Ρομπότ ζωγραφικής με υποστήριξη Arduino: 11 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Έργα Fusion 360 »

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ αν ένα ρομπότ θα μπορούσε να κάνει μαγευτικούς πίνακες και τέχνη; Σε αυτό το έργο προσπαθώ να το κάνω πραγματικότητα με ένα ρομπότ ζωγραφικής με υποστήριξη Arduino. Ο στόχος είναι το ρομπότ να μπορεί να φτιάχνει πίνακες μόνο του και να χρησιμοποιεί μια εικόνα αναφοράς ως οδηγό για την αναπαραγωγή ενός έργου τέχνης. Χρησιμοποίησα τη δύναμη του CAD και της ψηφιακής κατασκευής για να δημιουργήσω ένα στιβαρό σασί πάνω στο οποίο τοποθέτησα έναν βραχίονα που θα μπορούσε να βυθίσει τη βούρτσα βαφής σε ένα από τα 7 δοχεία βαφής και να ζωγραφίσει στον καμβά.

Το ρομπότ είναι κατασκευασμένο χρησιμοποιώντας κοινά μέρη όπως βηματικούς κινητήρες και σερβοκινητήρες και έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με κάθε είδους χρώμα.

Ακολουθήστε για να δημιουργήσετε το δικό σας Ρομπότ ζωγραφικής Arduino Powered και ρίξτε μια ψήφο για αυτό το έργο στο "Paint Challenge" αν σας άρεσε το έργο και αποφασίσατε να δημιουργήσετε τη δική σας έκδοση.

Βήμα 1: Επισκόπηση του σχεδίου

Ο σχεδιασμός του ρομπότ ζωγραφικής είναι εμπνευσμένος από τη δομή ενός ρομπότ καθαρισμού Roomba. Αποτελείται από δύο μεγάλα συστήματα:

• Το σύστημα μετάδοσης κίνησης που αποτελείται από δύο βηματικούς κινητήρες προσαρτημένους σε τροχούς και παθητικά ανεμόπτερα. Αυτό επιτρέπει στο ρομπότ να κινείται προς οποιαδήποτε κατεύθυνση κατά μήκος του καμβά.
• Το σύστημα βούρτσας που αποτελείται από ένα τρίτο βηματικό μοτέρ που τοποθετεί τη βούρτσα πάνω από τα δοχεία βαφής και ένα σερβοκινητήρα που βυθίζει τη βούρτσα βαφής στο χρώμα.

Το ρομπότ μπορεί να μεταφέρει έως και 7 διαφορετικά χρώματα ταυτόχρονα. Ο σχεδιασμός έγινε αρχικά στο Autodesk's Fusion 360. Τα εξαρτήματα εξήχθηκαν στη συνέχεια στις κατάλληλες μορφές για να κοπούν με λέιζερ ή να εκτυπωθούν 3D.

Ο σχεδιασμός του πλαισίου του ρομπότ έγινε με γνώμονα την επεκτασιμότητα με πολλαπλά σημεία στερέωσης και αρθρωτά μέρη. Αυτό επιτρέπει τη χρήση του ίδιου πλαισίου για διάφορες άλλες εφαρμογές. Σε αυτό το πλαίσιο, το πλαίσιο χρησιμοποιείται για την κατασκευή υπέροχων έργων τέχνης χρησιμοποιώντας χρώμα.

Βήμα 2: Απαιτούνται υλικά

Ακολουθεί η λίστα με όλα τα εξαρτήματα και τα μέρη που απαιτούνται για να φτιάξετε το δικό σας ρομπότ ζωγραφικής Arduino. Όλα τα εξαρτήματα θα πρέπει να είναι κοινά διαθέσιμα και εύκολα να τα βρείτε στα τοπικά καταστήματα υλικού ή στο διαδίκτυο.

