Sweepy: the Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

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

โดย: Evan Guan, Terence Lo และ Wilson Yang

‏‏‎ ‎

บทนำ & แรงจูงใจ

โปรแกรมทำความสะอาดสตูดิโอ Sweepy ได้รับการออกแบบเพื่อตอบสนองต่อสภาวะที่วุ่นวายของสตูดิโอสถาปัตยกรรมที่นักเรียนป่าเถื่อนทิ้งไว้เบื้องหลัง เบื่อกับความยุ่งของสตูดิโอตอนรีวิวแล้วเหรอ? ดีไม่พูดอีกต่อไป ด้วย Sweepy สิ่งที่คุณต้องทำคือตั้งค่าและลืมมันไป Studio จะสร้างแบรนด์ใหม่ได้เร็วกว่าที่คุณจะใช้ในการสร้างแบบจำลองโครงการหนึ่งๆ ให้สำเร็จ

Sweepy ตระหนักในตัวเองและจะย้ายไปรอบๆ เพื่อกวาดขยะและเศษขยะทั้งหมดออกไปตามที่คุณต้องการด้วยเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสองตัวที่บอกให้เปิดเมื่อเข้าใกล้กำแพง ต้องการ Sweepy เพื่อทำงานหนักขึ้นหรือไม่? ไม่เป็นไร แค่ตะโกนใส่มัน Sweepy รับฟังสภาพแวดล้อมอย่างต่อเนื่องด้วยเซ็นเซอร์เสียง เมื่อถึงเกณฑ์เสียงรบกวนจะทำให้ Sweepy เข้าสู่โหมดโกรธ กวาดและเคลื่อนที่เร็วขึ้นในช่วงเวลาสั้น ๆ

สตูดิโอที่ไม่มี Sweepy เป็นสตูดิโอที่รก

‏‏‎ ‎

ชิ้นส่วน วัสดุ และเครื่องมือ

ส่วนประกอบส่วนใหญ่ในรายการนี้มีอยู่ใน ELEGOO UNO R3 Project Starter Kit สามารถซื้อชิ้นส่วนอื่นๆ ได้จาก Creatron Inc. หรือร้านค้าอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ

‏‏‎ ‎

ส่วนประกอบ

x1 บอร์ดควบคุม ELEGOO UNO R3

x1 โมดูลขยายต้นแบบ

x1 อัลตราโซนิกเซนเซอร์ (HC-SR04)

x1 โมดูลเซนเซอร์เสียง (KY-038)

x2 มอเตอร์ DC N20 (ROBOT-011394)

x1 ไมโครเซอร์โวมอเตอร์ 9G (SG90)

โมดูล LCD x1 (1602A)

x1 9V แบตเตอรี่

ล้อยาง x2 60x8mm (UWHLL-601421)

x1 ฟรีล้อเลื่อน (สูง 64 มม.)

x1 แปรงกวาด (ความสูงด้าม 12 มม.)

x2 ทรานซิสเตอร์ NPN (PN2222)

x3 ตัวต้านทาน (220Ω)

x2 ไดโอด (1N4007)

x1 โพเทนชิโอมิเตอร์ (10K)

x15 สายจัมเปอร์เขียงหั่นขนม

x26 สายดูปองท์หญิง-ชาย

‏‏‎ ‎

วัสดุ

x1 แผ่นไม้อัด 3 มม. (เตียงเลเซอร์ ขนาด 18" x 32")

สกรู x6 M3 (YSCRE-300016)

x4 M3 ถั่ว (YSNUT-300000)

สกรู x6 M2.5 (YSCRE-251404)

x6 น็อต M2.5 (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

เครื่องมือ

ชุดไขควง

ปืนกาวร้อน

‏‏‎ ‎

อุปกรณ์

คอมพิวเตอร์

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เครื่องตัดเลเซอร์

‏‏‎ ‎

ซอฟต์แวร์

Arduino IDE

ขั้นตอนที่ 1: ทำความเข้าใจตรรกะ

วงจร

แผงควบคุม ELEGOO UNO R3 จะทำหน้าที่เป็น "สมอง" ของหุ่นยนต์ซึ่งโค้ดจะถูกอัปโหลดและประมวลผล ติด Prototype Expansion Board และ mini breadboard ไว้ด้านบน ในการสื่อสารกับเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์ ส่วนประกอบต่างๆ จะเชื่อมต่อผ่านเขียงหั่นขนมและสายไฟ

