Steg 1: Delar

Det finns ett antal sätt att driva, köra och styra robotar. Du kan ha olika delar till hands som fungerar, men det här är de som jag har provat och funnit fungera bra:

Elektronik:

• 1- Arduino UNO eller motsvarande- adafruit.com/products/50

  Adafruit är nu USA: s tillverkare för äkta Arduinos! Få dem från källan

• 2- växlad 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Halvstor brödbräda- adafruit.com/products/64

• 12- Man-man-hoppare- adafruit.com/products/1956

  Minst två ska vara 6 ", resten kan vara 3"

• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1- Manlig stifthuvud- digikey.com/short/t93cbd
• 1- 2 x AA-hållare- digikey.com/short/tz5bd1
• 1 -3 x AA -hållare- digikey.com/short/t5nw1c
• 1 -470 uF 25V kondensator-www.digikey.com/product-detail/en/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• 1 -SPDT -skjutreglage -www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- USB-mikrokabel
• 5 - AA -batterier

Hårdvara:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Caster 5/8 "lager- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8 mm pannhuvudskruv- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm plattskruv- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• 2 - 1/4 "gänga som bildar 4-20 skruvar

Tryckta delar (kolla in www.3dhubs.com om du inte har tillgång till en skrivare):

• https://www.thingiverse.com/thing:1091401

  • 1 x kullagerhjul
  • 1 x chassi
  • 2 x hjul
  • 2 x Steppfäste
  • 1 x pennhållare / servofäste
  • 1 x pennkrage
• Jag använder lågupplöst, 100% fyllning och inget stöd. Detta är cirka 4 timmars tryck.

Tillbehör:

• Stjärnskruvmejsel
• Lim pistol
• Digital multimeter
• Vass kniv
• Crayola -färgade markörer

Steg 2: Flasha in firmware

Innan vi går för långt in i konstruktionen kan vi ladda testets firmware till mikrokontrollern. Testprogrammet ritar bara för lådor så att vi kan kontrollera rätt riktning och dimension.

1. Ladda ner Arduino -programvaran från www.arduino.cc/en/Main/Software
2. Öppna Arduino -programvaran.

3. Ladda ner den bifogade zip -filen och packa upp den till Arduino -skissbokens plats.

   Du kan hitta (eller ändra) den här platsen i Arduino IDE: [File] -> [Preferences] -> "Sketchbook Location"

4. Ladda testskissen: [File] -> [Sketchbook] -> [TIRL_Arduino_TEST]
5. Anslut din Arduino till din dator med en USB -kabel.

6. I Arduino IDE:

   1. Ställ in din korttyp: [Verktyg] -> [Kort] -> Din korttyp.
   2. Ställ in din serieport: [Verktyg] -> [Port] -> Vanligtvis den sista listan.
7. Ladda upp skissen med hjälp av pilikonen.

Om du har några problem, se www.arduino.cc/en/Guide/Felsökning för hjälp.

Steg 3: Pennhållare och batterihållare

1. Sätt i muttrarna på ovansidan av chassit (bild 1). Du kan behöva trycka in dem.
2. Installera pennhållaren med servofästet på ovansidan av chassit (bild 2 & 3).

3. Fäst batterihållarna på undersidan av chassit med 3Mx6mm plattskruvar (bild 4)

   • Du behöver minst 5xAA för att driva en Arduino ordentligt via den inbyggda regulatorn. Sex skulle också fungera, så jag har inkluderat hål för endera storleken på båda sidor.
   • Du vill att vikten ska flyttas mot hjulet, så lägg 3xAA mot baksidan.
   • Rikta hållarna så att ledningarna är närmast de rektangulära kabelbanorna.
4. Trä batteriledningarna genom de rektangulära kablarna (bild 4).
5. Upprepa för den andra batterihållaren.

Obs! Om inte annat anges är resten av skruvarna 3Mx8mm pannhuvudskruvar

Steg 4: Stepper Backets

1. Sätt in en mutter i stegfästet och fäst dem på toppen av chassit med en skruv (bild 1).
2. Sätt in stegsteget i fästet och fäst med skruvar och muttrar.
3. Upprepa för den andra fästet.

Steg 5: Caster

1. För in kullagret i hjulet.

   Tvinga inte in den annars går den sönder. Använd en hårtork eller varmluftspistol för att mjuka upp materialet vid behov

2. Fäst hjulet på undersidan av chassit framför batterihållaren.

Jag har provat andra runda föremål som marmor, men slät och tung verkar fungera bra. Om du behöver en annan diameter kan du redigera openScad -filen (https://www.thingiverse.com/thing:1052674) så att den passar vad du än har till hands.

