Sweepy: the Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 trinn (med bilder)

2025 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2025-01-23 15:02

Av: Evan Guan, Terence Lo og Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Innledning og motivasjon

Sweepy studio cleaner ble designet som svar på de kaotiske forholdene i arkitekturstudioet som ble etterlatt av barbariske studenter. Lei av hvor rotete studioet er under anmeldelser? Si ikke mer. Med Sweepy er alt du trenger å gjøre å sette det og glemme det. Studio vil bli splitter nytt raskere enn det tar for deg å fullføre den ene prosjektmodellen.

Sweepy er selvbevisst og vil bevege seg rundt og feie alt søppel og skrap etter ditt hjertes lyst takket være to ultralydsensorer som forteller at den skal slå seg på når den nærmer seg en vegg. Trenger du Sweepy for å jobbe hardere? Ikke noe problem, bare kjeft på det. Sweepy lytter hele tiden til omgivelsene takket være en lydsensor. Når du når en viss støygrense, vil Sweepy gå inn i en rasende modus, feie og bevege seg raskere i en kort periode.

Et studio uten Sweepy er et som er rotete.

‏‏‎ ‎

Deler, materialer og verktøy

De fleste delene på denne listen finner du i ELEGOO UNO R3 Project Starter Kit. Andre deler kan kjøpes fra Creatron Inc. eller andre elektroniske butikker.

‏‏‎ ‎

Komponenter

x1 ELEGOO UNO R3 Kontrollpanel

x1 Prototype ekspansjonsmodul

x1 Ultrasonic Sensor (HC-SR04)

x1 Lydsensormodul (KY-038)

x2 DC N20-motorer (ROBOT-011394)

x1 Micro Servomotor 9G (SG90)

x1 LCD -modul (1602A)

x1 9V batteri

x2 60x8mm gummihjul (UWHLL-601421)

x1 Free Castor Wheel (64 mm høyde)

x1 feiebørste (12 mm håndtakshøyde)

x2 NPN -transistorer (PN2222)

x3 Motstander (220Ω)

x2 Dioder (1N4007)

x1 Potensiometer (10K)

x15 Styrekabler for brødbrett

x26 Dupont-ledninger fra mann til mann

‏‏‎ ‎

Materialer

x1 3 mm kryssfinerark (laserseng størrelse 18 "x 32")

x6 M3 skruer (YSCRE-300016)

x4 M3 nøtter (YSNUT-300000)

x6 M2.5 Skruer (YSCRE-251404)

x6 M2.5 Nøtter (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Verktøy

Skrutrekkersett

Varm limpistol

‏‏‎ ‎

Utstyr

Datamaskin

3D -skriver

Laserskærer

‏‏‎ ‎

Programvare

Arduino IDE

Trinn 1: Forstå logikken

Krets

ELEGOO UNO R3 -kontrollpanelet vil fungere som "hjernen" til roboten der koden skal lastes opp og behandles. Fest prototype -ekspansjonskortet og mini -brødbrettet på toppen av det. For å kommunisere med sensorene og aktuatorene, vil komponentene kobles til via brødbrettet og ledninger.

Inkludert ovenfor er et diagram over kretsene som kreves for å gjøre Sweepy glad. Vær spesielt oppmerksom på innganger og utganger av ledningene. Det hjelper å følge en ledning ved å se på fargen. Feil tilkobling kan føre til at Sweepy fungerer feil eller i verre fall kan du skade elektronikken din ved kortslutning.

‏‏‎ ‎

Programmering

Vedlagt nedenfor er koden som kreves for å kjøre Sweepy. Åpne filen i Arduino IDE og last den opp på ELEGOO UNO R3 Controller Board. For å gjøre dette må du koble kontrollkortet til datamaskinen din via USB -kabelen. Sørg for at riktig port er valgt ved å gå til Verktøy og port i rullegardinmenyen. Sørg for å laste opp koden før du bygger Sweepy for å unngå å måtte koble til USB -kabelen mens du er i 3D -trykt hus.

Det anbefales ikke å endre variablene i koden med mindre du har erfaring eller vet hva du gjør.

Trinn 2: Samle alle deler, materialer og verktøy

For å starte prosjektet, samle alle deler, materialer og verktøy som er skissert i listen ovenfor. Som tidligere nevnt, finnes de fleste delene på listen i ELEGOO UNO R3 Starter Kit samt i Creatron Inc. eller andre elektroniske butikker.