ด้านบนนี้เป็นแผนภาพวงจรที่จำเป็นในการทำให้ Sweepy มีความสุข ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับอินพุตและเอาต์พุตของสายไฟ ช่วยในการเดินตามเส้นลวดโดยดูที่สีของมัน การเชื่อมต่อที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้ Sweepy ทำงานไม่ถูกต้อง หรือในกรณีที่แย่กว่านั้น อาจทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณเสียหายจากการลัดวงจร

‏‏‎ ‎

การเขียนโปรแกรม

สิ่งที่แนบมาด้านล่างคือรหัสที่จำเป็นสำหรับการเรียกใช้ Sweepy เปิดไฟล์ใน Arduino IDE และอัปโหลดไปยังบอร์ดควบคุม ELEGOO UNO R3 ในการดำเนินการนี้ คุณต้องเชื่อมต่อบอร์ดควบคุมกับคอมพิวเตอร์ของคุณผ่านสาย USB ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เลือกพอร์ตที่ถูกต้องโดยไปที่เครื่องมือและพอร์ตในเมนูดรอปดาวน์ อย่าลืมอัปโหลดโค้ดก่อนสร้าง Sweepy เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ต้องเสียบสาย USB ขณะอยู่ในตัวเครื่องที่พิมพ์ 3 มิติ

ไม่แนะนำให้เปลี่ยนตัวแปรในโค้ดเว้นแต่คุณจะมีประสบการณ์หรือรู้ว่ากำลังทำอะไรอยู่

ขั้นตอนที่ 2: รวบรวมชิ้นส่วน วัสดุ และเครื่องมือทั้งหมด

ในการเริ่มต้นโครงการ ให้รวบรวมชิ้นส่วน วัสดุ และเครื่องมือทั้งหมดที่ระบุไว้ในรายการด้านบน ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ชิ้นส่วนส่วนใหญ่ในรายการสามารถพบได้ใน ELEGOO UNO R3 Starter Kit เช่นเดียวกับใน Creatron Inc. หรือร้านค้าอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ

ขอแนะนำเป็นอย่างยิ่งให้เริ่มการพิมพ์ 3 มิติให้เร็วที่สุด เนื่องจากกระบวนการอาจใช้เวลาหลายชั่วโมงจึงจะเสร็จสมบูรณ์ การตั้งค่าที่แนะนำคือ: ความสูงของชั้น 0.16 มม. อินฟิล 20% และความหนาของผนัง 1.2 มม. พร้อมปีกและฐานรอง ไฟล์ 3D Print แนบมาด้านล่าง

การตัดด้วยเลเซอร์อาจใช้เวลาพอสมควร ดังนั้นควรเริ่มตั้งแต่เนิ่นๆ ไฟล์ตัดด้วยเลเซอร์ยังมีเลเยอร์สำหรับการสลักเส้นนำที่ช่วยให้มั่นใจได้ว่าส่วนประกอบที่ถูกต้องถูกติดตั้งในตำแหน่งที่ถูกต้อง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตรวจสอบอีกครั้งว่าสิ่งใดถูกตัดและสิ่งใดที่กำลังแกะสลัก โดยเปลี่ยนการตั้งค่าพลังงานและความเร็วอย่างเหมาะสม ไฟล์ตัดด้วยเลเซอร์ยังแนบมาด้วยด้านล่าง

ในขณะที่เราใช้ไม้อัดสำหรับหุ่นยนต์ของเรา คุณสามารถใช้วัสดุใดก็ได้ที่คุณชอบ เช่น อะคริลิก ตราบใดที่ความหนาประมาณ 3 มม.

ขั้นตอนที่ 3: ยึดแผ่นฐาน

ทากาวรอบปริมณฑลของเพลทฐาน แล้วติดไว้ที่ด้านล่างของเคสที่พิมพ์ 3 มิติ จัดตำแหน่งทั้งสองส่วนอย่างระมัดระวังที่สุดในขณะที่ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคู่มือการแกะสลักด้วยเลเซอร์หันขึ้นด้านบน

