DIY viacúčelová základňa robota a štít motora: 21 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Ahoj všetci, nedávno som začal pracovať na projektoch robotiky pomocou Arduina. Nemal som však vhodný základ, na ktorom by som pracoval, konečný výsledok nevyzeral najlepšie a jediné, čo som mohol vidieť, sú všetky moje súčiastky zapletené do drôtov. Riešenie problémov s akoukoľvek chybou trvalo ako večnosť a zapojenie vecí znova a znova bolo niekedy frustrujúce. Rozhodol som sa teda vyrobiť viacúčelový robot spolu s vodičom motora, na ktorý by som bez problémov mohol pripevniť ďalšie svoje súčiastky a pri akýchkoľvek úpravách ho ľahko zmontovať a rozobrať.

Ak ste začiatočník a chcete začať s robotikou alebo dokonca plánujete prototypovať väčší robotický projekt najskôr v malom, prototypová základňa sa vám bude vždy hodiť.

Tento návod pokrýva celý proces prípravy akrylovej základne, pridávania motorov, kolies a tiež výroby štítu motora pre domácich majstrov výrobou obojstrannej dosky plošných spojov doma. Na konci bude základný projekt, ktorý skontroluje, či je všetko vykonané správne, a poskytne približnú predstavu o tom, čo môžete so svojim robotom robiť. Po zostavení si potom môžete vyskúšať niektoré zo základných robotov, ako sú tieto:

1. Jednoduchý diaľkovo ovládaný robot (káblový)
2. Riadiaci robot
3. Robot vyhýbajúci sa prekážkam
4. Bluetooth riadený robot
5. Bezdrôtový diaľkovo ovládaný robot (pomocou RF vysielača a prijímača / IR diaľkového ovládača)

Toto je môj prvý pokyn, takže mi odpustite všetky chyby a konštruktívna kritika je vítaná.

Krok 1: Zhromaždite svoje nástroje a materiály

Pretože je to dvojdielna konštrukcia 1. Podvozok a 2. Motorový štít je zoznam nástrojov a dielov rozdelený na dve časti.

Pre podvozok:

Náradie:

• Prístup k laserovej rezačke (môžete ju nájsť v blízkom okolí výrobcu alebo online vyhľadať miestnych poskytovateľov služieb rezania laserom)
• Skrutkovač
• Drôtová rezačka
• Spájkovačka + drôt

Diely:

• 3 mm akrylová fólia (ľubovoľná farba podľa vášho výberu)
• Prevodové motory (100 až 200 ot / min) x 2
• Kolesá x 2
• Koliesko x1
• Matice a skrutky M3 x 10 mm x 20 (alebo viac, ak niečo stratíte)
• 6-článkový držiak batérie AA x 1 (nie je potrebný, ak používate batériu 12 V alebo akumulátor typu Li-Po)
• Servomotor x 1 (voliteľné)
• Matice a skrutky M2 x 25 mm x (na upevnenie motorov)
• Prepínač x 1
• Izolovaný vodič (na pripojenie)

Pre štít motora:

Náradie:

• Spájkovačka + drôt
• Žehlička
• Mini vŕtačka alebo ručná vŕtačka
• Gumové rukavice na ruky
• Kovový drh
• Malá plastová nádoba
• Multimetr (na testovanie)
• Trvalý fix

Potrebné chemikálie:

• FeCl3 prášok ALEBO roztok
• Acetón alebo riedidlo (môže použiť aj odstraňovač laku na nechty)

Diely:

• Obojstranná medená doska
• Lesklý papier alebo fotografický papier
• 16 -pinová zásuvka IC x 2
• 14 -pinová zásuvka IC x 2
• Integrovaný obvod ovládača motora L293D x 2
• 74HC04 NIE je integrovaný obvod brány x1
• Elektrolytické kondenzátory: 100uf, 10uf, 47uf (každý X 1)
• 0,1 uF keramický kondenzátor x 2
• 7805 regulátor napätia IC x 1
• Zásuvkový pásik dlhý kolík X 1
• Krátky kolík x1 hlavičkového pásika
• Zástrčný pásik X 1
• Skrutkové svorkovnice (2 -kolíkové rozteče 3,5 mm) x 6
• LED x 1
• Rezistor (220 ohmov až 330 ohmov bude stačiť) x 1

