Sweepy: Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 krokov (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

Autor: Evan Guan, Terence Lo a Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Úvod a motivácia

Čistič ateliérov Sweepy bol navrhnutý v reakcii na chaotické podmienky architektonického štúdia, ktoré tu zanechali barbarskí študenti. Ste unavení z toho, aké chaotické je štúdio počas recenzií? No nehovor viac. Pri Sweepy stačí len nastaviť a zabudnúť. Studio bude novinkou po celom svete rýchlejšie, ako je potrebné na dokončenie jedného modelu projektu.

Sweepy si je vedomý seba samého a vďaka dvom ultrazvukovým senzorom, ktoré vám oznámia, že sa má obrátiť, keď sa priblíži k stene, zmetie všetky odpadky a útržky podľa želania vášho srdca. Potrebujete, aby Sweepy tvrdšie pracoval? Žiadny problém, len na to zakričte. Sweepy neustále počúva svoje prostredie vďaka zvukovému senzoru. Dosiahnutie určitej prahovej hodnoty hluku spôsobí, že Sweepy prejde do rozzúreného režimu, pričom bude na krátky čas zametať a pohybovať sa rýchlejšie.

Štúdio bez Sweepy je neporiadok.

‏‏‎ ‎

Diely, materiály a nástroje

Väčšinu dielov v tomto zozname nájdete v štartovacej súprave projektu ELEGOO UNO R3. Ostatné diely je možné zakúpiť v spoločnosti Creatron Inc. alebo v iných elektronických obchodoch.

‏‏‎ ‎

Komponenty

x1 Riadiaca doska ELEGOO UNO R3

x1 Prototypový rozširujúci modul

x1 Ultrazvukový senzor (HC-SR04)

x1 Modul zvukového senzora (KY-038)

x2 Motory DC N20 (ROBOT-011394)

x1 Mikro servomotor 9G (SG90)

x1 LCD modul (1602A)

x1 9V batéria

x2 gumové kolesá 60 x 8 mm (UWHLL-601421)

x1 bezplatné koliesko (výška 64 mm)

x1 Zametacia kefa (výška držadla 12 mm)

x2 NPN tranzistory (PN2222)

x3 rezistory (220Ω)

x2 diódy (1N4007)

x1 Potenciometer (10K)

x15 Prepojovacie vodiče pre chlebové dosky

x26 Dupontové drôty žena-muž

‏‏‎ ‎

Materiály

x1 3mm preglejka (veľkosť laserového lôžka 18 "x 32")

x6 skrutky M3 (YSCRE-300016)

x4 matice M3 (YSNUT-300000)

x6 skrutky M2,5 (YSCRE-251404)

x6 matíc M2,5 (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Nástroje

Sada skrutkovačov

Horúca lepiaca pištoľ

‏‏‎ ‎

Zariadenie

Počítač

3D tlačiareň

Laserová rezačka

‏‏‎ ‎

Softvér

Arduino IDE

Krok 1: Pochopenie logiky

Obvod

Riadiaca doska ELEGOO UNO R3 bude slúžiť ako „mozog“robota, do ktorého sa kód nahrá a spracuje. Na vrch pripevnite rozširovaciu dosku prototypu a malú dosku. Na komunikáciu so senzormi a akčnými členmi budú komponenty prepojené pomocou nepájivej dosky a vodičov.

Vyššie je zahrnutý diagram obvodov potrebných na to, aby bol Sweepy šťastný. Zvláštnu pozornosť venujte vstupu a výstupu vodičov. Pomáha sledovať vodič pohľadom na jeho farbu. Nesprávne pripojenie môže spôsobiť, že Sweepy nebude správne fungovať alebo v horšom prípade poškodí vašu elektroniku skratom.

