Sweepy: the Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 βήματα (με εικόνες)

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

Από: Evan Guan, Terence Lo και Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Εισαγωγή & Κίνητρο

Το Sweepy το καθαριστικό στούντιο σχεδιάστηκε ως απάντηση στις χαοτικές συνθήκες του αρχιτεκτονικού στούντιο που άφησαν πίσω τους οι βάρβαροι μαθητές. Έχετε κουραστεί από το πόσο ακατάστατο είναι το στούντιο κατά τη διάρκεια των κριτικών; Λοιπόν μην πεις άλλο. Με το Sweepy, το μόνο που έχετε να κάνετε είναι να το ρυθμίσετε και να το ξεχάσετε. Το Studio θα είναι ολοκαίνουργιο γρηγορότερα από ό, τι χρειάζεται για να ολοκληρώσετε αυτό το μοντέλο έργου.

Ο Sweepy έχει επίγνωση του εαυτού του και θα μετακινηθεί σκουπίζοντας όλα τα σκουπίδια και απορρίμματα στην επιθυμία της καρδιάς σας χάρη σε δύο αισθητήρες υπερήχων που του λένε να γυρίσει όταν πλησιάζει σε έναν τοίχο. Χρειάζεστε το Sweepy για να εργαστείτε περισσότερο; Κανένα πρόβλημα, απλά φωνάξτε. Το Sweepy ακούει συνεχώς το περιβάλλον του χάρη στον αισθητήρα ήχου. Η επίτευξη ενός συγκεκριμένου ορίου θορύβου θα προκαλέσει το Sweepy να εισέλθει σε έξαλλη κατάσταση, να σκουπίζει και να κινείται γρηγορότερα για σύντομο χρονικό διάστημα.

Ένα στούντιο χωρίς Sweepy είναι ένα ακατάστατο.

‏‏‎ ‎

Ανταλλακτικά, Υλικά & Εργαλεία

Τα περισσότερα μέρη αυτής της λίστας μπορείτε να τα βρείτε στο κιτ εκκίνησης του ELEGOO UNO R3 Project. Άλλα εξαρτήματα μπορούν να αγοραστούν από την Creatron Inc. ή άλλα ηλεκτρονικά καταστήματα.

‏‏‎ ‎

Συστατικά

x1 Πίνακας ελεγκτή ELEGOO UNO R3

x1 Πρωτότυπη μονάδα επέκτασης

x1 Υπερηχητικός αισθητήρας (HC-SR04)

x1 Μονάδα αισθητήρα ήχου (KY-038)

x2 DC N20 Motors (ROBOT-011394)

x1 Micro Servo Motor 9G (SG90)

x1 LCD μονάδα (1602A)

x1 Μπαταρία 9V

x2 Καουτσούκ τροχοί 60x8mm (UWHLL-601421)

x1 Free Castor Wheel (64mm ύψος)

x1 Βούρτσα σκούπισμα (ύψος λαβής 12mm)

x2 NPN Transistors (PN2222)

αντιστάσεις x3 (220Ω)

x2 Δίοδοι (1N4007)

x1 Ποτενσιόμετρο (10K)

x15 Breadboard Jumper Wires

x26 Καλώδια Dupont από γυναίκες σε άνδρες

‏‏‎ ‎

Υλικά

X1 σεντόνι από κόντρα πλακέ (Μέγεθος κρεβατιού λέιζερ 18 "x 32")

x6 βίδες M3 (YSCRE-300016)

x4 M3 Παξιμάδια (YSNUT-300000)

x6 M2.5 Βίδες (YSCRE-251404)

x6 M2.5 Παξιμάδια (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Εργαλεία

Σετ κατσαβιδιών

Πυροβόλο θερμής κόλλας

‏‏‎ ‎

Εξοπλισμός

Υπολογιστή

Τρισδιάστατος εκτυπωτής

Κόφτης λέιζερ

‏‏‎ ‎

Λογισμικό

Arduino IDE

Βήμα 1: Κατανόηση της λογικής

Κύκλωμα

Ο πίνακας ελεγκτή ELEGOO UNO R3 θα χρησιμεύσει ως ο «εγκέφαλος» του ρομπότ στο οποίο θα ανεβαίνει και θα επεξεργάζεται ο κώδικας. Τοποθετήστε το Prototype Expansion Board και το mini breadboard στην κορυφή του. Για την επικοινωνία με τους αισθητήρες και τους ενεργοποιητές, τα εξαρτήματα θα συνδεθούν μέσω του breadboard και των καλωδίων.

