หุ่นยนต์เต่า DFRobot: 12 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

จนถึงปัจจุบัน โครงการหุ่นยนต์ในโรงงานของฉันถูกขับเคลื่อนไปสู่ต้นทุนที่ต่ำและง่ายต่อการประกอบ จะเกิดอะไรขึ้นหากประสิทธิภาพและความแม่นยำเป็นเป้าหมายและไม่มีค่าใช้จ่าย จะเกิดอะไรขึ้นถ้าบริษัทชุดหุ่นยนต์ยินดีบริจาคชิ้นส่วน? แล้วถ้าเราวาดด้วยอย่างอื่นที่ไม่ใช่มาร์กเกอร์ล่ะ?

ดังนั้น เป้าหมายของโปรเจ็กต์นี้คือการสร้างหุ่นยนต์ Turtle Robot ที่แม่นยำโดยใช้ชิ้นส่วนจากชั้นวางที่จะดึงสิ่งที่น่าสนใจสำหรับงาน Maker Fair ครั้งต่อไป

เต่าหลบ!

ขั้นตอนที่ 1: อะไหล่

DFRobot จัดหาส่วนประกอบหลัก นี่คือสิ่งที่เราใช้:

• 1 ชิ้น, เมนบอร์ด Bluno M0, SKU:DFR0416 หรือ Arduino Uno. ปกติ
• 1 ชิ้น, Dual Bipolar Stepper Motor Shield สำหรับ Arduino (DRV8825), SKU:DRI0023
• 2 ชิ้น, ไฮบริดสเต็ปเปอร์มอเตอร์, SKU:FIT0278
• 1 ชิ้น, ชุดข้อต่อล้อยาง 5 มม. (คู่), SKU:FIT0387
• 1 ชิ้น, เซอร์โว 9G SKU:SER0006

สำหรับพลังงาน ฉันจะใช้เซลล์ลิเธียม 18650 ดังนั้นฉันจึงซื้อ:

• 3 ea., EBL 18650 แบตเตอรี่ 3.7V
• 1 ชิ้น, KINDEN 18650 เครื่องชาร์จแบตเตอรี่อัจฉริยะ
• 3 ea., 18650 ที่ใส่แบตเตอรี่

ฉันยังใช้ฮาร์ดแวร์ต่างๆ:

• 2 ชิ้น, ยาง Buna-N #343 โอริง (3/16" x 3-3/4" ID)
• 1 ea., 1" ลูกปืนเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ
• 10 ea., M3x6MM สกรูหัวกระทะ
• 2 ea., M3x8MM สกรูหัวกระทะ
• 4 ea., สกรูหัวแบน M3x6MM
• 14 ea., น็อต M3
• 4 ea., #2 x 1/4 สกรูเกลียวปล่อย

เราต้องการวิธีที่สร้างสรรค์ในการแบ่งปันพลังงานแบตเตอรี่ระหว่าง Motor Shield และ Arduino เนื่องจากดูเหมือนจะไม่มีสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับสิ่งนั้น ฉันใช้ปลายแจ็คแบบลำกล้อง 2.1 มม. x 5 มม. ของแหล่งจ่ายไฟที่ไม่ทำงาน หรืออะไรทำนองนี้

เครื่องมือ:

• ไขควงปากแฉก
• เครื่องปอกสายไฟ
• ปืนกาวร้อน (อุปกรณ์เสริม)
• หัวแร้งและหัวแร้ง

และไม่น้อยไปกว่านั้น:

• ความอดทน
• ความอดทน
• ทัศนคติเชิงบวก

ขั้นตอนที่ 2: ชิ้นส่วน 3 มิติ

ฉันตัดสินใจลองและออกแบบ 3D ทั้งหมดใน FreeCad สำหรับหุ่นยนต์ตัวนี้เพื่อช่วยให้ฉันเรียนรู้ ทั้งหมดที่ฉันต้องทำคือถ่ายโอนมิติสำหรับการจัดเรียงเซอร์โวและปากกา จากนั้นปรับขนาดส่วนที่เหลือให้พอดีกับสเต็ปที่ใหญ่กว่ามาก

• ล้อขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อให้มีระยะห่างสำหรับแบตเตอรี่
• แชสซีที่หนาขึ้นเพื่อให้มีความแข็งแรงสำหรับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น
• ลูกล้อขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อให้ตรงกับความสูงของดาดฟ้าที่ยกขึ้น
• โมดูลาร์สำหรับการทดสอบและปรับแต่งได้ง่าย

นี่คือชิ้นส่วนที่คุณต้องการ ไฟล์ทั้งหมดอยู่ที่

• 1 ea., แชสซี
• 1 ea., ป๋อด้านบน
• 2 ea., ล้อ
• 1 ea., บาร์เรล
• 1 ea., ตัวยึดเซอร์โว

