Bucket Bot 2: 11 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Dette er den siste versjonen av Bucket Bot - en mobil PC -basert robot som enkelt kan transporteres i en 5 gallon bøtte. Den forrige brukte enkel trebasert konstruksjon. Denne nyere versjonen er basert på aluminium og T-Slot, så den er lett utvidbar.

Bucket bot -konseptet er en vertikalt orientert robot der alle komponentene er lett tilgjengelige. Dette er bedre enn den lagdelte tilnærmingen siden du ikke trenger å skru av lagene for å jobbe på komponentene på lavere nivå. Denne designen har de viktigste funksjonene for mobile roboter: et håndtak og motorbryter!

Jeg har også innarbeidet noen nye komponenter som gjør bygningen enklere. Det er litt fabrikasjon involvert, men alt kan gjøres ved hjelp av håndverktøy. Du kan også bruke en laserskærer for en plastversjon av denne roboten, eller bruke en metallskjæringstjeneste som Big Blue Saw hvis du vil med de medfølgende designene.

Denne roboten bruker en nettbrett -Windows -PC. Men designet vil fungere med ITX, Mini-ITX-kort samt smarttelefoner og brett som Arduino, Beagle Bone og Raspberry Pi. Selv Arduino Uno for motorstyring kan utelukkende brukes.

Denne designen var ment å være kompatibel med Vex / Erector -maskinvaren. Hullene er 3/16 "på et 1/2" sentermønster.

Jeg kan ikke si nok gode ting om T-sporet som ble brukt i dette designet. Jeg brukte 80/20 20 -serien, som er 20 mm på siden. Det er omtrent 3/4 , og det fine er at du kan bruke standard #8-32 skruer med den (samme som Vex). Når du bruker #8-32 firkantmuttere, spinner de ikke i kanalen, og standard vinkelbeslag fungerer godt sammen med den høyere enden maskinvare du kan få. T-spor-ekstruderingene er lett tilgjengelige på Amazon og EBay-~ 4 'stykket som brukes til dette prosjektet koster bare omtrent $ 10. T-sporet gir en veldig fin måte å lage 3D -objekter fra 2D -kuttede deler, så kombinasjonen er flott for å bygge ting med minimal fabrikasjon - du kan spesielt se det på motorfestene.

Denne roboten styres med RoboRealm maskinsyn. Den bestemmer hvor roboten skal gå, og sender motorstyringskommandoer over den serielle porten. Seriellporten er koblet til et Arduino Uno og Adafruit Motor Control Shield. Arduino kjører et enkelt seriell lytterprogram for å motta kommandoer og kjøre motorer og kamera tilt -servo. Eksempelapplikasjonen her er et Fiducial Course - roboten vil bevege seg mellom en rekke tillitsmarkører i rekkefølge.

Trinn 1: Deleliste

For listen nedenfor fant jeg noe av maskinvaren på nettet hos McMaster-Carr (MMC). Skruene finnes også hos lokale jernvare- / boligforbedringsbutikker, men større mengder, sekskantede hoder, rustfritt etc. kan være lettere å finne hos online -leverandører.

Strukturdeler:

Grunnplate, motorbraketter og servohylle. Du kan bruke 1/8 "aluminium eller 3/16" plast. De fungerer godt begge to. For plasten, vær oppmerksom på at noen av festene må være 1/16 "lengre. Trinn 2 viser noen prøver av plasten. Se skjærediagrammet i de neste trinnene for detaljer, men alle delene passer på en 8" x 10,5 "ark. En kilde for aluminiumsplaten er Online Metals - jeg brukte 5050 aluminium siden det var lavere pris og burde forbli skinnende lenger. Jeg fant også et sammenlignbart ark her. En annen idé er å bruke forhåndsperforerte ark. Erektoren /Vex mønsterhull er 3/16 "på et 1/2" senter * rett * mønster (ikke forskjøvet). Jeg har prøvd mange av dem, og et av de beste er perforert polypropylenark. Et eksempel er MMC 9293T61. 1 /8 "tykk er OK - er litt fleksibel, men fungerer, og alle hullene er klare til å gå. Jeg brukte et ark av dette for å raskt markere noen hull på servo-/kamerahyllen