Det anbefales på det sterkeste å starte 3D -utskrift så tidlig som mulig, siden prosessen kan ta flere timer å fullføre. De anbefalte innstillingene er: 0,16 mm laghøyde, 20% utfylling og 1,2 mm veggtykkelse med kant og støtter. 3D -utskriftsfilen er vedlagt nedenfor.

Laserskjæring kan også ta lang tid, så sørg for å starte tidlig. Laserskåret fil inneholder også et lag for etsning av en guide som sikrer at riktig komponent er montert på riktig sted. Sørg for å dobbeltsjekke hva som blir kuttet og hva som blir etset, og endre innstillingene for strøm og hastighet på riktig måte. Laserskjæringsfilen er også vedlagt nedenfor.

Mens vi brukte kryssfiner for roboten vår, kan du gjerne bruke materiale du liker, for eksempel akryl, så lenge tykkelsen er omtrent 3 mm.

Trinn 3: Fest sokkelen

Påfør lim rundt omkretsen av bunnplaten og fest den til bunnen av det 3D -trykte huset. Rett inn de to delene så nøye du kan, samtidig som du sørger for at laserskjærets etsingsguide vender oppover.

Trinn 4: Montering av bunnplatekomponenter

Når bunnplaten er tilstrekkelig sikret, kan vi begynne å koble den første runden med elektroniske komponenter. Dette inkluderer likestrømsmotorer med hjul, servomotor, LCD -skjerm og batteripakke. En laserskåret etseguide er inkludert i bunnplaten for å sikre riktig plassering av komponenter for din bekvemmelighet. For å gjøre kretsen enklere, bør komponentene sikres med de passende ledningene som allerede er plugget inn.

Hjulene skal gli inn i de to sporene på hver side med likestrømsmotoren vendt innover. Fest dette med de medfølgende hvite klemmene med to skruer og muttere for hver (M2.5).

Servomotoren bør også sikres med de samme skruene og mutrene (M2.5), samtidig som det hvite giret som ekstruderes ut fra bunnen er på forsiden av roboten. Dette vil drive børstens feiende bevegelse.

LCD -skjermen skal gli inn i frontlommen på huset med pinnene vendt nedover. Fest dette med noen klatter varmt lim på hvert hjørne.

Til slutt skal batteripakken gli inn i baklommen på huset med av / på-bryteren vendt utover i hullutkoblingen. Dette gjør at roboten kan slås av og på.

Trinn 5: Sikre støtteplaten

Neste gang er det på tide å sikre "hjernen" til Sweepy. Bruk fire skruer og muttere (M3) til å montere UNO R3 -styrekortet og prototype -ekspansjonsmodulen på toppen av støtteplaten. Dette vil fungere som andre etasje i huset. Før dette skulle Arduino IDE -koden allerede lastes opp på brettet og være klar til bruk.

Skyv støtteplaten inn i huset fra toppen til den hviler på tre avsatser integrert i 3D -utskriftshuset for å sikre riktig høyde. Fest denne platen med to skruer (M3) gjennom hullene i hver ende.

Tre ledningene fra komponentene på bunnplaten opp og gjennom hullene på støtteplaten. LCD -skjermen og servomotortrådene skal tres gjennom det fremre hullet mens likestrømsmotorens ledninger skal trenge gjennom sidehullene. Batteripakkens ledninger kan gå gjennom begge hullene etter ønske.

Trinn 6: Montering av siste elektroniske komponenter

Bruk varmt lim for å feste de to ultralydsensorene foran på huset med avtrekkere og ekkomoduler som strekker seg ut av hullene eller "øynene". Pinnene på den ene sensoren skal vende oppover og den andre vende nedover som angitt av hullet på støtteplaten. Dette er for å sikre at ekko- og utløsermodulene er symmetriske i huset når du sender og mottar signaler.

Legg til slutt varmt lim på baksiden av lydsensoren og fest den til sporet på innsiden av huset. Toppen av mikrofonen skal sitte i flukt med toppen av huskanten slik at hetten på Sweepy kan settes på. Mikrofonen vil justere med hullet på hetten, som du vil se senere.

Trinn 7: Ledninger, ledninger og flere ledninger

Det neste trinnet er uten tvil den vanskeligste, men viktigste delen for å sikre at Sweepy har det bra og er lykkelig: kretsløpene. Ved å bruke Fritzing -diagrammet øverst i denne instruksjonsboken som en retningslinje, kobler du alle ledningene fra komponentene til Prototype Expansion Module.

Kontroller at bryteren på batteripakken er slått av før du setter strømkabelen i kortet. Fordi koden allerede skulle lastes opp på tavlen, ville ikke Sweepy kunne inneholde spenningen for rengjøring og begynne å jobbe den andre den får strøm, selv mens du fortsatt jobber med ledningene.