Krok 2: Podvozok

Na montáž motorov, kolies, senzorov atď. Pre nášho robota potrebujeme podvozok, ktorý udrží všetky veci na svojom mieste a bude hlavným telesom robota. Namiesto toho, aby som si jeden kúpil, rozhodol som sa, že si vyrobím sám, na ktorý sa dajú jednoducho namontovať požadované diely a v prípade potreby ho upraviť. Použil som akryl, aby mal profesionálny vzhľad.

Pred kreslením podvozku na počítač som použil pero a papier a nakreslil som hrubý náčrt so všetkými mierami a rozmermi. Bolo to prvýkrát, čo som pracoval s akrylom, takže som bol trochu zmätený z parametrov a dizajnu, ale po niekoľkých pokusoch a odkazovaní na inštrukcie zverejnené „oomlout“to už nebola náročná úloha.

Konečný návrh bol vyrobený v Inkscape a odoslaný na rezanie laserom.

Teraz musíte stiahnuť súbory a exportovať ich vo formáte požadovanom poskytovateľom služieb a nechať ich rezať laserom. Súbor ''.svg "je pre Inkscape a".cdr "pre kreslenie Corel.

Odkaz na stiahnutie pre InkScape:

Ak chcete stiahnuť súbory:

Krok 3: Začnime montáž

Zhromaždite laserom rezané diely a vyššie uvedené nástroje a materiály.

Krok 4: Najprv si pripravte motory

Na to, aby sa robot rozhýbal, potrebujeme nejaký pohon. Ako akčné členy použijeme prevodové jednosmerné motory.

K motorom spájkujte vodiče dvoch rôznych farieb (každý s dĺžkou približne 5 až 6 palcov). Ak chcete skontrolovať polaritu, zapojte vodiče k batérii a skontrolujte točenie. Ak sa motory otáčajú v opačných smeroch, vymeňte drôty.

Krok 5: Čas na „maticu“a „skrutkovanie“všetkého

Začnite upevnením bočných dosiek k spodnej základňovej doske ich umiestnením do drážok. Vložte maticu do drážky T a zasuňte skrutku z otvoru v spodnej doske a pripevnite ju skrutkovačom. Dbajte na to, aby ste neuťahovali príliš pevne, pretože v opačnom prípade môžete rozbiť akrylát. Skontrolujte orientáciu platničiek (strana motora nadol, ako je znázornené).

Potom pripevnite motory, koliesko, prednú dosku, držiak batérie a nakoniec hornú dosku

Ak chcete umiestniť veľký servomotor, môžete ho priamo zaskrutkovať do daného otvoru alebo na montáž mikro servomotora najskôr pripevniť dosku pre servo a potom servomotor

Pripojte kolesá k motorom

Prepínač spojte s batériou podľa obrázku a zaskrutkujte na miesto

Nakoniec zaskrutkujte arduino/ arduino mega ALEBO Raspberry pi

A ste hotoví !!

Krok 6: Motorový štít/ obvod ovládača motora

Motory sú akčné členy robota, ktoré na svoju prevádzku vyžadujú viac energie, ktorú náš mikrokontrolér nemôže poskytnúť, takže zapojenie priamo k nemu ju určite opraží. Na to, aby sme motorom dodávali energiu a riadili ich smer a rýchlosť, potrebujeme H-mostík. Čo je to mostík H a ako funguje? Myslím, že toto video odpovie na vašu otázku: Video (Video nie je moje)

Ak veríte v to, že robíte všetko sami, potom by ste mohli zvážiť výrobu okruhu vodiča motora namiesto kúpy hotového. Pretože používam dosku Arduino, rozhodol som sa, že namiesto oddeľovacej dosky vyrobím štít motora.