• 4 fot (1220 mm) 80/20-serie 20 20 mm x 20 mm T-spor-du finner dette på Amazon (nedenfor) eller EBay80/20 20 SERIE 20-2020 20 mm X 20 mm T-SLOTTED EXTRUSION X 1220 mm Hele prosjektet bruker bare i underkant 4 fot av det, og kostnaden er lav - omtrent $ 10. Fra dette må du kutte følgende:

  • (2) 1,5 "deler for motorbrakettene
  • (2) 8,5 "stykker for stigerørene
  • (1) 7 1/4 "stykke for håndtaket
  • (2) 5 11/16 "stykker for tverrstengene

• Knapphodeskruer - Jeg viser tallene og lengdene nedenfor, men jeg anbefaler på det sterkeste å skaffe et sortiment, så du har akkurat den riktige skruen for jobben. Med T-sporet må de ha akkurat den rette lengden, ellers vil skruene "bunne ut" på kjernen i ekstruderingen før du kan få dem stramme. IMHO, rustfritt stål er best. Mange liker også Black Oxide. Jeg vil ikke anbefale sink (grov) eller uferdig (utsatt for rust).

  • (~ 14) #8-32 x 3/8 "(MMC 92949A192)
  • (~ 14) #8-32 x 5/16 "(MMC 92949A191)
  • (2) #8-32 x 1/2"
• (~ 30) #8-32 Firkantede muttere (MMC 94785A009)
• (4) #8-32 Keps Nuts (MMC 96278a009) - du er ikke absolutt nødvendig, og du kan i stedet bruke en firkantet mutter med låseskive.
• (~ 6) #8-32 skiver (MC 92141a009)
• (2) #8-32 splittede låseskiver (MC 92146a545)
• (2) #8-32 x 1-5/8 "øyebolter
• (7) Hjørnebraketter - se rammetrinnet for andre muligheter
• (2) Hjørnebraketter for aluminium ekstrudering for å koble tårnet til basen. Du kan også bare bruke en tynnere over hvis du vil. Disse er imidlertid mer stive, og du kan bruke flere av disse i stedet for de tynnere. Hjørnebrakettene fra 80/20 passer deres ekstruderinger mye bedre enn disse generiske, men koster mer.

Bevegelsesdeler:

• (2) Nema 17 Stepper Motors - disse virker kraftige nok og går under 1 amp -grensen på motorskjermen.
• Pololu universalt monteringsnav i aluminium for 5 mm aksel, #4-40 hull (2-pakning)
• Pololu Wheel 80 × 10mm Par - mange morsomme fargevalg!
• (8) Motorskruer - M3x6 (.5 stigning), pannehode (MMC 92000A116) - disse kan være litt lengre
• (4) #4-40 x 3/8 "skruer for hjulene, pannehodet (MC 91772A108)
• (1) Caster - Cool Caster -merke - mange farger å velge mellom!
• (2) 5/16 "skiver for hjulstammen (MMC 92141a030)
• (1) 5/16-18 delt låseskive for hjulstammen (MMC 92146a030)
• (1) 5/16 "-18 mutter for hjulstammen (MMC 91845a030)
• (1) 5/16 "-18 lokkemutter for hjulstammen (MMC 91855A370)

Elektronikkdeler:

• Litiumionbatteripakke. Denne er veldig fin for robotikk siden den har en 12v 6a -utgang samt en 5v USB -utgang. Noen nettbrett -PCer lar deg lade mens du også bruker en USB -port, og noen gjør det ikke.
• Blå 12v belyst bryter fra Radio Shack, eller en fra Uxcell på Amazon. Du kan bruke hvilken farge du vil. Jeg fant ut at de mindre hadde mer robuste terminaler.
• Arduino Uno
• Adafruit Motor Shield - dette er et flott skjold - kjører to trinnmotorer og har et par servokontakter klare til bruk.
• (3) 4-40 gjengede avstand 1/2 "lange for Arduino UNO (MMC 91780A164)
• (3) 4-40 skruer x 1/4 ", pannehode (MMC 91772a106)
• (2) 4-40 skiver for standoffs kun på undersiden (MMC 92141a005)
• (3) Hurtigkoblingsterminaler for bryterkontakter 22-18 AWG.250x.032 (MMC 69525K58)
• Wire: 20 gauge strandet i rødt og svart

• Krympeslange

  • (3) varmekrympende rød 1/8 "(3 mm) - 3/4" lang
  • (3) varmekrympende svart 1/8 "(3 mm) - 3/4" lang
  • (3) varmekrympende rød 1/4 "(6 mm) - 3/4" lang
  • (3) varmekrympende svart 1/4 "(6 mm) - 3/4" lang
• Glidelåsbånd: (2) 12 "ene for batteriet, og noen få" "for ledning.

