Düşük Maliyetli, Arduino Uyumlu Çizim Robotu: 15 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Not: Bu robotun baskılı devre kartı kullanan, yapımı daha kolay ve IR engel algılama özelliğine sahip yeni bir sürümüne sahibim! https://bit.ly/OSTurtle adresinden kontrol edin

Bu projeyi, amacı genç kadınları STEM konularıyla tanıştırmak olan ChickTech.org için 10 saatlik bir atölye çalışması için tasarladım. Bu projenin hedefleri şunlardı:

• Yapımı kolay.
• Programlaması kolay.
• İlginç bir şey yaptı.
• Düşük maliyetli, böylece katılımcılar eve götürebilir ve öğrenmeye devam edebilir.

Bu hedefler göz önünde bulundurularak, işte birkaç tasarım seçeneği:

• Programlama kolaylığı için Arduino uyumlu.
• Maliyet ve kullanılabilirlik için 4xAA pil gücü.
• Doğru hareket için step motorlar.
• Özelleştirme kolaylığı için 3D Baskı.
• İlginç çıktılar için Kaplumbağa grafikleriyle kalem çizimi.
• Açık Kaynak, böylece kendi kaynaklarınızı oluşturabilirsiniz!

İşte yapmak istediklerime en çok yaklaşan robot: https://mirobot.io. Lazer kesicim yok ve İngiltere'den nakliye yasaktı. Bir 3D yazıcım var, bu yüzden sanırım bunun nereye gittiğini görebilirsiniz…

3D yazıcı eksikliğinin sizi caydırmasına izin vermeyin. Size yardım etmeye istekli yerel hobileri https://www.3dhubs.com/ adresinde bulabilirsiniz.

Bu proje Creative Commons kapsamında lisanslanmıştır ve en kısıtlayıcısı Ticari Olmayan tekerlek olan (bir sonraki bölümde belirtildiği gibi) başkalarının tasarımlarına dayalı 3D parçaları kullanır. Bu, bu projenin de Ticari Olmayan olması gerektiği anlamına gelir. Bu adam olma.

Adım 1: Parçalar

Robotları çalıştırmanın, sürmenin ve kontrol etmenin birkaç yolu vardır. Elinizde çalışacak farklı parçalar olabilir, ancak bunlar denediğim ve iyi çalıştığını bulduğum parçalar:

Elektronik:

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

  • CC BY-SA lisansı altında donanım
  • GPL lisansı altında yazılım (Bootloader)
• 2- Dişli 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Sürücüsü - adafruit.com/products/970
• 1- Yarım boy breadboard- adafruit.com/products/64
• 16- Erkek-erkek kazaklar- adafruit.com/products/759
• 1- Mikro servo- adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT sürgülü anahtar - adafruit.com/product/805 veya www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Erkek pin başlığı- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA Tutucu- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB mikro kablo
• 4- AA Piller

*Not: Normal Arduino veya Raspberry Pi kartlarını kullanma hakkında bir tartışma için son adıma bakın.

Donanım:

• 2- 1 7/8" ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Teker 5/8" rulman- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8mm yuvarlak başlı vida- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6mm düz başlı vida- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 Somun- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D Baskılı Parçalar (bir yazıcıya erişiminiz yoksa www.3dhubs.com'a bakın):

• 1 x Bilyalı teker -thingiverse.com/thing:1052674 (onebytegone'un çalışmasına dayalı, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Kasa -thingiverse.com/thing:1053269 (Maker's Box'ın orijinal çalışması, CC BY-SA 3.0)
• 2 x Tekerlek -thingiverse.com/thing:862438 (Mark Benson'ın çalışmasına dayalıdır, CC BY-NC 3.0*)
• 2 x Adım braketi -thingiverse.com/thing:1053267 (jbeale'nin çalışmasına dayalı, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Kalemlik / servo braketi -thingiverse.com/thing:1052725 (Maker's Box'ın orijinal çalışması, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Kalem Yaka -thingiverse.com/thing:1053273 (Maker's Box'ın orijinal çalışması, CC BY-SA 3.0)

* Not: CC BY-NC, ticari olmayan bir lisanstır

Araçlar ve Malzemeler:

• Yıldız tornavida
• Sıcak yapıştırıcı tabancası
• Dijital multimetre
• Keskin bıçak
• Crayola renkli işaretleyiciler

2. Adım: Bellenimi Flashlayın

İnşaatta fazla ilerlemeden, test yazılımını mikrodenetleyiciye yükleyelim. Test programı sadece kutuları çiziyor, böylece doğru yönü ve boyutu kontrol edebiliyoruz.