Περιλαμβάνεται παραπάνω ένα διάγραμμα του κυκλώματος που απαιτείται για να γίνει ο Sweepy ευτυχισμένος. Δώστε ιδιαίτερη προσοχή στην είσοδο και έξοδο των καλωδίων. Βοηθά να ακολουθήσετε ένα σύρμα κοιτάζοντας το χρώμα του. Μια λανθασμένη σύνδεση μπορεί να προκαλέσει τη λανθασμένη λειτουργία του Sweepy ή στη χειρότερη περίπτωση να καταστρέψει τα ηλεκτρονικά σας από βραχυκύκλωμα.

‏‏‎ ‎

Προγραμματισμός

Επισυνάπτεται παρακάτω ο κωδικός που απαιτείται για την εκτέλεση του Sweepy. Ανοίξτε το αρχείο στο Arduino IDE και ανεβάστε το στον πίνακα ελέγχου ELEGOO UNO R3. Για να το κάνετε αυτό, πρέπει να συνδέσετε την πλακέτα χειριστηρίου με τον υπολογιστή σας μέσω καλωδίου USB. Βεβαιωθείτε ότι έχει επιλεγεί η σωστή θύρα μεταβαίνοντας στα Εργαλεία και Θύρα στο αναπτυσσόμενο μενού. Βεβαιωθείτε ότι έχετε ανεβάσει τον κωδικό πριν δημιουργήσετε το Sweepy για να αποφύγετε να συνδέσετε το καλώδιο USB ενώ βρίσκεστε στο περίβλημα 3D εκτύπωσης.

Δεν συνιστάται η αλλαγή των μεταβλητών στον κώδικα, εκτός εάν έχετε εμπειρία ή γνωρίζετε τι κάνετε.

Βήμα 2: Συγκέντρωση όλων των εξαρτημάτων, υλικών και εργαλείων

Για να ξεκινήσετε το έργο, συγκεντρώστε όλα τα μέρη, τα υλικά και τα εργαλεία που περιγράφονται στην παραπάνω λίστα. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα περισσότερα μέρη της λίστας μπορούν να βρεθούν στο κιτ εκκίνησης ELEGOO UNO R3 καθώς και στο Creatron Inc. ή σε άλλα ηλεκτρονικά καταστήματα.

Συνιστάται ιδιαίτερα να ξεκινήσετε την τρισδιάστατη εκτύπωση όσο το δυνατόν νωρίτερα, καθώς η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει αρκετές ώρες για να ολοκληρωθεί. Οι συνιστώμενες ρυθμίσεις είναι: 0,16 mm ύψος στρώματος, 20% γέμισμα και 1,2 mm πάχος τοιχώματος με χείλη και στηρίγματα. Το αρχείο τρισδιάστατης εκτύπωσης επισυνάπτεται παρακάτω.

Η κοπή με λέιζερ μπορεί επίσης να απαιτήσει αρκετό χρόνο, οπότε φροντίστε να ξεκινήσετε νωρίς. Το αρχείο κοπής λέιζερ περιέχει επίσης ένα στρώμα για χάραξη ενός οδηγού που διασφαλίζει ότι το σωστό εξάρτημα είναι τοποθετημένο στη σωστή θέση. Φροντίστε να ελέγξετε ξανά τι κόβεται και τι χαράσσεται, αλλάζοντας τις ρυθμίσεις ισχύος και ταχύτητας κατάλληλα. Το αρχείο κοπής λέιζερ επισυνάπτεται επίσης παρακάτω.

Ενώ χρησιμοποιήσαμε κόντρα πλακέ για το ρομπότ μας, μη διστάσετε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε υλικό σας αρέσει όπως το ακρυλικό, αρκεί το πάχος να είναι περίπου 3mm.

Βήμα 3: Ασφάλιση της πλάκας βάσης

Εφαρμόστε κόλλα περιμετρικά της πλάκας βάσης και στερεώστε την στο κάτω μέρος του περιβλήματος τρισδιάστατης εκτύπωσης. Ευθυγραμμίστε τα δύο μέρη όσο πιο προσεκτικά μπορείτε, διασφαλίζοντας επίσης ότι ο οδηγός χάραξης με το λέιζερ είναι στραμμένος προς τα πάνω.