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ:

• Arduino Uno x 1
• Σερβοκινητήρας Towerpro MG995 x 1
• Βηματικό μοτέρ NEMA17 x 3
• CNC Shield V3 x 1
• Μπαταρία 11,1 V LiPo x 1

ΣΚΕΥΗ, ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ:

• Μ4 παξιμάδια και μπουλόνια
• Μ3 παξιμάδια και μπουλόνια
• Τροχοί (διάμετρος 7 εκ x 2)
• Νήμα τρισδιάστατου εκτυπωτή (σε περίπτωση που δεν είστε κάτοχος τρισδιάστατου εκτυπωτή, θα πρέπει να υπάρχει τρισδιάστατος εκτυπωτής σε τοπικό χώρο εργασίας ή οι εκτυπώσεις μπορούν να γίνουν διαδικτυακά με πολύ φθηνό τρόπο)
• Ακρυλικά φύλλα (3mm)
• Χρώματα
• Πινελο ΖΩΓΡΑΦΙΚΗΣ

ΕΡΓΑΛΕΙΑ:

• Τρισδιάστατος εκτυπωτής
• Κόφτης λέιζερ

Εξαιρουμένων των εργαλείων, το συνολικό κόστος αυτού του έργου είναι περίπου 60 $.

Βήμα 3: Digηφιακά κατασκευασμένα ανταλλακτικά

Τα περισσότερα από τα εξαρτήματα που απαιτούνται για αυτό το έργο προσαρμόζονται σύμφωνα με τις απαιτήσεις, γι 'αυτό αποφάσισα να χρησιμοποιήσω τη δύναμη των ψηφιακά κατασκευασμένων εξαρτημάτων. Τα εξαρτήματα κατασκευάστηκαν αρχικά στο Fusion 360 και στη συνέχεια τα μοντέλα CAD χρησιμοποιήθηκαν για κοπή λέιζερ ή τρισδιάστατη εκτύπωση των εξαρτημάτων. Οι εκτυπώσεις έγιναν σε πλήρωση 40%, 2 περιμέτρων, ακροφύσιο 0,4 mm και ύψος στρώματος 0,1 mm χρησιμοποιώντας PLA. Ορισμένα από τα εξαρτήματα απαιτούν στηρίγματα αφού έχουν πολύπλοκο σχήμα με προεξοχές, ωστόσο, τα στηρίγματα είναι εύκολα προσβάσιμα και μπορούν να αφαιρεθούν χρησιμοποιώντας κάποιους κόπτες. Μπορείτε να επιλέξετε το χρώμα της επιλογής σας για το νήμα. Τα κομμάτια που κόπηκαν με λέιζερ κόπηκαν από διαφανές ακρυλικό 3mm.

Παρακάτω μπορείτε να βρείτε την πλήρη λίστα με τα μέρη μαζί με τα αρχεία σχεδίασης.

Σημείωση: Από εδώ και πέρα τα μέρη θα αναφέρονται χρησιμοποιώντας τα ονόματα στην ακόλουθη λίστα.

Τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη:

• Stepper Bracket x 2
• Layer Spacer x 4
• Σύνδεσμος βραχίονα x 1
• Παθητικό ανεμόπτερο x 2
• Βάση για παλέτες χρωμάτων x 2
• Παλέτα χρωμάτων x 2

Μέρη κομμένα με λέιζερ:

• Κάτω πίνακας x 1
• Πάνω πάνελ x 1
• Βούρτσα βραχίονα x 1

Συνολικά υπάρχουν 13 τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη και 3 εξαρτήματα κομμένα με λέιζερ. Ο χρόνος που απαιτείται για την κατασκευή όλων των εξαρτημάτων είναι περίπου 12 ώρες.

Βήμα 4: Δημιουργία συστήματος πλαισίου και κίνησης (κάτω επίπεδο)

Μόλις κατασκευαστούν όλα τα μέρη, μπορείτε να αρχίσετε να συναρμολογείτε το κάτω στρώμα του ρομπότ ζωγραφικής. Αυτό το επίπεδο είναι υπεύθυνο για το σύστημα μετάδοσης κίνησης και περιέχει επίσης τα ηλεκτρονικά. Ξεκινήστε με την τοποθέτηση 2 βηματικών κινητήρων σε δύο κλιμακωτά στηρίγματα χρησιμοποιώντας τις παρεχόμενες βίδες. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε παξιμάδια και μπουλόνια 8 x Μ4 για να στερεώσετε τους δύο βραχίονες στην κάτω πλάκα. Μόλις τοποθετηθούν τα σκαλοπάτια, μπορείτε να συνδέσετε τους δύο τροχούς στους άξονες των βηματικών κινητήρων. Μπορείτε επίσης να τοποθετήσετε το Arduino στη θέση του χρησιμοποιώντας παξιμάδια και μπουλόνια M3 και μερικές στάσεις για να κάνετε το Arduino εύκολα προσβάσιμο. Μόλις ασφαλίσει το Arduino, τοποθετήστε την ασπίδα CNC στο Arduino. Υπάρχουν δύο οπές στο μπροστινό και το πίσω μέρος του ρομπότ. Περάστε τα παθητικά ανεμόπτερα μέσα από τις τρύπες και κολλήστε τα στη θέση τους. Αυτά τα κομμάτια εμποδίζουν το σώμα του ρομπότ να ξύσει κατά μήκος της επιφάνειας του καμβά.

