Bucket Bot 2: 11 Steps (med bilder)

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

Detta är den senaste versionen av Bucket Bot - en mobil PC -baserad robot som enkelt kan transporteras i en 5 gallon hink. Den föregående använde enkel träbaserad konstruktion. Denna nyare version är baserad på aluminium och T-Slot, så det är lätt att expandera.

Bucket bot -konceptet är en vertikalt orienterad robot där alla komponenter är lättillgängliga. Detta är överlägset det skiktade tillvägagångssättet eftersom du inte behöver skruva av lager för att arbeta med komponenter på lägre nivå. Denna design har de viktigaste funktionerna för mobila robotar: ett handtag och motorströmbrytare!

Jag har också infört några nya komponenter som gör byggandet enklare. Det är lite tillverkning involverat, men allt kan göras med hjälp av handverktyg. Du kan också använda en laserskärare för en plastversion av denna robot, eller använda en metallskärningstjänst som Big Blue Saw om du vill med de medföljande designerna.

Denna robot använder en surfplatta med Windows -dator. Men designen kommer att fungera med ITX, Mini-ITX-kort samt smarttelefoner och kort som Arduino, Beagle Bone och Raspberry Pi. Till och med Arduino Uno för motorstyrning kunde användas exklusivt.

Denna design var avsedd att vara kompatibel med Vex / Erector -hårdvaran. Hålen är 3/16 "på ett 1/2" mittmönster.

Jag kan inte säga tillräckligt bra saker om T-spåret som används i denna design. Jag använde 80/20 20 -serien, som är 20 mm på en sida. Det är ungefär 3/4 , och det coola är att du kan använda vanliga #8-32 skruvar med den (samma som Vex). När du använder #8-32 fyrkantiga muttrar snurrar de inte i kanalen, och standardvinkelparenteser fungerar bra tillsammans med den hårdare hårdvaran du kan få. T-slot-extruderingarna är lätt tillgängliga på Amazon och EBay-~ 4 '-stycket som används för detta projekt kostar bara cirka $ 10. T-slot gör det mycket trevligt sätt att göra 3D -objekt från 2D -skurna delar, så kombinationen är utmärkt för att bygga saker med minimal tillverkning - det kan du särskilt se på motorfästena.

Denna robot styrs med RoboRealm maskinsyn. Den bestämmer vart roboten ska gå och skickar motorstyrkommandon över serieporten. Seriell port är ansluten till en Arduino Uno och Adafruit Motor Control Shield. Arduino kör ett enkelt seriellt lyssnare -program för att ta emot kommandon och köra motorer och kamerans tilt -servo. Exempelprogrammet här är en Fiducial Course - roboten kommer att flytta mellan en serie fiducial markörer i ordning.

Steg 1: Dellista

För listan nedan hittade jag en del av hårdvaran online på McMaster-Carr (MMC). Skruvarna kan också hittas på lokala hårdvaru- / hemförbättringsbutiker, men större mängder, hexhuvud, rostfritt etc. kan vara lättare att hitta hos online -leverantörer.

Strukturdelar:

Basplatta, motorfästen och servohylla. Du kan använda 1/8 "aluminium eller 3/16" plast. De fungerar båda bra. För plasten, observera att några av fästelementen måste vara 1/16 "längre. Steg 2 visar några prover av plasten. Se skärningsdiagrammet i nästa steg för detaljer, men alla delar passar på en 8" x 10,5 "ark. En källa för aluminiumplattan är Online Metals - jag använde 5050 aluminium eftersom det var lägre kostnad och borde förbli blankare längre. Jag hittade också ett jämförbart ark här. En annan idé är att använda förperforerade ark. Erektorn /Vex mönsterhål är 3/16 "på ett 1/2" mitt * rakt * mönster (inte förskjutet). Jag har provat många av dem, och ett av de bästa är perforerat polypropylenark. Ett exempel är MMC 9293T61. 1 /8 "tjock är OK - är lite flexibel, men fungerar, och alla hål är klara att gå. Jag använde ett ark av detta för att snabbt markera några hål på servo/kamerahyllan

