Απλό "Ρομπότ Κιτ" για Λέσχες, Καθηγητές Makerspaces κ.λπ .: 18 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Η ιδέα ήταν να φτιάξουμε ένα μικρό, αλλά επεκτάσιμο, κιτ για τα μέλη μας της "Middle TN Robotic Arts Society". Σχεδιάζουμε εργαστήρια γύρω από το κιτ, ειδικά για διαγωνισμούς, όπως παρακολούθηση γραμμών και γρήγορο ταξίδι.

Έχουμε ενσωματώσει ένα Arduino Nano λόγω του μικρού μεγέθους του, αλλά του μεγάλου αριθμού I/O. Με την προσθήκη ενός πίνακα Breakout, όλες οι ακίδες είναι εύκολα προσβάσιμες και φιλικές προς το σερβο. Απορρίψαμε τις τυπικές μπαταρίες και επιλέξαμε ένα Power Bank 3350mAh που περιλαμβάνει καλώδιο φόρτισης USB και κατάσταση LED ισχύος. Το καλώδιο USB διπλασιάζεται ως καλώδιο προγραμματισμού. Δύο σερβο συνεχούς περιστροφής για οδήγηση, ώστε οι κατασκευαστές να κυλήσουν γρήγορα και εύκολα. Ένας μικρός πίνακας ψωμιού σας επιτρέπει να κάνετε πρωτότυπο γρήγορα και εύκολα. Τρύπες 3 χιλιοστών ευθυγραμμίζονται στην περίμετρο του πίνακα για να σας επιτρέψουν να προσθέσετε εξαρτήματα.

Για τα μέλη του συλλόγου μας πουλάμε το κιτ με κόστος και πρέπει να είστε παρόντες για να το αποκτήσετε. Στην πραγματικότητα χάνουμε χρήματα αν συνυπολογίσετε τον χρόνο που χρειάζεται για το σχεδιασμό, την κατασκευή ενός προγράμματος σπουδών, την κατασκευή των τμημάτων (τρισδιάστατη εκτύπωση, κοπή με λέιζερ κ.λπ.) και τα συνδυάσετε όλα μαζί. Το κόστος του κιτ μας μειώθηκε στα 29,99 $. Μπορείτε να πάρετε αυτήν την τιμή χαμηλότερα εάν παραγγείλετε ανταλλακτικά με μεγαλύτερους χρόνους αποστολής. Συνειδητοποιούμε ότι δεν είναι το φθηνότερο κιτ εκεί έξω, αλλά δίνουμε έμφαση στο να βρούμε κάτι εύκολο στην κατασκευή και επεκτάσιμο που δεν χρειάζεται μέρες για να το συνδυάσουμε. Στην πραγματικότητα, αυτό το κιτ θα χρειαστεί λιγότερο από μία ώρα για να κινηθεί.

Προμήθειες

Κύρια μέρη:

• Arduino Nano
• Μπαταρία Power Bank
• Πλαίσιο ρομπότ
• Μπότες SliderM-F
• Αισθητήρας υπερήχων
• Ποσότητα 3 - 3mmx10mm 3m Βίδες με παξιμάδια
• Ποσότητα 3 - 3mmx3mm spacer
• Ποσότητα 2 - Συνεχής περιστροφή SF90R Servo
• Ποσότητα 2 - Τροχοί Τροχοί 52 ιντσών mm
• Ποσότητα φερμουάρ 4 - 6 "(Αποκτήστε τις λεπτές πλάτους περίπου 3,5 mm) Το πακέτο ποικιλίας από το Harbor Freight λειτουργεί καλά.
• Μίνι Breadboard
• Arduino Nano Shield

Προαιρετικός:

Τύλιγμα καλωδίου

Εργαλεία:

• Συγκολλητικό σίδερο για συγκόλληση των κεφαλών στο Nano
• Κόλλα Gun
• Βασικό κατσαβίδι

Βήμα 1: Πλαίσιο

Για να βοηθήσουμε τους κατασκευαστές να προχωρήσουν γρήγορα, χαράξαμε ένα περίγραμμα με κείμενο σε κάθε πλευρά του πλαισίου για να υποδείξουμε πού πρέπει να τοποθετηθούν τα μέρη.

