SKARA- Αυτόνομο ρομπότ καθαρισμού χειροκίνητης πισίνας: 17 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

• Ο χρόνος είναι χρήμα και η χειρωνακτική εργασία είναι ακριβή. Με την έλευση και την πρόοδο στις τεχνολογίες αυτοματισμού, πρέπει να αναπτυχθεί μια απροβλημάτιστη λύση για τους ιδιοκτήτες σπιτιών, τις κοινωνίες και τα κλαμπ για τον καθαρισμό των πισινών από τα συντρίμμια και τη βρωμιά της καθημερινής ζωής, τη διατήρηση της προσωπικής τους υγιεινής καθώς και τη διατήρηση ενός συγκεκριμένου βιοτικού επιπέδου.
• Αντιμετωπίζοντας αυτό το δίλημμα, ανέπτυξα μια χειροκίνητη αυτόνομη μηχανή καθαρισμού επιφάνειας πισίνας. Με τους απλούς αλλά καινοτόμους μηχανισμούς του, αφήστε το σε μια βρώμικη πισίνα όλη τη νύχτα και ξυπνήστε για να καθαρίσετε και να σπιλώσετε.
• Το αυτόματο έχει δύο τρόπους λειτουργικότητας, έναν αυτόνομο που μπορεί να ενεργοποιηθεί με το γύρισμα ενός κουμπιού στο τηλέφωνο και να αφεθεί χωρίς επίβλεψη να κάνει τη δουλειά του και μια άλλη χειροκίνητη λειτουργία για να πάρει αυτά τα συγκεκριμένα κομμάτια κλαδιών και φύλλων όταν ο χρόνος είναι ουσιαστικής σημασίας Το Στη χειροκίνητη λειτουργία, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε επιταχυνσιόμετρο στο τηλέφωνό σας για να ελέγξετε την κίνηση του ρομπότ παρόμοια με το παιχνίδι αγώνων στο τηλέφωνο. Η προσαρμοσμένη εφαρμογή έγινε με τη χρήση της εφαρμογής Blynk και οι μετρήσεις του επιταχυνσιόμετρου αποστέλλονται στον κύριο διακομιστή και πίσω στο κινητό και στη συνέχεια μέσω δεδομένων μεταγωγής hotspot αποστέλλονται στο NodeMCU.
• Ακόμα και σήμερα, τα οικιακά ρομπότ καθαρισμού θεωρούνται εξωτικές συσκευές ή πολυτελή παιχνίδια, οπότε για να αλλάξω αυτή τη νοοτροπία το ανέπτυξα μόνος μου. Ως εκ τούτου, στο έργο, ο κύριος στόχος ήταν ο σχεδιασμός και η κατασκευή ενός αυτόνομου καθαριστικού επιφανειών πισίνας με τη χρήση διαθέσιμων και φθηνών τεχνολογιών για να διατηρηθεί όλο το πρωτότυπο οικονομικά αποδοτικό και, ως εκ τούτου, οι περισσότεροι άνθρωποι μπορούν να το κατασκευάσουν στο σπίτι τους, όπως εγώ.

Βήμα 1: Μηχανισμός εργασίας

Κίνηση και Συλλογή:

• Ο βασικός μηχανισμός του πρωτοτύπου μας αποτελείται από έναν συνεχώς περιστρεφόμενο μεταφορικό ιμάντα μπροστά για τη συλλογή σκουπιδιών και βρωμιάς.
• Δύο κινητήρες που κινούν τους υδροφόρους τροχούς που απαιτούνται για κίνηση.

Πλοήγηση:

• Χειροκίνητη λειτουργία: Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα του επιταχυνσιόμετρου της Mobile μπορείτε να ελέγξετε την κατεύθυνση του Skara. Ως εκ τούτου, το άτομο χρειάζεται μόνο να γείρει το τηλέφωνό του.
• Αυτόνομη λειτουργία: Έχω εφαρμόσει μια τυχαία κίνηση που συμπληρώνει τον αλγόριθμο αποφυγής εμποδίων για να βοηθήσει το αυτόματο όταν αισθάνεται την εγγύτητα σε έναν τοίχο. Δύο αισθητήρες υπερήχων χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό εμποδίων.

