Ардуиноға үйлесімді арзан робот: 15 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Ескерту: Менде бұл роботтың жаңа нұсқасы бар, ол баспа тақтасын пайдаланады, құрастыруы жеңілірек және ИҚ кедергілерді анықтайды! Оны https://bit.ly/OSTurtle сайтынан қараңыз

Мен бұл жобаны ChickTech.org үшін жасөспірім әйелдерге STEM тақырыптарымен таныстыру үшін 10 сағаттық семинарға әзірледім. Бұл жобаның мақсаттары:

• Құру оңай.
• Бағдарламалау оңай.
• Қызықты нәрсе жасады.
• Қатысушылар оны үйге жеткізіп, оқуды жалғастыра алатындай арзан.

Осы мақсаттарды ескере отырып, мұнда дизайнның бірнеше таңдауы болды:

• Бағдарламалаудың қарапайымдылығы үшін Arduino үйлесімді.
• 4xAA батарея қуаты бағасы мен қол жетімділігі үшін.
• Дәл қозғалыс үшін қадамдық қозғалтқыштар.
• Реттеуді жеңілдету үшін 3D басып шығарылған.
• Қызықты нәтиже алу үшін тасбақа графикасымен қалам салу.
• Ашық көзі - сіз оны өзіңіз жасай аласыз!

Міне мен жасағым келген нәрсеге ең жақын келген робот: https://mirobot.io. Менде лазерлік кескіш жоқ және Англиядан жеткізілімге тыйым салынған. Менде 3D принтер бар, сондықтан сіз оның қайда бара жатқанын көре аласыз деп ойлаймын…

3D принтердің болмауы сізге кедергі жасамаңыз. Сізге көмектесуге дайын жергілікті әуесқойларды https://www.3dhubs.com/ сайтынан табуға болады.

Бұл жоба Creative Commons лицензиясына ие және басқалардың конструкциясына негізделген 3D бөліктерін пайдаланады (келесі бөлімде көрсетілгендей), олардың ішінде ең шектеулісі-коммерциялық емес дөңгелек. Бұл дегеніміз, бұл жоба коммерциялық емес болуы керек. Бұл жігіт болмаңыз.

1 -қадам: бөлшектер

Роботтарды басқарудың, басқарудың және басқарудың бірнеше әдістері бар. Сізде жұмыс істейтін әр түрлі бөліктер болуы мүмкін, бірақ мен жақсы жұмыс істеуге тырыстым:

Электроника:

• 1- *Adafruit Pro Trinket 3V- adafruit.com/products/2010

  • CC BY-SA лицензиясы бойынша жабдық
  • Бағдарламалық қамтамасыз ету (жүктеуші) GPL лицензиясы бойынша
• 2- редукторлы 5В қадамдық- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Дарлингтон драйвері - adafruit.com/products/970
• 1- Жартылай өлшемді тақта- adafruit.com/products/64
• 16- Еркек-еркек секірушілер- adafruit.com/products/759
• 1- Микро серво- adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT сырғытпасы - adafruit.com/product/805 немесе www.digikey.com/product-detail/kz/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Еркек түйреуіш тақырыбы- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA ұстаушысы- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB микро кабелі
• 4- АА батареялары

*Ескерту: Кәдімгі Arduino немесе Raspberry Pi тақталарын қолдану туралы талқылау үшін соңғы қадамды қараңыз.