Είχαμε την τύχη να έχουμε πρόσβαση σε κόπτες λέιζερ. Εάν δεν το κάνετε, προτείνουμε να επικοινωνήσετε με τους τοπικούς κατασκευαστές για να δείτε εάν διαθέτουν έναν που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ή αν θα ήταν πρόθυμοι να σας κόψουν το πλαίσιο.

Ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την εκτύπωση της βάσης. Συμπεριλάβαμε το SVG και το STL για χρήση με οποιοδήποτε από τα δύο.

Χρησιμοποιήσαμε ακρυλικό 3mm για τα κιτ μας. Θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε άλλα μέσα όπως ξύλο, χαρτόνι, σανίδα αφρού κ.

Βήμα 2: Προετοιμάστε το Arduino

Για να διευκολύνετε τη συγκόλληση των κεφαλίδων στο Arduino, τοποθετήστε τις αρσενικές κεφαλίδες στην ασπίδα Arduino. Ευθυγραμμίστε το Arduino Nano με τις κεφαλίδες. Σημειώστε τα σημάδια στον πίνακα έναντι της ασπίδας. Συγκολλήστε όλες τις καρφίτσες και τελειώσατε.

Βήμα 3: Τοποθετήστε την ασπίδα Arduino

1. Ευθυγραμμίστε τους 3 κίτρινους αποστάτες με τις προεξοχές ή τρισδιάστατα τυπωμένες τρύπες Arduino.
2. Χρησιμοποιήστε τις βίδες και τα παξιμάδια M3x10 για να στερεώσετε την ασπίδα Arduino. Σφιχτό, όχι σφιχτό. Εάν ανησυχείτε για τη χαλάρωση των βιδών, απλά προσθέστε μια πινελιά ζεστής κόλλας στο τέλος του παξιμαδιού. Μην ανησυχείτε για την 4η τρύπα στην ασπίδα, καθώς δεν θα χρειαστεί και παρεμβαίνει στο Power Bank αργότερα κατά τη διάρκεια της κατασκευής.

Βήμα 4: Τοποθετήστε το Servos

1. Σημειώστε τον προσανατολισμό του περιγράμματος Servo στο πλαίσιο. (Δεν εμφανίζεται στην τρισδιάστατη έκδοση αλλά αναφέρετε τις εικόνες)
2. Περάστε δύο φερμουάρ μέσω των ορθογώνιων σχισμών με την κεφαλή του φερμουάρ στην επάνω πλευρά του πλαισίου.
3. Τοποθετήστε τα servos και περάστε την καλωδίωση μέσω ορθογώνιων σχισμών προς τα πίσω. Σφίξτε Σφιχτά τα φερμουάρ. Εάν το σερβο δεν αισθάνεται ασφαλές, μπορείτε να προσθέσετε λίγη ζεστή κόλλα στις πλευρές όπου τα servos αγγίζουν το πλαίσιο.

Βήμα 5: Τοποθέτηση Power Bank

1. Εκτελέστε ένα Zip Tie μεταξύ της θέσης Arduino και Breadboard στον προσανατολισμό που εμφανίζεται με την κεφαλή του Zip Tie στην επάνω πλευρά. Κρατήστε χαλαρή.
2. Τρέξτε ένα φερμουάρ στο πίσω μέρος. Κρατήστε χαλαρή.
3. Σύρετε στο Power Bank και σφίξτε σταθερά τα φερμουάρ. Σημειώστε τον προσανατολισμό.

Σημείωση: Χρησιμοποιούμε ένα τρισδιάστατο εκτυπωμένο "ρυθμιστικό" στο μπροστινό μέρος, που φαίνεται στις εικόνες. Ωστόσο, διαπιστώσαμε ότι προκαλούσε υπερβολική τριβή, οπότε ίσως θελήσετε να πειραματιστείτε με άλλες ιδέες όπως καπάκι μπουκαλιού, πλαστικό ανεμοπλάνο επίπλων κ.λπ.