‏‏‎ ‎

Programovanie

Nižšie je uvedený kód potrebný na spustenie programu Sweepy. Otvorte súbor v Arduino IDE a nahrajte ho na dosku ovládača ELEGOO UNO R3. Ak to chcete urobiť, musíte prepojiť dosku ovládača s počítačom pomocou kábla USB. V rozbaľovacej ponuke Nástroje a Port skontrolujte, či je vybratý správny port. Nezabudnite nahrať kód pred stavbou Sweepy, aby ste nemuseli zapojiť kábel USB, keď ste v 3D tlačenom kryte.

Neodporúča sa meniť premenné v kóde, pokiaľ nemáte skúsenosti alebo neviete, čo robíte.

Krok 2: Zhromaždenie všetkých dielov, materiálov a nástrojov

Na začiatku projektu zozbierajte všetky diely, materiály a nástroje uvedené v zozname vyššie. Ako už bolo spomenuté, väčšinu dielov v zozname nájdete v štartovacej súprave ELEGOO UNO R3, ako aj v Creatron Inc. alebo v iných elektronických obchodoch.

Dôrazne sa odporúča začať s 3D tlačou čo najskôr, pretože dokončenie procesu môže trvať niekoľko hodín. Odporúčané nastavenia sú: výška vrstvy 0,16 mm, 20% výplň a hrúbka steny 1,2 mm s okrajmi a podperami. Súbor 3D tlače je priložený nižšie.

Rezanie laserom môže tiež trvať dosť dlho, preto začnite včas. Laserom rezaný pilník obsahuje aj vrstvu na leptanie sprievodcu, ktorý zaisťuje, že je správny komponent namontovaný na správnom mieste. Nezabudnite dvakrát skontrolovať, čo sa práve kosí a leptá, a náležite zmeňte nastavenia výkonu a rýchlosti. Laserový rezací súbor je tiež priložený nižšie.

Aj keď sme pre nášho robota použili preglejku, neváhajte použiť akýkoľvek materiál, ktorý sa vám páči, napríklad akryl, pokiaľ je hrúbka asi 3 mm.

Krok 3: Zaistenie základnej dosky

Po obvode základnej dosky naneste lepidlo a pripevnite ho k spodnej časti puzdra 3D vytlačeného. Zarovnajte obidve časti tak opatrne, ako je to možné, a zároveň dbajte na to, aby laserom leptaný vodiaci lept smeroval nahor.

Krok 4: Montáž komponentov základnej dosky

Akonáhle je základová doska dostatočne zaistená, môžeme začať spájať prvé kolo elektronických súčiastok. To zahŕňa jednosmerné motory s kolesami, servomotor, LCD obrazovku a batériu. Laserová rezačka leptaného sprievodcu je súčasťou základnej dosky, aby bolo zaistené správne umiestnenie komponentov pre vaše pohodlie. Na uľahčenie zapojenia obvodov by mali byť komponenty zaistené už zapojenými príslušnými vodičmi.

Kolesá by sa mali zasunúť do dvoch štrbín na oboch stranách tak, aby bol jednosmerný motor obrátený dovnútra. Zaistite to priloženými bielymi svorkami pomocou dvoch skrutiek a matíc pre každú z nich (M2,5).

Servomotor by mal byť tiež zaistený rovnakými skrutkami a maticami (M2,5), pričom dbajte na to, aby sa na prednej strane robota vysunul biely prevod zo spodnej časti. To bude podporovať pohyb zametania kefy.

Obrazovka LCD by sa mala zasunúť do predného vrecka puzdra kolíkmi nadol. Zaistite to niekoľkými kvapkami horúceho lepidla v každom rohu.

Nakoniec by sa batéria mala zasunúť do zadného vrecka puzdra vypínačom smerom von do výrezu otvoru. To umožňuje zapnutie a vypnutie robota.

