Billig, Arduino-kompatibel tegnerobot: 15 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Merk: Jeg har en ny versjon av denne roboten som bruker et kretskort, som er enklere å bygge og har IR -hindringsdeteksjon! Sjekk det ut på

Jeg designet dette prosjektet for en 10-timers workshop for ChickTech.org hvis mål er å introdusere tenåringer for STEM-temaer. Målene for dette prosjektet var:

• Lett å bygge.
• Lett å programmere.
• Gjorde noe interessant.
• Lavpris, slik at deltakerne kan ta det med seg hjem og fortsette å lære.

Med disse målene i tankene, her var et par av designvalgene:

• Arduino -kompatibel for enkel programmering.
• 4xAA batteristrøm for pris og tilgjengelighet.
• Trinnmotorer for nøyaktig bevegelse.
• 3D -utskrift for enkel tilpasning.
• Pennplott med Turtle -grafikk for interessant utgang.
• Åpen kildekode, slik at du kan lage din egen!

Her er roboten som kom nærmest det jeg ønsket å gjøre: https://mirobot.io. Jeg har ikke laserskjærer og frakt fra England var forbudt. Jeg har en 3D -skriver, så jeg antar at du kan se hvor dette går…

Ikke la mangelen på en 3D -skriver avskrekke deg. Du kan finne lokale hobbyister som er villige til å hjelpe deg på

Dette prosjektet er lisensiert under Creative Commons, og bruker 3D-deler basert på design av andre (som angitt i neste avsnitt), hvorav det mest begrensende er hjulet, som er ikke-kommersielt. Det betyr at dette prosjektet også må være ikke-kommersielt. Ikke vær denne fyren.

Trinn 1: Deler

Det er en rekke måter å drive, drive og kontrollere roboter på. Du kan ha forskjellige deler tilgjengelig som fungerer, men det er disse jeg har prøvd og funnet ut som fungerer godt:

Elektronikk:

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

  • Maskinvare under CC BY-SA lisens
  • Programvare (Bootloader) under GPL -lisens
• 2-giret 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Halvstørrelse breadboard- adafruit.com/products/64
• 16- Mann-hann-hoppere- adafruit.com/products/759
• 1- Micro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT skyvebryter - adafruit.com/product/805 eller www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Male pin header- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA-holder- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB-mikrokabel
• 4- AA-batterier

*Merk: Se det siste trinnet for en diskusjon om bruk av vanlige Arduino- eller Raspberry Pi -brett.

Maskinvare:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Caster 5/8 "lager- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8 mm pannehodeskrue- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6 mm flatskrue- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Nut- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D-trykte deler (sjekk www.3dhubs.com hvis du ikke har tilgang til en skriver):

• 1 x kulelagerhjul - thingiverse.com/thing:1052674 (basert på arbeid av onebytegone, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Chassis - thingiverse.com/thing:1053269 (originalverk av Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 2 x hjul - thingiverse.com/thing:862438 (basert på arbeid av Mark Benson, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x trinnbrakett - thingiverse.com/thing:1053267 (basert på arbeid av jbeale, CC BY -SA 3.0)
• 1 x pennholder / servobeslag - thingiverse.com/thing:1052725 (originalverk av Maker's Box, CC BY -SA 3.0)
• 1 x pennkrage - thingiverse.com/thing:1053273 (originalverk av Maker's Box, CC BY -SA 3.0)

* Merk: CC BY-NC er en ikke-kommersiell lisens

Verktøy og rekvisita:

• Phillips skrujern
• Varm limpistol
• Digitalt multimeter
• Skarp kniv
• Crayola fargede markører

Trinn 2: Flash fastvaren

Før vi kommer for langt inn i konstruksjonen, lar vi laste testfastvaren til mikrokontrolleren. Testprogrammet trekker bare etter bokser, slik at vi kan se etter riktig retning og dimensjon.

For å snakke med Trinket Pro trenger du:

1. Driver fra
2. Arduino-programvare fra

Lady Ada og Adafruit -teamet har laget et langt bedre sett med instruksjoner i linkene ovenfor enn jeg kan gi. Vennligst bruk dem hvis du sitter fast.

Merk: Det eneste trikset som gjør Trinket annerledes enn vanlig Arduino er at du må nullstille brettet før du laster opp skissen.

Trinn 3: Pennholder og batteriholdere

1. Installer pennholderen med servobeslaget på kortsiden av kabinettet (Bilde 1).
2. Sett inn mutrene på oversiden av kabinettet (Bilde 2)
3. Fest batteriholderne på bunnen av kabinettet med 3Mx6mm flatskruer (bilder 3 og 4).
4. Tre batteriledningene gjennom de rektangulære kabelføringene (Bilde 4 og 5).
5. Gjenta for den andre batteriholderen.

Merk: Med mindre det er angitt, er resten av skruene 3Mx8mm panneskruer.