Výhodou štítu oproti odlamovacej doske je, že sa ľahko zasunie na hornú stranu dosky Arduino, čo ušetrí miesto a zapojenie vecí do neho bude jednoduchšie a nevznikne tak žiadny neporiadok.

Na výrobu štítu som vyrobil obojstrannú dosku plošných spojov (PCB), pretože jedna vrstva PCB nestačila na vykonanie všetkých spojení. Na výrobu DPS som použil metódu 'Toner transfer'.

Ak neviete, ako vyrobiť dosku s plošnými spojmi, potom sa nebojte, budem sa zaoberať všetkými krokmi k jej výrobe.

Krok 7: Vytvorenie návrhu obvodovej dosky

Predtým, ako si vyrobíte vlastnú dosku s plošnými spojmi, musíte navrhnúť rozloženie dosky s plošnými spojmi. Rozloženie môžete navrhnúť pomocou slušného softvéru na navrhovanie DPS. Nasledujúce sú pre mňa najlepším softvérom na navrhovanie DPS.

• Autodesk EAGLE
• Fritzovanie

Na výrobu krytu motora stačí stiahnuť súbory v nasledujúcich krokoch a postupovať podľa pokynov.

Krok 8: Tlač rozloženia dosky plošných spojov

Pretože vyrábame obojstranné DPS, budeme potrebovať dve vrstvy 1. Horná vrstva 2. Spodná vrstva.

Stiahnite si súbory PDF a vytlačte ich samostatne na akýkoľvek lesklý papier (postačí aj časopisový papier) pomocou laserovej tlačiarne.

Atramentové tlačiarne nebudú fungovať, pretože atrament je rozpustný vo vode, takže nebude prenášať atrament na dosku plošných spojov.

Tipy:

• Pred tlačou nastavte tlačiareň na vysoké rozlíšenie
• Pred tlačou vyberte možnosť skutočnej veľkosti

Prečo na výrobu plošných spojov potrebujeme papier a atrament?

Ako už bolo spomenuté, metóda použitá na zostavenie sa nazýva prenos tonera.

Ako to funguje:

1. Najprv vytlačte rozloženie dosky na lesklý papier pomocou laserovej tlačiarne.
2. Toner použitý v tlačiarni nie je nič iné ako plast, ktorý sa roztaví a prilepí na papier.
3. Teraz preneste toner na dosku potiahnutú meďou pomocou železa, tj. Roztopíte toner znova a prilepí sa na meď.
4. Atrament slúži ako ochranná vrstva na prekrytie medenej časti, ktorá by sa nemala leptať.
5. Pretože riešenie pre leptanie funguje iba s kovom, a nie s atramentom, prenášate atrament na medenú stranu dosky plošných spojov tak, aby sa určitý vzor na doske plošných spojov vyleptal a atramentová časť nie.

Krok 9: Odstrihnite a vyčistite medený plášť

• Vezmite svoj plošný spoj a označte na ňom body, nakreslite čiary a orežte ho. Na rezanie môžete použiť pílu Dremel alebo pílu.
• Po vyrezaní dosku očistite mydlom a kovovou práčkou, kým doska nevyzerá pekne a lesklo.

Čistením dosky sa z nej odstráni oxidová vrstva, špina a mastnota a odhalí sa čerstvá vrstva medi, na ktorú sa toner môže pevne prilepiť.

Krok 10: Prenos tonera na dosku

1. Vezmite ľubovoľnú vrstvu (spodné alebo horné zrkadlo) výtlačku a položte ju na medený plášť potlačenou stranou nadol.
2. Zarovnajte dosku a tlač. Pomocou žehličky na bielizeň vyžehlite vytlačené rozloženie DPS na dosku.
3. Žehlenie vytlačeného rozloženia prenáša atrament z papiera na dosku plošných spojov.

