SKARA- หุ่นยนต์ทำความสะอาดสระว่ายน้ำแบบใช้มือ Autonomous Plus: 17 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

• เวลาคือเงินและค่าแรงก็แพง ด้วยการถือกำเนิดและความก้าวหน้าในเทคโนโลยีระบบอัตโนมัติ โซลูชันที่ไม่ยุ่งยากจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาสำหรับเจ้าของบ้าน สังคม และคลับในการทำความสะอาดสระน้ำจากเศษซากและสิ่งสกปรกในชีวิตประจำวัน เพื่อรักษาสุขอนามัยส่วนบุคคลตลอดจนรักษามาตรฐานการครองชีพที่แน่นอน
• ในการจัดการกับภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกนี้ ฉันได้พัฒนาเครื่องทำความสะอาดพื้นผิวสระว่ายอัตโนมัติแบบใช้มือ ด้วยกลไกที่เรียบง่ายแต่สร้างสรรค์ ทิ้งไว้ในสระสกปรกข้ามคืนแล้วตื่นมาทำความสะอาดสระให้ปราศจากจุด
• หุ่นยนต์มีโหมดการทำงานสองโหมด โหมดหนึ่งอัตโนมัติซึ่งสามารถเปิดได้ด้วยการกดปุ่มบนโทรศัพท์และปล่อยทิ้งไว้โดยไม่มีใครดูแลเพื่อทำงาน และโหมดแมนนวลอีกโหมดหนึ่งเพื่อรับชิ้นส่วนของกิ่งไม้และใบไม้ที่เฉพาะเจาะจงเหล่านั้นเมื่อเวลามีความสำคัญ. ในโหมดปรับเอง คุณสามารถใช้มาตรความเร่งในโทรศัพท์ของคุณเพื่อควบคุมการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ได้เหมือนกับการเล่นเกมแข่งรถบนโทรศัพท์ แอปที่สร้างขึ้นเองสร้างขึ้นโดยใช้แอป Blynk และการอ่านค่าความเร่งจะถูกส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์หลักและกลับไปที่มือถือ จากนั้นจะส่งข้อมูลการสลับฮอตสปอตไปยัง NodeMCU
• แม้กระทั่งทุกวันนี้ หุ่นยนต์ทำความสะอาดบ้านก็ยังถูกมองว่าเป็นอุปกรณ์ที่แปลกใหม่หรือของเล่นหรูหรา ดังนั้นเพื่อเปลี่ยนความคิดนี้ ฉันจึงพัฒนามันด้วยตัวเอง ดังนั้นในโครงการนี้ วัตถุประสงค์หลักคือการออกแบบและผลิตเครื่องทำความสะอาดพื้นผิวสระอัตโนมัติโดยใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่และราคาถูก เพื่อให้ต้นแบบทั้งหมดประหยัดต้นทุน ดังนั้นคนส่วนใหญ่จึงสร้างมันขึ้นมาในบ้านได้เช่นเดียวกับผม

ขั้นตอนที่ 1: กลไกการทำงาน

การเคลื่อนไหวและการสะสม:

• กลไกพื้นฐานของต้นแบบของเราประกอบด้วยสายพานลำเลียงที่หมุนอย่างต่อเนื่องด้านหน้าเพื่อเก็บเศษและสิ่งสกปรก
• มอเตอร์สองตัวที่ขับเคลื่อนกังหันน้ำที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่

การนำทาง:

• โหมดแมนนวล: การใช้ข้อมูลมาตรความเร่งของมือถือสามารถควบคุมทิศทางของ Skara ได้ ดังนั้นบุคคลเพียงแค่ต้องเอียงโทรศัพท์ของเขา
• โหมดอัตโนมัติ: ฉันได้ใช้การเคลื่อนไหวแบบสุ่มที่เสริมอัลกอริธึมการหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางเพื่อช่วยหุ่นยนต์เมื่อสัมผัสได้ถึงความใกล้ชิดกับผนัง ใช้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสองตัวเพื่อตรวจจับสิ่งกีดขวาง

ขั้นตอนที่ 2: โมเดล CAD

• CAD Model ทำบน SolidWorks
• คุณสามารถค้นหาไฟล์ cad ที่อยู่ในคำแนะนำนี้

ขั้นตอนที่ 3: ส่วนประกอบ

เครื่องกล:

1. แผงตัดด้วยเลเซอร์ -2nos
2. แผ่นอะครีลิคหนา 4 มม.
3. แผ่นเทอร์โมคอลหรือโพลีสไตรีน
4. แท่งตัดกลึง
5. แผ่นพลาสติกโค้ง (ผิวไม้)
6. ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ
7. สกรูและน๊อต
8. ลายฉลุ (พิมพ์ "สการะ")
9. Mseal- อีพ็อกซี่
10. ผ้าตาข่าย

เครื่องมือ:

• กระดาษทราย
• สี
• เครื่องบดมุม
• เจาะ
• เครื่องตัด
• เครื่องมือไฟฟ้าอื่นๆ

อิเล็กทรอนิกส์:

• NodeMCU
• ขั้วต่อสกรู: 2pin และ 3pin
• ตัวแปลงบั๊กขนาดเล็ก 360
• สวิตช์สลับ
• IRF540n- มอสเฟต
• BC547b- ทรานซิสเตอร์
• ตัวต้านทาน 4.7K
• ลวดแกนเดี่ยว
• L293d- ตัวขับมอเตอร์
• อัลตราโซนิกเซนเซอร์- 2nos
• มอเตอร์ DC 100 รอบต่อนาที - 3nos
• แบตเตอรี่ตะกั่วกรด 12v
• เครื่องชาร์จแบตเตอรี่
• บอร์ดบัดกรี
• ลวดบัดกรี
• หัวแร้ง

ขั้นตอนที่ 4: การพิมพ์ 3 มิติ

• การพิมพ์ 3 มิติทำโดยเครื่องพิมพ์ที่บ้านโดยเพื่อนของฉัน
• คุณสามารถค้นหา 4 ไฟล์ที่ต้องพิมพ์ 3 มิติ

• ชิ้นส่วนถูกพิมพ์ 3 มิติโดยแปลงไฟล์ CAD 3 มิติเป็นรูปแบบ stl

• กังหันน้ำมีการออกแบบที่ใช้งานง่ายพร้อมครีบรูปทรง airfoil เพื่อแทนที่น้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการออกแบบแบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยในการดึงโหลดน้อยลงจากมอเตอร์รวมทั้งเพิ่มความเร็วในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์อย่างเห็นได้ชัด

ขั้นตอนที่ 5: แผงตัดด้วยเลเซอร์และแท่งกลึง

แผงด้านข้าง:

• ในการทำให้ CAD แสดงผลได้จริง วัสดุที่จะเลือกใช้สำหรับโครงสร้างของต้นแบบต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ โดยคำนึงว่าโครงสร้างทั้งหมดจะต้องมีการลอยตัวที่เป็นบวก
• โครงสร้างหลักสามารถดูได้ในรูป ตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับเฟรมคือเลือกใช้ Aluminium 7 series เนื่องจากมีน้ำหนักเบากว่า ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่า และความแข็งแกร่งของโครงสร้างดีขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไม่มีวัสดุในตลาดท้องถิ่น ฉันจึงต้องทำด้วย Mild Steel
• Side Frame Cad ถูกแปลงเป็นรูปแบบ. DXF และมอบให้กับผู้ขาย คุณสามารถค้นหาไฟล์ที่แนบมาในคำแนะนำนี้
• เลเซอร์คัทบน LCG3015
• คุณสามารถให้เลเซอร์ตัดในเว็บไซต์นี้ (https://www.ponoko.com/laser-cutting/metal)

แท่งกลึง:

• แท่งที่เชื่อมต่อสองแผงและรองรับถังผลิตโดยการกลึงจากร้านผลิตในท้องถิ่น
• ต้องการทั้งหมด 4 แท่ง

ขั้นตอนที่ 6: การสร้าง Bin

• ถังขยะทำโดยใช้แผ่นอะครีลิคที่ตัดด้วยเครื่องมือไฟฟ้าที่มีขนาดอ้างอิงจากแบบ CAD
• ส่วนที่ตัดแยกของถังขยะถูกประกอบและติดเข้าด้วยกันโดยใช้อีพอกซีเรซินกันน้ำเกรดอุตสาหกรรม
• แชสซีทั้งหมดและส่วนประกอบต่างๆ ถูกประกอบเข้าด้วยกันโดยใช้สลักเกลียวสแตนเลส 4 มม. และสตั๊ดสแตนเลส 3 อัน น็อตที่ใช้เป็นแบบล็อคแบบบวกในตัวเองเพื่อหลีกเลี่ยงการปฏิบัติตามลักษณะใดๆ
• ทำรูกลมในแผ่นอะครีลิค 2 ด้านเพื่อใส่มอเตอร์