Βήμα 6: Τροχοί

Χρησιμοποιήσαμε κόφτη λέιζερ για να κόψουμε τους τροχούς μας από αφρό EVA. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ό, τι σας αρέσει. Καπάκια από βάζα, τρισδιάστατη εκτύπωση, παλιές ρόδες παιχνιδιών κλπ. Προσπαθήστε να βρείτε τροχούς διαμέτρου περίπου 52mm.

1. Βεβαιωθείτε ότι το κέντρο του τροχού σας έχει ένα άνοιγμα που επιτρέπει στη μικρή βίδα κεφαλής phillps να τοποθετήσει το κυκλικό σερβοκόρνα.
2. Κεντρώστε το σερβοκόρνα που περιλαμβάνεται με τα σερβο και κολλήστε τους τροχούς. Προσέξτε να μην κολλήσετε κόλλα στην κεντρική τρύπα και κρατήστε τον τροχό ακόμα και με το σερβοκόρνα για να μειώσετε την ταλάντωση.
3. Χρησιμοποιώντας τη μικρή βίδα phillips συνδέστε τους τροχούς στα σερβίτσια. Σφιχτό όχι σφιχτό.

Βήμα 7: Breadboard

Ξεκολλήστε το υπόστρωμα από το breadboard. Ευθυγραμμίστε με τη χάραξη στο πάνω μέρος του πλαισίου και επισυνάψτε. Εάν χρησιμοποιείτε το πλαίσιο εκτύπωσης 3D, χρησιμοποιήστε το ορθογώνιο χωνευτό τμήμα της εκτύπωσης.

Βήμα 8: Timeρα για κίνηση

Συνδέστε το SERVOS για να μετακινηθείτε.

1. Συνδέστε την καλωδίωση από το αριστερό σερβο (Servo προς τα αριστερά αν κοιτάτε από πίσω) στο Pin 10 με το πορτοκαλί σύρμα πιο κοντά στο Arduino.
2. Συνδέστε την καλωδίωση από το δεξί σερβο (Servo προς τα δεξιά αν κοιτάζετε από πίσω) στο Pin 11 με το πορτοκαλί σύρμα πιο κοντά στο Arduino.

Βήμα 9: Πρόσθετο: Εμφάνιση του Bot σας

Τώρα πρέπει να προσθέσουμε κάτι για να μην τρέχει το bot σε πράγματα. Χρησιμοποιήστε τον αισθητήρα υπερήχων. Συνδέστε τον αισθητήρα στο Breadboard όπως φαίνεται στην εικόνα.

*Ανατρέξτε στο διάγραμμα καλωδίωσης πιο κάτω στο εγχειρίδιο σχετικά με τον τρόπο σύνδεσης.

Βήμα 10: Πρόσθετο: Ανίχνευση συνόρων μέσω αισθητήρα IR

Προκειμένου το bot σας να μην πέσει από την άκρη ενός τραπεζιού, αρένας κλπ. Ας προσθέσουμε έναν αισθητήρα γραμμής. Χρησιμοποιούμε έναν πίνακα αισθητήρων ανάκλασης QTR-MD-06RC. Έξι υπέρυθρο πομπό/ανιχνευτές στραμμένοι προς τα κάτω και μετρούν την απόσταση από την επιφάνεια πίσω στον αισθητήρα.

Για να προσθέσετε τον αισθητήρα πιάστε τις 4 μικρές βίδες των 2mm, την αναμονή του αισθητήρα IR (Smiley Face). Ανατρέξτε στις εικόνες για τον σωστό προσανατολισμό.

*Ανατρέξτε στο διάγραμμα καλωδίωσης πιο κάτω στο εγχειρίδιο σχετικά με τον τρόπο σύνδεσης.