Vær spesielt oppmerksom på innganger og utganger for hver ledning. Det hjelper å bruke fargen på ledningen for å følge den langs veien.

Trinn 8: Legge til bevegelige deler

Nå er det tid for Sweepys bakhjul og feiende børste.

Bakhjulet skal være et hjul som kan svinge fritt rundt. Den bør være omtrent 6,4 cm i høyden fra topp til bunn, men toleransen kan være sjenerøs avhengig av hvor mye nedoverkraft du vil at penselen skal utøve. Fest dette under støtteplaten gjennom hullet i bunnplaten.

Den feiende børsten er også sjenerøs i toleranse, men håndtaket skal sitte omtrent 1,2 cm fra bakken. Håndtaket bør også være omtrent 10 cm langt for å forhindre at det treffer huset mens det feier tilbake og fjerde. Fest dette til det hvite spakfestet som følger med servomotoren med lim.

Trinn 9: Capping It All Off

For å fullføre din egen Sweepy, må du lage hetten. Lim lokket på kanten under lokket med hull på. Sørg for at hullet er på linje med lydsensormikrofonen. Lim til slutt lokket på toppen av Sweepy, og juster frontkanten med husets front.

Slå på strømmen bakfra og se Sweepy forfølge sine drømmer om å gjøre studio til et renere sted for alle.

Trinn 10: Resultater og refleksjon

Til tross for omfattende designplanlegging skjer det feil, men det er greit: alt er en del av læringsprosessen. Og for oss var ting ikke annerledes.

En av våre største utfordringer var å designe Sweepys hus for å omslutte alle nødvendige komponenter. Dette innebar omhyggelig måling av dimensjonene til alle komponenter, planlegging av trådbaner, sikring av strukturell integritet, etc. Vi endte opp med 3D -utskrift og laserskjæring av to iterasjoner av Sweepys hus, den andre var den siste versjonen basert på det vi har lært fra den første iterasjon.

En stor hindring vi møtte er de begrensede egenskapene til ultralydsensoren: den dekket ikke et stort nok område og Sweepy ville noen ganger treffe en vegg når han nærmet seg i en vinkel. Dette ble løst ved å inkludere en andre ultralydssensor for effektivt å øke effektområdet.

Vi valgte også først en servomotor for å kontrollere sving, men den var ikke så effektiv og strukturelt lyd som vi håpet på. Som et resultat erstattet vi bakhjulet med et fritt hjul og presset ansvaret for å snu til de to driverhjulene gjennom differensialsvending (det ene hjulet ville bevege seg saktere enn det andre for å simulere sving). Selv om dette betydde å gjøre store endringer i koden, forenklet det effektivt vårt overordnede design og tok mindre én servomotor ut av ligningen.

‏‏‎ ‎

Fremtidige Iterasjoner

Det er alltid rom for forbedringer. I fremtiden er en designendring for prosjektet vårt hensynet til Sweepy -vedlikehold og tilgjengelighet til interiøret. Vi hadde opplevd flere problemer, inkludert motorfeil og utladede batterier, noe som krevde at vi tok fra hverandre Sweepy bare for å slå av komponentene, noe som var veldig uintuitivt. I fremtiden vil vi designe et hus med brukbare åpninger som gir tilgang til komponentene, for eksempel batteriet.

Vi vurderer også bruk av en trykksensor på forsiden for å oppdage når Sweepy støter mot en overflate da vi fant at ultralydsensoren til tider var upålitelig, spesielt når vi nærmer oss i en bratt vinkel. Ved å ha en mekanisk sensor ville Sweepy være mer konsekvent i å bestemme når og når den ikke skal svinge.

Selv om Sweepy fungerer godt i små rom, kan det være mindre effektivt i større rom. Dette er fordi Sweepy bare er programmert til å snu når den oppdager en overflate foran den, men ellers vil den fortsette i en rett linje til jorden er ødelagt. I fremtiden kan det være verdt å forhåndsprogrammere en fast rengjøringsvei for Sweepy, så den holder seg innenfor en grense i stedet for å vandre for alltid.

‏‏‎ ‎

Referanser og studiepoeng

Dette prosjektet ble opprettet som en del av Physical Computing -kurset (ARC385) ved Daniels fakultet for arkitektur, landskap og design ved UofT.

‏‏‎ ‎

Lag medlemmer

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

Inspirert av

• Roomba robotstøvsuger
• Wipy: The Over Motivated Whiteboard Cleaner
• De rotete forholdene i studiorom