Tipy:

• Žehličku nastavte na najvyššiu teplotu (pre hrubý papier) alebo na strednú teplotu
• Na zaistenie konštantného tepla položte žehličku na dosku a vyvíjajte na ňu mierny tlak asi 1 až 2 minúty.
• Jemne presuňte žehličku na papier asi 2-3 minúty.
• Zaistite, aby v rohoch a po stranách pôsobilo dostatočné teplo

Celý proces by mal trvať približne 5 - 6 minút (môže byť viac alebo menej v závislosti od hrúbky papiera a teploty).

Krok 11: Odstránenie papiera z tabule

Po tepelnom spracovaní namočte dosku do nádoby s trochou vody z vodovodu asi na 5-7 minút. Počkajte, kým sa papier na doske nerozmočí, potom ho jemne votrite, aby sa atrament neodstránil, zatiaľ čo papier z neho triete. doska.

Krok 12: Druhá vrstva

Teraz je čas urobiť druhú vrstvu. Pretože ide o obojstranný PCB, horná vrstva a spodná vrstva by mali byť dokonale zarovnané, inak by boli výsledky nežiaduce. Na spojenie dvoch vrstiev sa použijú priechodky.

Výrobcovia PCB majú stroje, ktoré dokážu presne zarovnať dve vrstvy. Ako však môžeme takú presnú prácu vykonávať doma? Preto som prišiel na trik, ktorý môže tento problém vyriešiť. Pri zarovnávaní dvoch vrstiev postupujte nasledovne:

1. Vyvŕtajte otvory v rohoch dosky plošných spojov pomocou prvej vrstvy ako referencie.
2. Vytvorte výtlačok druhej vrstvy a urobte otvory na rovnakom mieste, ako pre predchádzajúcu vrstvu.
3. Zarovnajte dosku a tlač tak, aby svetlo prešlo všetkými otvormi.
4. Boky zalepte lepiacou páskou a urobte rovnaké tepelné spracovanie. Dosku namočte do vody a odstráňte papier

Krok 13: Oprava stôp

Niekedy sa toner nepresunie správne na dosku, čo vedie k neúplným spojeniam.

Ak chcete tento problém vyriešiť, vezmite špicatú trvalú značku a nakreslite neúplné stopy.

Krok 14: Leptanie dosky

Existujú rôzne druhy leptaných roztokov, ale najbežnejším je chlorid železitý. Môžete ho dostať v práškovej forme alebo ako roztok.

Na prípravu riešenia:

1. Vezmite plastovú nádobu s trochou vody. (asi 1,5 šálky).
2. Pridajte k nej 2-3 polievkové lyžice FeCl3 a dobre premiešajte. (do vody vždy za mierneho miešania pridajte kyselinu)

Pri práci s chemikáliami noste rukavice a buďte v dobre vetranom priestore.

Dosku umiestnite do roztoku asi na 20 - 30 minút. Po asi 20 - 30 minútach ho vyberte z nádoby a nechajte ho dlhší čas vyleptať oblasť chránenú atramentom, takže ju vyberte, keď bude hotová.

Po leptaní dosku opláchnite vodou.

Krok 15: Vyberte toner

Na odstránenie tonera môžete použiť acetón alebo riedidlo (pomôže aj odstraňovač laku na nechty). Vezmite si mier bavlny alebo vlhkej handričky a dobre ju namočte riedidlom/acetónom. Zotrite toner a dosku očistite vodou.

A máte svoj domáci nápoj „Obojstranná doska plošných spojov“.

Krok 16: Vŕtanie dier

Vyvŕtajte otvory pomocou mini vertikálnej vŕtačky alebo ručnej vŕtačky.

Na vŕtanie otvorov pre skrutkové svorky a regulátor napätia použite 1 mm vrták a pre ostatné otvory 0,8 mm vrták

Po vŕtaní vyčistite prach.

