Arduino Powered Painting Robot: 11 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Fusion 360 -prosjekter »

Har du noen gang lurt på om en robot kan lage fascinerende malerier og kunst? I dette prosjektet prøver jeg å gjøre det til en realitet med en Arduino Powered Painting Robot. Målet er at roboten skal kunne lage malerier alene og bruke et referansebilde som en guide for å replikere et kunstverk. Jeg brukte kraften i CAD og digital fabrikasjon til å lage et robust chassis som jeg monterte en arm på som kunne dyppe penselen i en av de 7 malingsbeholderne og tegne på lerretet.

Roboten er laget med vanlige deler som trinnmotorer og servomotorer, og den er designet for å fungere med alle typer maling.

Følg med for å lage din egen Arduino Powered Painting Robot, og avgi stemme på dette prosjektet i "Paint Challenge" hvis du likte prosjektet og bestemte deg for å bygge din egen versjon.

Trinn 1: Oversikt over designet

Designet til maleroboten er inspirert av strukturen til en Roomba rengjøringsrobot. Den består av to hovedsystemer:

• Drivsystemet som består av to trinnmotorer festet til hjul og passive seilfly. Dette gjør at roboten kan bevege seg i alle retninger langs lerretet.
• Børstesystemet som består av en tredje trinnmotor som plasserer børsten over malingsbeholdere og en servomotor som dypper penselen i malingen.

Roboten kan bære opptil 7 forskjellige farger samtidig. Designet ble opprinnelig laget på Autodesks Fusion 360. Delene ble deretter eksportert til passende formater for å laserskjære eller 3D-skrive ut.

Utformingen av robotens chassis er laget med tanke på skalerbarhet med flere monteringspunkter og moduldeler. Dette gjør at det samme chassiset kan brukes til forskjellige andre applikasjoner. I denne sammenhengen brukes chassiset til å lage fantastiske kunstverk ved hjelp av maling.

Trinn 2: Materialer som trengs

Her er listen over alle komponentene og delene som kreves for å lage din helt egen Arduino Powered Painting Robot. Alle deler skal være allment tilgjengelige og enkle å finne i lokale maskinvarebutikker eller online.

ELEKTRONIKK:

• Arduino Uno x 1
• Towerpro MG995 servomotor x 1
• NEMA17 Trinnmotor x 3
• CNC -skjold V3 x 1
• 11,1 V LiPo -batteri x 1

MASKIN:

• M4 muttere og bolter
• M3 muttere og bolter
• Hjul (7 cm dia x 2)
• 3D -skriverfilament (hvis du ikke eier en 3D -skriver, bør det være en 3D -skriver i et lokalt arbeidsområde, eller utskriftene kan gjøres på nettet for ganske billig)
• Akrylark (3 mm)
• Maling
• Pensel

VERKTØY:

• 3D -skriver
• Laserskjærer

Ekskludert verktøyene er den totale kostnaden for dette prosjektet omtrent 60 dollar.

Trinn 3: Digitalt produserte deler

De fleste delene som kreves for dette prosjektet er tilpasset i henhold til kravene, derfor bestemte jeg meg for å bruke kraften til digitalt produserte deler. Delene ble opprinnelig bygget på Fusion 360, og deretter ble CAD-modellene brukt til å laserskjære eller 3D-skrive ut delene. Utskriftene ble laget med 40% fylling, 2 omkretser, 0,4 mm dyse og en laghøyde på 0,1 mm ved bruk av PLA. Noen av delene krever støtter siden de har en kompleks form med overheng, men støttene er lett tilgjengelige og kan fjernes ved hjelp av noen kuttere. Du kan velge fargen du ønsker for filamentet. De laserskårne bitene ble kuttet ut av 3 mm klar akryl.

Nedenfor finner du den komplette listen over deler sammen med designfilene.

Merk: Herfra vil delene bli referert til ved å bruke navnene i listen nedenfor.

