Maliarsky robot poháňaný Arduino: 11 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Projekty Fusion 360 »

Rozmýšľali ste niekedy nad tým, či robot dokáže vytvárať hypnotizujúce obrazy a umenie? V tomto projekte sa snažím, aby sa to stalo realitou s robotom na maľovanie poháňaným Arduino. Cieľom je, aby robot dokázal sám vytvárať obrazy a použiť referenčný obrázok ako sprievodcu pri replikácii výtvarného diela. Využil som silu CAD a digitálnej výroby na vytvorenie robustného podvozku, na ktorý som namontoval rameno, ktoré dokázalo ponoriť štetec do jedného zo 7 kontajnerov s farbou a kresliť na plátno.

Robot je vyrobený z bežných častí, ako sú krokové motory a servomotory, a je navrhnutý tak, aby pracoval s akýmkoľvek druhom farby.

Pokračujte vo vytváraní vlastného maliarskeho robota poháňaného Arduino a dajte hlas tomuto projektu v „Paint Challenge“, ak sa vám projekt páčil a rozhodnete sa vytvoriť vlastnú verziu.

Krok 1: Prehľad dizajnu

Dizajn maliarskeho robota je inšpirovaný štruktúrou čistiaceho robota Roomba. Skladá sa z dvoch hlavných systémov:

• Pohonný systém, ktorý sa skladá z dvoch krokových motorov pripevnených k kolesám a pasívnych klzákov. To umožňuje robotovi pohybovať sa po plátne akýmkoľvek smerom.
• Systém kefy, ktorý pozostáva z tretieho krokového motora, ktorý umiestňuje kefu na nádoby s farbami, a zo servomotora, ktorý ponorí štetec do farby.

Robot môže niesť až 7 rôznych farieb súčasne. Dizajn bol pôvodne vytvorený na Autodesk's Fusion 360. Diely boli potom exportované do príslušných formátov na rezanie laserom alebo 3D tlač.

Konštrukcia podvozku robota bola navrhnutá s ohľadom na škálovateľnosť s viacerými montážnymi bodmi a modulárnymi časťami. To umožňuje použitie rovnakého podvozku na rôzne ďalšie aplikácie. V tejto súvislosti sa podvozok používa na výrobu nádherných umeleckých diel pomocou farby.

Krok 2: Potrebný materiál

Tu je zoznam všetkých komponentov a dielov potrebných na vytvorenie vlastného maliarskeho robota poháňaného Arduino. Všetky diely by mali byť bežne dostupné a ľahko dostupné v miestnych obchodoch s hardvérom alebo online.

ELEKTRONIKA:

• Arduino Uno x 1
• Servomotor Towerpro MG995 x 1
• Krokový motor NEMA17 x 3
• CNC štít V3 x 1
• 11,1 V batéria LiPo x 1

HARDWARE:

• Matice a skrutky M4
• Matice a skrutky M3
• Kolesá (priemer 7 cm x 2)
• Vlákno pre 3D tlačiareň (v prípade, že nevlastníte 3D tlačiareň, mala by byť v miestnom pracovnom priestore 3D tlačiareň alebo je možné tlačiť pomerne lacno online)
• Akrylové listy (3 mm)
• Farby
• Štetec na maľovanie

NÁSTROJE:

• 3D tlačiareň
• Laserová rezačka

Bez nákladov na nástroje sú celkové náklady na tento projekt približne 60 $.

Krok 3: Digitálne vyrobené diely

Väčšina dielov požadovaných pre tento projekt je prispôsobená požiadavkám, preto som sa rozhodol využiť silu digitálne vyrábaných dielov. Diely boli pôvodne postavené na Fusion 360 a potom boli CAD modely použité na laserové rezanie alebo 3D tlač dielov. Výtlačky boli urobené so 40% výplňou, 2 obvodmi, tryskou 0,4 mm a výškou vrstvy 0,1 mm pomocou PLA. Niektoré časti vyžadujú podpery, pretože majú zložitý tvar s presahmi, ale podpery sú ľahko prístupné a dajú sa odstrániť pomocou niektorých fréz. Môžete si vybrať farbu vlákna, ktorú si vyberiete. Laserom rezané kusy boli vyrezané z číreho akrylátu s hrúbkou 3 mm.

Nasleduje kompletný zoznam dielov spolu s návrhovými súbormi.

Poznámka: Odtiaľ budú na diely odkazované pomocou názvov v nasledujúcom zozname.