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบแชสซี ตอนที่ 1

• เริ่มต้นด้วยการใส่น็อต M3 เข้ากับแท่นรองแชสซี สามารถกดหรือดึงเข้าโดยใช้สกรู M3
• ติดตั้งสเต็ปเปอร์ด้วยสกรู M3 โดยให้ขั้วต่อไฟฟ้าหันไปทางด้านหลัง (ด้านที่สั้นกว่า)
• ติดตั้งที่ยึดแบตเตอรี่โดยใช้สกรูหัวแบน

ขั้นตอนที่ 4: การประกอบแชสซี ตอนที่ 2

• ติดตั้งกระบอก ชิ้นส่วนบน และเซอร์โวพร้อมกับสกรูและน็อต M3
• ติดตั้งชิ้นส่วนด้านบนที่รวมกันเข้ากับสเตปเปอร์ด้วยสกรู M3
• ใส่ลูกปืนเหล็กลงในที่ใส่ลูกล้อ ให้ความร้อนด้วยเครื่องเป่าผมหากจำเป็นเพื่อให้ผมนุ่ม
• ติดตั้งลูกล้อเข้ากับตัวเครื่องโดยใช้สกรู M3

ขั้นตอนที่ 5: การประกอบล้อ

• การหาดุมเพื่อจับแกนเป็นปัญหาเนื่องจากเพลามีขนาด 5 มม. และดุม (ซึ่งอ้างว่าเป็น 5 มม.) จริง ๆ แล้วคือ 6 มม. การใช้แรงบิดที่เพียงพอกับสกรูยึดมักจะดึงออก ดังนั้นฉันจึงใช้ตัวรองเพื่อปิดพิกัดความเผื่อก่อน
• หลังจากปรับพิกัดความเผื่อแล้ว ให้เลื่อนดุมบนเพลาขั้นบันไดและขันสกรูยึดให้แน่น
• วางล้อ 3D บนดุมล้อ ใส่สลักเกลียวขนาดใหญ่แล้วขันให้แน่น
• วางโอริงเหนือฮับ
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าล้อหมุนโดยไม่วอกแวก ปรับถ้าจำเป็น

ขั้นตอนที่ 6: การเดินสายไฟ

ให้เราดึงพลังออกไปให้พ้นทางเพื่อทดสอบสเต็ป พวกเราต้องการ:

• สเต็ปเปอร์ชิลด์ต้องการระหว่าง 8 ถึง 35V เพื่อรันสเต็ป
• สเต็ปเปอร์ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 3.4V แต่โดยทั่วไปแล้วจะขับเคลื่อนด้วย 12V
• Bluno (Arduino) มีแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่แนะนำ 7 - 12V หรือสามารถใช้ไฟ 5V USB ได้โดยตรง

เซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมมีแรงดันไฟฟ้า 3.7V ถ้าเราใส่สามชุดเข้าด้วยกัน จะได้ 3 x 3.7V = 11.1 V และประมาณ 3 x 3000 mAh = 9000 mAh Bluno อาจดึงเพียง 20 mA ดังนั้นการระบายน้ำส่วนใหญ่จะมาจากสเต็ปเปอร์ ซึ่งสามารถดึงแอมป์ขึ้นไปเป็นแอมป์หรือมากกว่านั้นขึ้นอยู่กับโหลด นั่นควรให้เวลาทำงานแก่เราหลายชั่วโมง

สำหรับการทดสอบ คุณสามารถจ่ายไฟ 12V ที่ควบคุมให้กับชิลด์และ 5V USB ให้กับ Arduino มันอาจจะง่ายกว่าถ้าจะต่อสายแบตเตอรี่กับพลังงานทั้งสองอย่างพร้อมกัน

• ประสานที่ใส่แบตเตอรี่แบบขนานตามรูปวาด
• ติดตั้ง Arduino โดยใช้สกรูเกลียว #2
• วางมอเตอร์ชิลด์ไว้ด้านบนของ Arduino

• ถอดสายแจ็ค 2.1 มม. x 5 มม. ที่กู้คืนแล้วบิดเข้าด้วยกันกับสายแบตเตอรี่:

  แถบสีขาวเป็นค่าบวก บิดด้วยสายแบตเตอรี่สีแดง

• ใส่ตะกั่วสีแดงใน VCC และตะกั่วสีดำใน GND บนแผงป้องกันมอเตอร์

ขั้นตอนที่ 7: ก้าวสู่ Stepper

ฉันมีปัญหาเล็กน้อยในการรวบรวมข้อมูลมากพอที่จะดำเนินการนี้ ดังนั้นหวังว่าข้อมูลนี้จะช่วยผู้อื่นได้ เอกสารสำคัญที่คุณต้องการอยู่ที่