Μπορείτε επίσης να τοποθετήσετε τους δύο αποστάτες πίσω στρώματος χρησιμοποιώντας παξιμάδια και μπουλόνια Μ4.

Σημείωση: Μην συνδέσετε ακόμα τα δύο μπροστινά, καθώς θα πρέπει τελικά να τα αφαιρέσετε.

Βήμα 5: Τοποθέτηση της θήκης βαφής (επάνω στρώμα)

Μόλις δημιουργηθεί το σύστημα μετάδοσης κίνησης, μπορείτε να αρχίσετε να συναρμολογείτε το επάνω στρώμα που συγκρατεί το βραχίονα ζωγραφικής που μετακινεί το πινέλο και βυθίζει το πινέλο στα διάφορα δοχεία βαφής. Ξεκινήστε με τη στερέωση των δύο κομματιών της βάσης παλετών χρωμάτων. Η σχισμή κατά μήκος του εσωτερικού του τμήματος ευθυγραμμίζεται με τα δύο τεμάχια διαχωριστή του μπροστινού στρώματος. Το συνδυασμένο τμήμα στερεώνεται με δύο παξιμάδια και μπουλόνια στο πάνω και στο κάτω στρώμα. Το τεμάχιο ενισχύεται περαιτέρω με τέσσερα επιπλέον σετ παξιμαδιών μπουλονιών στο επάνω πλαίσιο.

Οι παλέτες χρωμάτων στη συνέχεια προσαρτώνται στο κάτω μέρος των κομματιών της βάσης παλετών χρώματος χρησιμοποιώντας δύο παξιμάδια και μπουλόνια για κάθε πλευρά.

Σύρετε το επάνω πλαίσιο στη θέση του και χρησιμοποιήστε δύο ακόμη παξιμάδια και μπουλόνια για να στερεώσετε τους αποστάτες πίσω στρώματος στο επάνω πλαίσιο. Τοποθετήστε τον περιστρεφόμενο βηματικό μοτέρ στο κέντρο του επάνω πίνακα χρησιμοποιώντας τα παρεχόμενα μπουλόνια με τον άξονα στραμμένο προς την κορυφή. Με αυτό, χτίζεται το πλαίσιο του ρομπότ και μπορούμε να αρχίσουμε να συναρμολογούμε τον βραχίονα ζωγραφικής.

Βήμα 6: Χτίσιμο του συγκροτήματος χεριών και πινέλων ζωγραφικής

Για να χτίσετε τον βραχίονα ζωγραφικής, ξεκινήστε συνδέοντας τον σύνδεσμο βραχίονα στον βραχίονα βούρτσας που κόβεται με λέιζερ χρησιμοποιώντας 4 παξιμάδια και μπουλόνια. Στη συνέχεια, τοποθετήστε τον σερβοκινητήρα στο άλλο άκρο χρησιμοποιώντας 4 ακόμη παξιμάδια και μπουλόνια. Βεβαιωθείτε ότι ο άξονας του σερβοκινητήρα είναι προς το αντίθετο άκρο του συνδετήρα βραχίονα. Σπρώξτε τον σύνδεσμο βραχίονα στον άνω βηματικό άξονα κινητήρα.