• 4 fot (1220 mm) 80/20-serie 20 20 mm x 20 mm T-spår-du hittar det här på Amazon (nedan) eller EBay80/20 20 SERIEN 20-2020 20 mm X 20 mm T-SLOTTED EXTRUSION X 1220 mm Hela projektet använder bara knappt 4 fot av det, och kostnaden är låg - cirka $ 10. Från detta måste du skära följande:

  • (2) 1,5 "bitar för motorfästena
  • (2) 8,5 "bitar för stigarna
  • (1) 7 1/4 "bit för handtaget
  • (2) 5 11/16 "bitar för tvärstängerna

• Knapphuvudskruvar - Jag visar siffrorna och längderna nedan, men jag rekommenderar starkt att skaffa ett sortiment så att du har precis rätt skruv för jobbet. Med T-spåret måste de ha precis rätt längd annars kommer skruvarna att "bottna ut" på kärnan i extruderingen innan du kan få dem åt. IMHO, rostfritt stål är bäst. Många människor gillar Black Oxide också. Jag skulle inte rekommendera zink (grovt) eller oavslutat (utsatt för rost).

  • (~ 14) #8-32 x 3/8 "(MMC 92949A192)
  • (~ 14) #8-32 x 5/16 "(MMC 92949A191)
  • (2) #8-32 x 1/2"
• (~ 30) #8-32 Fyrkantiga muttrar (MMC 94785A009)
• (4) #8-32 Keps Nuts (MMC 96278a009) - du är inte absolut nödvändig, och du kan istället använda en fyrkantig mutter med låsbricka.
• (~ 6) #8-32 brickor (MC 92141a009)
• (2) #8-32 delade låsbrickor (MC 92146a545)
• (2) #8-32 x 1-5/8 "ögonbultar
• (7) Hörnfästen - se ramsteget för andra möjligheter
• (2) Hörnfästen för aluminiumprofil för att ansluta tornet till basen. Du kan också bara använda en tunnare ovan om du vill. Dessa är dock styvare, och du kan använda fler av dessa istället för de tunnare. Hörnfästena från 80/20 passar deras extruderingar mycket bättre än dessa generiska, men kostar mer.

Rörelsedelar:

• (2) Nema 17 Steppmotorer - dessa verkar tillräckligt kraftfulla och körs under gränsen på 1 amp på motorskyddet.
• Pololu Universal Aluminium Monteringsnav för 5 mm axel, #4-40 hål (2-pack)
• Pololu hjul 80 × 10 mm par - massor av roliga färgval!
• (8) Motorskruvar - M3x6 (.5 stigning), pannhuvud (MMC 92000A116) - dessa kan vara något längre
• (4) #4-40 x 3/8 "skruvar för hjulen, pannhuvud (MC 91772A108)
• (1) Caster - Cool Caster -märke - massor av färger att välja mellan!
• (2) brickor 5/16 "för hjulstammen (MMC 92141a030)
• (1) 5/16-18 delad låsbricka för hjulspindeln (MMC 92146a030)
• (1) 5/16 "-18 mutter för hjulspindeln (MMC 91845a030)
• (1) 5/16 "-18 lockmutter för hjulspindeln (MMC 91855A370)

Elektronikdelar:

• Litiumjonbatteri. Den här är mycket trevlig för robotik eftersom den har en 12v 6a -utgång samt en 5v USB -utgång. Vissa surfplattor gör att du kan ladda samtidigt som du använder en USB -port, och vissa gör det inte.
• Blå 12v belyst switch från Radio Shack, eller en från Uxcell på Amazon. Du kan använda vilken färg du vill. Jag tyckte att de mindre hade mer robusta terminaler.
• Arduino Uno
• Adafruit Motor Shield - detta är en fantastisk sköld - kör två stegmotorer och har ett par servokontakter redo att gå.
• (3) 4-40 gängade avstånd 1/2 "långa för Arduino UNO (MMC 91780A164)
• (3) 4-40 skruvar x 1/4 ", formhuvud (MMC 91772a106)
• (2) 4-40 brickor endast för distans på undersidan (MMC 92141a005)
• (3) Snabbkopplingsplintar för switchkontakter 22-18 AWG.250x.032 (MMC 69525K58)
• Tråd: 20 gauge strängad i rött och svart

• Krympslang

  • (3) värmekrympning röd 1/8 "(3 mm) - 3/4" lång
  • (3) värmekrympande svart 1/8 "(3 mm) - 3/4" lång
  • (3) värmekrympning röd 1/4 "(6 mm) - 3/4" lång
  • (3) värmekrympning svart 1/4 "(6 mm) - 3/4" lång
• Dragkedjor: (2) 12 "enor för batteriet och några fyra" för trådhantering.