Krok 5: Zaistenie podpernej dosky

Ďalej je čas zabezpečiť „mozog“Sweepyho. Pomocou štyroch skrutiek a matíc (M3) namontujte riadiacu dosku UNO R3 a rozširujúci modul prototypu na hornú časť nosnej dosky. Toto by slúžilo ako druhé poschodie bývania. Predtým by už mal byť IDE kód Arduino nahraný na dosku a pripravený na použitie.

Zasuňte podpernú dosku zhora do puzdra, kým nebude spočívať na troch rímsach integrovaných v puzdre 3D tlače, aby sa zaistila správna výška. Zaistite túto dosku dvoma skrutkami (M3) cez otvory na oboch koncoch.

Prevlečte vodiče z komponentov na základnej doske hore a cez otvory na nosnej doske. Drôty obrazovky LCD a servomotora by mali prevliecť predný otvor, zatiaľ čo vodiče motora DC by mali prevliecť bočné otvory. Vodiče akumulátora môžu prechádzať ľubovoľným otvorom podľa potreby.

Krok 6: Montáž konečných elektronických komponentov

Pomocou horúceho lepidla pripevnite dva ultrazvukové senzory k prednej časti krytu pomocou modulov spúšte a ozveny, ktoré vyčnievajú von z otvorov alebo „očí“. Kolíky na jednom senzore by mali smerovať nahor a druhé nadol, ako to naznačuje otvor na nosnej doske. To má zaistiť, aby boli moduly ozveny a spúšťača v puzdre symetrické pri odosielaní a prijímaní signálov.

Nakoniec naneste horúce lepidlo na zadnú stranu zvukového senzora a pripevnite ho k otvoru na vnútornej strane krytu. Horná časť mikrofónu by mala byť v jednej rovine s hornou hranou krytu, aby bolo možné nasadiť kryt Sweepy. Mikrofón by sa vyrovnal s otvorom na uzávere, ako uvidíte neskôr.

Krok 7: Drôty, drôty a ďalšie drôty

Ďalší krok je pravdepodobne najťažšou, ale najdôležitejšou súčasťou zabezpečenia toho, aby sa Sweepy mal dobre a šťastne: obvody. Podľa Fritzingovho diagramu v hornej časti tohto návodu ako vodítka pripojte všetky vodiče od komponentov k prototypovému rozširovaciemu modulu.

Pred zapojením napájacieho kábla do dosky sa uistite, že je vypínač na batérii vypnutý. Pretože kód by už mal byť nahraný na dosku, Sweepy by nedokázal udržať svoje nadšenie z čistenia a začať pracovať v okamihu, keď dostane energiu, aj keď stále pracujete na vodičoch.

Venujte zvláštnu pozornosť vstupom a výstupom každého vodiča. Pomáha použiť farbu drôtu, aby ho sledoval po jeho ceste.

Krok 8: Pridanie pohyblivých častí

Teraz je čas na zadné koleso a zametaciu kefu Sweepy.

Zadné koleso by malo byť koliesko, ktoré sa môže voľne otáčať. Zhora nadol by mala mať výšku približne 6,4 cm, ale tolerancia môže byť veľkorysá v závislosti od toho, akú veľkú silu smerom dole chcete na kefu vyvinúť. Pripojte ho pod nosnú dosku cez otvor v základnej doske.

Zametacia kefa je tiež veľkorysá v tolerancii, ale rukoväť by mala sedieť približne 1,2 cm od zeme. Rukoväť by mala byť tiež približne 10 cm dlhá, aby sa predišlo nárazu na kryt, keď sa bude pohybovať dozadu a na štvrtom mieste. Zaistite to pomocou lepidla na upevnenie bielej páky, ktoré je súčasťou servomotora.

Krok 9: Vypnutie všetkého

Na dokončenie vlastného Sweepy musíte urobiť jeho čiapku. Prilepte okraj viečka pod kryciu dosku s otvorom. Zaistite, aby bol otvor zarovnaný s mikrofónom zvukového senzora. Nakoniec prilepte uzáver na vrch Sweepy a zarovnajte predné okraje s prednou časťou krytu.