Χρησιμοποιήστε το μακρύ κέρατο του σερβο και συνδέστε το πινέλο βαφής σε αυτό χρησιμοποιώντας λαστιχάκια ή φερμουάρ. Θα συνιστούσα τη χρήση λαστιχένιων ταινιών, καθώς αυτό δίνει στο συγκρότημα της βούρτσας κάποια συμμόρφωση που είναι απαραίτητη για να λειτουργήσει καλά το σύστημα. Βεβαιωθείτε ότι το πινέλο είναι στερεωμένο έτσι ώστε, μόλις συνδεθεί το κέρατο με το σερβο, το πινέλο να γλιστρήσει ελάχιστα κατά μήκος της επιφάνειας του δαπέδου ή του χαρτιού.

Με αυτό, το υλικό του ρομπότ ζωγραφικής έχει ολοκληρωθεί και μπορείτε να ξεκινήσετε την καλωδίωση και τον προγραμματισμό.

Βήμα 7: Ηλεκτρονικά και κυκλώματα

Τα ηλεκτρονικά αυτού του έργου είναι αρκετά απλά, εξηγούνται στον ακόλουθο πίνακα:

• Βήμα αριστερού τροχού προς θύρα άξονα Χ της θωράκισης CNC
• Βήμα δεξιού τροχού στη θύρα άξονα Υ της θωράκισης CNC
• Περιστρεφόμενη θύρα stepper προς Z άξονα θωράκισης CNC
• Σήμα σερβοκινητήρα στον ακροδέκτη ενεργοποίησης άξονα στην ασπίδα CNC
• Servo μοτέρ 5v έως +5v σε ασπίδα CNC
• Servo μοτέρ GND σε GND σε ασπίδα CNC

Με αυτό το κύκλωμα για αυτό το έργο έχει ολοκληρωθεί. Η μπαταρία μπορεί να συνδεθεί με τους ακροδέκτες τροφοδοσίας της θωράκισης CNC με έναν διακόπτη εναλλαγής σε σειρά για να ενεργοποιήσετε και να απενεργοποιήσετε το ρομπότ.

Βήμα 8: Λίγα λόγια για τη θεωρία

Όταν πρόκειται για την τοποθέτηση ενός σημείου σε ένα πλέγμα 2D, ο πιο συνηθισμένος και απλός τρόπος για να γίνει αυτό είναι να παρέχει τις καρτεσιανές συντεταγμένες του σημείου. Αυτό γίνεται καθορίζοντας μια πλειάδα, γενικά (x, y) όπου x είναι η συντεταγμένη x ή η απόσταση μεταξύ της προβολής του σημείου στον άξονα x έως την αρχή και y είναι συντεταγμένη του σημείου ή της απόστασης μεταξύ της προβολής του σημείου στον άξονα y προς την αρχή. Με αυτόν τον τρόπο, κάθε περίπλοκη εικόνα ή μορφή μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας μια ακολουθία σημείων, έτσι ώστε όταν "ενώσετε τις κουκκίδες" να σχηματιστεί η εικόνα. Αυτός είναι ένας βολικός τρόπος περιγραφής της θέσης ενός σημείου σε σχέση με μια προέλευση. Ωστόσο, για αυτό το έργο, χρησιμοποιήθηκε ένα διαφορετικό σύστημα.

Ένα σημείο σε 2D πλέγμα μπορεί επίσης να περιγραφεί χρησιμοποιώντας πολικές συντεταγμένες. Σε αυτή τη μέθοδο, η θέση ενός σημείου περιγράφεται χρησιμοποιώντας μια άλλη πλειάδα, που συνήθως υποδηλώνεται ως (theta, r) όπου theta είναι η γωνία μεταξύ του άξονα x και της μισής γραμμής που συνδέει την αρχή και το σημείο και r είναι η απόσταση μεταξύ προέλευση και το σημείο.

Ο τύπος για τη μετατροπή από το ένα στο άλλο μπορεί να βρεθεί στη συνημμένη εικόνα. Δεν είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε πλήρως τους τύπους, αν και η γνώση τους βοηθά.