3D -trykte deler:

• Stepper Bracket x 2
• Lag mellomrom x 4
• Armkontakt x 1
• Passiv seilfly x 2
• Malingspallholder x 2
• Malingspall x 2

Laserskårne deler:

• Bunnpanel x 1
• Toppanel x 1
• Penselarm x 1

Totalt er det 13 3D-trykte deler og 3 laserskårne deler. Tiden som kreves for å produsere alle delene er omtrent 12 timer.

Trinn 4: Bygg chassis og drivsystem (bunnlag)

Når alle delene er produsert, kan du begynne å montere det nederste laget av malingsroboten. Dette laget er ansvarlig for drivsystemet og inneholder også elektronikken. Begynn med å montere 2 trinnmotorer på to trinnbraketter med de medfølgende skruene. Deretter brukte du 8 x M4 muttere og bolter for å feste de to trinnbrakettene på bunnplaten. Når stepperne er montert, kan du feste de to hjulene til akslene til trinnmotorene. Du kan også montere Arduino på plass ved å bruke M3 muttere og bolter og noen avstander for å gjøre Arduino lett tilgjengelig. Når Arduino er festet, monterer du CNC -skjoldet på Arduino. Det er to hull foran og bak på roboten. Før de passive seilflyene gjennom hullene og lim dem på plass. Disse brikkene forhindrer at robotens kropp skraper langs overflaten av lerretet.

Du kan også montere de to bakre avstandsstykkene med M4 muttere og bolter.

Merk: Ikke fest de to fremre enda, siden du til slutt må fjerne dem.

Trinn 5: Montering av malingholderen (topplag)

Når drivsystemet er bygget, kan du begynne å montere det øverste laget som holder malearmen som beveger penselen og dypper penselen i de forskjellige malingsbeholderne. Begynn med å feste de to malingspallholderdelene. Sporet langs innsiden av delen er i samsvar med de to avstandsstykkene i frontlaget. Den kombinerte delen er festet med to muttere og bolter til topp- og bunnlaget. Stykket er ytterligere forsterket med fire ekstra sett med muttere med bolter til toppanelet.

Malingspallene festes deretter til bunnen av malingspallholderdelene med to muttere og bolter på hver side.

Skyv topplaten på plass og bruk ytterligere to muttere og bolter for å feste avstandsstykkene på det bakre laget til toppanelet. Monter den svingbare trinnmotoren til midten av toppanelet ved hjelp av de medfølgende boltene med akselen pekende mot toppen. Med dette er robotens chassis bygget, og vi kan begynne å montere malearmen.

Trinn 6: Bygg malerarmen og penselenheten

For å bygge malearmen, begynn med å feste armkontakten til den laserskårne børstearmen ved hjelp av 4 muttere og bolter. Deretter monterer du servomotoren i den andre enden ved å bruke ytterligere 4 muttere og bolter. Sørg for at akselen til servomotoren er mot motsatt ende av armkontakten. Skyv armkontakten inn i den øverste trinnmotorakselen.

Bruk servoets lange horn og fest penselen med gummibånd eller glidelåser. Jeg vil anbefale å bruke gummibånd siden det gir børstenheten en viss samsvar som er nødvendig for at systemet skal fungere godt. Sørg for at børsten er festet slik at når hornet er koblet til servoen, glir børsten knapt langs overflaten av gulvet eller papiret.

Med dette er maskinvaren til malingsroboten komplett, og du kan begynne ledningene og programmeringen.

Trinn 7: Elektronikk og kretser

Elektronikken til dette prosjektet er ganske grei, det er forklart i tabellen nedenfor:

• Venstre hjul stepper til X -aksen port av CNC skjold
• Høyre hjul stepper til Y -aksen port av CNC skjold
• Svingbar stepper til Z -aksen på CNC -skjold
• Servomotorsignal til spindelaktiveringsstift på CNC -skjold
• Servomotor 5v til +5v på CNC -skjold
• Servomotor GND til GND på CNC -skjerm

Med dette er kretsen for dette prosjektet fullført. Batteriet kan kobles til strømterminalene på CNC -skjoldet med en vippebryter i serie for å slå på og av roboten.