เชื่อมต่อสายสเต็ปและแหล่งจ่ายไฟเข้ากับโล่ของคุณ:

• 2B บลู
• 2A สีแดง
• 1A สีดำ
• 1B Grenn

ตัวอย่างแบบร่างที่ให้มาใช้งานได้สำหรับฉัน แต่ไม่ได้ให้ความรู้มากเกินไป เราจะต้องควบคุมความเร็วและการหมุนตลอดจนปล่อยสเต็ปเปอร์มอเตอร์เมื่อไม่ใช้งานเพื่อประหยัดพลังงาน

ฉันพบตัวอย่างที่แก้ไขแล้วจาก https://bildr.org/2011/06/easydriver/ ซึ่งมีฟังก์ชันตัวช่วย มันขับทีละสเต็ปเท่านั้น แต่จะทำให้คุณมั่นใจว่าเรามาถูกทางแล้ว เราจะเขียนโค้ดที่ซับซ้อนกว่านี้ในภายหลัง

ขั้นตอนที่ 8: เซอร์โว

เซอร์โวใช้ในการยกและลดระดับปากกาสำหรับการวาด

• วางแขนบนดุมล้อและค่อยๆ หมุนสเต็ปเปอร์ทวนเข็มนาฬิกาโดยมองลงมาจนสุด
• ถอดแขนออกแล้ววางให้หันไปทางซ้าย (ซึ่งจะเป็นตำแหน่งลง)
• ใส่สกรูเกลียวปล่อยขนาดเล็กแล้วขันให้แน่น
• ใส่เซอร์โวในฐานติดตั้งโดยให้ปลายดุมขึ้นด้านบน และยึดโดยใช้สกรูเกลียวขึ้นรูปขนาดใหญ่สองตัว

ขั้นตอนที่ 9: การปรับเทียบ

เนื่องจากความแตกต่างในการประกอบและการจัดตำแหน่ง หุ่นยนต์ต้องได้รับการสอบเทียบเพื่อให้สามารถเคลื่อนระยะทางและมุมได้อย่างแม่นยำ

• วัดเส้นผ่านศูนย์กลางล้อจากขอบด้านนอกของยางโอริง
• วัดระยะฐานล้อจากศูนย์กลางของโอริงที่ด้านล่างของหุ่นยนต์ (ซึ่งจะสัมผัสกับพื้น)
• ดาวน์โหลดแบบร่างการสอบเทียบที่แนบมา
• ป้อนพารามิเตอร์ที่วัดได้ของคุณ
• อัพโหลดภาพร่าง..

เตรียมปากกา:

• ถอดฝาและเลื่อนปลอกปากกาจากด้านปลาย
• ใส่ปากกาในที่ยึดโดยให้แขนเซอร์โวตั้งตรงขึ้น
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปากกาไม่สัมผัสกระดาษในตำแหน่งนี้
• หากปากกาจับที่ด้าม เราจะใช้ตะไบเพื่อขจัดความหยาบและเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของรู

วาดสี่เหลี่ยม:

• เลื่อนสวิตช์เปิดปิดไปที่ "เปิด"
• รอสองสามวินาทีเพื่อให้ bootloader เริ่มทำงาน
• หลังจากที่หุ่นยนต์ทำเสร็จเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสแรกแล้ว ให้ถอดปากกาออกแล้วปิดหุ่นยนต์

ปรับพารามิเตอร์ wheel_dia ก่อน วัดความยาวของด้านของสี่เหลี่ยมจัตุรัส ควรเป็น 100 มม.:

• หากระยะทางที่วัดได้ยาวเกินไป ให้เพิ่ม wheel_dia
• หากระยะทางที่วัดได้สั้นเกินไป ให้ลด wheel_dia

หลังจากที่คุณมีการปรับเทียบระยะทางแล้ว ให้ปรับพารามิเตอร์ wheel_base ซึ่งส่งผลต่อมุมเลี้ยว วางหุ่นยนต์ลงบนกระดาษแผ่นใหม่ เปิดเครื่องแล้วปล่อยให้มันวาดสี่เหลี่ยมทั้งสี่:

• หากหุ่นยนต์หมุนเร็วเกินไป (กล่องหมุนตามเข็มนาฬิกา) ให้ลดค่า wheel_base
• หากหุ่นยนต์หมุนไม่เร็วพอ (กล่องหมุนทวนเข็มนาฬิกา) ให้เพิ่มค่า wheel_base
• เนื่องจากข้อผิดพลาดในการปัดเศษในรหัสการก้าวและเฟืองของ steppers ราคาไม่แพง คุณจะไม่มีวันทำให้มันสมบูรณ์แบบ ดังนั้นอย่าใช้ความพยายามมากเกินไปกับมัน