• กล่องแบตเตอรี่และอิเล็กทรอนิกส์ถูกตัดจากแผ่นพลาสติกขนาด 1 มม. และบรรจุลงในแชสซี ช่องเปิดสำหรับสายไฟที่ปิดสนิทและหุ้มฉนวนอย่างเหมาะสม

ขั้นตอนที่ 7: ลอยตัว

• องค์ประกอบสุดท้ายที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างล้วนๆ คืออุปกรณ์ลอยตัวซึ่งใช้เพื่อให้ต้นแบบทั้งหมดมีแรงลอยตัวในเชิงบวก และรักษาจุดศูนย์ถ่วงให้อยู่ที่จุดศูนย์กลางทางเรขาคณิตของต้นแบบทั้งหมดโดยประมาณ
• อุปกรณ์ลอยตัวถูกประดิษฐ์ขึ้นจากพอลิสไตรีน (เทอร์โมคอล) ใช้กระดาษทรายทำรูปทรงให้เหมาะสม
• สิ่งเหล่านี้ถูกแนบไปกับเฟรมที่ตำแหน่งโดยใช้ mSeal โดยคำนวณโดยพิจารณาจากข้อจำกัดข้างต้น

ขั้นตอนที่ 8: รองรับอัลตราโซนิกเซนเซอร์

• มันถูกพิมพ์ 3 มิติและแผ่นหลังทำด้วยแผ่นดีบุก
• ติดโดยใช้ mseal (ชนิดของอีพ็อกซี่)

ขั้นตอนที่ 9: อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

• แบตเตอรี่กรดตะกั่ว 12V ใช้สำหรับจ่ายไฟให้กับทั้งระบบ
• เชื่อมต่อแบบขนานกับตัวแปลงบั๊กและตัวควบคุมมอเตอร์ L293d
• ตัวแปลงบั๊กแปลง 12v เป็น 5v สำหรับระบบ
• มอสเฟต IRF540n ใช้เป็นสวิตช์ดิจิตอลเพื่อควบคุมมอเตอร์ของสายพานลำเลียง
• NodeMCU ใช้เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์หลัก เชื่อมต่อกับมือถือโดยใช้ WiFi (ฮอตสปอต)

ขั้นตอนที่ 10: สายพานลำเลียง

• ทำจากผ้าตาข่ายที่ซื้อจากร้านค้าในท้องถิ่น
• ผ้าถูกตัดติดเป็นวงกลมเพื่อให้ต่อเนื่อง

ขั้นตอนที่ 11: การวาดภาพ

Skara ถูกทาสีโดยใช้สีสังเคราะห์

ขั้นตอนที่ 12: Skara Symbol Laser Cut

• ลายฉลุถูกตัดโดยใช้เลเซอร์ทำเองโดยเพื่อนของฉัน
• วัสดุที่ใช้ตัดเลเซอร์คือแผ่นสติ๊กเกอร์

ขั้นตอนที่ 13: การเข้ารหัส

สิ่งก่อนการเข้ารหัส:

• สำหรับโครงการนี้ ฉันใช้ Arduino IDE เพื่อเขียนโปรแกรม NodeMCU ของฉัน เป็นวิธีที่ง่ายกว่า ถ้าคุณเคยใช้ Arduino มาก่อน และคุณไม่จำเป็นต้องเรียนรู้ภาษาการเขียนโปรแกรมใหม่ เช่น Python หรือ Lua เป็นต้น

• หากคุณไม่เคยทำเช่นนี้มาก่อน คุณจะต้องเพิ่มการรองรับบอร์ด ESP8266 ให้กับซอฟต์แวร์ Arduino
• คุณสามารถค้นหาเวอร์ชันล่าสุดสำหรับ Windows, Linux หรือ MAC OSX ได้จากเว็บไซต์ของ Arduino: https://www.arduino.cc/en/main/softwareดาวน์โหลดฟรี ติดตั้งบนคอมพิวเตอร์ของคุณและเปิดใช้งาน
• Arduino IDE นั้นมาพร้อมกับการรองรับบอร์ดต่างๆ มากมาย: Arduino Nano, Mine, Uno, Mega, Yún เป็นต้น น่าเสียดายที่ ESP8266 นั้นไม่มีโดยปริยายสำหรับบอร์ดพัฒนาที่รองรับเหล่านั้น ดังนั้นเพื่อที่จะอัปโหลดรหัสของคุณไปยังบอร์ดฐาน ESP8266 คุณจะต้องเพิ่มคุณสมบัติของมันลงในซอฟต์แวร์ของ Arduino ก่อน ไปที่ File > Preferences (Ctrl + บน Windows OS); เพิ่ม URL ต่อไปนี้ลงในกล่องข้อความตัวจัดการบอร์ดเพิ่มเติม (ที่อยู่ด้านล่างสุดของหน้าต่างการตั้งค่า):
• หากกล่องข้อความไม่ว่างเปล่า แสดงว่าเคยเพิ่มบอร์ดอื่นบน Arduino IDE มาก่อนแล้ว เพิ่มเครื่องหมายจุลภาคที่ส่วนท้ายของ URL ก่อนหน้าและ URL ด้านบน
• กดปุ่ม "ตกลง" และปิดหน้าต่างการตั้งค่า