Trinn 4: Hjul

1. Test passe hjulet til trinnakselen (Bilde 1).

   1. Hvis det er for stramt, kan du varme hjulnavet med en hårføner eller varmluftspistol og deretter sette inn akselen.
   2. Hvis den er for løs, kan du bruke en 3Mx8mm skrue til å holde den mot flaten på akselen (Bilde 2).
   3. Hvis du er perfeksjonist, kan du kalibrere skriveren og få den helt riktig.
2. Plasser o-ringen rundt felg på hjulet (Bilde 3 og 4).
3. Gjenta for det andre hjulet.

Trinn 5: Stepper Backets

1. Sett inn en mutter i trinnbraketten og fest den til toppen av kabinettet med en skrue (Bilde 1).
2. Sett stepper inn i braketten og fest med skruer og muttere.
3. Gjenta for den andre braketten.

Trinn 6: Caster

1. Sett kulelageret inn i hjulet.

   Ikke tving den inn, ellers går den i stykker. Bruk en hårføner eller varmluftspistol for å myke opp materialet om nødvendig

2. Fest hjulet på undersiden av kabinettet foran batteriholderen.

Trinn 7: Brødbrett

1. Fjern en av kraftskinnene med en skarp kniv og skjær gjennom det nederste limet (bilde 1).
2. Hold brødbrettet over chassisskinnene, og merk hvor de krysser kanten (Bilde 2).
3. Bruk en rett kant (som den fjernede kraftskinnen), merk linjene og skjær gjennom baksiden (Bilde 3).
4. Plasser brødbrettet på chassiset med skinnene som berører det eksponerte limet (Bilde 4).

Trinn 8: Strøm

1. Plasser mikrokontrolleren, darlington -driveren og strømbryteren på brødbrettet (Bilde 1).

   • Jeg har lagt til oransje prikker for synlighet for å markere følgende:

     • Pin 1 av darlington driveren.
     • Batteripinnen til mikrotrolleren.
     • Strømbryteren "på" posisjon.

2. Med høyre batteriledning:

   1. Koble den røde linjen til den første pinnen på strømbryteren (Bilde 2).
   2. Koble den svarte ledningen til en tom rad mellom mikrokontrolleren og darlington -brikken (Bilde 2).

3. Med venstre batteriledning:

   1. Koble den røde linjen til samme rad som den svarte ledningen til det andre batteriet (Bilde 3).
   2. Koble den svarte linjen til den negative skinnen på brødbrettet (Bilde 3).

4. Koble strøm til mikrokontrolleren:

   1. Rød jumper fra positiv skinne til batteripinnen (oransje prikk, Bilde 4).
   2. Svart jumper fra den negative skinnen til pinnen merket "G" (Bilde 4).
5. Sett inn batterier og slå på strømmen. Du bør se det grønne og røde lyset på kontrolleren tennes (Bilde 5).

Feilsøking: Hvis mikrokontrollerlampene ikke tennes, slå av strømmen umiddelbart og feilsøk:

1. Batterier installert i riktig retning?
2. Dobbeltsjekk posisjonering av batterileder.
3. Dobbeltsjekk bryterens posisjonering.
4. Bruk en multimeter til å kontrollere batterispenninger.
5. Bruk multimeter for å kontrollere spenninger på strømskinner.

Trinn 9: Topper og servoledninger

Mannlige toppnål tillater oss å koble de 5-pinners servo JST-kontaktene til strømmen og darlington-driveren (Bilde 1):

1. Den første 5-pinners overskriften starter en rad foran darlington-driveren.
2. Den andre servooverskriften skal deretter være i linje med slutten av darlington -driveren.

Før ledningene blir kompliserte, kan vi få servoen tilkoblet:

1. Legg til en 3-pinners topptekst for servoen på høyre kant av den fremre delen av brødbrettet (Bilde 2).
2. Legg til en rød jumper fra midtstiftet til den positive siden av kraftskinnen.
3. Legg en svart eller brun genser fra den ytre tappen til den negative siden av kraftskinnen.
4. Legg til en farget genser fra den indre pinnen til pinne 8 på mikrokontrolleren.
5. Monter servohornet med akselen til full stilling med klokken og armen som strekker seg til høyre hjul (Bilde 3)
6. Installer servoen i pennholderen ved hjelp av servos skruer (Bilde 3).
7. Koble til servokontakten og juster fargene (Bilde 4).

Trinn 10: Stepper Control

På tide å koble strøm til darlington -driveren og stepperne, som blir drevet direkte fra batteriet:

1. Koble en svart eller brun genser fra nedre høyre darlington -pin til den negative siden av kraftskinnen (Bilde 1).
2. Koble en rød jumper fra øvre høyre darlington -pin til den positive siden av kraftskinnen.
3. Koble en rød jumper fra den øvre venstre pinneoverskriften til den positive siden av kraftskinnen (Bilde 2).
4. Koble den venstre stepperkontakten til den venstre sidehodet med den røde ledningen på høyre side (Bilde 3).
5. Koble den høyre stepper -kontakten til den høyre sidehodet med leselederen på venstre side.

Merk: Den røde ledningen til stepper -kontakten er strømmen og skal matche de røde ledningene på brødbrettet.