ขั้นตอนที่ 4: การติดตั้งส่วนประกอบแผ่นฐาน

เมื่อแผ่นฐานได้รับการยึดแน่นเพียงพอแล้ว เราสามารถเริ่มเชื่อมต่อส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์รอบแรกได้ ซึ่งรวมถึงมอเตอร์กระแสตรงที่มีล้อ เซอร์โวมอเตอร์ จอ LCD และชุดแบตเตอรี่ คู่มือการแกะสลักด้วยเลเซอร์ได้รวมอยู่ในแผ่นฐานเพื่อให้แน่ใจว่ามีการจัดวางส่วนประกอบอย่างเหมาะสมเพื่อความสะดวกของคุณ เพื่อให้วงจรง่ายขึ้น ควรยึดส่วนประกอบต่างๆ ด้วยสายไฟที่เหมาะสมที่เสียบไว้แล้ว

ล้อควรเลื่อนเข้าไปในช่องสองช่องที่ด้านใดด้านหนึ่งโดยให้มอเตอร์กระแสตรงหันเข้าด้านใน ยึดสิ่งนี้ด้วยแคลมป์สีขาวที่ให้มาโดยใช้สกรูและน็อตสองตัวสำหรับแต่ละอัน (M2.5)

เซอร์โวมอเตอร์ควรถูกยึดด้วยสกรูและน็อตตัวเดียวกัน (M2.5) ในขณะที่ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเฟืองสีขาวที่ขับออกมาจากด้านล่างอยู่ด้านหน้าของหุ่นยนต์ สิ่งนี้จะเพิ่มพลังให้กับการกวาดแปรง

หน้าจอ LCD ควรเลื่อนเข้าไปในกระเป๋าด้านหน้าของตัวเครื่องโดยให้หมุดคว่ำลง ยึดสิ่งนี้ด้วยกาวร้อนบาง ๆ ในแต่ละมุม

สุดท้าย ก้อนแบตเตอรี่ควรเลื่อนเข้าไปในกระเป๋าหลังของกล่อง โดยให้สวิตช์เปิด-ปิดหันออกด้านนอกเข้าไปในช่องเจาะ ซึ่งช่วยให้หุ่นยนต์สามารถเปิดและปิดได้

ขั้นตอนที่ 5: การยึดแผ่นรองรับ

ต่อไป ได้เวลาปกป้อง "สมอง" ของ Sweepy แล้ว ใช้สกรูและน็อตสี่ตัว (M3) ติดตั้ง UNO R3 Controller Board และ Prototype Expansion Module ที่ด้านบนของแผ่นรองรับ นี้จะทำหน้าที่เป็นชั้นสองของที่อยู่อาศัย ก่อนหน้านี้ควรอัปโหลดโค้ด Arduino IDE ลงบนบอร์ดและพร้อมใช้งาน

เลื่อนแผ่นรองรับเข้าไปในกล่องจากด้านบนจนวางบนหิ้งสามชั้นที่รวมอยู่ในกล่องสำหรับพิมพ์ 3 มิติเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสูงที่ถูกต้อง ยึดแผ่นนี้ด้วยสกรูสองตัว (M3) ผ่านรูที่ปลายทั้งสองข้าง

ร้อยสายไฟจากส่วนประกอบบนแผ่นฐานขึ้นและผ่านรูของแผ่นรองรับ หน้าจอ LCD และสายเซอร์โวมอเตอร์ควรร้อยผ่านรูด้านหน้า ในขณะที่สายมอเตอร์กระแสตรงควรร้อยผ่านรูด้านข้าง สายไฟของก้อนแบตเตอรี่สามารถลอดผ่านรูใดก็ได้ตามต้องการ

ขั้นตอนที่ 6: การติดตั้งส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสุดท้าย

ใช้กาวร้อนติดเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสองตัวที่ด้านหน้าของตัวเรือนโดยให้ทริกเกอร์และโมดูลเสียงสะท้อนที่ยื่นออกมาจากรูหรือ "ดวงตา" หมุดบนเซ็นเซอร์ตัวหนึ่งควรหงายขึ้นและอีกอันคว่ำลงตามที่ระบุโดยรูบนแผ่นรองรับ ทั้งนี้เพื่อให้แน่ใจว่าโมดูลเสียงสะท้อนและทริกเกอร์มีความสมมาตรในตัวเรือนเมื่อส่งและรับสัญญาณ

สุดท้าย ทากาวร้อนที่ด้านหลังของเซ็นเซอร์เสียงแล้วติดเข้ากับช่องเสียบที่ด้านในของตัวเครื่อง ด้านบนของไมโครโฟนควรวางชิดกับด้านบนของขอบเคสเพื่อให้สามารถใส่ฝาปิดของ Sweepy ได้ ไมโครโฟนจะอยู่ในแนวเดียวกับรูบนฝาครอบดังที่คุณเห็นในภายหลัง