Trinket Pro ile konuşmak için şunlara ihtiyacınız olacak:

1. https://learn.adafruit.com/introducing-pro-trinket… adresinden sürücü
2. https://learn.adafruit.com/introducing-pro-trinket… adresinden Arduino yazılımı

Lady Ada ve Adafruit ekibi, yukarıdaki bağlantılarda benim sağlayabileceğimden çok daha iyi bir talimat seti oluşturdu. Sıkışırsanız lütfen bunları kullanın.

Not: Bibloyu normal Arduino'dan farklı kılan bir numara, taslağı yüklemeden önce tahtayı sıfırlamanız gerektiğidir.

Adım 3: Kalemlik ve Pil Tutucular

1. Kalem Tutucuyu Servo Braket ile kasanın kısa tarafına takın (Resim 1).
2. Somunları kasanın üst tarafına yerleştirin (Resim 2)
3. 3Mx6mm düz başlı vidaları kullanarak pil tutucularını kasanın altına takın (Resim 3 ve 4).
4. Akü uçlarını dikdörtgen kablo geçişlerinden geçirin (Resim 4 ve 5).
5. Diğer pil tutucu için tekrarlayın.

Not: Belirtilmedikçe vidaların geri kalanı 3Mx8mm yuvarlak başlı vidalardır.

Adım 4: Tekerlekler

1. Tekerleğinizi step miline göre test edin (Resim 1).

   1. Çok sıkıysa, tekerlek göbeğini saç kurutma makinesi veya sıcak hava tabancasıyla ısıtabilir ve ardından mili takabilirsiniz.
   2. Çok gevşek ise 3Mx8mm vida kullanarak milin düz kısmına dayaabilirsiniz (Resim 2).
   3. Mükemmeliyetçiyseniz, yazıcınızı kalibre edebilir ve doğru şekilde alabilirsiniz.
2. O-ringi jantın çevresine yerleştirin (Resim 3 ve 4).
3. Diğer tekerlek için tekrarlayın.

Adım 5: Step Arkalıkları

1. Adım braketine bir somun yerleştirin ve bunları bir vidayla kasanın üstüne tutturun (Resim 1).
2. Adımı brakete yerleştirin ve vida ve somunlarla sabitleyin.
3. Diğer braket için tekrarlayın.

Adım 6: Tekerleme

1. Bilyalı yatağı tekerleğe yerleştirin.

   Zorlamayın yoksa kırılır. Gerekirse malzemeyi yumuşatmak için saç kurutma makinesi veya sıcak hava tabancası kullanın

2. Tekerleği, pil tutucunun önündeki kasanın alt tarafına takın.

7. Adım: Breadboard

1. Güç raylarından birini keskin bir bıçak kullanarak alt yapıştırıcıyı keserek çıkarın (Resim 1).
2. Breadboard'u şasi raylarının üzerinde tutarak, kenarla kesiştiği yeri işaretleyin (Resim 2).
3. Düz bir kenar kullanarak (çıkarılan güç rayı gibi), çizgileri işaretleyin ve desteği kesin (Resim 3).
4. Breadboard'u, raylar açıkta kalan yapıştırıcıya değecek şekilde kasanın üzerine yerleştirin (Resim 4).

Adım 8: Güç

1. Mikrodenetleyiciyi, darlington sürücüsünü ve güç anahtarını ekmek tahtasına yerleştirin (Resim 1).

   • Aşağıdakileri işaretlemek için görünürlük için turuncu noktalar ekledim:

     • Darlington sürücüsünün pin 1'i.
     • Mikrodenetleyicinin pil pimi.
     • Güç anahtarı "açık" konumda.

2. Sağdaki akü kablolarıyla:

   1. Kırmızı çizgiyi güç anahtarının ilk pimine bağlayın (Resim 2).
   2. Siyah ucu mikrodenetleyici ile darlington çipi arasındaki boş bir sıraya bağlayın (Resim 2).

3. Soldaki akü kabloları ile:

   1. Kırmızı çizgiyi diğer pilin siyah ucuyla aynı sıraya bağlayın (Resim 3).
   2. Siyah çizgiyi breadboard'un negatif rayına bağlayın (Resim 3).