• ไปที่ เครื่องมือ > บอร์ด > ตัวจัดการบอร์ด เพื่อเพิ่มบอร์ด ESP8266 ของคุณ

• พิมพ์ "ESP8266" ในช่องข้อความค้นหา เลือก "esp8266 by ESP8266 Community" และติดตั้ง
• ตอนนี้ Arduino IDE ของคุณจะพร้อมทำงานกับบอร์ดพัฒนาที่ใช้ ESP8266 จำนวนมาก เช่น ESP8266 ทั่วไป, NodeMcu (ซึ่งฉันใช้ในบทช่วยสอนนี้), Adafruit Huzzah, Sparkfun Thing, WeMos เป็นต้น
• ในโครงการนี้ ฉันใช้ห้องสมุด Blynk ควรติดตั้งไลบรารี Blynk ด้วยตนเอง ดาวน์โหลดไลบรารี Blynk ที่ https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases… แตกไฟล์และคัดลอกโฟลเดอร์ไปยังโฟลเดอร์ Arduino IDE libraries/tools

การเข้ารหัสหลัก:

• คุณจะต้องอัปเดตคีย์การตรวจสอบสิทธิ์ Blynk และข้อมูลรับรอง WiFi (ssid และรหัสผ่าน) ก่อนอัปโหลดรหัส
• ดาวน์โหลดรหัสและไลบรารีที่ให้ไว้ด้านล่าง
• เปิดรหัสที่ให้มา ("รหัสสุดท้าย") ใน Arduino IDE และอัปโหลดไปยัง NodeMCU
• เซ็นเซอร์บางตัวของสมาร์ทโฟนยังสามารถใช้กับ Blynk ได้อีกด้วย ครั้งนี้ฉันต้องการใช้มาตรความเร่งเพื่อควบคุมหุ่นยนต์ของฉัน เอียงโทรศัพท์แล้วหุ่นยนต์จะเลี้ยวซ้าย/ขวาหรือเดินหน้า/ถอยหลัง

ขั้นตอนที่ 14: คำอธิบายของรหัส

• ในโครงการนี้ ฉันต้องใช้ไลบรารี ESP8266 และ Blynk เท่านั้น พวกเขาจะถูกเพิ่มในตอนต้นของรหัส
• คุณจะต้องกำหนดค่าคีย์การให้สิทธิ์ Blynk และข้อมูลรับรอง Wi-Fi ของคุณ ด้วยวิธีนี้ ESP8266 ของคุณจะสามารถเข้าถึงเราเตอร์ Wi-Fi และรอคำสั่งจากเซิร์ฟเวอร์ Blynk แทนที่ "พิมพ์รหัสอนุญาตของคุณเอง", XXXX และ YYYY ด้วยรหัสรับรองความถูกต้องของคุณ (คุณจะได้รับในอีเมลของคุณ), SSID และรหัสผ่านของเครือข่าย Wi-Fi ของคุณ

• กำหนดพินของ NodeMCU ที่เชื่อมต่อกับ h-bridge คุณอาจใช้ค่าตามตัวอักษร (D1, D2 ฯลฯ) ของหมายเลข GPIO ของแต่ละพิน