Βήμα 11: Προγραμματισμός - Ρύθμιση

Κατεβάστε το λογισμικό Arduino.

Ακολουθήστε τις τυπικές οδηγίες.

Μόλις το εγκαταστήσετε, ανοίξτε το λογισμικό και ρυθμίστε ένα Arduino Nano. Αυτό μπορεί να διαφέρει μεταξύ διαφορετικών κατασκευαστών, αλλά εάν έχετε αυτόν από τη λίστα ανταλλακτικών:

1. Ανοίξτε το "Εργαλεία"
2. Επιλέξτε "Arduino Nano" ως τύπο πίνακα
3. Επιλέξτε Atmega328P (Old Bootloader) ως τύπο επεξεργαστή
4. Συνδέστε το Arduino Nano χρησιμοποιώντας το καλώδιο Micro USB που περιλαμβάνεται στο φορτιστή σας σε οποιαδήποτε θύρα USB του υπολογιστή σας. Εάν λάβετε ένα σφάλμα όπως "Άγνωστη συσκευή", ίσως χρειαστεί να εγκαταστήσετε τα σωστά προγράμματα οδήγησης. Ανατρέξτε στο τμήμα της Προσθήκης που μπορεί να σας βοηθήσει.

Βήμα 12: Επισκόπηση κώδικα για αισθητήρα υπερήχων

Ο κώδικας είναι πολύ βασικός και χρησιμοποιεί δύο βιβλιοθήκες - Servo.h και NewPing.h. Το Servo.h είναι μια ενσωματωμένη βιβλιοθήκη που παρέχεται από το ίδρυμα Arduino και χρησιμοποιείται για τον έλεγχο σημάτων PWM (διαμορφωμένο πλάτος παλμού) σε κάθε ένα από τα servos. Η αναφορά σε αυτήν τη βιβλιοθήκη μπορεί να βρεθεί εδώ:

Το NewPing.h, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, είναι βιβλιοθήκη τρίτου μέρους του Tim Eckel. Χρησιμοποιείται για να μας δώσει μια απλή διεπαφή στον κόσμο της μέτρησης με βάση τον χρόνο. Η αναφορά σε αυτήν τη βιβλιοθήκη μπορεί να βρεθεί εδώ:

Για αυτήν τη ρύθμιση δημιουργήσαμε ένα βασικό παράδειγμα προς τα εμπρός, αριστερά, δεξιά, επανάληψη. Θέλαμε να δώσουμε στα μέλη μας ένα σημείο εκκίνησης που θα έδειχνε τον τρόπο χρήσης τόσο του αισθητήρα υπερήχων όσο και δύο διακομιστών συνεχούς περιστροφής (ο ένας αντίστροφα του άλλου). Στο βρόχο μας, το ρομπότ σαρώνει μπροστά και αν είναι καθαρό συνεχίζει να προχωρά. Ωστόσο, αν αισθανθεί ότι είναι κοντά και αντικείμενο (ο χρόνος ping είναι μικρότερος από τον ελάχιστο που επιλέξαμε), τότε σταματά, στρίβει αριστερά, σαρώνει, στρίβει δεξιά, σαρώνει ξανά και πηγαίνει προς την πιο ανοιχτή κατεύθυνση.

Μπορεί να παρατηρήσετε ότι σε κάθε ένα από τα δύο servos δίνονται διαφορετικές εντολές για προώθηση - αυτό συμβαίνει επειδή τα servos είναι τοποθετημένα στο πλαίσιο που δείχνουν αντίθετες κατευθύνσεις. Εξαιτίας αυτού, κάθε σερβο πρέπει να κινείται σε αντίθετες κατευθύνσεις για να προχωρήσει το bot μπροστά σε αντίθεση με έναν κύκλο. Το ίδιο ισχύει αν θέλετε να κινηθείτε αντίστροφα.