Steg 6: Brödbräda och hjärnor

1. Ta bort en av kraftskenorna med en vass kniv och skär igenom det nedre limet (bild 1).

   En skena har effekt (röd) på ytterkanten, de andra negativa (blå). Jag behåller den första bifogad, så kommer den att matcha scheman och foton. Om du använder den andra, justera bara trådarna därefter

2. Håll brödbrädan över chassiträcken och markera där de skär kanten (bild 2).
3. Använd en rak kant (som den borttagna kraftskenan), markera linjerna och skär genom bakstycket (bild 3).
4. Placera brödbrädan på chassit med skenorna vidrör det exponerade limmet (bild 4).
5. Fäst Arduino på andra sidan av chassit med 4-20 skruvar (bild 5).

Steg 7: Kondensator och delplacering

1. Placera darlington -drivrutinen och strömbrytaren på brödbrädet (bild 1).

   • Jag har lagt till orange prickar för synlighet för att markera följande:

     • Pin 1 på darlington -drivrutinen
     • Batteripinnen på mikrotrollaren. Strömbrytaren är "på".
2. Trimma kondensatorledningarna om det behövs (längre är negativt) (bild 2).
3. Sätt i kondensatorn i rätt skenor ovanpå brödbrädet (bild 3).

Steg 8: Ström

1. Med de högra batterilederna: Anslut den röda linjen till strömbrytarens första stift (bild 1).
2. Anslut den svarta kabeln till en tom rad mellan mikrokontrollen och darlington -chipet (bild 1).
3. Med de vänstra batterikablarna: Anslut den röda linjen till samma rad som den andra batteriets svarta ledning (bild 2).
4. Anslut den svarta linjen till den negativa skenan på brödbrädan (bild 2).

5. Anslut ström till mikrokontrollern:

   1. Röd bygel från positiv skena till batteripinnen (orange prick, bild 3).
   2. Svart bygel från den negativa skenan till stiftet märkt "G" (bild 4).
6. Sätt i batterierna och slå på strömmen (bild 5).
7. Du bör se den gröna och röda lampan på kontrollen tändas (bild 6).

Felsökning:

• Om mikrokontrollerlamporna inte tänds, stäng omedelbart av strömmen och felsök:

  • Batterier installerade i rätt riktning?
  • Kontrollera att batterikablarna är placerade.
  • Dubbelkontroll av omkopplarens placering.
  • Använd en multimätare för att kontrollera batteriernas spänningar.
  • Använd multimätare för att kontrollera kraftskenans spänningar.

Steg 9: Stepper Power

Nu när du har ström till mikrokontrollern, låt oss avsluta kabeldragning till stegarna:

1. Anslut en svart bygel från den övre vänstra darlingtonstiftet till den negativa sidan av kraftskenan (bild 1).
2. Anslut en röd bygel från den nedre vänstra darlington -stiftet till den positiva sidan av kraftskenan (bild 1).
3. Anslut en röd bygel från den nedre vänstra darlingtonstiftet till en rad till höger om darlingtonen (bild 2).
4. Sätt i stifthuvuden för stegets vita JST -kontakter (bild 2).

Steg 10: Stepper Control Signals

Mikrokontrollern tillhandahåller 5 volt signaler till darlington -arrayen som i sin tur ger VCC till stegspolarna:

1. Börja med stift bredvid marknålen på darlington -drivrutinen och installera orange, gula, gröna och blå ledningar i den ordningen (bild 1).

2. Fäst hopparna på följande arduino -stift (bild 2):

   1. orange - Digital stift 4
   2. gul - Digital stift 5
   3. grön - Digital stift 6
   4. blå - Digital stift 7

3. Tillbaka i darlington, fortsätt bygeln för den andra steppern på baksidan av de andra:

   blå, grön, gul och orange (bild 3)

4. Fäst hopparna på följande arduino -stift (bild 4):

   1. blå - Digital stift 9 (stift 8 används senare för servon).
   2. grön - Digital stift 10
   3. gul - Digital stift 11
   4. orange - Digital stift 12

Steg 11: Stepper Coil Anslutningar

Stegarens vita JST -kontakter fästs på stifthuvudet. Den röda ledningen är ström och ska matcha de röda powerhopparna som vi installerade tidigare (bild 1).

