Låg kostnad, Arduino-kompatibel ritrobot: 15 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

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.
• 4xAA batterikraft 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

Detta projekt är licensierat under Creative Commons och använder 3D-delar baserade på design av andra (som anges i nästa avsnitt), varav det mest restriktiva är hjulet, som är icke-kommersiellt. Det betyder att detta projekt också måste vara icke-kommersiellt. Var inte den här killen.

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

  • Hårdvara under CC BY-SA-licens
  • Programvara (Bootloader) under GPL -licens
• 2- växlad 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Halvstor brödbräda- adafruit.com/products/64
• 16- Man-man-hoppare- adafruit.com/products/759
• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT -skjutreglage - adafruit.com/product/805 eller www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Manlig stifthuvud- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA-hållare- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB-mikrokabel
• 4- AA-batterier

*Obs! Se det sista steget för en diskussion om hur du använder vanliga Arduino- eller Raspberry Pi -kort.

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/=yskc6u

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

• 1 x Kullagerhjul - thingiverse.com/thing:1052674 (baserat på arbete av onebytegone, CC BY -SA 3.0)
• 1 x chassi - thingiverse.com/thing:1053269 (originalverk av Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 2 x hjul - thingiverse.com/thing:862438 (baserat på arbete av Mark Benson, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x Stepper bracket - thingiverse.com/thing:1053267 (baserat på arbete av jbeale, CC BY -SA 3.0)
• 1 x pennhållare / servofäste - thingiverse.com/thing:1052725 (originalverk av Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 1 x pennkrage - thingiverse.com/thing:1053273 (originalverk av Maker's Box, CC BY -SA 3.0)

* Obs! CC BY-NC är en icke-kommersiell licens

Verktyg och 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.

För att prata med Trinket Pro behöver du:

1. Driver från
2. Arduino-programvara från

Lady Ada och Adafruit -teamet har skapat en mycket bättre uppsättning instruktioner i länkarna ovan än jag kan ge. Använd dem om du har fastnat.

Obs: Det enda tricket som gör prydnaden annorlunda än vanlig Arduino är att du måste återställa tavlan innan du laddar upp skissen.

Steg 3: Pennhållare och batterihållare

1. Installera pennhållaren med servobeslaget på den kortare sidan av chassit (bild 1).
2. Sätt i muttrarna på ovansidan av chassit (bild 2)
3. Fäst batterihållarna på undersidan av chassit med 3Mx6mm plattskruvar (bilder 3 & 4).
4. Trä batteriledningarna genom de rektangulära kabeldragningarna (Bild 4 & 5).
5. Upprepa för den andra batterihållaren.

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

Steg 4: Hjul

1. Testpassa ditt hjul till stegaxeln (bild 1).

   1. Om det är för hårt kan du värma hjulnavet med en hårtork eller varmluftspistol och sedan sätta in axeln.
   2. Om den är för lös kan du använda en 3Mx8mm skruv för att hålla den mot plattan på axeln (bild 2).
   3. Om du är en perfektionist kan du kalibrera din skrivare och få det helt rätt.
2. Placera o-ringen runt fälgen på hjulet (bild 3 & 4).
3. Upprepa för det andra hjulet.

Steg 5: 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 6: 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.

Steg 7: Brödbräda

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

Steg 8: Ström

1. Placera mikrokontrollen, 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 "på" läge.

2. Med de högra batterilederna:

   1. Anslut den röda linjen till strömbrytarens första stift (bild 2).
   2. Anslut den svarta kabeln till en tom rad mellan mikrokontrollen och darlington -chipet (bild 2).

3. Med vänster batteriledning:

   1. Anslut den röda linjen till samma rad som det andra batteriets svarta kabel (bild 3).
   2. Anslut den svarta linjen till den negativa skenan på brödbrädan (bild 3).

4. Anslut ström till mikrokontrollern:

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

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

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

Steg 9: Rubriker och servokablar

Manliga huvudstiften låter oss ansluta de 5-stifts servo JST-kontakterna till strömmen och darlington-drivrutinen (bild 1):

1. Den första 5-stifts rubriken startar en rad framför darlington-föraren.
2. Det andra servohuvudet bör sedan ligga i linje med slutet av darlington -drivrutinen.