Βήμα 4: Τοποθέτηση εξαρτημάτων πλάκας βάσης

Μόλις η πλάκα βάσης είναι επαρκώς ασφαλισμένη, μπορούμε να ξεκινήσουμε τη σύνδεση του πρώτου γύρου ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Αυτό περιλαμβάνει τους κινητήρες DC με τροχούς, σερβοκινητήρα, οθόνη LCD και μπαταρία. Ένας οδηγός χάραξης με λέιζερ έχει συμπεριληφθεί στη βασική πλάκα για να διασφαλίσει τη σωστή τοποθέτηση των εξαρτημάτων για την καλύτερη εξυπηρέτησή σας. Για να διευκολύνετε τα κυκλώματα, τα εξαρτήματα πρέπει να στερεώνονται με τα κατάλληλα καλώδια τους ήδη συνδεδεμένα.

Οι τροχοί πρέπει να γλιστρούν στις δύο σχισμές εκατέρωθεν με τον κινητήρα DC να κοιτάζει προς τα μέσα. Ασφαλίστε το με τους λευκούς σφιγκτήρες που περιλαμβάνονται χρησιμοποιώντας δύο βίδες και παξιμάδια για καθένα (M2.5).

Ο σερβοκινητήρας πρέπει επίσης να ασφαλιστεί χρησιμοποιώντας τις ίδιες βίδες και παξιμάδια (M2.5), ενώ διασφαλίζετε ότι το λευκό γρανάζι που εξωθεί από το κάτω μέρος βρίσκεται στην μπροστινή πλευρά του ρομπότ. Αυτό θα ενεργοποιήσει τη σάρωση της βούρτσας.

Η οθόνη LCD πρέπει να γλιστρήσει στην μπροστινή τσέπη του περιβλήματος με τις ακίδες στραμμένες προς τα κάτω. Στερεώστε το με μερικές λαβές θερμής κόλλας σε κάθε γωνία.

Τέλος, η μπαταρία πρέπει να γλιστρήσει στην πίσω τσέπη του περιβλήματος με τον διακόπτη on-off να κοιτάζει προς τα έξω στην οπή. Αυτό επιτρέπει στο ρομπότ να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται.

Βήμα 5: Ασφάλιση της πλάκας υποστήριξης

Στη συνέχεια, ήρθε η ώρα να εξασφαλίσουμε τον «εγκέφαλο» του Sweepy. Χρησιμοποιώντας τέσσερις βίδες και παξιμάδια (M3), τοποθετήστε την πλακέτα ελεγκτή UNO R3 και τη μονάδα επέκτασης πρωτότυπου στο επάνω μέρος της πλάκας στήριξης. Αυτό θα λειτουργούσε ως ο δεύτερος όροφος του σπιτιού. Πριν από αυτό, ο κωδικός Arduino IDE θα πρέπει να έχει ήδη μεταφορτωθεί στον πίνακα και να είναι έτοιμος να ξεκινήσει.

Σύρετε την πλάκα στήριξης στο περίβλημα από το επάνω μέρος μέχρι να ακουμπήσει σε τρεις προεξοχές ενσωματωμένες στο περίβλημα 3D εκτύπωσης για να διασφαλίσετε το σωστό ύψος. Ασφαλίστε αυτήν την πλάκα με δύο βίδες (Μ3) μέσα από τις οπές στα δύο άκρα.

Περάστε τα καλώδια από τα εξαρτήματα της πλάκας βάσης προς τα πάνω και μέσα από τις οπές της πλάκας στήριξης. Η οθόνη LCD και τα καλώδια σερβοκινητήρα πρέπει να περνούν με σπείρωμα στην μπροστινή οπή ενώ τα καλώδια του κινητήρα DC πρέπει να περνούν μέσα από τις πλευρικές οπές. Τα καλώδια της μπαταρίας μπορούν να περάσουν από οποιαδήποτε τρύπα όπως θέλετε.

Βήμα 6: Τοποθέτηση τελικών ηλεκτρονικών εξαρτημάτων

Χρησιμοποιώντας θερμή κόλλα, συνδέστε τους δύο αισθητήρες υπερήχων στο μπροστινό μέρος του περιβλήματος με τις μονάδες σκανδάλης και ηχώ να εκτείνονται έξω από τις οπές ή τα "μάτια". Οι ακίδες του ενός αισθητήρα πρέπει να κοιτούν προς τα πάνω και ο άλλος προς τα κάτω, όπως υποδεικνύεται από την οπή στην πλάκα στήριξης. Αυτό γίνεται για να διασφαλιστεί ότι οι μονάδες ηχώ και σκανδάλης είναι συμμετρικές στο περίβλημα κατά την αποστολή και λήψη σημάτων.