Βήμα 2: Μοντέλο CAD

• Το μοντέλο CAD έγινε στο SolidWorks
• Μπορείτε να βρείτε το αρχείο cad που περικλείεται σε αυτές τις οδηγίες

Βήμα 3: Συστατικά

Μηχανικά:

1. Πάνελ κοπής με λέιζερ -2nos
2. Ακρυλικό φύλλο πάχους 4mm
3. Φύλλο θερμόκολλου ή πολυστερίνης
4. Τόρνοι κομμένες ράβδοι
5. Κυρτό πλαστικό φύλλο (ξύλινο φινίρισμα)
6. Τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη
7. Βίδες και καρύδια
8. Στένσιλ (εκτύπωση "Skara")
9. Mseal- Εποξειδικό
10. Καθαρό ύφασμα

Εργαλεία:

• Γυαλόχαρτο
• Χρώματα
• Γωνιακός μύλος
• Τρυπάνι
• Κόπτες
• Άλλο ηλεκτρικό εργαλείο

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ:

• NodeMCU
• Συνδέσεις βιδών: 2 ακίδες και 3 ακίδες
• Buck Converter mini 360
• Διακόπτης εναλλαγής
• IRF540n- Mosfet
• BC547b- Τρανζίστορ
• Αντίσταση 4,7Κ
• Single Core Wire
• L293d- Πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα
• Αισθητήρας υπερήχων- 2nos
• Κινητήρας DC 100rpm - 3nos
• Μπαταρία μολύβδου 12v
• Φορτιστής μπαταρίας
• Συγκολλητική σανίδα
• Σύρμα συγκόλλησης
• Συγκολλητική ράβδος

Βήμα 4: Τρισδιάστατη εκτύπωση

• Η τρισδιάστατη εκτύπωση έγινε από έναν εκτυπωτή που είχε συναρμολογηθεί στο σπίτι από έναν φίλο μου
• Μπορείτε να βρείτε 4 αρχεία τα οποία πρέπει να εκτυπωθούν σε 3D

• Τα μέρη εκτυπώθηκαν τρισδιάστατα μετατρέποντας το αρχείο 3d CAD σε μορφή stl.

• Ο υδροφόρος τροχός έχει διαισθητικό σχεδιασμό με πτερύγια σε σχήμα αεροστεγούς για να μετατοπίζει το νερό πιο αποτελεσματικά από τα παραδοσιακά σχέδια. Αυτό βοηθά στην άντληση λιγότερου φορτίου από τον κινητήρα, καθώς και στην αισθητή αύξηση της ταχύτητας κίνησης του αυτόματος.

Βήμα 5: Πάνελ Laser Cut και Lathe Rods

Πλαϊνά πάνελ:

• Για να γίνει πραγματικότητα η απόδοση του CAD, τα υλικά που θα επιλεγούν για την κατασκευή του πρωτοτύπου έπρεπε να εξεταστούν προσεκτικά, έχοντας υπόψη ότι ολόκληρη η δομή θα απαιτηθεί για να έχει καθαρή θετική πλευστότητα.
• Η κύρια δομή φαίνεται στο σχήμα. Η αρχική επιλογή για το πλαίσιο ήταν η σειρά Aluminium 7 λόγω του μικρότερου βάρους του, της καλύτερης αντοχής στη διάβρωση και της καλύτερης δομικής ακαμψίας. Ωστόσο, λόγω της μη διαθεσιμότητας του υλικού στην τοπική αγορά, έπρεπε να το φτιάξω με Mild Steel.
• Το Side Frame Cad μετατράπηκε σε μορφή. DXF και δόθηκε στον προμηθευτή. Μπορείτε να βρείτε το αρχείο που περιλαμβάνεται σε αυτό το εκπαιδευτικό.
• Η κοπή με λέιζερ έγινε στο LCG3015
• Μπορείτε επίσης να δώσετε κοπή λέιζερ σε αυτόν τον ιστότοπο (https://www.ponoko.com/laser-cutting/metal)