Alla färger ska matcha mikrokontrollerhopparna på motsatta sidan av darlingtonen, med undantag för grönt, som matchar stegets rosa tråd (bild 2).

Steg 12: Servo

1. Installera servohornet med servon roterad medurs till stoppet och hornet horisontellt (bild 1).
2. Fäst servon på hållaren och hornet pekade åt höger stegsida (bild 1).
3. Fäst bruna (jordade), röda (5V ström) och vita (signal) hoppare i servokontakten, som matchar servotrådens färger (bild 2).
4. Fäst kraft- och markhopparna på marken och 5V -huvudet på Arduino (bild 3).
5. Anslut den vita signalkabeln till Arduino Digital Pin 8 (bild 4).

Steg 13: Hjul

1. Placera gummio-ringen runt hjulkanten (bild 1).

2. Om passformen på navet på axeln är lös kan du använda en 3M skruv för att hålla den på plats (bild 2).

   Dra inte åt det för mycket annars tar du bort plasten

Steg 14: Testning

Förhoppningsvis har du redan laddat upp firmware i steg 2. Om inte, gör det nu.

Testprogramvaran ritar bara en kvadrat upprepade gånger så att vi kan kontrollera riktning och noggrannhet.

1. Placera din robot på en slät, plan, öppen yta.
2. Slå på strömmen.
3. Se din robot rita rutor.

Om du inte ser lampor på mikrokontrollern, gå tillbaka och felsök strömmen som i steg 8.

Om din robot inte rör sig, dubbelkolla strömanslutningarna till darlington -drivrutinen i steg 9.

Om din robot rör sig oregelbundet, dubbelkolla stiftanslutningarna för mikrokontrollern och darlington -drivrutinen i steg 10.

Steg 15: Kalibrering

Om din robot rör sig på en ungefärlig kvadrat är det dags att lägga ner papper och lägga en penna i den.

Mät din hjuldiameter (bild 1) och hjulbas (bild 2) i millimeter.

Dina kalibreringsinställningar i koden är:

float wheel_dia = 63; // mm (ökning = spiral ut)

float wheel_base = 109; // mm (ökning = spiral in) int steg_rev = 128; // 128 för 16x växellåda, 512 för 64x växellåda

Jag började med en uppmätt hjuldiameter på 65 mm och du kan se rutorna rotera utåt eller medurs varje steg (bild 3).

Jag kom så småningom till ett värde av 63 mm (bild 4). Du kan se att det fortfarande finns något inneboende fel på grund av växelfransar och sådant. Nära nog för att göra något intressant!

Steg 16: Höj och sänk pennan

Vi har lagt till en servo, men har inte gjort något med det. Det låter dig höja och sänka pennan så att roboten kan röra sig utan att rita.

1. Placera pennhalsbandet på pennan (bild 1).

   Om den är lös, tejpa fast den

2. Kontrollera att det kommer att vidröra papperet när servoarmen sänks.
3. Kontrollera att det inte kommer att vidröra papperet när det höjs.

Servovinklarna kan justeras antingen genom att ta bort hornet och placera om det eller genom programvaran:

int PEN_DOWN = 20; // servovinkel när pennan är nere

int PEN_UP = 80; // servovinkel när pennan är uppe

Pennkommandona är:

penup ();

pendown ();

Om du vill använda olika pennstorlekar måste du ändra pennhållaren (www.thingiverse.com/thing:1052725) och pennhalsbandet (www.thingiverse.com/thing:1053273) med rätt diameter.

Steg 17: Ha kul

Jag hoppas att du gjort är så långt utan för många förbannelseord. Låt mig veta vad du kämpade med så att jag kan förbättra instruktionerna.

Nu är det dags att utforska. Om du tittar på testskissen ser du att jag har gett dig några vanliga "Turtle" -kommandon:

framåt (distans); // millimeter

bakåt (avstånd); vänster (vinkel); // grader rätt (vinkel); penup (); pendown (); Gjort(); // släpp steg för att spara batteri

Med hjälp av dessa kommandon borde du kunna göra vad som helst, från att rita snöflingor eller skriva ditt namn. Om du behöver hjälp med att komma igång, kolla in:

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

Steg 18: Andra plattformar

Kan denna robot göras med en?

ja! Denna plattform är mycket flexibel. Du skulle i huvudsak bara behöva ändra chassit.

Jag har gjort det med en Raspberry Pi (bild 1) och en Adafruit Trinket (www.instructables.com/id/Low-Cost-Arduino-Compatible-Drawing-Robot/) (bild 2).

Låt mig veta vad du hittar på!