Datamaskin og kamera:

• 8 "Windows -nettbrett -PC
• Tablet stativfeste
• 1/4-20 maskinvare for å montere festet til basen: en 1/2 "skrue, en låseskive og en skive
• 2 -port USB -kabel. Dette er en minimal 2 -port USB -hub med en USB -mikrokontakt. Du kan bruke hvilken som helst hub du vil. Jeg har et Bluetooth -tastatur og mus, så jeg trenger bare porter til Arduino og Web Cam.
• USB -kamera. De fleste vil fungere. Denne hadde en standard 1/4 "x 20 feste nederst, noe som gjør den lett å jobbe med.
• Pan Tilt Kit (eller Lynxmotion BPT -KT) - Vær oppmerksom på at jeg har inkludert en servohylleplan for en pan servo, men jeg endte opp med å bare bruke vippen for å forbedre kamerastabiliteten.
• Servo - standardstørrelse - Jeg brukte en servo med høyere effekt (Hitec HS -5645MG) for forbedret stabilitet.
• (2) #2 x 1/4 "metallskruer for å feste servohornet til panne- og vippebraketten
• (2) 6-32 skruer for servoen 1/2 "" lang
• (2) 6-32 muttere
• (2) 6-32 skiver
• (2) 1/4-20 syltemuttere
• (2) 1/4-20 vaskemaskin
• (2) 1/4-20 låseskive
• 1/4-20 x 1/2 "skrue
• 1/4-20 x 1,5 "? Sekskantbolt

Valgfrie detaljer: Følgende elementer er ikke nødvendig for robotens funksjon, men er fine tillegg:

• T-spor endehetter (MMC 5537T14)
• T-Slot Covers (MMC 5537T15) McMaster-Carr har bare svart, men andre farger er tilgjengelige fra 80/20 og deres forhandlere

Trinn 2: Bygg basen

Strukturen består av noen få spesialbygde flate deler (basen, motorbraketter og servohylle) og noen T-Slot-ekstruderinger skåret i lengde.

For basen, motorbraketter og servohylle kan du enten lage dem for hånd, eller få dem kuttet via vann eller laserstråle. Noen få eksempler er vist på bildene.

Å bygge dem for hånd er imidlertid ganske enkelt - alle aluminiumsversjonene på bildet ble gjort for hånd med minimalt med verktøy. For de håndlagde, bruk 1/8 "aluminium - det er den riktige kombinasjonen av styrke uten å være for tykk for å montere deler osv. Bruk malene merket" håndlaget ", og skriv dem ut og fest dem til aluminiumsplaten. Jeg brukte spray som kan plasseres på nytt, men tape på kantene burde også fungere. Jeg brukte også et selvklebende klistremerke, som fungerte bra, men var litt vanskeligere å fjerne. Bruk et slag for å markere midten av alle hullene først, deretter borer du ut de mindre hullene med de angitte bitstørrelsene. For de større hullene bruker du et trinnbor - dette er et veldig nyttig sikkerhetstips siden det lager et mye hyggeligere hull enn å prøve å bruke store biter, og vil ikke ta tak i metallet som større biter kan. Konturene kan kuttes med en hakk sag eller sabel sag hvis du har en. Fil kantene, og bruk en større bitte og avgratning verktøy for å fjerne eventuelle grater fra hullene.

Du kan også bestille disse delene kuttet av aluminium fra steder som BigBlueSaw.com. Bruk "CNC" -maler for vannstråle- eller laserskjæring - de har ikke alle de ekstra merkene.