Τόρνος ράβδοι:

• Οι ράβδοι που συνδέουν δύο πάνελ και στηρίζουν τον κάδο κατασκευάστηκαν με κατεργασία τόρνου από τοπικό κατάστημα κατασκευής.
• Συνολικά χρειάστηκαν 4 ράβδοι

Βήμα 6: Κατασκευή κάδου

• Ο κάδος κατασκευάζεται με τη χρήση ακρυλικών φύλλων που κόπηκαν χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά εργαλεία με διαστάσεις που λαμβάνονται υπόψη από το σχέδιο CAD.
• Τα μεμονωμένα τμήματα κοπής του κάδου συναρμολογούνται και κολλάνε μεταξύ τους χρησιμοποιώντας βιομηχανική εποξειδική ρητίνη αδιάβροχης ποιότητας.
• Ολόκληρο το πλαίσιο και τα εξαρτήματά του συναρμολογούνται με τη βοήθεια μπουλονιών από ανοξείδωτο ατσάλι 4mm και 3 πείρους από ανοξείδωτο χάλυβα. Τα παξιμάδια που χρησιμοποιούνται είναι αυτοθετικά κλειδωμένα έτσι ώστε να αποφεύγεται η συμμόρφωση οποιασδήποτε φύσης.
• Κυκλική τρύπα σε 2 πλευρές από ακρυλικά φύλλα έγιναν για την τοποθέτηση κινητήρων

• Στη συνέχεια, το περίβλημα της μπαταρίας και των ηλεκτρονικών συσκευών κόβεται από πλαστικό φύλλο 1 mm και συσκευάζεται στο πλαίσιο. Ανοίγματα για τα καλώδια σωστά σφραγισμένα και μονωμένα.

Βήμα 7: Επίπλευση

• Το τελευταίο συστατικό που σχετίζεται καθαρά με τη δομή είναι οι συσκευές επίπλευσης που χρησιμοποιούνται για να δώσουν σε όλο το πρωτότυπο μια θετική πλευστότητα καθώς και να διατηρήσουν το κέντρο βάρους του περίπου στο γεωμετρικό κέντρο ολόκληρου του πρωτοτύπου.
• Οι συσκευές επίπλευσης κατασκευάστηκαν από πολυστυρόλιο (θερμόκολλο). Το χαρτί άμμου χρησιμοποιήθηκε για τη σωστή διαμόρφωσή τους
• Αυτά στη συνέχεια προσαρτήθηκαν στο πλαίσιο σε θέσεις χρησιμοποιώντας το mSeal υπολογιζόμενος λαμβάνοντας υπόψη τους παραπάνω περιορισμούς.

Βήμα 8: Υποστήριξη υπερήχων αισθητήρων

• Printedταν τρισδιάστατη εκτύπωση και οι πλάκες πλάτης κατασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας πλάκες κασσίτερου
• Συνδέθηκε χρησιμοποιώντας mseal (ένα είδος εποξειδικού)

Βήμα 9: Ηλεκτρονικά

• Η μπαταρία μολύβδου 12V χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία ολόκληρου του συστήματος
• Συνδέθηκε παράλληλα με τον μετατροπέα buck και τον ελεγκτή κινητήρα L293d
• Ο μετατροπέας Buck μετατρέπει 12v σε 5v για το σύστημα
• Το IRF540n mosfet χρησιμοποιείται ως ψηφιακός διακόπτης για τον έλεγχο του κινητήρα του ιμάντα μεταφοράς
• Το NodeMCU χρησιμοποιείται ως κύριος μικροελεγκτής, συνδέεται με το κινητό χρησιμοποιώντας WiFi (hotspot)

