Hvordan bygge ProtoBot - en 100% åpen kildekode, super -billig, pedagogisk robot: 29 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

ProtoBot er en 100% åpen kildekode, tilgjengelig, super billig og lett å bygge robot. Alt er åpen kildekode-maskinvare, programvare, veiledninger og læreplaner-som betyr at alle kan få tilgang til alt de trenger for å bygge og bruke roboten.

Det er en fin måte å lære det grunnleggende om lodding, elektroteknikk og programmering.

Denne instruksjonsboken dekker hvordan du bygger en, fra det blanke bordet, komponenter og 3D -trykte stykker, til en ferdig montert (og forhåpentligvis funksjonell!) ProtoBot.

(Hvis du vil lære mer om ProtoBots generelt og/eller The ProtoBot Project, kan du besøke https://theprotobotproject.wordpress.com, eller ProtoBots Github, på

Du kan også finne en PDF -versjon av denne veiledningen på

Trinn 1: Rekvisita: Deler

Når du er klar til å komme i gang, trenger du det. Antall er for 1 robot.

Deler: (Link #1 er eBay, #2 er AliExpress, vanligvis billigere)

• 2 x N20 girmotorer, 300RPM, 12V (lenke, lenke)
• 1 x Arduino Nano (lenke, lenke)
• 2 x plasthjul, 39 mm, 3 mm hull (mye 10: gul lenke, gul lenke, rosa lenke)
• 2 x Taktile grensebrytere (10 stykker lenke)
• 2 x 220 Ohm motstander (100 stykker: lenke, lenke)
• 4 x 10K motstander (100 stykker: lenke, lenke)
• 1 x L293D motordriver (lenke, lenke)
• 2 x TCRT5000L IR -sensor (10 deler: lenke, lenke)
• 7 x DuPont hunn-hunn ledninger (40 stykker: lenke, lenke)
• 1 x 9V batteriklips (10 stykker: lenke, lenke)
• 18 x mannlige toppstifter (200 stykker: lenke, allerede bøyd 90 grader lenke)
• 32 x kvinnelige toppnål (400 stykker: lenke, lenke)

Mengdene gjelder bare for oppføringer der en enkelt vare selges (Arduinos og motorer), siden alt annet er i bulk og du vil ha ekstrautstyr. Når oppføringene overskrider mengden som trengs, er det vanligvis fordi det er billigere å kjøpe i bulk enn enkeltvarer. Jeg klager ikke!

En ting til: Alt kommer fra Kina, og derfor tar frakt normalt en måned, og noen ganger to i ekstreme tilfeller. Imidlertid har jeg aldri hatt noe som ikke dukker opp etter hvert.

Trinn 2: Rekvisita: Deler (resten av dem)

Men vent! Det er mer!

Du trenger fortsatt noen få deler, nemlig 3D -trykte deler, kretskortet, batteriet og "Hook and Loop Fastner" (som for eksempel borrelås) for batteriet.

• Hook and loop fastner (eBay Link, en meter av tingene)
• Batteri (eBay Link, men bare kjøp det i butikken)

3D -trykte deler:

• STL -filer er på
• Når du går til utskrift, endrer du størrelsen på dem til 105% størrelse og endrer utfyllingen til 30%. Ingen støtte er nødvendig, du bestemmer om du trenger en flåte. Antenner kan passe lettere på støtsensorene hvis de skaleres litt større.

Kretskort:

Hvis du vil prøve å etse det selv, fortsett. Alt du trenger er på

Hva jeg gjorde (Den enklere måten, hvis du ikke allerede har tingene):

• Jeg brukte www.pcbway.com, og de lar deg gjøre 5 stykker for $ 5, uten å telle frakt. Når vi lager rundt 20 stykker for STEM -leirer, koster det omtrent $ 24, frakt inkludert.
• Opprett en konto med dem, last opp gerber -filen zip, så får du det forespurte antallet tavler.

Trinn 3: Rekvisita: Verktøy

Nå er dette muligens allerede ting du har, men jeg skal gi lenker her uansett.

