Robot korytnačky DFRobot: 12 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Doteraz boli moje projekty dielenských robotov zamerané na nízke náklady a jednoduchú montáž. Čo keby boli cieľmi výkon a presnosť, a nie náklady? Čo keby bola spoločnosť zaoberajúca sa robotickými súpravami ochotná darovať súčiastky? A čo keby sme kreslili niečím iným ako fixkami?

Cieľom tohto projektu je teda vytvoriť presného korytnačieho robota z policových dielov, ktorý nakreslí niečo zaujímavé pre budúci veľtrh Maker.

Korytnačky preč!

Krok 1: Diely

DFRobot poskytol hlavné komponenty. Tu je to, čo používame:

• 1 kus., Základná doska Bluno M0, Kód produktu: DFR0416 alebo bežné Arduino Uno
• 1 kus, dvojitý bipolárny štít krokového motora pre Arduino (DRV8825), SKU: DRI0023
• 2 ea., Hybridný krokový motor, Kód produktu: FIT0278
• 1 ks., 5 mm sada gumovej spojky kolesa (pár), SKU: FIT0387
• 1 kus., 9G servo Kód: SER0006

Na napájanie použijem lítiové články 18650, takže som kúpil:

• 3 ea., EBL 18650 Batéria 3,7V
• 1 kus., Inteligentná nabíjačka batérií KINDEN 18650
• 3 ks., Držiak batérie 18650

Použil som aj rôzny hardvér:

• 2 ea., Buna-N Rubber #343 O-Ring (3/16 "x 3-3/4" ID)
• 1 ea., 1 "guľkové ložisko z nízkouhlíkovej ocele
• 10 ea., M3x6MM Skrutka s valcovou hlavou
• 2 ks., M3x8MM Skrutka s valcovou hlavou
• 4 ks., M3x6MM plochá skrutka
• 14 ea., Matica M3
• 4 ea., #2 x 1/4 závitotvorná skrutka

Budeme tiež potrebovať kreatívny spôsob zdieľania energie z batérie medzi Motor Shield a Arduino, pretože sa nezdá, že by to bolo možné. Použil som koniec 2.1 mm x 5 mm valcového konektora mŕtveho zdroja napájania alebo niečo podobné.

Náradie:

• Skrutkovač Phillips
• Odizolovače drôtov
• Horúca lepiaca pištoľ (voliteľné)
• Spájkovačka a spájkovačka

A v neposlednom rade:

• Trpezlivosť
• Vytrvalosť
• Kladný postoj

Krok 2: 3D diely

Rozhodol som sa skúsiť a navrhnúť všetko 3D vo FreeCad pre tohto robota, aby mi pomohlo pri učení. Všetko, čo som musel urobiť, bolo preniesť rozmery pre usporiadanie serva a pera a potom zväčšiť zvyšok tak, aby vyhovoval oveľa väčším stepperom.

• Väčšie kolesá poskytujú voľný priestor pre batérie.
• Hrubší podvozok poskytuje silu pri zvýšenej hmotnosti.
• Väčšie koliesko zodpovedajúce zvýšenej výške paluby.
• Modulárny pre ľahké testovanie a prispôsobenie.

Tu sú kúsky, ktoré budete potrebovať. Všetky súbory sú uložené na

• 1 kus., Podvozok
• 1 kus., Horná vzpera
• 2 ea., Koleso
• 1 kus., Sud
• 1 kus., Držiak serva

Krok 3: Zostava podvozku, časť 1

• Začnite vložením matíc M3 do podpier podvozku. Môžu byť vtlačené alebo vtiahnuté pomocou skrutky M3.
• Namontujte steppery pomocou skrutiek M3 tak, aby elektrické konektory smerovali k zadnému (kratšiemu) koncu.
• Namontujte držiaky batérie pomocou skrutiek s plochou hlavou.

Krok 4: Zostava podvozku, časť 2

• Namontujte hlaveň, horný diel a servo spolu so skrutkami a maticami M3.
• Kombinovaný horný diel namontujte na krokery pomocou skrutiek M3.
• Vložte oceľové ložisko do držiaka kolieska a v prípade potreby ho zohrejte sušičom vlasov, aby sa zmäkol.
• Koliesko namontujte na telo pomocou skrutiek M3.