Βήμα 10: Ζώνη μεταφοράς

• Κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας καθαρό ύφασμα που αγοράστηκε από τοπικό κατάστημα
• Το ύφασμα κόπηκε και προσαρτήθηκε με κυκλικό τρόπο ώστε να είναι συνεχής

Βήμα 11: Ζωγραφική

Το Skara βάφτηκε χρησιμοποιώντας συνθετικά χρώματα

Βήμα 12: Skara Symbol Laser Cut

• Το στένσιλ κόπηκε χρησιμοποιώντας σπιτικό λέιζερ που έφτιαξε ο φίλος μου.
• Το υλικό στο οποίο έγινε η κοπή με λέιζερ είναι φύλλο αυτοκόλλητου

Βήμα 13: Κωδικοποίηση

Προ-κωδικοποιημένα στοιχεία:

• Για αυτό το έργο χρησιμοποίησα το Arduino IDE για τον προγραμματισμό του NodeMCU μου. Είναι ο ευκολότερος τρόπος εάν έχετε ήδη χρησιμοποιήσει ένα Arduino στο παρελθόν και δεν θα χρειαστεί να μάθετε μια νέα γλώσσα προγραμματισμού, όπως για παράδειγμα Python ή Lua.

• Εάν δεν το έχετε ξανακάνει αυτό, πρώτα θα πρέπει να προσθέσετε υποστήριξη πλακέτας ESP8266 στο λογισμικό Arduino.
• Μπορείτε να βρείτε την πιο πρόσφατη έκδοση για Windows, Linux ή MAC OSX στον ιστότοπο του Arduino: https://www.arduino.cc/en/main/software Κατεβάστε τη δωρεάν, εγκαταστήστε την στον υπολογιστή σας και ξεκινήστε την.
• Το Arduino IDE έρχεται ήδη με υποστήριξη σε πολλούς διαφορετικούς πίνακες: Arduino Nano, Mine, Uno, Mega, Yún, κ.λπ. Δυστυχώς, το ESP8266 δεν είναι από προεπιλογή ανάμεσα σε αυτούς τους υποστηριζόμενους πίνακες ανάπτυξης. Έτσι, για να ανεβάσετε τους κωδικούς σας σε έναν βασικό πίνακα ESP8266, θα πρέπει πρώτα να προσθέσετε τις ιδιότητές του στο λογισμικό του Arduino. Μεταβείτε στο Αρχείο> Προτιμήσεις (Ctrl +, σε λειτουργικό σύστημα Windows). Προσθέστε την ακόλουθη διεύθυνση URL στο πλαίσιο κειμένου Additional Boards Manager (αυτό στο κάτω μέρος του παραθύρου Προτιμήσεις):

• Εάν το πλαίσιο κειμένου δεν ήταν κενό, σημαίνει ότι είχα ήδη προσθέσει άλλους πίνακες στο Arduino IDE πριν. Προσθέστε ένα κόμμα στο τέλος του προηγούμενου URL και του παραπάνω.

• Πατήστε το κουμπί "Ok" και κλείστε το παράθυρο προτιμήσεων.
• Πλοηγηθείτε για Εργαλεία> Πίνακας> Διαχειριστής πινάκων για την προσθήκη της πλακέτας ESP8266.
• Πληκτρολογήστε "ESP8266" στο πλαίσιο κειμένου αναζήτησης, επιλέξτε "esp8266 by ESP8266 Community" και εγκαταστήστε το.
• Τώρα το Arduino IDE σας θα είναι έτοιμο να συνεργαστεί με πολλούς πίνακες ανάπτυξης βασισμένους σε ESP8266, όπως τα γενικά ESP8266, NodeMcu (που χρησιμοποίησα σε αυτό το σεμινάριο), Adafruit Huzzah, Sparkfun Thing, WeMos κ.λπ.
• Σε αυτό το έργο, χρησιμοποίησα τη βιβλιοθήκη Blynk. Η βιβλιοθήκη Blynk πρέπει να εγκατασταθεί με μη αυτόματο τρόπο. Κατεβάστε τη βιβλιοθήκη Blynk στη διεύθυνση https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases… Αποσυμπιέστε το αρχείο και αντιγράψτε τους φακέλους σε βιβλιοθήκες/φακέλους εργαλείων Arduino IDE.