Trinn 11: Stepper Control (fortsetter)

Nå vil vi koble steppersignalledningene fra mikrokontrolleren til inngangssiden til darlington -driveren:

1. Start med pin 6 på mikrokontrolleren, og koble ledningene til fire kontrollhoppere for venstre trinnmotor (Bilde 1).
2. Match disse hopperne til inngangssiden av darlington til høyre. Alle farger skal matche med unntak av grønt, som matcher den rosa ledningen til stepper (Bilde 2).
3. Start med pin 13 på mikrokontrolleren, og koble ledningene til de fire kontrollhopperne for den høyre trinnmotoren (Bilde (3).
4. Match disse hopperne til inngangssiden av darlington til venstre. Alle farger skal matche med unntak av grønt, som matcher den rosa ledningen til stepper (Bilde 3).

Trinn 12: Testing og kalibrering

Forhåpentligvis har du allerede lastet opp fastvaren i trinn 2. Hvis ikke, gjør det nå.

Testens fastvare trekker bare en firkant gjentatte ganger slik at vi kan sjekke retning og nøyaktighet.

1. Plasser roboten på en glatt, flat, åpen overflate.
2. Slå på strømmen.
3. Se roboten din tegne firkanter.

Hvis du ikke ser lys på mikrokontrolleren, går du tilbake og feilsøker strømmen som i trinn 8.

Hvis roboten din ikke beveger seg, dobbeltsjekk strømtilkoblingene til darlington -driveren i trinn 9.

Hvis roboten din beveger seg uregelmessig, dobbeltsjekk pinnetilkoblingene for mikrokontrolleren og darlington -driveren i trinn 10.

Hvis roboten din beveger seg i en omtrentlig firkant, er det på tide å legge ned papir og legge en penn i den (Bilde 1).

Kalibreringspunktene dine er:

float wheel_dia = 66,25; // mm (økning = spiral ut)

float wheel_base = 112; // mm (økning = spiral inn) int trinn_rev = 128; // 128 for 16x girkasse, 512 for 64x girkasse

Jeg begynte med en målt hjuldiameter på 65 mm, og du kan se boksene rotere innover (Bilde 2).

Jeg økte diameteren til 67, og du kan se at den roterte utover (bilde 3).

Til slutt kom jeg frem til en verdi på 66,25 mm (Bilde 4). Du kan se at det fortsatt er en iboende feil på grunn av girvippe og slikt. Nær nok til å gjøre noe interessant!

Trinn 13: Løfte og senke pennen

Vi har lagt til en servo, men har ikke gjort noe med det. Den lar deg heve og senke pennen slik at roboten kan bevege seg uten å tegne.

1. Plasser pennhalsbåndet på pennen (Bilde 1).
2. Hvis den er løs, teip den på plass.
3. Kontroller at det vil berøre papiret når servoarmen senkes.
4. Kontroller at det ikke berører papiret når det er hevet (Bilde 2).

Servovinklene kan justeres enten ved å fjerne hornet og plassere det på nytt, eller gjennom programvaren:

int PEN_DOWN = 170; // servovinkel når pennen er nede

int PEN_UP = 80; // servovinkel når pennen er oppe

Pennekommandoene er:

penup ();

pendown ();

Trinn 14: Ha det gøy

Jeg håper du har laget er så langt uten for mange forbannelsesord. Gi meg beskjed om hva du slet med, slik at jeg kan forbedre instruksjonene.

Nå er det på tide å utforske. Hvis du ser på testskissen, vil du se at jeg har gitt deg noen vanlige "Turtle" -kommandoer:

fremover (distanse); // millimeter

bakover (avstand); venstre (vinkel); // grader rett (vinkel); penup (); pendown (); ferdig (); // Slipp stepper for å spare batteri

Ved å bruke disse kommandoene bør du kunne omtrent alt, fra å tegne snøflak eller skrive navnet ditt. Hvis du trenger hjelp til å komme i gang, kan du sjekke ut:

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

Trinn 15: Andre plattformer

Kan denne roboten gjøres med en vanlig Arduino? Ja! Jeg gikk med Trinket på grunn av den lave kostnaden og den lille størrelsen. Hvis du øker chassislengden, kan du montere en vanlig Arduino på den ene siden og brødbrettet på den andre (Bilde 1). Det burde fungere pin-for-pin med testskissen, pluss at du nå kan komme til seriekonsollen for feilsøking!

Kan denne roboten gjøres med en Rasberry Pi? Ja! Dette var min første undersøkelseslinje fordi jeg ønsket å programmere i Python, og kunne kontrollere den over nettet. Som Arduino i full størrelse ovenfor, plasserer du bare Pi på den ene siden og brødbrettet på den andre (Bilde 2). Strøm blir den viktigste bekymringen fordi fire AA ikke kommer til å kutte den. Du må levere omtrent 1A strøm ved en stabil 5V, ellers slutter WiFi -modulen å kommunisere. Jeg har funnet ut at Model A er mye bedre på strømforbruket, men jeg jobber fortsatt med å finne pålitelig strøm. Gi meg beskjed hvis du finner ut av det!