For laser cut tilnærming, vil du bruke 3/16 "tror akryl eller ABS for å få riktig styrke. 1/8" er mulig, men vil bøye litt mye. Vær oppmerksom på at akryl er mer utsatt for sprekkdannelse enn polykarbonat (Lexan), men siden polykarbonat skaper farlige gasser når det brennes (dvs. kuttes av en laser), må du vanligvis vannstråleklippe det uansett, så du kan like godt bruke aluminium hvis du er betale for kutting av vannstråler. ABS på 3/16 "er OK - bøyer litt mer enn akryl.

Vær oppmerksom på at for tykkere akryl- og laserskjæring vil det tykkere materialet kreve at alle skruene som går gjennom disse bitene er 1/16 "lengre enn for 1/8" aluminiumet.

Også med 3/16 tykke materialer vil strømbryteren bare så vidt passe - skiver osv. Må fjernes. Aluminium er derfor bedre fra det synspunktet.

Bortsett fra det er laserskjæringen ganske rett frem. Se bildene for et eksempel.

Motorbraketter og motorer

Start med å feste Nema 17 trinnmotorplater til trinnmotorene. Bruk M3x6 pannehodeskruene for disse. Ledningene kan være mot toppen av brakettene for å holde dem unna (se bildene).

Deretter bruker du tre av de #8/32 x 3/8 skruene og firkantmutrene for å feste de korte T-sporene. Jeg satte skruene og mutrene løst på, trådet deretter ekstruderingen over mutrene og strammet dem deretter til.

For å montere trinnmotorene på basen setter du fire av #8/32 x 3/8 skruer og firkantede muttere på basen som vist, og deretter trekker du på motorens ekstruderinger og strammer. Det tredje settet med hull er i tilfelle du vil sette noen skruer der for å gjøre basen under batteriet jevnere. Dette var viktigere da jeg brukte en blysyre gelcelle - mye tyngre og større enn litiumionet!

Når motorene er på basen, kan du feste navene med de medfølgende settskruene og hjulene med skruene #4-40 x 3/8.

Caster

Hjulet er festet med 5/16 maskinvare. En mutter, låseskive og skive under platen, og en skive og lokkemutter over platen. Hettemutteren er for det meste for å se fin ut. Du kan justere mutrene litt for å få grunnplaten i vater med hjulene.

Trinn 3: Bygg rammen

Monter rammen etter bildene. Siden det er T-spor, kan du prøve det et par ganger til det ser riktig ut. For å feste vinkelbrakettene til T-sporet, bruk #8-32 x 5/16 skruer og firkantede muttere. Disse er litt kortere enn motorene siden brakettene er tynnere.

Øyeboltene skal holde et gummibånd for å stabilisere kameraet. Dette er valgfritt, men ser ut til å hjelpe. Klipp ut en del av øyet med et Dremel -verktøy for å gjøre det enklere å feste et gummibånd. Bruk skiver og låseskiver for å holde dem godt. Den ytre mutteren kan være en firkantet eller sekskantmutter.

Det nederste horisontale tverrstykket trenger en firkantet mutter som vender bakover for å holde brettet på nettbrettet.

Det øverste horisontale tverrstykket trenger to firkantede muttere for å holde servohyllen.

Jeg brukte de sterkere selene til å feste rammen til basen. Jeg trengte å slipe av sporflikene på den ene siden for å ligge flatt mot basen. Skiver ble brukt siden disse selene hadde en stor åpning for skruen.

De valgfrie trimbitene er vist - bare for at det skal se bedre ut.

Det er et bilde på slutten med noen av alternativene for vinkelbeslag.

Trinn 4: Batteri, nettbrettfeste og servohylle

Batteri Batteriet er et kraftig litiumionbatteri med en praktisk 12v 6a utgang. Jeg brukte 12 glidelåser for å holde den nede til basen, og ledningene vil vises i et senere trinn. Dette batteriet har en USB 5v -utgang. Det var flott med en eldre WinBook -nettbrett jeg hadde siden den hadde separat lading og USB porten, men den nyere nettbrettet jeg bruker tillater ikke lading og bruk av USB-port på samme tid. En bytte for strøm og størrelse på den nye. For å kjøre bare motorene, vil batteriet vare lenge.