4. Gücü mikrodenetleyiciye bağlayın:

   1. Pozitif raydan pil pimine kırmızı jumper (turuncu nokta, Resim 4).
   2. Negatif raydan "G" işaretli pime siyah köprü (Resim 4).
5. Pilleri takın ve gücü açın. Kontrolörün yeşil ve kırmızı ışıklarının yandığını görmelisiniz (Resim 5).

Sorun Giderme: Mikrodenetleyici ışıkları yanmazsa, gücü hemen kapatın ve sorunu giderin:

1. Piller doğru yönde mi takıldı?
2. Akü kablolarının konumunu iki kez kontrol edin.
3. Anahtarı konumlandırmayı iki kez kontrol edin.
4. Pillerin voltajlarını kontrol etmek için bir multimetre kullanın.
5. Güç rayı voltajlarını kontrol etmek için multimetre kullanın.

Adım 9: Başlıklar ve Servo Kablolama

Erkek başlık pimleri, 5 pimli servo JST konektörlerini güce ve darlington sürücüsüne bağlamamızı sağlar (Resim 1):

1. İlk 5 pimli başlık, darlington sürücüsünün bir sıra önünde başlar.
2. İkinci servo başlığı daha sonra darlington sürücüsünün ucuyla aynı hizada olmalıdır.

Kablolama karmaşık hale gelmeden önce, servoyu bağlayalım:

1. Breadboard'un ön bölümünün sağ kenarına servo için 3 pinli bir başlık ekleyin(Resim 2).
2. Güç rayının pozitif tarafına orta pimden kırmızı bir jumper ekleyin.
3. Güç rayının negatif tarafına dış pimden siyah veya kahverengi bir jumper ekleyin.
4. İç pinden mikrodenetleyicinin Pin 8'ine renkli bir jumper ekleyin.
5. Servo kornayı, mil tam saat yönünde ve kol sağ taraftaki tekerleğe doğru uzanacak şekilde takın (Resim 3)
6. Servonun vidalarını kullanarak servoyu kalem tutucuya takın (Resim 3).
7. Renkleri hizalayarak servo konektörünü bağlayın (Resim 4).

Adım 10: Adım Kontrolü

Darlington sürücüsü ve doğrudan aküden çalıştırılacak olan stepperler için kablolama zamanı:

1. Güç rayının negatif tarafına sağ alt darlington pininden siyah veya kahverengi bir jumper bağlayın (Resim 1).
2. Güç rayının pozitif tarafına sağ üst darlington pininden kırmızı bir jumper bağlayın.
3. Sol üst pin başlığından güç rayının pozitif tarafına kırmızı bir jumper bağlayın (Resim 2).
4. Sol step konektörünü, kırmızı kablo sağ tarafta olacak şekilde sol taraftaki pin başlığına bağlayın (Resim 3).
5. Sağ step konektörünü, okuma kablosu sol tarafta olacak şekilde sağ taraftaki pin başlığına bağlayın.

Not: Adım konektörünün kırmızı ucu güçtür ve devre tahtasındaki kırmızı uçlarla eşleşmelidir.

Adım 11: Adım Kontrolü (Devam)

Şimdi mikrodenetleyiciden gelen step sinyal kablolarını darlington sürücüsünün giriş tarafına bağlayacağız:

1. Mikrodenetleyicinin Pin 6'sından başlayarak, sol step motor için dört kontrol jumper'ının uçlarını bağlayın (Resim 1).
2. Bu jumper'ları sağdaki darlington'un giriş tarafıyla eşleştirin. Adımın pembe teliyle eşleşen yeşil hariç tüm renkler eşleşmelidir (Resim 2).
3. Mikrodenetleyicinin Pin 13'ünden başlayarak, sağ step motor için dört kontrol jumper'ının uçlarını bağlayın (Resim (3)).
4. Bu jumper'ları soldaki darlington'un giriş tarafıyla eşleştirin. Adımın pembe teliyle eşleşen yeşil hariç tüm renkler eşleşmelidir (Resim 3).

Adım 12: Test ve Kalibrasyon

Umarım üretici yazılımını Adım 2'de yüklemişsinizdir. Değilse, şimdi yapın.

Test yazılımı, yönü ve doğruluğu kontrol edebilmemiz için art arda bir kare çizer.

1. Robotunuzu pürüzsüz, düz, açık bir yüzeye yerleştirin.
2. Gücü açın.
3. Robotunuzun kareler çizmesini izleyin.

Mikrodenetleyicide ışık görmüyorsanız, geri dönün ve 8. Adımdaki gibi güç sorununu giderin.