Innan ledningarna blir komplicerade, låt oss få upp servon:

1. Lägg till en 3-stifts rubrik för servon på högerkant av den främre delen av brödbrädet (bild 2).
2. Lägg till en röd bygel från mittstiftet till den positiva sidan av kraftskenan.
3. Lägg till en svart eller brun bygel från ytterstiftet till den negativa sidan av kraftskenan.
4. Lägg till en färgad bygel från den inre stiften till stift 8 på mikrokontrollern.
5. Montera servohornet med axeln i fullt medurs läge och armen som sträcker sig till höger sida (bild 3)
6. Montera servon i pennhållaren med servoskruvarna (bild 3).
7. Anslut servokontakten och anpassa färgerna (bild 4).

Steg 10: Stepper Control

Dags att dra ström till darlington -drivrutinen och stepparna, som kommer att drivas direkt från batteriet:

1. Anslut en svart eller brun bygel från den nedre högra darlingtonstiftet till den negativa sidan av kraftskenan (bild 1).
2. Anslut en röd bygel från den övre högra darlingtonstiftet till den positiva sidan av kraftskenan.
3. Anslut en röd bygel från den övre vänstra stifthuvudet till den positiva sidan av kraftskenan (bild 2).
4. Anslut den vänstra stegkontakten till stifthuvudet på vänster sida med den röda ledningen på höger sida (bild 3).
5. Anslut den högra stegkontakten till den högra stifthuvudet med läskabeln på vänster sida.

Obs! Stegkontaktens röda ledning är strömförsörjningen och ska matcha de röda ledningarna på brödbrädet.

Steg 11: Stepper Control (fortsättning)

Nu kommer vi att ansluta stegsignaltrådarna från mikrokontrollen till ingångssidan av darlington -drivrutinen:

1. Börja med stift 6 på mikrokontrollern, anslut kablarna för fyra kontrollhoppare för den vänstra stegmotorn (bild 1).
2. Matcha dessa hoppare till ingångssidan av darlington till höger. Alla färger ska matcha med undantag för grönt, som matchar stegets rosa tråd (bild 2).
3. Börja med stift 13 på mikrokontrollern, anslut ledningarna för de fyra styrhopparna för den högra stegmotorn (bild (3).
4. Matcha dessa hoppare till ingångssidan av darlington till vänster. Alla färger ska matcha med undantag för grönt, som matchar stegets rosa tråd (bild 3).

Steg 12: Testning och kalibrering

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.

Om din robot rör sig på en ungefärlig kvadrat är det dags att lägga ner lite papper och lägga en penna i den (bild 1).

Dina kalibreringspunkter är:

float wheel_dia = 66,25; // mm (ökning = spiral ut)

float wheel_base = 112; // 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 inåt (bild 2).

Jag ökade diametern till 67, och du kan se att den roterade utåt (bild 3).

Jag kom så småningom till ett värde av 66,25 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 13: 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).
2. Om den är lös, tejpa fast den.
3. Kontrollera att det kommer att vidröra papperet när servoarmen sänks.
4. Kontrollera att det inte kommer att vidröra papperet när det höjs (bild 2).

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

int PEN_DOWN = 170; // servovinkel när pennan är nere

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

Pennkommandona är:

penup ();

pendown ();

Steg 14: 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 15: Andra plattformar

Kan denna robot göras med en vanlig Arduino? ja! Jag gick med Trinket på grund av den låga kostnaden och den lilla storleken. Om du ökar chassilängden kan du montera en vanlig Arduino på ena sidan och brödbrädan på den andra (bild 1). Det borde fungera pin-for-pin med testskissen, plus att du nu kan komma till seriekonsolen för felsökning!

Kan denna robot göras med en Rasberry Pi? ja! Detta var min första undersökningsrad eftersom jag ville programmera i Python och kunna styra det över webben. Liksom Arduino i full storlek ovan placerar du bara Pi på ena sidan och brödbrädan på den andra (bild 2). Makt blir det främsta problemet eftersom fyra AA inte kommer att skära det. Du måste tillhandahålla cirka 1A ström vid en stabil 5V, annars slutar din WiFi -modul att kommunicera. Jag har funnit att modell A är mycket bättre på strömförbrukning, men jag håller fortfarande på att hitta en pålitlig ström. Låt mig veta om du fattar det!