Trinn 8: Litt om teorien

Når det gjelder å plassere et punkt på et 2D -rutenett, er den vanligste og enkleste måten å gjøre dette på å oppgi punktets kartesiske koordinater. Dette gjøres ved å spesifisere en tupel, generelt (x, y) hvor x er x -koordinaten eller avstanden mellom projeksjonen av punktet på x -aksen til opprinnelsen og y er y -koordinaten til punktet eller avstanden mellom projeksjonen av punktet på y -aksen til opprinnelsen. På denne måten kan ethvert komplekst bilde eller skjema beskrives ved hjelp av en sekvens av punkter, slik at når du "kobler sammen prikkene" dannes bildet. Dette er en praktisk måte å beskrive posisjonen til et punkt med hensyn til en opprinnelse. Imidlertid ble et annet system brukt for dette prosjektet.

Et punkt på et 2D -rutenett kan også beskrives ved bruk av polare koordinater. I denne metoden beskrives posisjonen til et punkt ved hjelp av en annen tupel, vanligvis betegnet som (theta, r) hvor theta er vinkelen mellom x -aksen og den halve linjen som forbinder opprinnelsen og punktet og r er avstanden mellom opprinnelse og poeng.

Formelen for å konvertere fra det ene til det andre finnes i det vedlagte bildet. Det er ikke nødvendig å forstå formlene fullt ut, selv om det å kjenne dem hjelper.

Trinn 9: Programmering av Arduino

Programmet er laget ved hjelp av en objektorientert teknikk som gjør programmet enkelt å bruke. Begynn med å lage et robotobjekt hvis parametere er lerrets bredder og høyder (mål disse med en linjal eller målebånd i centimeter og erstatt verdiene i linje 4 i paintRobot.ino -skriptet). De objektorienterte programmeringsteknikkene gir rom for videre utvikling.

Du får deretter 3 enkle funksjoner:

1. gotoXY tar en kartesisk koordinat og flytter roboten til den posisjonen. (F.eks. Robot.otoXY (100, 150))
2. brushControl tar en boolsk verdi: false løfter penselen av lerretet mens true plasserer penselen på lerretet. (F.eks. Robot.brushControl (true))
3. pickPaint tar et heltall -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4 som får roboten til å dyppe penselen i den tilsvarende malingsbeholderen. (F.eks. Robot.pickPaint (3))

Programmet vedlagt nedenfor får roboten til å flytte til tilfeldige posisjoner og velge tilfeldige farger som til slutt skaper et vakkert og unikt kunstverk. Selv om dette enkelt kan endres for å få roboten til å tegne alt du har lyst til.

Merk: Når koden er lastet opp, må du kanskje flytte servohornet som er koblet til børsten. Når s

Trinn 10: Legge til malingen

Når maskinvaren, elektronikken og programmeringen er fullført, kan du endelig legge til noen maling i de enkelte malingsbeholderne. Jeg vil anbefale å fortynne malingen litt for å gjøre maleriet jevnere.

Tilsett litt vanlig vann på den høyre pallens ytterste beholder. Roboten vil bruke dette vannet til å rengjøre penselen før du bytter farger.

For å begynne et maleri plasserer du roboten i nedre venstre hjørne av lerretet slik at den vender langs den nedre kanten og starter roboten og lener deg tilbake og ser på hvordan kunstverket sakte kommer til liv.

Trinn 11: Endelige resultater

Med det nåværende programmet utfører roboten tilfeldige bevegelser på lerretet som produserer unike og vakre malerier. Selv om roboten med noen modifikasjoner kan gjøres til å utføre spesifikke malerier ved hjelp av et referansebilde. Det nåværende systemet gir et robust grunnlag for utvikling. Chassiset til roboten er også designet på en modulær måte med flere standardiserte festepunkter, slik at roboten enkelt kan konverteres for et behov du trenger.

Håper du likte denne Instructable, og at den har inspirert deg til å bygge din egen malingsrobot.

Hvis du likte prosjektet, støtt det ved å droppe en stemme i "Paint Challenge".

Happy Making!

Storpris i Paint Challenge