Krok 5: Zostava kolesa

• Získanie nábojov na uchopenie hriadeľa je problém, pretože hriadele sú 5 mm a náboj (ktorý tvrdí, že je na 5 mm) je v skutočnosti 6 mm. Použitie dostatočného krútiaceho momentu na upínacie skrutky ich pravdepodobne vytrhne, a tak som na zatvorenie tolerancie najskôr použil pár zverákov.
• Po úprave tolerancie nasuňte náboj na krokový hriadeľ a utiahnite upínacie skrutky.
• Umiestnite 3D koleso na náboj, vložte veľkú skrutku a utiahnite.
• Umiestnite O-krúžok na náboj.
• Zaistite, aby sa koleso otáčalo bez chvenia. V prípade potreby upravte.

Krok 6: Zapojenie

Odstráňme silu z cesty, aby sme mohli otestovať steppery. Potrebujeme:

• Krokový štít vyžaduje na chod stepperov napätie 8 až 35 V.
• Steppery sú dimenzované na 3,4 V, ale zvyčajne sú poháňané 12 V.
• Bluno (Arduino) má odporúčané vstupné napätie 7 - 12 V alebo môže byť napájané priamo z 5 V USB.

Články lítiovej batérie majú menovité napätie 3,7 V. Ak dáme tri do série, dostaneme 3 x 3,7 V = 11,1 V a zhruba 3 x 3 000 mAh = 9 000 mAh. Bluno pravdepodobne čerpá iba 20 mA, takže väčšina odtoku bude pochádzať zo stepperov, ktoré môžu v závislosti od zaťaženia čerpať až zosilňovač alebo viac. To by nám malo poskytnúť hodiny prevádzky.

Na testovanie môžete do štítu dodať 12V regulovaný do štítu a 5V USB. Môže byť jednoduchšie jednoducho zapojiť batérie do oboch súčasne.

• Držiaky batérie spájkujte súbežne podľa výkresu.
• Namontujte Arduino pomocou závitových skrutiek č. 2.
• Umiestnite štít motora na vrch Arduina

• Odizolujte zachránené káble 2,1 mm x 5 mm a stočte ich spolu s káblami batérie:

  Biely prúžok je pozitívny, stočený s červeným káblom batérie

• Vložte červený vodič do VCC a čierny vodič do GND na kryte motora.

Krok 7: Krokovanie steppera

Trochu som mal problém zozbierať dostatok informácií na spustenie, takže dúfajme, že to pomôže ďalším. Kľúčový dokument, ktorý potrebujete, je na

Pripojte krokové vodiče a napájací zdroj k svojmu štítu:

• 2B modrá
• 2A červená
• 1A čierna
• 1B Grenn

Poskytnutý ukážkový náčrt sa mi osvedčil, ale nie je príliš poučný. Aby sme ušetrili energiu, budeme musieť ovládať rýchlosť a otáčanie, ako aj uvoľniť krokové motory, ak sa nepoužívajú.

Našiel som upravený príklad z https://bildr.org/2011/06/easydriver/, ktorý má pomocné funkcie. Poháňa iba jeden stepper, ale dodá vám istotu, že sme na dobrej ceste. Sofistikovanejší kód napíšeme neskôr.

Krok 8: Servo

Servo slúži na zdvíhanie a spúšťanie pera na kreslenie.

• Položte rameno na náboj a jemne ním otáčajte proti smeru hodinových ručičiek, aby ste sa naň pozerali nadol, až kým sa nedostane na doraz.
• Odstráňte rameno a umiestnite ho smerom doľava (toto bude dolná poloha).
• Vložte malú závitotvornú skrutku a utiahnite.
• Posuňte servo do držiaka koncom náboja nahor a pripevnite pomocou dvoch väčších skrutiek vytvárajúcich závit.

Krok 9: Kalibrácia

Vzhľadom na odchýlky v montáži a zarovnaní musí byť robot kalibrovaný tak, aby sa mohol pohybovať v presných vzdialenostiach a uhloch.

• Zmerajte priemer kolesa od vonkajších okrajov gumového o-krúžku.
• Zmerajte rázvor kolies od stredu o-krúžkov v spodnej časti robota (kde sa bude dotýkať podlahy).
• Stiahnite si priložený náčrt kalibrácie
• Zadajte svoje namerané parametre.
• Nahrajte skicu..

Pripravte si pero:

• Odstráňte viečko a vysuňte obojok pera zo strany hrotu.
• Vložte pero do držiaka so servo ramenom priamo hore.
• Zaistite, aby sa pero v tejto polohe nedotýkalo papiera.
• Ak sa pero v hriadeli viaže, použite pilník na odstránenie drsnosti a zväčšenie priemeru otvoru.