Dator och kamera:

• 8 "Windows Tablet PC
• Stativfäste för surfplatta
• 1/4-20 hårdvara för att montera fästet på basen: en 1/2 "skruv, en låsbricka och en bricka
• 2 -port USB -kabel. Detta är en minimal 2 -port USB -hubb med en USB -mikrokontakt. Du kan använda vilken hub du vill. Jag har ett Bluetooth -tangentbord och en mus, så jag behöver bara portar för Arduino och webbkamera.
• USB -kamera. De flesta kommer att fungera. Den här hade en standard 1/4 "x 20 fäste i botten, vilket gör den lätt att arbeta med.
• Pan Tilt Kit (eller Lynxmotion BPT -KT) - notera att jag har inkluderat en servohyllplan för en pan servo, men jag slutade bara använda lutningen för att förbättra kamerans stabilitet.
• Servo - standardstorlek - jag använde en servo med högre effekt (Hitec HS -5645MG) för förbättrad stabilitet.
• (2) #2 x 1/4 "plåtskruvar för att fästa servohornet på pan & tilt -fästet
• (2) 6-32 skruvar för servon 1/2 "" lång
• (2) 6-32 muttrar
• (2) 6-32 brickor
• (2) 1/4-20 syltmuttrar
• (2) 1/4-20 bricka
• (2) 1/4-20 låsbricka
• 1/4-20 x 1/2 "skruv
• 1/4-20 x 1,5 "? Hexbult

Valfria detaljer: Följande objekt krävs inte för robotens funktion, men är fina tillägg:

• T-Slot ändlock (MMC 5537T14)
• T-Slot Covers (MMC 5537T15) McMaster-Carr bär bara svart, men andra färger är tillgängliga från 80/20 och deras återförsäljare

Steg 2: Bygga basen

Strukturen består av några specialbyggda plana delar (basen, motorfästen och servohyllan) och några T-Slot-profiler som skärs i längd.

För basen, motorfästen och servohyllan kan du antingen göra dem för hand eller skära dem med vatten eller laserstråle. Några exempel visas på bilderna.

Att bygga dem för hand är dock ganska enkelt - alla bildversioner av aluminium gjordes för hand med minimala verktyg. För de handgjorda, använd 1/8 "aluminium - det är rätt kombination av styrka utan att vara för tjock för att monteras delar etc. Använd mallarna märkta" handgjorda ", skriv ut dem och fäst dem på aluminiumplåten. Jag använde omplacerbar spray, men tejp på kanterna borde också fungera. Jag använde också ett självhäftande klistermärke, som fungerade bra, men var lite svårare att ta bort. Använd en stans för att markera mitten av alla hål först, borra sedan ut de mindre hålen med de angivna bitstorlekarna. För de större hålen, använd en stegborr - detta är ett riktigt användbart säkerhetsspets eftersom det gör ett mycket trevligare hål än att försöka använda stora bitar, och kommer inte att ta tag i metallen som större bitar kan. Konturerna kan skäras med en hacksåg eller sabelsåg om du har en. Fila kanterna och använd en större bit och avgräsningsverktyg för att ta bort eventuella grader från hålen.

Du kan också beställa dessa delar av aluminium från platser som BigBlueSaw.com. För vattenstråle- eller laserskärning, använd "CNC" -mallarna - de har inte alla extra markeringar.

För laserskärningssättet kommer du att vilja använda 3/16 "tänk akryl eller ABS för att få rätt styrka. 1/8" är möjligt, men kommer att böja lite mycket. Observera att akryl är mer benägen att spricka än polykarbonat (Lexan), men eftersom polykarbonat skapar farliga gaser vid förbränning (dvs skärs av en laser), behöver du vanligtvis skära vattenstråle ändå, så du kan lika gärna använda aluminium om du är betala för vattenstråleskärning. ABS på 3/16 "är OK - böjer sig lite mer än akryl.