Nettbrett -PC -feste

Stativfeste for nettbrettet har en standard 1/4 "-20 tråd. Så du kan bruke en vinkelbrakett for å koble den til den nedre tverrstaget på robothåndtaket/rammen. Ett hull på vinkelbraketten må være boret ut til 1/4 "for bolten. Braketten er festet til festet med en 1/4 "-20 bolt, skive og låseskive. Når den er festet, kan du bruke en #8-32 x 5/16" skrue for å feste den til tverrstykket med en firkantet mutter i T-sporet fra forrige trinn. Nettbrettet burde passe fint i braketten i liggende retning.

Servohylle

Servohyllen er et stykke 1/8 aluminium. Planene er i vedlagte diagrammer, og den er boret ut med hull for fremtidig ekspansjon - du trenger kanskje ikke dem alle. Jeg endte ikke med å bruke en panservo for å beholde kameraet mer stabilt, så plattformen har ingen kutt, men planene og et bilde er inkludert, slik at du kan se hvordan det ville fungere.

Servohyllen er festet med to hjørnebraketter. Bruk #8-32 x 5/16 "skruer for å koble den til den øverste rammen/håndtakets tverrsnitt ved å bruke de to firkantede mutrene i T-sporet der. Bruk #8-32 x 3/8" skruer og Keps muttere for å koble til brakettene til platen. Låseskiver og firkantmuttere kan også brukes til dette.

Trinn 5: Motorstyring

For trinnmotorstyringen brukte jeg et Adafruit Motor Shield. Den kjører to trinnmotorer, og den har kontakter for to servoer. Dette er perfekt for en grunnleggende versjon av denne roboten. En Arduino Uno brukes som base for dette, og roboten kjører et enkelt seriell lytterprogram for å motta bevegelseskommandoer og utføre dem.

I stedet for å bore egendefinerte hull, brukte jeg et par av de vanlige 3/16 hullene, og Arduinoen passet ganske bra. Ikke perfekt, og ikke rett, men det var enkelt å feste. Nøkkelen bruker #4-40 skruer for å tillate hull-mis-match.

Bruk #4-40 x 1/2 lange hex-distanser og koble dem til tre av Arduino-monteringshullene med #4-40 x 1/4 skruer. Det fjerde Arduino -hullet er litt overfylt for standoffs.

For å feste brettene til roboten bruker du bare to #4-40 x 1/2 "skruer og skiver på hullene på utsiden - se bildene. De to skruene holder brettene godt, og den tredje avstanden gir et tredje" ben "til holde styret nivå.

Hvis du vil legge ut de arkane Arduino -monteringshullene i stedet, gå for det!:-)

Trinn 6: Servo og kamera

Pan Tilt Unit

Monter pan/tilt -enheten som beskrevet med settene. Et av settene jeg fant hadde ingen åpenbare instruksjoner, så jeg har tatt med mange bilder fra forskjellige vinkler. Skruene #2 x 1/4 av metallplater skal montere servohornet på braketten.

Kameraet er montert med en 1/4-20 x 3/4 sekskantskrue. En 1/4-20 låseskive, skive og syltemutter holder bolten til pan/tilt-enheten. En annen 1/4-20 papirstopp mutteren låses mot kameraet for å holde det på plass.

Pan/tilt-enheten er festet til servohyllen med to #6-32 x 1/2 bolter, skiver og muttere.

Trinn 7: Kabling

Kabling av strømmen

For å kontrollere strømmen til motorene brukte jeg en opplyst 12v bilbryter. Det gir en flott synlig bekreftelse på at strømmen er på. Krymp og lodd på kontaktene og bruk den tynnere varmekrympeslangen for å dekke loddeskjøten, deretter den større varmekrympingen for å dekke selve kontakten.

Det kan være lettere å sette kontaktene på bryteren før du bruker den større varmekrympeslangen, siden det vil hindre at kontaktene blir for stramme på bryterflikene.

Bildene viser ledningsoppsettet, og det er ganske enkelt. Pluggkontakten er for batteripakken, og kontakten er slik at du enkelt kan koble til batteriladeren.

Trinn 8: Alternativer

Et stativ

Å gjøre et stativ er veldig nyttig når du vil teste motorene uten at roboten tar av. Jeg lagde en med litt skrapfuru - se bildet for å se hvordan den var satt opp.