Krok 17: Je čas na spájkovanie

Pred spájkovaním si uschovajte odtlačok rozloženia, aby ste si ho mohli prečítať a oboznámiť sa s umiestnením dielov. Začnite spájkovaním priechodiek vedením drôtu cez otvory a spájkou na oboch stranách, odstrihnite prebytočný drôt. Pred spájkovaním použite ostatné diely multimetra a skontrolujte kontinuitu stôp hornej a spodnej vrstvy a po spájkovaní tiež skontrolujte prípadné skraty. “

Spájkujte zvyšok častí. Nezabudnite skontrolovať polaritu a umiestnenie komponentov.

Krok 18: Skontrolujte obvod

Pred umiestnením integrovaných obvodov do zásuviek a zapnutím obvodu sa uistite, že nedošlo k skratu a skontrolujte napätie na príslušných kolíkoch. Ak je všetko v poriadku, umiestnite integrované obvody a zapojte obvod.

Krok 19: Inštalácia a testovanie ovládača motora

Štít pohodlne zapadne na vrchnú dosku Arduino a obvod je skontrolovaný, takže jeho napájanie nebude žiadny problém.

Pred testovaním sa pozrime na štruktúru a vlastnosti krytu motora.

Štruktúra a vlastnosti:

• Na ovládanie štyroch motorov používa dva integrované obvody mostíka L293D H-bridge.
• IO invertora 74HC04 na zníženie počtu pinov použitých na ovládanie mostíkov h.
• Samostatná lišta +5V a GND.
• Kolíky na montáž 4 servomotorov so samostatnou výkonovou lištou
• Prepnite na resetovanie dosky
• Počet zostávajúcich digitálnych pinov aj po ovládaní 4 motorov: 6 (z toho 2 ako PWM)

Testovanie obvodu:

Pripojte dva motory k výstupu skrutkových svoriek M1 a M2, pripojte napájaciu prepojku a napájajte obvod pomocou napájania jednosmerným prúdom 9-12 V (polaritu a zapojenie nájdete na obrázku). Po nahraní náčrtu TEST na arduino dosku zapojte kryt motora a zapnite napájanie.

Na testovanie druhého ovládača motora pripojte motory k M3 a M4 a nahraďte čísla pinov v kóde týmito

• VľavoEN = 3
• LeftPin = 2
• VpravoEN = 5
• RightPin = 6

Krok 20: Poďme to rozhýbať

Je načase oživiť svoju robotu !

Teraz máte nainštalovaného robota so všetkými potrebnými komponentmi. Urobme si pomocou neho jednoduchý projekt, aby ste získali predstavu o tom, ako rýchlo dokážete prototypovať čokoľvek za pár minút bez akýchkoľvek problémov a neporiadku.

Na začiatku bude najlepšie použiť robot, ktorý sa vyhýba prekážkam. Tak to teda zvládneme.

Potrebné diely:

1. Ultrazvukový snímač HC -SR04
2. Mikromotor (ak nie je nainštalovaný)
3. Niektoré drôty

Pripojenia:

• Pripojte pin Vcc a GND senzora k +5V a GND
• Na arduino pripojte kolík spúšte k A1 a pin Echo k A2
• Umiestnite prepojku J5 na štít a pripojte servo k kolíku 10 na lište serva (pozri obrázok)
• Namontujte snímač na servo

Nahrajte nižšie uvedený náčrt na svoju dosku arduino a sledujte, ako sa váš robot vyhýba prekážkam.

Takže ste urobili jednoduchého autonómneho robota za pár minút.

Krok 21: Koniec

Hotovo !!

Užite si hranie so svojim robotom a robte s ním zábavné projekty. K dispozícii je množstvo senzorov a vývojových dosiek, ktoré sa ľahko používajú a rozumejú, využite ich na to, aby sa pohybovali tak, ako chcete.

A ak ste v robotike nováčik, odporučím vám vyskúšať si niekoľko základných projektov uvedených v úvodnej časti.

To je pre tento návod k dispozícii. Dúfam, že vás to zaujalo.

Ak máte akékoľvek pochybnosti/otázky týkajúce sa stavby, pokojne sa pýtajte. Dakujem za sledovanie:)