Жабдық:

• 2- 1 7/8 «ID x 1/8» O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- дөңгелегі 5/8 дюймдік подшипник- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- М3 х 8мм табаның басы бұранда- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- М3 х 6мм тегіс бұранда- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- М3 гайка- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D-басып шығарылған бөлшектер (егер принтерге қол жеткізе алмасаңыз, www.3dhubs.com қараңыз):

• 1 x шарикті дөңгелегі - thingiverse.com/thing:1052674 (onebytegone жұмысына негізделген, CC BY -SA 3.0)
• 1 x шасси - thingiverse.com/thing:1053269 (түпнұсқа туындысы Maker Box, CC BY -SA 3.0)
• 2 x Wheels - thingiverse.com/thing:862438 (Марк Бенсонның жұмысына негізделген, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x қадамдық кронштейн - thingiverse.com/thing:1053267 (jbeale, CC BY -SA 3.0 жұмысына негізделген)
• 1 х қалам ұстағыш / серво кронштейні - thingiverse.com/thing:1052725 (түпнұсқа туындысы Maker Box, CC BY -SA 3.0)
• 1 х қалам қалам - thingiverse.com/thing:1053273 (түпнұсқа туындысы Maker Box, CC BY -SA 3.0)

* Ескерту: CC BY-NC-коммерциялық емес лицензия

Құралдар мен жабдықтар:

• Филлипс бұрағыш
• Ыстық желім қаруы
• Сандық мультиметр
• Өткір пышақ
• Крайола түсті маркерлер

2 -қадам: микробағдарламаны жарқылдатыңыз

Құрылысқа кіріспес бұрын, микроконтроллерге тестілік микробағдарламаны жүктеуге рұқсат етіңіз. Тексеру бағдарламасы жәшіктерге арналған, сондықтан біз олардың дұрыс бағыты мен өлшемін тексере аламыз.

Trinket Pro -мен сөйлесу үшін сізге қажет:

1. Драйвер https://learn.adafruit.com/introducing-pro-trinket… сайтынан
2. Arduino бағдарламалық жасақтамасы

Леди Ада мен Адафрут командасы жоғарыда көрсетілген сілтемелерде мен бере алатыннан әлдеқайда жақсы нұсқаулықтар құрды. Егер сіз кептеліп қалсаңыз, оларды қолданыңыз.

Ескертпе: Trinket -ті қарапайым Arduino -дан айырмашылығы - эскизді жүктемес бұрын тақтаны қалпына келтіру керек.

3 -қадам: Қалам ұстағыш пен батарея ұстағыштары

1. Қалам ұстағышты шассидің қысқа жағына сервистік кронштейнмен орнатыңыз (1 -сурет).
2. Гайкаларды корпустың жоғарғы жағына салыңыз (2 -сурет)
3. Батарея ұстағыштарын шассидің төменгі жағына 3Mx6 мм жалпақ бұрандалармен бекітіңіз (3 және 4-суреттер).
4. Батарея сымдарын тіктөртбұрышты кабель арқылы өткізіңіз (4 және 5 -сурет).
5. Басқа батарея ұстағыш үшін қайталаңыз.

Ескертпе: егер көрсетілмесе, бұрандалардың қалған бөлігі 3Mx8мм табанға арналған бұрандалар болып табылады.

4 -қадам: дөңгелектер

1. Дөңгелекті қадамдық білікке сәйкестендіруді тексеріңіз (1 -сурет).

   1. Егер ол тым тығыз болса, доңғалақ торабын шаш кептіргішпен немесе ыстық пистолетпен жылытуға болады, содан кейін білікті салыңыз.
   2. Егер ол тым бос болса, оны 3Mx8 мм бұранда көмегімен біліктің жазықтығына бекітуге болады (2 -сурет).
   3. Егер сіз перфекционист болсаңыз, принтерді калибрлеп, оны дәл алуға болады.
2. О-сақинаны дөңгелектің шетіне қойыңыз (3 және 4-сурет).
3. Басқа дөңгелекті қайталаңыз.

5 -қадам: Stepper Backets

1. Гайканы қадамдық кронштейнге салыңыз және оларды шассидің жоғарғы жағына бұрандамен бекітіңіз (1 -сурет).
2. Қадамды кронштейнге салыңыз және бұрандалар мен гайкалармен бекітіңіз.
3. Басқа жақша үшін қайталаңыз.

6 -қадам: құю

1. Шарикті мойынтіректі дөңгелекке салыңыз.