Verktøy: (Lenker til Amazon)

• Loddejern ($ 7 på Amazon, men vi har brukt dem i leirer, og jeg er veldig imponert, de overgår de 25 $ Wellers vi har.)
• Loddetinn (kommer med $ 7 jernet, så du trenger det ikke nå, men dette vil vare deg for alltid)
• Helping Hands (Ikke nødvendig, jeg har ikke kjøpt meg noen ennå, men de gjør livet lettere)
• Loddesuger (veldig nyttig når den ikke er tett)
• Messing ullrenser (For å holde jernspissen i god stand)
• Loddejernholder (slik at du ikke ved et uhell legger armen på strykejernet)
• Wire Clippers (du trenger disse)
• Wire Strippers (Du kan klare deg uten, men de gjør livet mye lettere)
• Needle Nose Tang (Ikke absolutt nødvendig, men hyggelig)
• Varm limpistol og lim med høy temperatur (CA -lim eller noe annet kan også fungere)

Den konservative brukeren rister kanskje på hodet ved denne enorme mengden verktøy som skal kjøpes, men husk- Hvert av disse verktøyene, hvis det blir tatt vare på, vil vare i mange år og kan brukes til en rekke ting i tillegg lage små roboter. (Når det er sagt, føler jeg deg!)

Trinn 4: Motor- og støtsensorsamling: Klipp, strip, og tinntråder

La oss komme i gang med ledningene til støtsensorer og motorer. Du må sette opp loddejern og en arbeidsplass for lodding, og du vil kanskje ha en form for ventilasjon. En liten vifte med lav hastighet er fin.

1. Skill 2 sett med 4 ledninger fra kvinnelige til kvinnelige hoppere.
2. Bruk trådkutterne til å kutte dem i midten av hvert sett.
3. Ved å bruke strippene fjerner du omtrent 5 mm eller 1/4 fjerde isolasjon av endene på ledningene.
4. Skill trådendene, og vri deretter de enkelte kobbertrådene for å holde dem ryddige.
5. Tinn hver trådende ved å holde det fortinnede jernet på toppen av tråden mens du påfører ledningen på loddetinnet.

Når du er ferdig, bør du ha 4 sett med 2 ledninger hver, med 2 fortinnede ledninger i den ene enden og 2 hunkontakter i hver ende.

Trinn 5: Motor- og støtsensorsamling: Loddemotorer og sensorer

Behold loddetangen din, for vi er ikke helt ferdige ennå …

1. For hvert sett med ledninger, bøy de fortinnede endene 180 grader fra hverandre.
2. Sett ledningsendene inn i kontaktflikene på motorene og støtsensorene, som vist på bildene.
3. Fest motorene og sensorene på en eller annen måte.
4. Bruk det tinnede jernet ditt til å lodde ledningene til kontaktflikene.

Trinn 6: IR -sensormontering: Klipp, stripe og tinn

Når motorene og støtsensorene er ferdige, er det på tide å gå videre til IR -sensorene.

• Skill et sett med 3 hunn-hunnledninger.
• Skjær dem i to.
• Fjern omtrent 5 mm eller 1/4 tommer isolasjon fra endene.
• Tinn ledningene ved å holde dem på loddetinnet og deretter påføre det fortinnede jernet ditt.

Når du er ferdig, bør du ha 2 sett med 3 ledninger med hunkontaktene i den ene enden og fortinnede trådender i den andre.

Trinn 7: IR -sensormontering: Forbered sensorer

Dette er sannsynligvis den vanskeligste lodding du må gjøre. Ta den tiden du trenger!

1. Bruk klipperen til å kutte av de ekstra ledningene, slik at ca. 5 mm eller 1/4 tommer blir eksponert fra sensorens plasthus.
2. Finn ut retningen til sensoren din basert på bildet.
3. Bøy GND -ledningen for den blå LED -en for å kontakte GND -ledningen til den svarte LED -en.
4. Fest sensorene, og bruk deretter loddejernet ditt til å lage en loddetilkobling mellom GND -lederne du koblet til.

Trinn 8: IR -sensormontering: Loddetråder

Nå er vi klare til å koble ledningene til IR -sensorene.

1. Skill ledningsendene, slik at du har de enkelte ledningene atskilt omtrent 2,5 cm eller 1 tomme.
2. Begynn å lodde ledningene, i rekkefølge, til hver av de tre ledningene fra sensoren.
3. Hvis du bruker maskeringstape som meg, snu sensoren og lodd den andre siden når du er ferdig med den ene siden.

Merk: Siden DuPont -ledningene er tilfeldig farget, er det ikke lett å holde seg til en fargekonvensjon, så jeg vil bare anbefale å holde det konsistent mellom sensorpar. Jeg prøver vanligvis å gjøre dem i rekkefølge, med GND, Sense, og deretter +5V, med den mørkeste endefargen GND.