ขั้นตอนที่ 7: สายไฟ สายไฟ และสายไฟอื่นๆ

ขั้นตอนต่อไปอาจเป็นส่วนที่ยากที่สุดแต่สำคัญที่สุดในการทำให้แน่ใจว่า Sweepy สบายดีและมีความสุข: วงจรไฟฟ้า ใช้ไดอะแกรม Fritzing ที่ด้านบนของคำแนะนำนี้เป็นแนวทาง เชื่อมต่อสายไฟทั้งหมดจากส่วนประกอบเข้ากับโมดูลส่วนขยายต้นแบบ

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสวิตช์บนก้อนแบตเตอรี่ปิดอยู่ก่อนที่จะเสียบสายไฟเข้ากับบอร์ด เนื่องจากควรอัปโหลดรหัสไว้บนกระดานแล้ว Sweepy จึงไม่สามารถระงับความตื่นเต้นในการทำความสะอาดและเริ่มทำงานในวินาทีที่มันได้รับพลังงาน แม้ในขณะที่คุณยังคงทำงานเกี่ยวกับสายไฟ

ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับอินพุตและเอาต์พุตของสายไฟทุกเส้น ช่วยในการใช้สีของเส้นลวดตามเส้นทางของมัน

ขั้นตอนที่ 8: การเพิ่มชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว

ตอนนี้ก็ถึงเวลาสำหรับล้อหลังของ Sweepy และแปรงปัดกวาด

ล้อหลังควรเป็นลูกล้อที่หมุนได้อิสระ แปรงควรสูงจากบนลงล่างประมาณ 6.4 ซม. แต่ค่าความเผื่อจะพอเหมาะ ขึ้นอยู่กับว่าคุณต้องการให้แปรงลงแรงมากน้อยแค่ไหน ติดสิ่งนี้ไว้ใต้แผ่นรองรับผ่านรูในเพลทฐาน

แปรงกวาดยังมีความทนทานสูง แต่ด้ามจับควรอยู่ห่างจากพื้นประมาณ 1.2 ซม. ที่จับควรยาวประมาณ 10 ซม. เพื่อป้องกันไม่ให้โดนตัวเรือนขณะปัดไปข้างหลังและที่สี่ ยึดสิ่งนี้กับสิ่งที่แนบมากับคันโยกสีขาวที่มาพร้อมกับเซอร์โวมอเตอร์ด้วยกาว

ขั้นตอนที่ 9: ปิดมันทั้งหมด

ในการทำให้ Sweepy ของคุณสมบูรณ์ คุณต้องสร้างฝาครอบ กาวขอบหมวกใต้แผ่นปิดที่มีรูอยู่ ตรวจสอบให้แน่ใจว่ารูอยู่ในแนวเดียวกับไมโครโฟนเซ็นเซอร์เสียง สุดท้าย ติดฝาที่ด้านบนของ Sweepy โดยจัดขอบด้านหน้ากับด้านหน้าของตัวเรือน

เปิดเครื่องจากด้านหลังและชม Sweepy ไล่ตามความฝันในการทำให้สตูดิโอเป็นสถานที่ที่สะอาดขึ้นสำหรับทุกคน

ขั้นตอนที่ 10: ผลลัพธ์ & การสะท้อนกลับ

แม้จะมีการวางแผนการออกแบบที่กว้างขวาง ความผิดพลาดก็เกิดขึ้นได้ แต่ก็ไม่เป็นไร: ทั้งหมดเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการเรียนรู้ และสำหรับเราแล้ว สิ่งต่างๆ ก็ไม่ต่างกัน

หนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเราคือการออกแบบตัวเรือนของ Sweepy เพื่อใส่ส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมด นี่หมายถึงการวัดขนาดของส่วนประกอบทั้งหมดอย่างพิถีพิถัน การวางแผนสำหรับทางเดินลวด รับรองความสมบูรณ์ของโครงสร้าง ฯลฯ เราลงเอยด้วยการพิมพ์ 3 มิติและการตัดด้วยเลเซอร์สองครั้งของตัวเรือน Sweepy ครั้งที่สองเป็นเวอร์ชันสุดท้ายโดยอิงจากสิ่งที่เราได้เรียนรู้จากครั้งแรก การวนซ้ำ