Βήμα 9: Προγραμματισμός του Arduino

Το πρόγραμμα δημιουργείται χρησιμοποιώντας μια αντικειμενοστραφή τεχνική καθιστώντας το πρόγραμμα απλό στη χρήση. Ξεκινήστε δημιουργώντας ένα αντικείμενο ρομπότ του οποίου οι παράμετροι είναι τα πλάτη και τα ύψη του καμβά (μετρήστε τα χρησιμοποιώντας έναν χάρακα ή μια ταινία μέτρησης σε εκατοστά και αντικαταστήστε τις τιμές στη γραμμή 4 του σεναρίου paintRobot.ino). Οι αντικειμενοστραφείς τεχνικές προγραμματισμού επιτρέπουν χώρο για περαιτέρω εξελίξεις.

Στη συνέχεια, σας παρέχονται 3 απλές λειτουργίες:

1. Το gotoXY παίρνει μια καρτεσιανή συντεταγμένη και μετακινεί το ρομπότ σε αυτή τη θέση. (Π.χ. robot.gotoXY (100, 150))
2. Το brushControl παίρνει μια boolean τιμή: το false σηκώνει το πινέλο από τον καμβά ενώ το true τοποθετεί το πινέλο στον καμβά. (Π.χ. robot.brushControl (αληθινό))
3. Το pickPaint παίρνει έναν ακέραιο αριθμό -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4 που κάνει το ρομπότ να βυθίσει τη βούρτσα βαφής στο αντίστοιχο δοχείο βαφής. (Π.χ. robot.pickPaint (3))

Το παρακάτω συνημμένο πρόγραμμα κάνει το ρομπότ να μετακινηθεί σε τυχαίες θέσεις και να επιλέξει τυχαία χρώματα που τελικά δημιουργεί ένα όμορφο και μοναδικό έργο τέχνης. Αν και αυτό μπορεί εύκολα να αλλάξει για να κάνει το ρομπότ να σχεδιάσει οτιδήποτε αισθάνεστε.

Σημείωση: Μόλις μεταφορτωθεί ο κώδικας, ίσως χρειαστεί να επανατοποθετήσετε το σερβοκόρνα που είναι συνδεδεμένο στο πινέλο. Όταν το ρ

Βήμα 10: Προσθήκη του χρώματος

Μόλις ολοκληρωθεί το υλικό, τα ηλεκτρονικά και ο προγραμματισμός, μπορείτε τελικά να προσθέσετε μερικά χρώματα στα μεμονωμένα δοχεία βαφής. Θα συνιστούσα να αραιώσετε ελαφρώς το χρώμα για να κάνετε τον πίνακα πιο λείο.

Στο εξωτερικό δοχείο της δεξιάς παλέτας προσθέστε λίγο σκέτο νερό. Το ρομπότ θα χρησιμοποιήσει αυτό το νερό για να καθαρίσει τη βούρτσα πριν αλλάξει χρώματα.

Για να ξεκινήσετε μια ζωγραφική, τοποθετήστε το ρομπότ στην κάτω αριστερή γωνία του καμβά, κάνοντάς το να κοιτάξει κατά μήκος του κάτω άκρου και ξεκινήστε το ρομπότ και καθίστε αναπαυτικά και παρακολουθήστε το έργο τέχνης να ζωντανεύει αργά.

Βήμα 11: Τελικά αποτελέσματα

Με το τρέχον πρόγραμμα, το ρομπότ εκτελεί τυχαίες κινήσεις στον καμβά που παράγει μοναδικούς και όμορφους πίνακες. Αν και με κάποιες τροποποιήσεις, το ρομπότ μπορεί να κατασκευαστεί για να εκτελέσει συγκεκριμένους πίνακες χρησιμοποιώντας μια εικόνα αναφοράς. Το τρέχον σύστημα παρέχει μια ισχυρή βάση για την πραγματοποίηση εξελίξεων. Το πλαίσιο του ρομπότ είναι επίσης σχεδιασμένο με αρθρωτό τρόπο με πολλαπλά τυποποιημένα σημεία στερέωσης, έτσι ώστε το ρομπότ να μπορεί εύκολα να μετατραπεί για εφαρμογή των αναγκών σας.

Ελπίζω να απολαύσατε αυτό το Instructable και σας ενέπνευσε να φτιάξετε το δικό σας ρομπότ ζωγραφικής.

Αν σας άρεσε το έργο, υποστηρίξτε το ρίχνοντας μια ψήφο στο "Paint Challenge".

Happy Making!

Μεγάλο Βραβείο στο Paint Challenge