ขั้นตอนที่ 15: ตั้งค่า Blynk

• Blynk เป็นบริการที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมฮาร์ดแวร์จากระยะไกลผ่านการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต มันทำให้คุณสามารถสร้างอุปกรณ์ Internet of Things ได้อย่างง่ายดาย และรองรับฮาร์ดแวร์ต่างๆ เช่น Arduinos, ESP8266, Raspberry Pi เป็นต้น
• คุณสามารถใช้เพื่อส่งข้อมูลจากสมาร์ทโฟน Android หรือ iOS (หรือแท็บเล็ต) ไปยังอุปกรณ์ระยะไกล คุณยังสามารถอ่าน จัดเก็บ และแสดงข้อมูลที่ได้รับจากเซ็นเซอร์ฮาร์ดแวร์ของคุณ เป็นต้น
• Blynk App ใช้สำหรับสร้างส่วนต่อประสานผู้ใช้ มันมีวิดเจ็ตที่หลากหลาย: ปุ่ม, ตัวเลื่อน, จอยสติ๊ก, จอแสดงผล ฯลฯ ผู้ใช้ลากและวางวิดเจ็ตไปที่แดชบอร์ดและสร้างส่วนต่อประสานกราฟิกที่กำหนดเองสำหรับโครงการที่หลากหลาย
• มันมีแนวคิด 'พลังงาน' ผู้ใช้เริ่มต้นด้วยคะแนนพลังงานฟรี 2,000 คะแนน ทุกวิดเจ็ตที่ใช้ (ในโปรเจ็กต์ใดๆ) ใช้พลังงานบางส่วน ดังนั้นจึงจำกัดจำนวนวิดเจ็ตสูงสุดที่ใช้ในโปรเจ็กต์ ตัวอย่างเช่น ปุ่มหนึ่งใช้พลังงาน 200 คะแนน ด้วยวิธีนี้ เราสามารถสร้างอินเทอร์เฟซที่มีได้ถึง 10 ปุ่ม เป็นต้น ผู้ใช้สามารถซื้อจุดพลังงานเพิ่มเติม และสร้างอินเทอร์เฟซที่ซับซ้อนมากขึ้นและ/หรือหลายโครงการ
• คำสั่งจาก Blynk App จะถูกอัปโหลดไปยัง Blynk Server ผ่านทางอินเทอร์เน็ต ฮาร์ดแวร์อื่น (เช่น NodeMCU) ใช้ Blynk Libraries เพื่ออ่านคำสั่งเหล่านั้นจากเซิร์ฟเวอร์และดำเนินการต่างๆ ฮาร์ดแวร์ยังสามารถส่งข้อมูลบางส่วนไปยังเซิร์ฟเวอร์ ซึ่งอาจแสดงบนแอพ
• ดาวน์โหลดแอป Blynk สำหรับ Android หรือ iOS จากลิงก์ต่อไปนี้: https://play.google.com/store/apps/details?id=cc….
• ติดตั้งแอพและสร้างบัญชีใหม่ หลังจากนั้น คุณก็พร้อมที่จะสร้างโครงการแรกของคุณ คุณจะต้องติดตั้งไลบรารี Blynk และรับรหัสรับรองความถูกต้องด้วย ขั้นตอนการติดตั้งไลบรารีได้อธิบายไว้ในขั้นตอนก่อนหน้านี้
• · ใช้ฟังก์ชัน BLYNK_WRITE(V0) เพื่ออ่านค่ามาตรความเร่ง การเร่งความเร็วบนแกน y ใช้เพื่อควบคุมว่าหุ่นยนต์ควรเลี้ยวขวา/ซ้าย และใช้การเร่งความเร็วแกน z เพื่อดูว่าหุ่นยนต์ควรจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า/ถอยหลังหรือไม่ หากไม่เกินค่าเกณฑ์ มอเตอร์จะหยุด.
• ดาวน์โหลดแอป blynk บนมือถือ ลากวัตถุ accelerometer จาก Widget Box แล้ววางลงบนแดชบอร์ด ภายใต้การตั้งค่าปุ่มกำหนดพินเสมือนเป็นเอาต์พุต ฉันใช้พินเสมือน V0 คุณควรได้รับ Auth Token ในแอป Blynk
• ไปที่ Project Settings (ไอคอนน็อต) สำหรับปุ่ม Manual/Autonomous ฉันเคยใช้ V1 ในแอพ For Conveyor belt ฉันใช้ V2 เป็นเอาต์พุต
• คุณสามารถดูภาพหน้าจอของแอพสุดท้ายบนรูปภาพ

ขั้นตอนที่ 16: การประกอบขั้นสุดท้าย

ติดทุกส่วน

ดังนั้นโครงการจึงเสร็จสิ้น

ขั้นตอนที่ 17: เครดิต

ฉันอยากจะขอบคุณเพื่อนของฉันสำหรับ:

1. Zeeshan Mallick: ช่วยฉันด้วยโมเดล CAD, การผลิตแชสซี

2. Ambarish Pradeep: การเขียนเนื้อหา

3. แพทริค: การพิมพ์ 3 มิติและการตัดด้วยเลเซอร์

รางวัลที่สองใน IoT Challenge