Trinn 9: Sett sammen batterikabelen

Sist, men ikke minst, må vi lodde batterikabelen sammen.

• Få din siste 2-pinners lengde på mannlige overskrifter, og skyv deretter plastdeleren ned til omtrent midten av pinnene.
• Bøy den ene siden i en 90 graders vinkel med en tang.
• Fest det på en eller annen måte (jeg brukte et stykke skum, og la deretter til maskeringstape for å holde hodene på plass når skummet smeltet).
• Tinn hver pinne, så det blir enkelt å lodde ledningene til.
• Sørg for at polariteten er riktig (rød = +, svart = -), lodd batterikontakten til pinnene.

(Hvis batterikontaktene ikke kommer forhåndsstrimlet og fortinnet, må du gjøre det.)

I ettertid kan det være en god idé å sette et lite stykke varmekrympende slange over skjøten mellom ledningene og toppnålene.

Trinn 10: Ta en pause

Nå som du er ferdig med sensorene og motorene, er det en god idé å ta en pause. Jeg har samlet masse deler til ProtoBots, og jeg trenger fortsatt å ta pauser nå og da.

Mens du tar pausen, kan du gå og benytte sjansen til å rydde opp i alle de små metall- og ledningsisolasjonene på arbeidsområdet. Ta deretter et friskt pust, og få deg en god drink med noe forfriskende.

Når du føler deg tilstrekkelig uthvilt, fortsett gjerne!

Trinn 11: Monter Arduino

La oss fortsette med det, og begynne med å sette Arduino sammen.

• Ta Arduinoen ut av plastposen den kom i
• Finn de to 15-pinners lengder på overskrifter, og sett dem inn, kortsiden opp, i Arduino, som vist.
• Sett arduinoen inn i et brett for å sikre at topptekstene holder seg i riktig vinkel under lodding.
• Begynn i hjørnene, lodd hver pinne til Arduino.

Når du er ferdig, må du se etter lodd som bygger bro mellom to pinner. For å fjerne overflødig loddetinn, bare smelt det i midten med strykejernet ditt, og dra det deretter tilbake fra pinnene. Hvis det ikke fungerer, kan du prøve å suge opp overflødig med loddetinnet ditt.

Du vil legge merke til at jeg ikke loddet settet med 6 pinner. Det er ICSP-pinnene, som brukes til å programmere det uten USB. Vi trenger dem ikke for ProtoBot, men du kan velge å lodde dem inn hvis du ønsker det.

Trinn 12: Monter brettet: Samle deler

Du bør ha alle delene du trenger til brettet, men ta deg tid til å samle dem i de mengdene du trenger.

• 1 x ProtoBotBoard
• 1 x montert Arduino Nano
• 2 x 220 ohm motstander
• 4 x 10K motstander
• 1 x 14 pins lengde på mannlige toppnål
• 2 x 15 pinners lengde på kvinnelige toppstifter
• 1 x 2 pinners lengde på kvinnelige toppstifter
• 1 x L293D motordriverbrikke

For å kutte hunhodene bruker jeg trådklippere og klipper dem på en ekstra pinne. Du må ofre en nål for hvert snitt, men du bør ha mye igjen uansett.

Trinn 13: Monter brettet: Lodde -kvinnelige topptekster

Du kan hoppe over de kvinnelige toppnålene hvis du vil, men det gjør det enkelt å gjenbruke Arduino eller feilsøke hvis noe skulle gå galt.

1. Sett Arduino inn i den kvinnelige toppstiften. (I dette tilfellet bruker vi det bare for å holde dem justert)
2. Sett Arduino/header pin -enheten inn i brettet, og fest den til brettet.
3. Begynn med hjørnepinnene, lodd de kvinnelige toppnålene til brettet.

Trinn 14: Monter brettet: Loddemotordriverbrikke

På tide å lodde motorføreren!

1. Sett motorføreren inn i brettet, med hakket på toppen av brikken på linje med gapet i omrisset på brettet.
2. Fest den med litt maskeringstape.
3. Lodd hver pinne, begynn med de i hjørnet, og fortsett deretter til resten.

Trinn 15: Monter brettet: loddetinn 10K motstander

Når du er ferdig med motorføreren, går vi videre til 10K -motstandene.