ขั้นตอนที่ 10: การวาด

ได้เวลาวาดรูปแล้ว! ดาวน์โหลดสเก็ตช์ที่แนบมาเพื่อให้คุณเริ่มต้น

ขั้นตอนที่ 11: ตอนนี้คืออะไร หลักสูตร

มันทำงานและวาดสี่เหลี่ยมที่สวยงาม ตอนนี้ความสนุกเริ่มต้นขึ้น

ต่อไปนี้เป็นแหล่งข้อมูลสองสามอย่างสำหรับการเรียนรู้กราฟิกเต่า

• https://blockly-games.appspot.com/ (บล็อกการเขียนโปรแกรม)
• บทช่วยสอน TinyTurtle (JavaScript)
• โค้ดกับอันนาและเอลซ่าจาก Hour of Code

ฉันได้โพสต์คำแนะนำเกี่ยวกับการใช้หุ่นยนต์เต่าแหล่งข้อมูลออนไลน์เหล่านี้กับ Turtle Robot โดยทั่วไป โค้ด Turtle JavaScript สามารถวางและรันในสเก็ตช์การปรับเทียบได้ คุณสามารถทดสอบผลลัพธ์ออนไลน์บนคอมพิวเตอร์ก่อน แล้วจึงอัปโหลดไปยังเต่าของคุณเพื่อวาดภาพในชีวิตจริง!

สำหรับนักเรียน ต่อไปนี้เป็นแนวคิดของโครงงาน:

• โปรแกรมหุ่นยนต์ของคุณเพื่อเขียนชื่อของคุณ!
• ออกแบบและพิมพ์ 3D ป้ายชื่อใน TinkerCad จากเทมเพลต สามารถติดไว้ด้านล่างเซอร์โวมอเตอร์ของคุณ
• ให้หุ่นยนต์ของคุณมีบุคลิกบางอย่างด้วยกาวร้อนและแวววาว (แค่ให้ล้อและตาไม่มีสิ่งกีดขวาง)
• จากสเก็ตช์ OSTR_eyes ออกแบบและทดสอบอัลกอริทึมเพื่อนำทางในห้อง คุณจะทำอย่างไรเมื่อตาข้างหนึ่งตรวจพบบางสิ่ง ตาทั้งสองข้าง? คุณสามารถรวมฟังก์ชัน random() ของ Arduino ได้หรือไม่
• สร้างเขาวงกตบนกระดาษแผ่นใหญ่บนพื้นและตั้งโปรแกรมให้หุ่นยนต์นำทางผ่าน
• สร้างเขาวงกตที่มีกำแพงและออกแบบอัลกอริทึมเพื่อนำทางโดยอัตโนมัติ
• ยังไม่ได้ใช้งานปุ่มระหว่างไฟ LED และเชื่อมต่อกับพิน Arduino "A3" สามารถใช้ทำอะไรได้บ้าง? ใช้เพื่อเปิดและปิด LED เพื่อเริ่มต้น
• หากคุณไม่ได้ทำส่วนการตรวจสอบของขั้นตอน " เฟิร์มแวร์ (FW): การทดสอบและการกะพริบ " ให้ย้อนกลับไปและลองทำดู

ขั้นตอนที่ 12: แต่เดี๋ยวก่อน ยังมีอีก

หากคุณให้ความสนใจ คุณสังเกตเห็นว่ากระบอกเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส ด้วยความบังเอิญที่แปลกประหลาดของจักรวาล ชอล์กของศิลปินสีพาสเทลจึงมีความกว้างเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของเครื่องหมาย Crayola ทั้งหมดที่เราต้องการคือวิธีกดดันให้พอบนชอล์ค และเราเป็นศิลปินบนทางเท้า

คุณจะต้องการ:

• กระบอกและแรมพิมพ์ 3 มิติ (https://www.thingiverse.com/thing:2976527)

• ชอล์ก ไม่ว่าจะเป็นชอล์คศิลปินสี่เหลี่ยมสีพาสเทลหรือชอล์กทรงกลมขนาดเล็ก

  https://a.co/6B3SzS5

เครื่องซักผ้า 3/4" สำหรับน้ำหนัก

ขั้นตอน:

• พิมพ์สองไฟล์ที่แนบมา
• ถอดเซอร์โวและตัวยึดเซอร์โว
• ติดถังป้อนสี่เหลี่ยม
• เหลาดินสอให้แหลม
• ใส่ชอล์คในถัง
• วางแรมในถัง
• วางน้ำหนักเครื่องซักผ้าบนแรม