Observera att för skärning av akryl och laser kommer det tjockare materialet att kräva att alla skruvar som går igenom bitarna är 1/16 "längre än för 1/8" aluminium.

Även med 3/16 tjocka material kommer strömbrytaren bara knappt att passa - brickor etc. måste tas bort. Så aluminiumet är bättre ur den synvinkeln.

Förutom det är laserskärningen ganska rak framåt. Se bilderna för ett exempel.

Motorfästen och motorer

Börja med att fästa Nema 17 stegmotorplattor på stegmotorerna. Använd M3x6 -pannhuvudskruvarna för dem. Trådarna kan vara mot toppen av fästena för att hålla dem ur vägen (se bilderna).

Använd sedan tre av de #8/32 x 3/8 skruvarna och fyrkantiga muttrarna för att fästa de korta T-spåren. Jag satte på skruvarna och muttrarna löst, gängade sedan extruderingen över muttrarna och spände dem sedan.

För att montera stegmotorerna på basen, sätt fyra av de #8/32 x 3/8 skruvarna och fyrkantiga muttrarna på basen som visas och trä sedan på motorns extruderingar och dra åt. Den tredje uppsättningen hål är i fall du vill sätta några skruvar där för att göra basen under batteriet jämnare. Detta var viktigare när jag använde en blysyra gelcell - mycket tyngre och större än litiumjonet!

När motorerna är på basen kan du fästa naven med de medföljande inställningsskruvarna och hjulen med skruvarna #4-40 x 3/8.

Hjul

Hjulet är fäst med hårdvaran 5/16 . En mutter, låsbricka och bricka under plattan och en bricka och lockmutter ovanför plattan. Muttern är mestadels för att den ska se snygg ut. Du kan justera muttrarna lite för att få bottenplattan i nivå med hjulen.

Steg 3: Bygga ramen

Montera ramen enligt bilderna. Eftersom det är T-slot kan du prova det några gånger tills det ser rätt ut. Använd #8-32 x 5/16 skruvar och fyrkantiga muttrar för att fästa vinkelkonsolerna i T-spåret. Dessa är något kortare än de för motorerna eftersom fästena är tunnare.

Ögonbultarna ska hålla ett gummiband för att stabilisera kameran. Detta är valfritt, men verkar hjälpa. Klipp ut en del av ögat med ett Dremel -verktyg för att göra det lättare att fästa ett gummiband. Använd brickor och låsbrickor för att hålla dem hårt. Den yttre muttern kan vara en fyrkantig eller hexmutter.

Det nedre horisontella tvärstycket behöver en fyrkantig mutter bakåt för att hålla surfplattan.

Det övre horisontella tvärstycket behöver två fyrkantiga muttrar vända framåt för att hålla servohyllan.

Jag använde de starkare hängslen för att fästa ramen på basen. Jag behövde slipa av spårflikarna på ena sidan för att ligga platt mot basen. Brickor användes eftersom dessa hängslen hade en stor öppning för skruven.

De valfria trimbitarna visas - bara för att det ska se snyggare ut.

Det finns en bild i slutet med några av vinkelbeslagets alternativ.

Steg 4: Batteri, surfplatta och servohylla

Batteri Batteriet är ett biffigt litiumjonbatteri med en bekväm 12v 6a utgång. Jag använde 12 dragkedjor för att hålla den nere på basen, och kablarna kommer att dyka upp i ett senare steg. Detta batteri har en USB 5v -utgång. Det var bra med en äldre WinBook -surfplatta jag hade eftersom den hade separat laddning och USB port, men den nyare surfplattan jag använder tillåter inte laddning och användning av USB-port samtidigt. En avvägning för kraften och storleken på den nya. För att köra bara motorerna kommer batteriet att hålla länge.