Αυτό το παράδειγμα δείχνει πολύ βασική αποφυγή εμποδίων, αλλά μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά. Παράδειγμα "εργασία στο σπίτι" για εσάς είναι να κάνετε μια πλήρη σάρωση 360 μοιρών της περιοχής κατά την εκκίνηση και να επιλέξετε το πιο ανοιχτό μονοπάτι. Σαρώστε ευρύτερα από τη μία πλευρά στην άλλη και δείτε αν το bot μπαίνει "εγκιβωτισμένο". Συνδυάστε με άλλους αισθητήρες για να λύσετε έναν λαβύρινθο.

Βήμα 13: Επισκόπηση κώδικα για γραμμή που ακολουθεί χρησιμοποιώντας τον κωδικό SUMO

Ερχομαι συντομα.

Βήμα 14: Προγραμματισμός - Βιβλιοθήκες

Ξεκινήστε βεβαιωθείτε ότι έχετε εγκαταστήσει τις σωστές βιβλιοθήκες.

Για το Servos, η βιβλιοθήκη Servo.h πρέπει να είναι προεπιλεγμένη.

Για τον υπερηχητικό αισθητήρα HC-SR04:

1. Στο λογισμικό, μεταβείτε στο Σκίτσο> Συμπερίληψη βιβλιοθήκης> Διαχείριση βιβλιοθηκών.
2. Αναζήτηση για "NewPing" από τον Tim Eckel.
3. Επιλέξτε την πιο πρόσφατη έκδοση και εγκαταστήστε.

Για τον αισθητήρα αντανάκλασης QTR-MD-06RC:

1. Στο λογισμικό, μεταβείτε στο Σκίτσο> Συμπερίληψη βιβλιοθήκης> Διαχείριση βιβλιοθηκών.
2. Αναζήτηση για "QTRSensors" της Pololu.
3. Επιλέξτε την πιο πρόσφατη έκδοση και εγκαταστήστε.

Βήμα 15: Πρόγραμμα

1. Μόνο για τον αισθητήρα Ping, κατεβάστε το αρχείο MTRAS_Kit_Ping_Sensor_1_18_20.ino.
2. Για τον αισθητήρα γραμμής με αισθητήρα Ping προγραμματισμένο για SUMO, κατεβάστε το αρχείο MTRAS_Kit_Sumo_1_18_2020.ino.
3. Συνδέστε το Arduino σας μέσω USB.
4. Επιλέξτε τη θύρα COM (Δείτε την εικόνα). Η θύρα COM μπορεί να διαφέρει.
5. Κάντε κλικ στο σημάδι ελέγχου για να βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχουν σφάλματα.
6. Εάν όλα έχουν επιλεγεί, κάντε κλικ στο δεξί βέλος για να κάνετε λήψη του προγράμματος στο Arduino.
7. Μόλις ολοκληρωθεί, αποσυνδέστε το καλώδιο USB και συνδέστε το στο Power Bank.

Βήμα 16: Διάγραμμα καλωδίωσης

Χρησιμοποιήστε την παρακάτω εικόνα για να συνδέσετε το ρομπότ σας.

• Για τον υπερηχητικό αισθητήρα χρησιμοποιήστε καλώδια jumper m-f.
• Για τον αισθητήρα γραμμής χρησιμοποιήστε τα καλώδια βραχυκυκλωτήρα m-m.
• Για τα Servos μπορείτε να συνδέσετε τον ακροδέκτη 3 ακίδων απευθείας στις ακίδες.

Βήμα 17: Συγχαρητήρια !!! Φτιάξατε ένα ρομπότ

Για τον κώδικα υπερήχων, το ρομπότ θα πρέπει να αρχίσει να κινείται. Κάθε φορά που αντιλαμβάνεται ένα αντικείμενο σε απόσταση 35 εκατοστών θα σταματήσει, θα μετακινηθεί προς τα αριστερά και θα κάνει μια γρήγορη μέτρηση, στη συνέχεια θα μετακινηθεί προς τα δεξιά και θα κάνει το ίδιο. Καθορίζει ποια πλευρά είχε την μεγαλύτερη απόσταση και κινείται προς αυτήν την κατεύθυνση.