Κύρια κωδικοποίηση:

• Θα πρέπει να ενημερώσετε το κλειδί Blynk auth και τα διαπιστευτήριά σας WiFi (ssid και κωδικός πρόσβασης) πριν ανεβάσετε τον κώδικα.

• Κατεβάστε τον κώδικα και τις βιβλιοθήκες που παρέχονται παρακάτω.
• Ανοίξτε τον παρεχόμενο κωδικό ("τελικός κώδικας") στο Arduino IDE και ανεβάστε τον στο NodeMCU.
• Ορισμένοι αισθητήρες του smartphone μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν με το Blynk. Αυτή τη φορά ήθελα να χρησιμοποιήσω το επιταχυνσιόμετρο για να ελέγξω το ρομπότ μου. Γείρετε το τηλέφωνο και το ρομπότ θα στρίψει αριστερά/δεξιά ή θα προχωρήσει μπροστά/πίσω.

Βήμα 14: Επεξήγηση του κώδικα

• Σε αυτό το έργο έπρεπε μόνο να χρησιμοποιήσω βιβλιοθήκες ESP8266 και Blynk. Προστίθενται στην αρχή του κώδικα.
• Θα πρέπει να διαμορφώσετε το κλειδί εξουσιοδότησης Blynk και τα διαπιστευτήριά σας Wi-Fi. Με αυτόν τον τρόπο το ESP8266 θα μπορεί να φτάσει στο δρομολογητή Wi-Fi και να περιμένει τις εντολές από τον διακομιστή Blynk. Αντικαταστήστε το "πληκτρολογήστε τον δικό σας κωδικό εξουσιοδότησης", XXXX και ΕΕΕΕ με το κλειδί ταυτότητας (θα το λάβετε στο e-mail σας), το SSID και τον κωδικό πρόσβασης του δικτύου Wi-Fi.
• Ορίστε τις ακίδες του NodeMCU που είναι συνδεδεμένες με τη γέφυρα h. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την κυριολεκτική τιμή (D1, D2, κ.λπ.) του αριθμού GPIO κάθε ακίδας.