1. Finn deg 4 10K motstander. De kan være blå eller solbrune i fargen, men uansett hvilken farge de skal matche i diagrammet.
2. Bøy ledningene på hver motstand i en 90 graders vinkel nedover.
3. Sett hver av de 4 motstandene inn i flekkene merket "10K" på brettet.
4. Bruk maskeringstape for å feste dem til brettet (Eller bare bøy ledningene, men maskeringstape fungerer bedre).
5. Lodd hver og vær forsiktig så du ikke fyller ut de andre hullene rundt dem.
6. Når du er ferdig, klipp av den ekstra ledningen over loddetinnet, og fjern deretter maskeringstapen.

Merk: Jeg har sjelden hatt problemer med dette, men noen ganger kan klipping av ledninger etter lodding bryte spor på brettet, som vanligvis ikke kan repareres. Ha det fint!

Trinn 16: Monter brettet: Lodd de 220 ohm motstandene

La oss gjøre 220 ohm motstander.

1. Som med 10K -motstandene, kan de 220 være solbrune eller blå, bare pass på at de matcher fargebåndene, som vist i diagrammet.
2. Bøy ledningene i 90 grader, og sett dem deretter inn i flekkene merket "220".
3. Fest dem med maskeringstape, eller bøy ledningene.
4. Lodd ledningene inn i brettet.
5. Når du er ferdig, klipper du av ledningene og fjerner deretter maskeringstapen.

Trinn 17: Monter brettet: Sensorhodepinner

La oss gå videre til overskrifter for tilkobling av sensorene.

1. Del opp settet med 14-pins lengder for menn i 4 x 2-pins lengder og 2 x 3-pins lengder.
2. Bruk maskeringstape for å feste topptekstene, kortsiden ned, inn i flekkene på platene merket "BL", "BR" (2-pinners lengder) og "IRR" og "IRL" (3-pinners lengder). Du har to sett med 2-pins lengder igjen, ikke bekymre deg for dem foreløpig.
3. Lodd pinnene på plass fra undersiden av brettet. Jeg gjorde lengden på 2-pins og 3-pins separat, men du kan gjøre dem alle sammen.
4. Fjern maskeringstapen

Trinn 18: Monter brettet: Motorhodepinner

Husker du de to ekstra 2-pins headerlengdene? Vi skal bruke dem til å koble motorene.

1. Bøy den lengre siden av lederne i en 90 graders vinkel med en tang.
2. Sett dem inn i flekkene på brettet merket "MR" og "ML".
3. Fest dem med maskeringstape.
4. Lodd dem på plass, og fjern deretter maskeringstapen.

Trinn 19: Monter brettet: Batterikontakt

Nesten ferdig! Vi trenger bare å legge til batterikontakten.

1. Få din 2-pinners lengde på kvinnelige topptekst, og sett dem inn på stedet på brettet merket "Bat".
2. Fest dem på plass med et stykke maskeringstape.
3. Lodd pinnene inn i brettet, og fjern deretter maskeringstapen.

Trinn 20: Monter brett: Sjekk alt

Før du er ferdig, ta en titt på tavlen, og kontroller at alt er hvordan og hvor det skal være.

Se etter:

• Loddebroer (når loddet er å koble to pinner sammen)
• Ting plassert feil vei, eller på feil sted
• Feil tilkoblede/loddede pinner

Loddebroer er enkle nok å fikse, bare bruk loddetinn og et varmt strykejern for å bli kvitt det ekstra.

Ting som er loddet på feil måte, må av-loddes og settes tilbake på riktig måte. Samme fremgangsmåte som å fjerne broer, bare gjør det med hver pin på det som må fjernes.

Trinn 21: Ta en pause

Nå har du loddet en stund. Det kan være en god idé å ta en pause, få et friskt pust og strekke nakkemuskulaturen.

Mens du holder på, kan du rydde opp i loddetingene og legge fra deg strykejernet, og deretter sette den varme limpistolen ut for å begynne å varme opp.

Trinn 22: Robotmontering: Samle deler

Nå er du klar til å sette sammen ProtoBot!

La oss sørge for at du har delene du trenger.

• 1 x ProtoBotBoard med Arduino Nano satt inn
• 1 x 3D -trykt base
• 2 x 3D -trykte antennedeler
• 4 x 3D -trykte brettstøtter
• 2 x støtsensorer
• 2 x IR -sensorer
• 2 x N20 girmotorer
• 2 x 39MM plasthjul (3 mm diameter inne i hullet)
• 1 x batterikontakt
• 1 x 9V batteri
• 1 sett med krok og løkke Fastner (som borrelås), kuttet til omtrent 9V batteriets lengde

Du trenger også en varm limpistol og lim, helst høy temperatur.