   Оны мәжбүрлемеңіз, әйтпесе ол бұзылады. Қажет болса, материалды жұмсарту үшін шаш кептіргішті немесе ыстық пистолетті қолданыңыз

2. Батарея ұстағышының алдындағы шассидің төменгі жағына дөңгелекті бекітіңіз.

7 -қадам: Нан тақтасы

1. Астыңғы желімді кесіп өткір пышақпен қуат рельстерінің бірін алыңыз (1 -сурет).
2. Нан тақтасын шасси рельстерінің үстінен ұстап, олардың шетінен қиылысатын жерін белгілеңіз (2 -сурет).
3. Тікелей жиекті қолданып (алынатын электр рельсі сияқты) сызықтарды белгілеп, астарды кесіңіз (3 -сурет).
4. Нан тақтасын рельстер ашық желімге тиіп, шассидің үстіне қойыңыз (4 -сурет).

8 -қадам: қуат

1. Нан тақтасына микроконтроллерді, дарлингтон драйверін және қуат қосқышын қосыңыз (1 -сурет).

   • Мен келесілерді көрсету үшін қызғылт сары нүктелерді қостым:

     • Дарлингтон жүргізушісінің 1 -пині.
     • Микротроллердің батарея түйреуі.
     • Қуат қосқышы «қосулы» күйде.

2. Оң жақ батареямен:

   1. Қызыл сызықты қуат қосқышының бірінші істігіне қосыңыз (2 -сурет).
   2. Қара сымды микроконтроллер мен дарлингтон чипі арасындағы бос жолға қосыңыз (2 -сурет).

3. Батареяның сол жағындағы сымдармен:

   1. Қызыл сызықты басқа батареяның қара сымымен бір қатарға қосыңыз (3 -сурет).
   2. Қара сызықты нан тақтасының теріс рельсіне қосыңыз (3 -сурет).

4. Қуатты микроконтроллерге қосыңыз:

   1. Позитивті рельстен аккумулятордың түйреуішіне дейінгі қызыл секіргіш (қызғылт сары нүкте, 4 -сурет).
   2. Теріс рельстен «G» белгіленген түйреуішке дейінгі қара секіргіш (4 -сурет).
5. Батареяларды орнатып, қуатты қосыңыз. Сіз контроллердің жасыл және қызыл шамдарының жанғанын көруіңіз керек (5 -сурет).

Ақаулықтарды жою: Егер микроконтроллер шамдары жанбаса, дереу қуатты өшіріп, ақаулықтарды жойыңыз:

1. Батареялар дұрыс бағытта орнатылған ба?
2. Батарея сымдарының орналасуын екі рет тексеріңіз.
3. Өткізгіштердің орналасуын екі рет тексеретін қосқыш.
4. Батареялардың кернеуін тексеру үшін мультиметрді қолданыңыз.
5. Электр рельсінің кернеуін тексеру үшін көп метрді қолданыңыз.

9 -қадам: Тақырыптар мен сервистік сымдар

Еркек тақырыптық түйреуіштер 5-істік JST конвекторларын қуат пен дарлингтон драйверіне қосуға мүмкіндік береді (1-сурет):

1. Алғашқы 5 істікшелі тақырып дарлингтон жүргізушісінің алдында бір қатардан басталады.
2. Екінші серво тақырыбы дарлингтон жүргізушісінің соңына сәйкес келуі керек.

Электр сымдары күрделі болмай тұрып, серво сымын қосуға рұқсат етіңіз:

1. Нан тақтасының алдыңғы бөлігінің оң жақ шетіндегі серво үшін 3 істікшелі тақырыпты қосыңыз (2-сурет).
2. Қуат жолының оң жағына орталық түйреуіштен қызыл секіргішті қосыңыз.
3. Сыртқы түйреуіштен қара немесе қоңыр түсті секіргішті электр рельсінің теріс жағына қосыңыз.
4. Ішкі түйреуіштен микроконтроллердің 8 түйреуішіне түрлі түсті секіргішті қосыңыз.
5. Серво мүйізін білікпен сағат тілі бойынша толық күйге орнатыңыз және қол оң жақ дөңгелекке созылады (3-сурет)
6. Сервоны бұранда көмегімен қалам ұстағышқа орнатыңыз (3 -сурет).
7. Түстерді реттейтін серво коннекторын қосыңыз (4 -сурет).