อุปสรรคสำคัญประการหนึ่งที่เราเผชิญคือความสามารถที่จำกัดของเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก: เซ็นเซอร์ไม่ครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่เพียงพอ และสวีปี้จะชนกำแพงในบางครั้งเมื่อเข้าใกล้ในมุมหนึ่ง สิ่งนี้แก้ไขได้ด้วยการรวมเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกตัวที่สองเพื่อเพิ่มพื้นที่เอฟเฟกต์อย่างมีประสิทธิภาพ

เรายังเลือกใช้เซอร์โวมอเตอร์เพื่อควบคุมการเลี้ยวในตอนแรกด้วย แต่มันไม่ได้มีประสิทธิภาพและให้เสียงเชิงโครงสร้างอย่างที่เราหวังไว้ ด้วยเหตุนี้ เราจึงเปลี่ยนล้อหลังเป็นล้อเลื่อนอิสระ และผลักดันความรับผิดชอบในการหันไปใช้ล้อคนขับสองล้อผ่านการเลี้ยวแบบดิฟเฟอเรนเชียล (ล้อหนึ่งจะเคลื่อนที่ช้ากว่าอีกล้อหนึ่งเพื่อจำลองการเลี้ยว) แม้ว่าสิ่งนี้จะหมายถึงการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในโค้ด แต่ก็ทำให้การออกแบบโดยรวมของเราง่ายขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ โดยนำเซอร์โวมอเตอร์หนึ่งตัวออกจากสมการน้อยลง

‏‏‎ ‎

การทำซ้ำในอนาคต

มีช่องว่างสำหรับการปรับปรุงอยู่เสมอ ในอนาคต การเปลี่ยนแปลงการออกแบบอย่างหนึ่งสำหรับโครงการของเราคือการพิจารณาการบำรุงรักษาและการเข้าถึงข้อมูลภายในของ Sweepy เราประสบปัญหาหลายอย่างรวมถึงความล้มเหลวของมอเตอร์และแบตเตอรี่ที่คายประจุซึ่งทำให้เราต้องแยกชิ้นส่วน Sweepy เพียงเพื่อเปลี่ยนส่วนประกอบที่ไม่เป็นธรรมชาติมาก ในอนาคต เราจะออกแบบตัวเรือนพร้อมช่องเปิดที่ใช้งานได้ ซึ่งอนุญาตให้เข้าถึงส่วนประกอบต่างๆ เช่น แบตเตอรี่

เรากำลังพิจารณาที่จะใช้เซ็นเซอร์แรงดันที่ด้านหน้าเพื่อตรวจจับเมื่อ Sweepy ชนเข้ากับพื้นผิว เนื่องจากเราพบว่าเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกไม่น่าเชื่อถือในบางครั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเข้าใกล้ในมุมสูงชัน การมีเซ็นเซอร์กลไก Sweepy จะมีความสอดคล้องกันมากขึ้นในการตัดสินใจว่าจะไม่เลี้ยวเมื่อใดและเมื่อใด

แม้ว่า Sweepy จะทำงานได้ดีในห้องขนาดเล็ก แต่อาจมีประสิทธิภาพน้อยกว่าในพื้นที่ขนาดใหญ่ นี่เป็นเพราะว่า Sweepy ถูกตั้งโปรแกรมให้เลี้ยวเมื่อใดก็ตามที่มันตรวจพบพื้นผิวด้านหน้าของมัน แต่จะดำเนินต่อไปเป็นเส้นตรงจนกว่าโลกจะถูกทำลาย ในอนาคต มันอาจจะคุ้มค่าที่จะตั้งโปรแกรมเส้นทางการทำความสะอาดล่วงหน้าสำหรับ Sweepy เพื่อให้มันอยู่ภายในขอบเขตแทนที่จะต้องพเนจรไปตลอดกาล

‏‏‎ ‎

ข้อมูลอ้างอิงและเครดิต

โครงการนี้สร้างขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของหลักสูตร Physical Computing (ARC385) ที่หลักสูตรระดับปริญญาตรีของคณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ ภูมิและการออกแบบของ Daniels ที่ UofT

‏‏‎ ‎

สมาชิกในทีม

• อีวาน กวน
• เทอเรนซ์ โล
• Wilson Yang

‏‏‎ ‎

ได้รับแรงบันดาลใจจาก

• หุ่นยนต์ดูดฝุ่น Roomba
• Wipy: ตัวทำความสะอาดไวท์บอร์ดที่มีแรงจูงใจมากเกินไป
• สภาพรกๆของห้องสตูดิโอ