3D tlačené diely:

• Kroková konzola x 2
• Rozpera vrstiev x 4
• Konektor ramena x 1
• Pasívny klzák x 2
• Držiak palety na farby x 2
• Paleta na maľovanie x 2

Laserom rezané diely:

• Spodný panel x 1
• Horný panel x 1
• Rameno kefy x 1

Celkovo je k dispozícii 13 3D tlačených dielov a 3 diely rezané laserom. Čas potrebný na výrobu všetkých dielov je približne 12 hodín.

Krok 4: Zostavenie systému podvozku a pohonu (spodná vrstva)

Keď sú všetky diely vyrobené, môžete začať montovať spodnú vrstvu maliarskeho robota. Táto vrstva je zodpovedná za pohonný systém a drží aj elektroniku. Začnite namontovaním 2 krokových motorov na dve krokové konzoly pomocou dodaných skrutiek. Ďalej pomocou 8 matíc a skrutiek M4 pripevnite dve krokové konzoly k spodnej doske. Hneď ako sú steppery namontované, môžete pripevniť dve kolesá na nápravy krokových motorov. Arduino môžete tiež namontovať na miesto pomocou matíc a skrutiek M3 a niektorých stojok, aby bol Arduino ľahko dostupný. Akonáhle je Arduino zaistený, namontujte CNC štít na Arduino. V prednej a zadnej časti robota sú dva otvory. Pasívne klzáky prevlečte cez otvory a prilepte ich na miesto. Tieto kúsky zabraňujú poškriabaniu tela robota pozdĺž povrchu plátna.

Dve rozpery zadnej vrstvy môžete tiež namontovať pomocou matíc a skrutiek M4.

Poznámka: Predné dve zatiaľ nepripojujte, pretože by ste ich museli nakoniec odstrániť.

Krok 5: Montáž držiaka farby (horná vrstva)

Akonáhle je pohonný systém vybudovaný, môžete začať montovať vrchnú vrstvu, ktorá drží lakovacie rameno, ktoré pohybuje štetcom a ponorí kefu do rôznych nádob s farbami. Začnite pripevnením dvoch kusov držiaka palety farby. Štrbina pozdĺž vnútornej časti dielu je zarovnaná s dvoma dištančnými kusmi prednej vrstvy. Kombinovaná časť je pripevnená dvoma maticami a skrutkami k hornej a spodnej vrstve. Kus je ďalej vystužený štyrmi ďalšími sadami matíc skrutiek k hornému panelu.

Palety s farbami sú potom pripevnené k spodnej časti dielov držiaka palety pomocou dvoch matíc a skrutiek na každej strane.

Zasuňte horný panel na miesto a pomocou ďalších dvoch matíc a skrutiek pripevnite k hornému panelu rozpery zadnej vrstvy. Otočný krokový motor namontujte do stredu horného panelu pomocou dodaných skrutiek tak, aby os smerovala nahor. Týmto je podvozok robota zostavený a môžeme začať montovať natieracie rameno.

Krok 6: Zostavenie zostavy natieracieho ramena a kefy

Ak chcete postaviť lakovacie rameno, začnite pripevnením konektora ramena k ramenu kefy rezanej laserom pomocou 4 matíc a skrutiek. Potom namontujte servomotor na druhý koniec pomocou ďalších 4 matíc a skrutiek. Uistite sa, že os servomotora smeruje k opačnému koncu konektora ramena. Zatlačte konektor ramena do hornej osi krokového motora.

Použite dlhý roh serva a pripevnite naň kefu pomocou gumičiek alebo zipsov. Odporúčam používať gumené pásy, pretože to dáva zostave kefy určitú zhodu, ktorá je potrebná pre správnu funkciu systému. Uistite sa, že je kefa pripevnená tak, aby po pripojení klaksónu k servu kefa sotva kĺzala po povrchu podlahy alebo papiera.

Týmto je hardvér maliarskeho robota kompletný a môžete začať s zapojením a programovaním.

Krok 7: Elektronika a obvody

Elektronika tohto projektu je celkom jednoduchá, je to vysvetlené v nasledujúcej tabuľke:

• Krokomer ľavého kolesa k portu osi X CNC štítu
• Priamy krokový pedál k portu osi Y CNC štítu
• Otočný stepper k portu osi Z CNC štítu
• Signál servomotora na kolíku umožňujúcom vreteno na CNC štíte
• Servomotor 5v až +5v na CNC štíte
• Servomotor GND až GND na CNC štíte

Tým je okruh pre tento projekt dokončený. Batériu je možné pripojiť k napájacím svorkám CNC štítu prepínačom v sérii na zapnutie a vypnutie robota.