10 -қадам: Қадамдық басқару

Дарлингтон драйвері мен сатыларына қуат беру уақыты, олар тікелей батареядан шығарылады:

1. Қара немесе қоңыр түсті секіргішті төменгі оң жақ дарлингтон түйреуішінен қуат жолының теріс жағына жалғаңыз (1 -сурет).
2. Дарлингтонның жоғарғы оң жақ шетінен қызыл секіргішті электр рельсінің оң жағына жалғаңыз.
3. Жоғарғы сол жақ түйреуіштен қызыл секіргішті қуат жолының оң жағына жалғаңыз (2 -сурет).
4. Сол жақ қадамдық қосқышты сол жақ түйреуіштің жоғарғы жағына қызыл сыммен жалғаңыз (3 -сурет).
5. Оң жақ қадамдық қосқышты сол жақтағы оқылатын сыммен оң жақ түйреуіштің жоғарғы жағына қосыңыз.

Ескертпе: Қадамдық қосқыштың қызыл сымы - бұл қуат және ол тақтаның қызыл сымдарына сәйкес келуі керек.

11 -қадам: Қадамды басқару (жалғасы)

Енді біз қадамдық сигнал сымдарын микроконтроллерден Дарлингтон драйверінің кіріс жағына қосамыз:

1. Микроконтроллердің 6 түйреуішінен бастап, сол жақ қадамдық қозғалтқыштың төрт басқару секіргіштерінің сымдарын қосыңыз (1 -сурет).
2. Бұл секіргіштерді дарлингтонның оң жағындағы сәйкестендіріңіз. Жасылдан басқа барлық түстер сәйкес келуі керек, ол қызғыштың қызғылт сымына сәйкес келеді (2 -сурет).
3. Микроконтроллердің 13 -ші түйреуішінен бастап, дұрыс қадамдық қозғалтқыштың төрт басқару секіргіштерінің сымдарын қосыңыз (Сурет (3).
4. Бұл секіргіштерді дарлингтонның сол жағындағы кіріс жағына сәйкестендіріңіз. Жасылдан басқа барлық түстер сәйкес келуі керек, ол қызғылт сымға сәйкес келеді (3 -сурет).

12 -қадам: тестілеу және калибрлеу

Сіз микробағдарламаны 2 -қадамда жүктеп алдыңыз деп үміттенеміз. Егер жоқ болса, қазір жасаңыз.

Сынақ микробағдарламасы шаршыны бірнеше рет салады, осылайша біз бағыт пен дәлдікті тексере аламыз.

1. Роботты тегіс, тегіс, ашық жерге қойыңыз.
2. Қуатты қосыңыз.
3. Роботтың төртбұрыш салғанын бақылаңыз.

Егер сіз микроконтроллерде шамдарды көрмесеңіз, 8 -қадамдағыдай кері қайтып, қуатты өшіріңіз.

Егер сіздің робот қозғалмаса, 9 -қадамда Дарлингтон драйверінің қуат қосылымын екі рет тексеріңіз.

Егер сіздің робот тұрақсыз қозғалса, 10 -қадамда микроконтроллер мен дарлингтон драйверінің түйреуіш қосылымын екі рет тексеріңіз.

Егер сіздің робот шамамен шаршыда қозғалса, онда қағазды қойып, оған қалам қою уақыты келді (1 -сурет).