LED strips

Alle prosjekter er bedre med lysdioder!:-) I dette tilfellet brukes de til mer enn bare show. Siden vi kan koble dem til Arduino via en liten elektronisk hastighetskontroll, kan roboten bruke dem til å indikere status, som er et flott verktøy for feilsøking av robotatferd. Jeg hadde et par ESC -er som bare var fremover for fly, og perfekt for å kontrollere LED -stripene også fra en online hobbybutikk.

Siden vi har en Arduino, kan du også bruke RGB digitale lysdioder som Neopixels (WS2812b LED).

Trinn 9: RoboRealm

Denne roboten bruker bare kameraet som sensor. Du kan enkelt legge til andre som passer din søknad.

RoboRealm maskinsyn -systemet bestemmer hvor roboten skal gå, og sender motorstyringskommandoer over den serielle porten. Seriellporten er koblet til et Arduino Uno og Adafruit Motor Control Shield. Arduino kjører et enkelt seriell lytterprogram for å motta kommandoer og kjøre motorer og kamera tilt -servo.

For å teste ut denne roboten, designet jeg et kurs med Fiducials som veipunktmarkører. Fiducials er enkle svart / hvitt -bilder som er enkle for datasynssystemer å oppdage. Du kan se noen eksempler på bildene nedenfor. Alle slags Fiducials kan brukes, og til og med noen vanlige bilder kan brukes - uansett hva som fungerer med treningen, er det enkelt nok for roboten å oppdage og isolere fra avstand, og er ikke forvirrende med andre bilder i miljøet. Ved hjelp av RoboRealm programmerte jeg roboten til å besøke hver Fiducial i rekkefølge-det er ikke mye kode siden all bildebehandlingen er utført med pek-og-klikk-moduler.. Robo -filen er vedlagt, og du kan se hvordan jeg brukte en enkel tilstandsmaskin til å merke hver tilstand mens vi flyttet mellom markørene. Siden vi kan fortelle hvilken vei Fiducials vender, bruker vi også vinkelen som et hint for å fortelle roboten hvilken måte å begynne å søke etter neste Fiducial i kurset. I videoen på det første trinnet kan du se det tredje vitnemålet vippet 90 grader til venstre og fortelle roboten å se til venstre i stedet for til høyre.

For å bruke den vedlagte koden, last ned.ino -filen og last den på Arduino Uno.

RoboRealm.robo -filen er den jeg brukte til denne demoen. Den har noen ekstra filtre og kode fra tidligere motorer etc. som alle er deaktivert eller kommentert, men du kan se noen av de mulige variasjonene. For Fiducials, åpne Fiducial -modulen, og tren den i mappen med vedlagte Fiducials. Du kan bruke forskjellige, men du må endre filnavnene øverst i VBScript -modulen.

Trinn 10: Nano-ITX-variant

Jeg bygde også en med et Nano-ITX-kort som jeg hadde. Jeg brukte et 12v strømforsyningskort, og monterte harddisken under hovedkortet med ekstra vinkelbraketter. Deretter ble det brukt stand -offs for å holde hovedkortet unna harddisken.

Trinn 11: DC -motoralternativ

Jeg brukte likestrømsmotorer for noen tidligere bygg. De fungerer fint, og du trenger en motorstyring som RoboClaw. Bruken vil være lik, med en Arduino som kjører RoboClaw for enkelhet - de har Arduino -prøvekode.

For denne tilnærmingen brukte jeg DC-girmotorer og BaneBots-hjul (se bilder).

De ekstra skruene og Keps -muttere var for jevn støtte under en tidligere versjon med et 12v 7ah blysyre gelcellebatteri.

Noen av delene som vises:

(2) Gear Head Motors - 12vdc 30: 1 200rpm (6mm aksel) Lynxmotion GHM -16

(2) Kvadraturmotorkodere med kabler Lynxmotion QME-01

(6) Motorskruer - M3x6 (.5 stigning), pannehode (MMC 91841a007)

(2) Hjul: 2-7/8 "x 0,8", 1/2 "hex-feste på BaneBots

(2) Hub, Hex, Series 40, Set Screw, 6mm Hole, 2 Wide at BaneBots

(4) Motorkontakter 22-18 AWG.110x.020 (McMaster 69525K56)

Runner Up i Automation Contest 2017