Τέλος, τοποθετήστε ζεστή κόλλα στο πίσω μέρος του αισθητήρα ήχου και συνδέστε την στην υποδοχή στην εσωτερική πλευρά του περιβλήματος. Το επάνω μέρος του μικροφώνου πρέπει να βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο με το επάνω μέρος του περιβλήματος του περιβλήματος, ώστε να μπορεί να τοποθετηθεί το καπάκι του Sweepy. Το μικρόφωνο θα ευθυγραμμιστεί με την τρύπα στο καπάκι, όπως θα δείτε αργότερα.

Βήμα 7: Σύρματα, σύρματα και περισσότερα καλώδια

Το επόμενο βήμα είναι αναμφισβήτητα το πιο δύσκολο αλλά πιο σημαντικό μέρος για να βεβαιωθείτε ότι ο Sweepy είναι καλά και χαρούμενος: το κύκλωμα. Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα Fritzing στο επάνω μέρος αυτού του Instructables ως οδηγό, συνδέστε όλα τα καλώδια από τα εξαρτήματα στο Prototype Expansion Module.

Βεβαιωθείτε ότι ο διακόπτης της μπαταρίας είναι απενεργοποιημένος πριν συνδέσετε το καλώδιο τροφοδοσίας στην πλακέτα. Επειδή ο κώδικας πρέπει να έχει ήδη ανέβει στον πίνακα, το Sweepy δεν θα μπορούσε να συγκρατήσει τον ενθουσιασμό του για τον καθαρισμό και να ξεκινήσει να δουλεύει το δεύτερο που λαμβάνει ρεύμα, ακόμη και ενώ εργάζεστε ακόμα στα καλώδια.

Δώστε ιδιαίτερη προσοχή στις εισόδους και εξόδους κάθε καλωδίου. Βοηθά στη χρήση του χρώματος του σύρματος για να το ακολουθήσετε κατά μήκος της διαδρομής του.

Βήμα 8: Προσθήκη των κινούμενων μερών

Τώρα ήρθε η ώρα για τον πίσω τροχό και το πινέλο του Sweepy.

Ο πίσω τροχός πρέπει να είναι τροχός που μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα γύρω. Θα πρέπει να έχει ύψος περίπου 6,4 εκατοστά από πάνω προς τα κάτω, αλλά η ανοχή μπορεί να είναι γενναιόδωρη ανάλογα με το πόση δύναμη προς τα κάτω θέλετε να ασκήσει το πινέλο. Συνδέστε το κάτω από την πλάκα στήριξης μέσω της οπής στην πλάκα βάσης.

Η βούρτσα σάρωσης είναι επίσης γενναιόδωρη σε ανοχή, αλλά η λαβή πρέπει να κάθεται περίπου 1,2 cm από το έδαφος. Η λαβή πρέπει επίσης να έχει μήκος περίπου 10 cm για να μην χτυπήσει το περίβλημα ενώ σαρώνει προς τα πίσω και τέταρτη. Ασφαλίστε το με το λευκό μοχλό που περιλαμβάνεται στο σερβοκινητήρα με κόλλα.

Βήμα 9: Κλείσιμο όλων

Για να ολοκληρώσετε το δικό σας Sweepy, πρέπει να κάνετε το καπάκι του. Κολλήστε το χείλος του καλύμματος κάτω από την πλάκα κάλυψης με μια τρύπα πάνω του. Βεβαιωθείτε ότι η οπή ευθυγραμμίζεται με το μικρόφωνο του αισθητήρα ήχου. Τέλος, κολλήστε το καπάκι στην κορυφή του Sweepy, ευθυγραμμίζοντας τις μπροστινές άκρες με το μπροστινό μέρος του περιβλήματος.

Ενεργοποιήστε τη συσκευή από την πλάτη και δείτε το Sweepy να κυνηγάει τα όνειρά του να κάνει το στούντιο ένα καθαρότερο μέρος για όλους.

Βήμα 10: Αποτελέσματα & Αντανάκλαση

Παρά τον εκτεταμένο σχεδιασμό σχεδιασμού, συμβαίνουν λάθη, αλλά είναι εντάξει: είναι όλα μέρος της μαθησιακής διαδικασίας. Και για εμάς, τα πράγματα δεν ήταν διαφορετικά.

Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις μας ήταν ο σχεδιασμός της κατοικίας του Sweepy ώστε να περικλείει όλα τα απαραίτητα εξαρτήματα. Αυτό σήμαινε σχολαστική μέτρηση των διαστάσεων όλων των εξαρτημάτων, σχεδιασμός συρμάτινων διαδρομών, διασφάλιση δομικής ακεραιότητας κλπ. Καταλήξαμε σε τρισδιάστατη εκτύπωση και λέιζερ που κόβει δύο επαναλήψεις του περιβλήματος του Sweepy, ενώ η δεύτερη είναι η τελική έκδοση με βάση όσα μάθαμε από την πρώτη επανάληψη.