Tablet PC -fäste

Stativfästet för surfplattan har en standard 1/4 "-20 tråd. Så du kan använda en vinkelkonsol för att ansluta den till den nedre tvärstödet på robothandtaget/ramen. Ett hål på vinkelfästet måste vara borrade ut till 1/4 "för bulten. Fästet fästs på fästet med en 1/4 "-20 bult, bricka och låsbricka. När det är fäst kan du använda en #8-32 x 5/16" skruv för att fästa den på tvärstycket med en fyrkantig mutter i T-spåret från föregående steg. Surfplattan ska passa snyggt i fästet i liggande orientering.

Servo hylla

Servohyllan är en bit av 1/8 aluminium. Planerna finns i de bifogade diagrammen, och den är borrad med hål för framtida expansion - du kanske inte behöver dem alla. Jag slutade inte använda en panservo för att behålla kameran mer stabil, så plattformen har inga nedskärningar, men planerna och en bild ingår så att du kan se hur det skulle fungera.

Servohyllan fästs med två hörnfästen. Använd #8-32 x 5/16 "skruvar för att ansluta den till den övre ramen/handtagstvärstycket med de två fyrkantiga muttrarna i T-spåret där. Använd #8-32 x 3/8" skruvar och Keps-muttrar för att ansluta fästena till plattan. Låsbrickor och fyrkantiga muttrar kan också användas för detta.

Steg 5: Motorstyrning

För stegmotorstyrningen använde jag ett Adafruit Motor Shield. Den kör två stegmotorer och den har kontakter för två servon. Detta är perfekt för en grundversion av denna robot. En Arduino Uno används som bas för detta, och roboten kör ett enkelt seriellt lyssnare -program för att ta emot rörelsekommandon och utföra dem.

Istället för att borra anpassade hål använde jag ett par av de vanliga 3/16 hålen, och Arduino passar ganska bra. Inte perfekt, och inte rakt, men det var lätt att fästa. Nyckeln använder #4-40 skruvar för att tillåta hålmatchning.

Använd #4-40 x 1/2 långa hexavstånd och anslut dem på tre av Arduino-monteringshålen med #4-40 x 1/4 skruvar. Det fjärde Arduino -hålet ett är lite trångt för standoffs.

För att fästa brädorna på roboten använder du bara två #4-40 x 1/2 "skruvar och brickor på de yttre hålen - se bilderna. De två skruvarna håller brädorna väl och det tredje avståndet ger ett tredje" ben "till håll styrelsen jämn.

Om du istället vill lägga ut de häftiga Arduino -monteringshålen, gör det!:-)

Steg 6: Servo och kamera

Pan Tilt Unit

Montera pan/tilt -enheten enligt instruktionerna för dessa kit. Ett av de kit jag hittade hade inga uppenbara instruktioner, så jag har inkluderat många foton från olika vinklar. #2 x 1/4 plåtskruvarna är för att montera servohornet på fästet.

Kameran är monterad med en 1/4-20 x 3/4 sexkantskruv. En 1/4-20 låsbricka, bricka och låsmutter håller bulten mot pan/tilt-enheten. En andra 1/4-20-stopp muttern låses mot kameran för att hålla den på plats.

Pan/tilt-enheten är fäst på servohyllan med två #6-32 x 1/2 bultar, brickor och muttrar.

Steg 7: Kabeldragning

Anslutning av strömmen

För att styra strömmen till motorerna använde jag en upplyst 12v bilbrytare. Det ger en fantastisk synlig bekräftelse på att strömmen är på. Pressa och löd på kontakterna och använd den tunnare värmekrympslangen för att täcka lödfogen, sedan den större värmekrympningen för att täcka själva kontakten.

Det kan vara lättare att sätta kontakterna på strömbrytaren innan du använder de större värmekrympslangarna eftersom det kommer att hindra kontakterna från att vara för täta på omkopplingsflikarna.

Bilderna visar kabeldragningen, och det är ganska enkelt. Stickkontakten är för batteripaketet och jackkontakten är så att du enkelt kan ansluta batteriladdaren.

Steg 8: Alternativ

Ett stånd

Att ställa upp är verkligen till hjälp när du vill testa motorerna utan att roboten tar fart. Jag gjorde en med lite skrotfura - se bilden för att se hur den var uppställd.