Nakreslite štvorec:

• Posuňte vypínač do polohy „Zapnuté“.
• Počkajte niekoľko sekúnd, kým sa spustí bootloader.
• Potom, čo robot dokončí svoj prvý štvorec, vyberte pero a vypnite robota.

Najprv nastavte parameter wheel_dia. Zmerajte dĺžku strany štvorca. Mala by byť 100 mm:

• Ak je nameraná vzdialenosť príliš dlhá, zväčšite priemer kolesa.
• Ak je nameraná vzdialenosť príliš krátka, zmenšite priemer kolesa.

Po kalibrácii vzdialenosti upravte parameter rozchod kolies, ktorý ovplyvňuje uhol zákruty. Položte robota na nový list papiera, zapnite ho a nechajte nakresliť všetky štyri štvorce:

• Ak sa robot otáča príliš ostro (box sa otáča v smere hodinových ručičiek), znížte hodnotu rozchodu kolies.
• Ak sa robot neotáča dostatočne ostro (box sa otáča proti smeru hodinových ručičiek), zvýšte hodnotu rozchodu kolies.
• Vzhľadom na chyby zaokrúhľovania v krokovom kóde a sklopné prevody lacných stepperov to nikdy nedosiahnete perfektne, takže na to nevynakladajte príliš veľa úsilia.

Krok 10: Kreslenie

Čas na kreslenie! Stiahnite si priložené náčrty, aby ste mohli začať.

Krok 11: Čo teraz? Osnovy

Funguje to a kreslí pekné štvorčeky. Teraz začína zábava.

Tu je pár zdrojov na učenie grafiky korytnačiek.

• https://blockly-games.appspot.com/ (blokové programovanie)
• TinyTurtle Tutorial (JavaScript)
• Kód s Annou a Elsou z Hodiny kódu

Tiež som zaslal návod na používanie korytnačieho robota, tieto online zdroje s Turtle Robotom. Vo všeobecnosti je možné ľubovoľný kód JavaScript korytnačky vložiť a spustiť v kalibračnom náčrte. Môžete najskôr otestovať výstup online na počítači a potom ho nahrať do svojej korytnačky, aby ste ho čerpali v reálnom živote!

Pre študentov je niekoľko nápadov na projekty:

• Naprogramujte svojho robota, aby napísal vaše meno!
• Navrhnite a 3D vytlačte menovku v TinkerCad zo šablóny. Môžete ho pripevniť pod servomotor.
• Dodajte svojmu robotovi osobnosť horúcim lepidlom a blingom. (Kolesá a oči nechajte bez prekážok).
• Zo skici OSTR_eyes navrhnite a otestujte algoritmus na navigáciu v miestnosti. Čo robiť, keď jedno oko niečo zistí. Obe oči? Mohli by ste začleniť funkciu random () Arduina.
• Postavte bludisko na veľkom hárku papiera na podlahe a naprogramujte svojho robota, aby sa v ňom pohyboval.
• Postavte bludisko so stenami a navrhnite algoritmus na automatickú navigáciu.
• Tlačidlo medzi diódami LED ešte nebolo použité a je pripojené k kolíku Arduino „A3“. Na čo by sa to dalo použiť? Na začiatku ním zapnite a vypnite LED diódu.
• Ak ste neurobili sekciu Vyšetrovanie v kroku „Firmware (FW): Testovanie a blikanie“, vráťte sa a vyskúšajte to.

Krok 12: Ale počkajte, je toho viac

Ak dávate pozor, všimli ste si, že hlaveň je hranatá. Nejakou zvláštnou kozmickou náhodou má pastelová výtvarná krieda rovnakú šírku ako priemer značiek Crayola. Stačí nám spôsob, ako na kriedu vyvinúť dostatočný tlak, a sme chodnícky umelec.

Budete potrebovať:

• 3D tlačený sud a baran (https://www.thingiverse.com/thing:2976527)

• Krieda, buď pastelová hranatá výtvarná krieda, alebo malá okrúhla krieda (nie tučné veci z chodníka).

  https://a.co/6B3SzS5

3/4 "podložky pre hmotnosť

Kroky:

• Vytlačte dva priložené súbory.
• Vyberte servo a držiak serva.
• Pripojte štvorcový podávač.
• Nabrúste kriedu do blízkeho bodu.
• Vložte kriedu do suda.
• Umiestnite barana do suda.
• Položte závažie podložky na baran.