Ένα σημαντικό εμπόδιο που αντιμετωπίσαμε είναι οι περιορισμένες δυνατότητες του αισθητήρα υπερήχων: δεν κάλυπτε αρκετά μεγάλη περιοχή και το Sweepy χτυπούσε περιστασιακά έναν τοίχο όταν πλησίαζε υπό γωνία. Αυτό λύθηκε με τη συμπερίληψη ενός δεύτερου υπερηχητικού αισθητήρα για να αυξήσει αποτελεσματικά την περιοχή επίδρασης.

Αρχικά επιλέξαμε έναν σερβοκινητήρα για τον έλεγχο της στροφής, αλλά δεν ήταν τόσο αποτελεσματικός και δομικά υγιής όσο ελπίζαμε. Ως αποτέλεσμα, αντικαταστήσαμε τον πίσω τροχό με έναν ελεύθερο τροχό και σπρώξαμε την ευθύνη να στρίψουμε στους δύο τροχούς οδηγού μέσω διαφορικής στροφής (ο ένας τροχός θα κινηθεί πιο αργά από τον άλλο για να προσομοιώσει τη στροφή). Παρόλο που αυτό σήμαινε σημαντικές αλλαγές στον κώδικα, απλοποίησε ουσιαστικά τον συνολικό σχεδιασμό μας, βγάζοντας λιγότερο έναν σερβοκινητήρα από την εξίσωση.

‏‏‎ ‎

Μελλοντικές επαναλήψεις

Πάντα υπάρχουν περιθώρια βελτίωσης. Στο μέλλον, μία αλλαγή σχεδιασμού για το έργο μας είναι η εξέταση της συντήρησης Sweepy και η προσβασιμότητα των εσωτερικών του. Είχαμε αντιμετωπίσει πολλαπλά προβλήματα, συμπεριλαμβανομένων βλαβών του κινητήρα και αποφορτισμένων μπαταριών, τα οποία απαιτούσαν από εμάς να αφαιρέσουμε το Sweepy μόνο για να απενεργοποιήσουμε τα εξαρτήματα που ήταν πολύ αόρατο. Στο μέλλον, θα σχεδιάζαμε ένα περίβλημα με λειτουργικά ανοίγματα που θα επιτρέπουν την πρόσβαση στα εξαρτήματά του, όπως η μπαταρία.

Εξετάζουμε επίσης τη χρήση ενός αισθητήρα πίεσης στο μπροστινό μέρος για να ανιχνεύσουμε πότε ο Sweepy προσκρούει σε μια επιφάνεια, καθώς διαπιστώσαμε ότι ο αισθητήρας υπερήχων δεν είναι αναξιόπιστος μερικές φορές, ιδιαίτερα όταν πλησιάζουμε σε απότομη γωνία. Έχοντας έναν μηχανικό αισθητήρα, ο Sweepy θα ήταν πιο συνεπής στην απόφαση πότε και πότε δεν θα γυρίσει.

Ενώ το Sweepy λειτουργεί καλά σε μικρά δωμάτια, μπορεί να είναι λιγότερο αποτελεσματικό σε μεγαλύτερους χώρους. Αυτό συμβαίνει επειδή το Sweepy είναι προγραμματισμένο να γυρίζει όποτε ανιχνεύσει μια επιφάνεια μπροστά του, αλλά διαφορετικά θα συνεχίσει σε ευθεία γραμμή μέχρι να καταστραφεί η γη. Στο μέλλον, ίσως αξίζει να προγραμματίσετε ένα προκαθορισμένο μονοπάτι καθαρισμού για το Sweepy, ώστε να παραμείνει εντός ορίου αντί να περιπλανηθεί για πάντα.

‏‏‎ ‎

Αναφορές & Μονάδες

Αυτό το έργο δημιουργήθηκε ως μέρος του μαθήματος Φυσικής Υπολογιστικής (ARC385) στο πρόγραμμα προπτυχιακών σπουδών Daniels School of Architecture, Landscape and Design στο UofT.

‏‏‎ ‎

Μέλη ομάδας

• Έβαν Γκουάν
• Τέρενς Λο
• Γουίλσον Γιανγκ

‏‏‎ ‎

Εμπνευσμένη από

• Ρομπότ σκούπα Roomba
• Wipy: The Overly Motivated Cleanboard Cleaner
• Οι ακατάστατες συνθήκες του χώρου του στούντιο