Сіздің калибрлеу нүктелері:

float wheel_dia = 66,25; // мм (ұлғаю = спираль шығу)

өзгермелі доңғалақ базасы = 112; // мм (ұлғайту = спираль) int steps_rev = 128; // 128 редуктор үшін 128, 64x редуктор үшін 512

Мен дөңгелектің диаметрі 65 мм -ден бастадым, сіз қораптардың ішке қарай айналғанын көресіз (2 -сурет).

Мен диаметрін 67 -ге дейін көтердім, және сіз оның сыртқа қарай айналғанын көресіз (3 -сурет).

Ақырында мен 66,25 мм мәнге жеттім (4 -сурет). Көруге болады, редуктордың әсерінен әлі де белгілі бір қате бар. Қызықты нәрсе жасауға жеткілікті жақын!

13 -қадам: Қаламды көтеру және төмендету

Біз серво қостық, бірақ онымен ештеңе істемедік. Бұл қаламды көтеруге және түсіруге мүмкіндік береді, сондықтан робот суретсіз қозғала алады.

1. Қаламның жағасын қаламға қойыңыз (1 -сурет).
2. Егер ол бос болса, оны орнына бекітіңіз.
3. Серво тұтқасы төмен түскенде қағазға тиетінін тексеріңіз.
4. Қағазды көтергенде ол тиіп кетпейтінін тексеріңіз (2 -сурет).

Серво бұрыштарын мүйізді алып тастап, оны қайта орналастыру арқылы немесе бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы реттеуге болады:

int PEN_DOWN = 170; // қалам төмен түскенде серво бұрышы

int PEN_UP = 80; // қалам жоғары болған кезде серво бұрышы

Қаламдық командалар:

penup ();

pendown ();

14 -қадам: Көңілді болыңыз

Сіз тым көп қарғыс сөзсіз осы уақытқа дейін жасадыңыз деп үміттенемін. Нұсқауларды жақсарту үшін маған немен күрескеніңізді айтыңыз.

Енді барлауға уақыт келді. Егер сіз тест эскизіне қарасаңыз, мен сізге стандартты «тасбақа» командаларын бергенімді көресіз:

алға (қашықтық); // миллиметр

артқа (қашықтық); сол жақ (бұрыш); // оңға градус (бұрыш); penup (); pendown (); орындалды (); // батареяны үнемдеу үшін қадамды босатыңыз

Бұл командаларды қолдана отырып, сіз қар түйіршіктерін салудан немесе өз атыңызды жазудан бастап кез келген нәрсені жасай аласыз. Егер сізге жұмысты бастау үшін көмек қажет болса, мынаны қараңыз:

• https://code.org/learn
• https://codecombat.com/

15 -қадам: Басқа платформалар

Бұл роботты қарапайым Arduino көмегімен жасауға бола ма? Иә! Мен Trinket -пен бірге бардым, себебі бағасы төмен және өлшемі аз. Егер сіз шассидің ұзындығын арттырсаңыз, онда бір жағына қарапайым Arduino, екінші жағына тақтаны орнатуға болады (1 -сурет). Ол тест-эскизбен түйреуішпен жұмыс істеуі керек, сонымен қатар сіз енді отладтау үшін сериялық консольге кіре аласыз!

Бұл роботты Rasberry Pi көмегімен жасауға бола ма? Иә! Бұл менің бірінші зерттеу жолым болды, себебі мен Python -да бағдарламалауды және оны интернетте басқара алуды қаладым. Жоғарыдағы толық өлшемді Arduino сияқты, сіз Pi -ді бір жағына, ал нан тақтасын екінші жағына орналастырасыз (2 -сурет). Қуат басты мәселе болып қалады, себебі төрт АА оны қысқартпайды. Тұрақты 5В шамасында шамамен 1А ток беруіңіз керек, әйтпесе сіздің WiFi модуліңіз байланысын тоқтатады. Мен A моделінің энергияны тұтынуда әлдеқайда жақсы екенін таптым, бірақ мен сенімді қуатпен қамтамасыз етуді әлі де шешіп жатырмын. Егер сіз түсінсеңіз, маған хабарлаңыз!