Krok 8: Trochu o teórii

Pokiaľ ide o umiestnenie bodu na 2D mriežku, najbežnejším a najjednoduchším spôsobom, ako to urobiť, je poskytnúť kartézske súradnice bodu. To sa dosiahne zadaním n -tice, všeobecne (x, y), kde x je súradnica x alebo vzdialenosť medzi priemetom bodu na os x na počiatok a y je y súradnica bodu alebo vzdialenosť medzi projekciou bodu na osi y k počiatku. Takýmto spôsobom je možné popísať akýkoľvek komplexný obrázok alebo formu pomocou postupnosti bodov tak, že keď „spojíte body“, vytvorí sa obraz. Toto je pohodlný spôsob opisu polohy bodu vzhľadom na pôvod. Pre tento projekt však bol použitý iný systém.

Bod na 2D mriežke je možné popísať aj pomocou polárnych súradníc. Pri tejto metóde je poloha bodu opísaná pomocou ďalšej n -tice, bežne označovanej ako (theta, r), kde theta je uhol medzi osou x a polovičnou čiarou, ktorá spája pôvod s bodom, a r je vzdialenosť medzi pôvod a pointa.

Vzorec na prevod z jedného na druhý nájdete na priloženom obrázku. Nie je potrebné úplne porozumieť vzorcom, aj keď ich poznanie pomáha.

Krok 9: Programovanie Arduina

Program je vyrobený pomocou objektovo orientovanej techniky, ktorá zjednodušuje používanie programu. Začnite vytvorením objektu robota, ktorého parametre sú šírky a výšky plátna (zmerajte ich pomocou pravítka alebo meradla v centimetroch a nahraďte hodnoty v riadku 4 skriptu paintRobot.ino). Objektovo orientované programovacie techniky poskytujú priestor pre ďalší vývoj.

Potom máte k dispozícii 3 jednoduché funkcie:

1. gotoXY prevezme karteziánsku súradnicu a presunie robota do tejto polohy. (Napríklad robot.gotoXY (100, 150))
2. brushControl má booleovskú hodnotu: false zdvihne štetec z plátna, zatiaľ čo true položí štetec na plátno. (Napríklad robot.brushControl (true))
3. pickPaint vezme celé číslo -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4, vďaka ktorému robot ponorí štetec do zodpovedajúcej nádoby na farbu. (Napríklad robot.pickPaint (3))

Nasledujúci program prinúti robota prejsť do náhodných polôh a vybrať náhodné farby, čo nakoniec vytvorí krásne a jedinečné umelecké dielo. Aj keď sa to dá ľahko zmeniť, aby robot nakreslil čokoľvek, na čo máte chuť.

Poznámka: Po nahraní kódu bude možno potrebné premiestniť servo klaksón pripojený k kefke. Keď p

Krok 10: Pridanie farby

Akonáhle je hardvér, elektronika a programovanie dokončené, môžete konečne do jednotlivých nádob s farbami pridať nejaké farby. Odporúčal by som farbu mierne zriediť, aby bol obraz hladší.

Do najvzdialenejšieho kontajnera pravej palety pridajte obyčajnú vodu. Robot použije túto vodu na čistenie kefy pred výmenou farieb.

Ak chcete začať maľovať, umiestnite robota do ľavého dolného rohu plátna tak, aby stál tvárou k dolnému okraju, spustite robota a sadnite si a sledujte, ako umelecké dielo pomaly ožíva.

Krok 11: Konečné výsledky

So súčasným programom robot vykonáva náhodné pohyby na plátne, ktoré vytvára jedinečné a krásne obrazy. Aj keď s určitými úpravami, robot môže byť vyrobený tak, aby vykonával konkrétne maľby pomocou referenčného obrázku. Súčasný systém poskytuje robustnú základňu, na ktorej je možné ďalej pracovať. Podvozok robota je tiež navrhnutý modulárne s niekoľkými štandardizovanými montážnymi bodmi, aby bolo možné robota ľahko prestavať na aplikáciu podľa vašich potrieb.

Dúfam, že sa vám tento návod páčil a inšpiroval vás k zostave vlastného maliarskeho robota.

Ak sa vám projekt páčil, podporte ho hlasovaním v „Paint Challenge“.

Šťastnú tvorbu!

Veľká cena v súťaži Paint Challenge