Zapnite napájanie zozadu a sledujte, ako si Sweepy plní svoje sny o tom, aby sa štúdio stalo čistejším miestom pre každého.

Krok 10: Výsledky a reflexia

Napriek rozsiahlemu plánovaniu dizajnu sa stávajú chyby, ale je to v poriadku: je to súčasť procesu učenia sa. A pre nás to nebolo inak.

Jednou z našich najväčších výziev bolo navrhnúť Sweepyho kryt tak, aby zahŕňal všetky potrebné komponenty. To znamenalo precízne zmerať rozmery všetkých komponentov, naplánovať trasy drôtov, zaistiť štrukturálnu integritu atď. Skončili sme s 3D tlačou a laserovým rezaním dvoch iterácií Sweepyho krytu, pričom druhá bola konečnou verziou na základe toho, čo sme sa naučili z prvého iterácia.

Jednou z veľkých prekážok, s ktorými sme sa stretli, sú obmedzené možnosti ultrazvukového senzora: nepokrýval dostatočne veľkú plochu a Sweepy občas narazil na stenu, keď sa približoval pod uhlom. To sa vyriešilo začlenením druhého ultrazvukového senzora na efektívne zväčšenie oblasti účinku.

Pôvodne sme sa tiež rozhodli pre servomotor na ovládanie otáčania, ale nebol taký účinný a štrukturálne dobrý, ako sme dúfali. Výsledkom bolo, že sme vymenili zadné koleso za voľné koliesko a zodpovednosť za otáčanie na dve kolesá vodiča sme preniesli prostredníctvom diferenciálneho otáčania (jedno koleso by sa kvôli simulácii otáčania pohybovalo pomalšie než druhé). Aj keď to znamenalo zásadné zmeny v kóde, efektívne to zjednodušilo náš celkový návrh, pričom sme z rovnice vyňali menej ako jeden servomotor.

‏‏‎ ‎

Iterácie budúcnosti

Vždy je čo zlepšovať. V budúcnosti je jednou zmenou dizajnu nášho projektu zváženie údržby Sweepy a prístupnosť jeho vnútorných prvkov. Zaznamenali sme viacero problémov vrátane porúch motora a vybitých batérií, kvôli ktorým sme museli Sweepyho rozobrať, aby sme odpojili súčiastky, čo bolo veľmi neintuitívne. V budúcnosti by sme navrhli kryt s ovládateľnými otvormi, ktoré umožnia prístup k jeho komponentom, ako je napríklad batéria.

Zvažujeme tiež použitie tlakového senzora vpredu na detekciu, keď Sweepy narazí na povrch, pretože sme zistili, že ultrazvukový senzor je niekedy nespoľahlivý, najmä keď sa približujete pod strmým uhlom. Tým, že bude mať Sweepy mechanický senzor, bude dôslednejší v rozhodovaní, kedy a kedy neotočiť.

Aj keď Sweepy funguje dobre v malých miestnostiach, vo väčších priestoroch môže byť menej účinný. Dôvodom je, že Sweepy je naprogramovaný tak, aby sa otáčal vždy, keď detekuje povrch pred sebou, ale inak bude pokračovať v priamej línii, kým nie je Zem zničená. V budúcnosti môže byť vhodné predprogramovať nastavenú dráhu čistenia pre Sweepy, aby zostala v medziach, namiesto aby sa navždy túlala.

‏‏‎ ‎

Referencie a kredity

Tento projekt bol vytvorený ako súčasť kurzu Physical Computing (ARC385) na Danielovom fakulte programu architektúry, krajiny a dizajnu na UofT.

‏‏‎ ‎

Členovia tímu

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Inšpirovaný

• Robotický vysávač Roomba
• Wipy: Príliš motivovaný čistič na tabuľu
• Chaotické podmienky štúdiového priestoru