LED -remsor

Alla projekt är bättre med lysdioder!:-) I det här fallet används de för mer än bara show. Eftersom vi kan ansluta dem till Arduino via en liten elektronisk hastighetskontroll, kan roboten använda dem för att indikera status, vilket är ett bra verktyg för att felsöka robotens beteende. Jag hade ett par ESC som endast var framåt för flygplan, och perfekta för att styra LED -remsorna också från en online -hobbybutik.

Eftersom vi har en Arduino kan du också använda RGB digitala lysdioder som Neopixels (WS2812b LED).

Steg 9: RoboRealm

Denna robot använder bara kameran som sensor. Du kan enkelt lägga till andra som passar din applikation.

RoboRealm maskinsyn systemet bestämmer vart roboten ska gå och skickar motorstyrkommandon över serieporten. Seriell port är ansluten till en Arduino Uno och Adafruit Motor Control Shield. Arduino kör ett enkelt seriellt lyssnare -program för att ta emot kommandon och köra motorer och kamerans tilt -servo.

För att testa denna robot utformade jag en kurs med Fiducials som waypointmarkörer. Fiducials är enkla svartvita bilder som är enkla för datorsynssystem att upptäcka. Du kan se några prover på bilderna nedan. Alla typer av Fiducials kan användas, och till och med några vanliga bilder kan användas - vad som än fungerar med träningen, är tillräckligt lätt för roboten att upptäcka och isolera på avstånd och är inte förvirrande med andra bilder i miljön. Med RoboRealm programmerade jag roboten att besöka varje Fiducial i ordning-det är inte mycket kod eftersom all bildbehandling sker med pek-och-klicka-moduler.. Robo -filen är bifogad, och du kan se hur jag använde en enkel tillståndsmaskin för att markera varje tillstånd när vi flyttade mellan markörerna. Eftersom vi kan avgöra åt vilket håll Fiducials vetter, använder vi också vinkeln som en ledtråd för att berätta för roboten vilket sätt att börja söka efter nästa Fiducial i kursen. I videon på det första steget kan du se den tredje fiducialen lutad 90 grader till vänster och säger till roboten att titta åt vänster snarare än till höger.

För att använda den bifogade koden, ladda ner.ino -filen och ladda den på din Arduino Uno.

RoboRealm.robo -filen är den jag använde för denna demo. Den har några extra filter och kod från tidigare motorer etc. som alla är inaktiverade eller kommenterade, men du kan se några av de möjliga variationerna. För Fiducials, öppna Fiducial -modulen och träna den i mappen med bifogade Fiducials. Du kan använda olika, men du måste ändra filnamnen högst upp i VBScript -modulen.

Steg 10: Nano-ITX-variant

Jag byggde också en med ett Nano-ITX-kort som jag hade. Jag använde ett 12v strömförsörjningskort och monterade hårddisken under moderkortet med extra vinkelfästen. Sedan användes standoffs för att hålla moderkortet borta från hårddisken.

Steg 11: DC -motoralternativ

Jag använde likströmsmotorer för några tidigare byggnader. De fungerar bra, och du behöver en motorstyrenhet som RoboClaw. Användningen skulle vara liknande, med en Arduino som kör RoboClaw för enkelhet - de har Arduino -provkod.

För detta tillvägagångssätt använde jag DC-växellådsmotorer och BaneBots-hjul (se bilder).

De extra skruvarna och Keps -muttrarna var för jämnt stöd under en tidigare version med ett 12v 7ah blygelcellbatteri.

Några av delarna som visas:

(2) Gear Head Motors - 12vdc 30: 1 200rpm (6mm axel) Lynxmotion GHM -16

(2) Quadrature Motor Encoders w/Kablar Lynxmotion QME-01

(6) Motorskruvar - M3x6 (.5 stigning), pannhuvud (MMC 91841a007)

(2) Hjul: 2-7/8 "x 0,8", 1/2 "Hexfäste på BaneBots

(2) Hub, Hex, Series 40, Set Screw, 6mm Bore, 2 Wide at BaneBots

(4) Motorkontakter 22-18 AWG.110x.020 (McMaster 69525K56)

Tvåa i Automation Contest 2017