Robotunuz hareket etmiyorsa 9. Adımda darlington sürücüsüne giden güç bağlantılarını iki kez kontrol edin.

Robotunuz düzensiz hareket ediyorsa, Adım 10'da mikrodenetleyici ve darlington sürücüsü için pin bağlantılarını iki kez kontrol edin.

Robotunuz yaklaşık bir karede hareket ediyorsa, biraz kağıt koyup içine bir kalem koymanın zamanı gelmiştir (Resim 1).

Kalibrasyon noktalarınız:

kayan tekerlek_dia=66.25; // mm (artırma = spiral dışarı)

kayan tekerlek_base=112; // mm (artırma = sarmal giriş) int adımlar_rev=128; // 16x dişli kutusu için 128, 64x dişli kutusu için 512

65 mm ölçülü bir tekerlek çapı ile başladım ve kutuların içe doğru döndüğünü görebilirsiniz (Resim 2).

Çapı 67'ye çıkardım ve dışa doğru döndüğünü görebilirsiniz (Resim 3).

Sonunda 66,25 mm değerine ulaştım (Resim 4). Dişli boşluğu ve benzeri nedeniyle hala bazı doğal hatalar olduğunu görebilirsiniz. İlginç bir şey yapacak kadar yakın!

Adım 13: Kalemi Kaldırma ve İndirme

Bir servo ekledik, ancak onunla hiçbir şey yapmadık. Robotun çizim yapmadan hareket edebilmesi için kalemi kaldırmanıza ve indirmenize olanak tanır.

1. Kalem tasmasını kalemin üzerine yerleştirin (Resim 1).
2. Gevşekse, yerine bantlayın.
3. Servo kol indirildiğinde kağıda değip değmeyeceğini kontrol edin.
4. Kaldırıldığında kağıda temas etmeyeceğini kontrol edin (Resim 2).

Servo açıları, kornayı çıkarıp yeniden konumlandırarak veya yazılım aracılığıyla ayarlanabilir:

int PEN_DOWN = 170; // kalem aşağıdayken servo açısı

int PEN_UP = 80; // kalem yukarıdayken servo açısı

Kalem komutları şunlardır:

penup();

pendown();

Adım 14: Eğlenin

Umarım çok fazla küfür kullanmadan buraya kadar gelmişsindir. Talimatları iyileştirebilmem için neyle mücadele ettiğinizi bana bildirin.

Şimdi keşfetme zamanı. Test çizimine bakarsanız, size bazı standart "Kaplumbağa" komutları verdiğimi göreceksiniz:

ileri(mesafe); // milimetre

geri(mesafe); sol(açı); // derece sağ(açı); penup(); pendown(); tamamlamak(); // pilden tasarruf etmek için stepper'ı serbest bırakın

Bu komutları kullanarak kar taneleri çizmekten adınızı yazmaktan hemen hemen her şeyi yapabilmeniz gerekir. Başlamak için yardıma ihtiyacınız varsa, kontrol edin:

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

Adım 15: Diğer Platformlar

Bu robot normal bir Arduino ile yapılabilir mi? Evet! Düşük maliyeti ve küçük boyutu nedeniyle Biblo ile gittim. Şasi uzunluğunu arttırırsanız, bir tarafa normal bir Arduino, diğer tarafa da breadboard takabilirsiniz (Resim 1). Test çizimi ile pin-to-pin çalışması gerekir, ayrıca artık hata ayıklama için seri konsola gidebilirsiniz!

Bu robot bir Rasberry Pi ile yapılabilir mi? Evet! Bu benim ilk araştırma hattımdı çünkü Python'da programlamak ve onu web üzerinden kontrol edebilmek istiyordum. Yukarıdaki tam boyutlu Arduino gibi, sadece Pi'yi bir tarafa ve devre tahtasını diğer tarafa yerleştirin (Resim 2). Güç, birincil endişe haline gelir çünkü dört AA onu kesmeyecektir. Sabit bir 5V'de yaklaşık 1A akım sağlamanız gerekir, aksi takdirde WiFi modülünüz iletişimi durduracaktır. Model A'nın güç tüketimi konusunda çok daha iyi olduğunu buldum, ancak hala nasıl güvenilir güç sağlayacağım üzerinde çalışıyorum. Çözersen bana haber ver!