Trinn 23: Robotmontering: Limmotorer

La oss starte med motorene

• Legg en sjenerøs klatt varmt lim i motorfestene.
• Plasser motorene i holderne, med ledningene tilbake fra baksiden av roboten.

Merk: Vær forsiktig så du ikke får varmt lim inn i området som girkassene vil være, de tenner seg og fungerer ikke. Jeg legger vanligvis limen min på endene på motorfestene som er nærmest midten av roboten for å sikre at den ikke beveger seg til endene, der girkassen er.

Trinn 24: Robotmontering: støtsensorer

La oss gjøre støtsensorene nå.

• Sett antennen din på en støtsensor, som vist.
• Når du har fått det på, kan du legge til en klatt varmt lim for å sikre det, hvis du ønsker det.
• Legg klatter med varmt lim på hver støtsensorplattform på basen.
• Trykk støtsensorene på plass, og sørg for at de er på linje med kantene på plattformen.

Merk: Avhengig av hvor godt skriveren din fungerer, kan det være vanskelig å sette på antennen. Bare vær forsiktig så du ikke legger bump -sensorene, eller ødelegger dem. (Det er derfor det hjelper mye å skrive dem litt større)

Trinn 25: Robotmontering: IR -sensorer

EyeR -sensorer! (Hehe, Geddit? Ok, ok, øyet stopper nå)

• Legg en klatt lim på toppen av IR -sensorfestene.
• Bøy ledningene fra IR -sensorene ut av veien, og sett dem deretter inn i festene, slik at toppene stikker litt ut.

Trinn 26: Robotmontering: Fest brettet

La oss feste brettet til roboten nå.

• Forbered de fire kretskortstøttene.
• Legg en klatt varmt lim på hvert hjørne av brettet.
• Fest brettstøttene til hvert hjørne.
• Når du er ferdig, legger du en klatt varmt lim på hver støtte.
• Fest brettet til robotkroppen, med motorføreren og pinnene mot baksiden, og sensortilkoblingstappene foran.

Trinn 27: Robotmontering: Koble til ledninger, legg til hjul

La oss koble alle sensorene og motorene.

• Ta ledningene fra støt- og IR -sensorene, og mat dem opp gjennom hullet i robotbasen.
• Koble den venstre motoren til porten merket "ML"
• Koble den høyre motoren til porten merket "MR"
• Fest hjulene dine til motorene.
• Hvis de er rosa, hadde de et "D" -formet hull som må justeres med den flate flekken på motorakselen.
• Hvis de er gule, kan de fortsette, men du vil sannsynligvis legge til litt lim for å sikre at de ikke bare spinner.
• Koble venstre og høyre støtsensor til sine respektive porter, merket "BL" og "BR". Rekkefølgen på ledningene spiller ingen rolle her.(Vær oppmerksom på at sensoren til høyre ikke kommer til å koble til den riktige porten, fordi antennen faktisk er til venstre.)
• Finn ut hvilke ledninger som er på IR -sensorene dine, basert på diagrammet og hvilke ledninger som er hvor, og koble dem deretter til de riktige pinnene på brettet, merket PWR, IN og GND. (Høyre sensor i "IRR", venstre sensor i "IRL").

Trinn 28: Robotmontering: Fest 9V batteri

Nå fester vi batteriet.

• Skaff krokbøyle (IE, borrelås) og kutt et stykke på hver side omtrent like lenge som batteriet.
• Fest den ene siden til bunnen av basen, der batteriet går.
• Finn ut hvilken måte batteriet vil sitte på, basert på retningen til ledningene som kommer fra batteriledningen, og fest deretter krokfeste (IE, borrelås) slik at det passer riktig. (Se bildene. Det spiller ingen rolle for mye hvis du ikke får det riktig orientert.)
• Før ledningen fra batteriet gjennom hullet i basen.

Trinn 29: Ferdig

Sett inn batteriet! Hvis ingen magisk røyk slipper ut, er du flink!

Det neste trinnet er å programmere det, men vi dekker det i en annen instruerbar. (Vil lenke til her, så snart jeg får det gjort)

Hvis du er utålmodig, ikke kan vente, og vet hvordan du bruker Arduino Libraries, finner du biblioteket her:

Hvis du vil lære mer om ProtoBots generelt og/eller The ProtoBot Project, kan du besøke https://theprotobotproject.wordpress.com, eller ProtoBots Github, på