Βήμα 15: Ρύθμιση του Blynk

• Το Blynk είναι μια υπηρεσία που έχει σχεδιαστεί για τον έλεγχο υλικού από απόσταση μέσω σύνδεσης στο Διαδίκτυο. Σας επιτρέπει να δημιουργείτε εύκολα gadgets Internet of Things και υποστηρίζει πολλά σκληρά προϊόντα, όπως Arduinos, ESP8266, Raspberry Pi, κ.λπ.
• Μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να στείλετε δεδομένα από smartphone (ή tablet) Android ή iOS σε απομακρυσμένη συσκευή. Μπορείτε, επίσης, να διαβάσετε, να αποθηκεύσετε και να εμφανίσετε δεδομένα που λαμβάνονται από τους αισθητήρες υλικού σας.
• Η εφαρμογή Blynk χρησιμοποιείται για τη δημιουργία της διεπαφής χρήστη. Διαθέτει μια ποικιλία widgets: κουμπιά, ρυθμιστικά, joystick, οθόνες κ.λπ. Οι χρήστες μεταφέρουν και αποθέτουν το widget στον πίνακα ελέγχου και δημιουργούν μια προσαρμοσμένη διεπαφή γραφικών για πολλά έργα.
• Έχει μια έννοια «ενέργεια». Οι χρήστες ξεκινούν με 2000 δωρεάν ενεργειακά σημεία. Κάθε widget που χρησιμοποιείται (σε οποιοδήποτε έργο) καταναλώνει κάποια ενέργεια, περιορίζοντας έτσι τον μέγιστο αριθμό widget που χρησιμοποιούνται στα έργα. Ένα κουμπί, για παράδειγμα, καταναλώνει 200 σημεία ενέργειας. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί κανείς να δημιουργήσει μια διεπαφή με έως και 10 κουμπιά, για παράδειγμα. Οι χρήστες μπορούν να αγοράσουν επιπλέον σημεία ενέργειας και να δημιουργήσουν πιο πολύπλοκες διεπαφές ή/και διάφορα διαφορετικά έργα.
• Οι εντολές από την εφαρμογή Blynk μεταφορτώνονται στον διακομιστή Blynk μέσω διαδικτύου. Ένα άλλο υλικό (ένα NodeMCU, για παράδειγμα) χρησιμοποιεί τις Βιβλιοθήκες Blynk για να διαβάσει αυτές τις εντολές από τον διακομιστή και να εκτελέσει ενέργειες. Το υλικό μπορεί επίσης ορισμένα δεδομένα στον διακομιστή, τα οποία ενδέχεται να εμφανίζονται στην εφαρμογή.
• Κατεβάστε την εφαρμογή Blynk για Android ή iOS από τους ακόλουθους συνδέσμους:
• Εγκαταστήστε την εφαρμογή και δημιουργήστε έναν νέο λογαριασμό. Μετά από αυτό θα είστε έτοιμοι να δημιουργήσετε το πρώτο σας έργο. Θα χρειαστεί επίσης να εγκαταστήσετε τις βιβλιοθήκες Blynk και να λάβετε τον κωδικό author. Η διαδικασία εγκατάστασης της βιβλιοθήκης περιγράφηκε στο προηγούμενο βήμα.
• · Η λειτουργία BLYNK_WRITE (V0) χρησιμοποιήθηκε για την ανάγνωση των τιμών του επιταχυνσιόμετρου. Η επιτάχυνση στον άξονα y χρησιμοποιήθηκε για να ελέγξει εάν το ρομπότ πρέπει να στρίψει δεξιά/αριστερά και η επιτάχυνση άξονα z χρησιμοποιείται για να δει εάν το ρομπότ υποτίθεται ότι κινείται προς τα εμπρός/προς τα πίσω. Εάν οι τιμές κατωφλίου δεν ξεπεραστούν, οι κινητήρες θα σταματήσουν Το
• Κατεβάστε την εφαρμογή blynk στο κινητό Σύρετε το αντικείμενο του επιταχυνσιόμετρου από το Widget Box και αφήστε το στον πίνακα ελέγχου. Στην περιοχή Ρυθμίσεις κουμπιού αντιστοιχίστε μια εικονική καρφίτσα ως έξοδο. Χρησιμοποίησα την εικονική ακίδα V0. Θα πρέπει να λάβετε το Auth Token στην εφαρμογή Blynk.
• Μεταβείτε στις Ρυθμίσεις έργου (εικονίδιο παξιμαδιού). Για χειροκίνητο/αυτόματο κουμπί έχω χρησιμοποιήσει το V1 στην εφαρμογή Για ιμάντα μεταφοράς έχω χρησιμοποιήσει το V2 ως έξοδο.
• Μπορείτε να δείτε ένα στιγμιότυπο οθόνης της τελικής εφαρμογής στις εικόνες.

Βήμα 16: Τελική συνέλευση

Επισυνάπτω όλα τα μέρη

Επομένως το έργο έχει ολοκληρωθεί

Βήμα 17: Μονάδες

Θα ήθελα να ευχαριστήσω τους φίλους μου για:

1. Zeeshan Mallick: Με βοηθάει με μοντέλο CAD, κατασκευή πλαισίου

2. Ambarish Pradeep: Συγγραφή περιεχομένου

3. Patrick: 3d Printing and Laser Cutting

Δεύτερο Βραβείο στο IoT Challenge