Бага өртөгтэй, Arduino-тэй нийцтэй зурах робот: 15 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:04

Тэмдэглэл: Надад хэвлэмэл хэлхээний самбар ашигладаг, бүтээхэд хялбар, IR саадыг илрүүлдэг энэхүү роботын шинэ хувилбар бий. Үүнийг https://bit.ly/OSTurtle дээрээс үзээрэй

Би энэ төслийг өсвөр насны эмэгтэйчүүдэд STEM сэдвээр танилцуулах зорилготой ChickTech.org-т зориулсан 10 цагийн семинарт зориулан зохион бүтээсэн. Энэхүү төслийн зорилго нь:

• Бүтээхэд хялбар.
• Програмчлахад хялбар.
• Сонирхолтой зүйл хийлээ.
• Хямд өртөгтэй тул оролцогчид гэртээ хүргэж өгөөд үргэлжлүүлэн сурч болно.

Эдгээр зорилгыг харгалзан дизайны хэд хэдэн сонголтыг энд оруулав.

• Програмчлалын хялбар байдлыг хангах үүднээс Arduino нийцтэй.
• Зардал, бэлэн байдлыг хангахын тулд 4xAA батерейны хүч.
• Нарийвчлалтай хөдөлгөөн хийхэд зориулагдсан stepper мотор.
• Өөрчлөлтийг хялбарчлахын тулд 3D хэвлэсэн.
• Мэлхий график ашиглан үзэг зурж сонирхолтой үр дүнг гаргана.
• Нээлттэй эх сурвалжтай тул та өөрөө үүнийг хийх боломжтой болно!

Миний хийхийг хүссэн зүйлд хамгийн ойрхон ирсэн робот энд байна: https://mirobot.io. Надад лазер таслагч байхгүй, Англиас тээвэрлэлт хийх нь хориотой байсан. Надад 3D принтер байгаа болохоор энэ нь хаашаа явж байгааг харж байгаа байх…

3D принтер байхгүй байгаа нь танд саад болж болохгүй. Та https://www.3dhubs.com/ дээрээс танд туслах хүсэлтэй нутгийн хобби сонирхогчдыг олох боломжтой.

Энэхүү төсөл нь Creative Commons-ийн лицензтэй бөгөөд бусдын хийц загвар дээр үндэслэсэн 3D хэсгүүдийг ашигладаг (дараагийн хэсэгт заасны дагуу), хамгийн хязгаарлагдмал нь арилжааны бус дугуй юм. Энэ төсөл нь арилжааны бус байх ёстой гэсэн үг юм. Энэ залуу байж болохгүй.

Алхам 1: эд анги

Роботыг хүчээр удирдах, жолоодох, удирдах хэд хэдэн арга байдаг. Таны гар дээр ажиллах боломжтой өөр өөр хэсгүүд байж болно, гэхдээ эдгээр нь миний сайн туршиж үзсэн хэсгүүдийг харуулсан болно.

Электроник:

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

  • CC BY-SA лицензийн дагуу тоног төхөөрөмж
  • Програм хангамж (Bootloader) GPL лицензийн дор
• 2- Араа бүхий 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Хагас хэмжээтэй талхны самбар- adafruit.com/products/64
• 16- Эрэгтэй, эрэгтэй үсрэгчид- adafruit.com/products/759
• 1- Бичил servo- adafruit.com/products/169
• 1 - SPDT слайд шилжүүлэгч - adafruit.com/product/805 эсвэл www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Эр зүү толгой- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA эзэмшигч- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- USB микро кабель
• 4- АА батерей

*Тэмдэглэл: Arduino эсвэл Raspberry Pi ердийн хавтанг ашиглах талаар хэлэлцэх сүүлийн алхамыг үзнэ үү.

Техник хангамж:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Кастер 5/8 "агуулсан- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- М3 х 8мм хэмжээтэй тогоо толгой шураг- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6mm хавтгай толгойтой шураг- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 самар- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D хэвлэсэн эд анги (хэрэв танд принтер байхгүй бол www.3dhubs.com хаягийг үзнэ үү):

• 1 x Бөмбөг агуулсан кастер - thingiverse.com/thing:1052674 (onebytegone -ийн ажил дээр үндэслэсэн, CC BY -SA 3.0)
• 1 x Явах эд анги - thingiverse.com/thing:1053269 (Maker's Box -ийн анхны бүтээл, CC BY -SA 3.0)
• 2 x Wheels - thingiverse.com/thing:862438 (Марк Бенсоны бүтээл дээр үндэслэсэн, CC BY -NC 3.0*)
• 2 x Stepper bracket - thingiverse.com/thing:1053267 (jbeale, CC BY -SA 3.0 -ийн ажил дээр үндэслэсэн)
• 1 x Үзэг эзэмшигч / servo хаалт - thingiverse.com/thing:1052725 (Maker's Box -ийн анхны бүтээл, CC BY -SA 3.0)
• 1 х үзэг хүзүүвч - thingiverse.com/thing:1053273 (анхны бүтээл нь үйлдвэрлэгчийн хайрцаг, CC BY -SA 3.0)

* Жич: CC BY-NC бол арилжааны бус лиценз юм

Багаж хэрэгсэл, хангамж:

• Филлипс шураг жолооч
• Халуун цавуу буу
• Дижитал олон метр
• Хурц хутга
• Crayola өнгийн маркерууд

Алхам 2: Firmware -ийг флаш болгох

Барилгын ажилд хэт хол орохоосоо өмнө туршилтын програмыг микроконтроллер дээр ачаалж үзье. Туршилтын програм нь хайрцгийг зурдаг тул бид зөв чиглэл, хэмжээсийг шалгаж болно.

Trinket Pro -тэй ярилцахын тулд танд дараахь зүйлс хэрэгтэй болно.

1. Https://learn.adafruit.com/introducing-pro-trinket… дээрх жолооч
2. Https://learn.adafruit.com/introducing-pro-trinket… дээрээс Arduino програм хангамж.

Хатагтай Ада ба Адафрутын баг дээрх линкүүдэд миний өгч чадахаас хамаагүй илүү сайн зааварчилгаа өгсөн. Хэрэв гацсан бол тэдгээрийг ашиглаарай.

Тэмдэглэл: Trinket -ийг ердийн Arduino -аас ялгаж өгдөг нэг арга бол ноорог байршуулахаасаа өмнө самбарыг дахин тохируулах явдал юм.

Алхам 3: Үзэг эзэмшигч ба зай эзэмшигч

1. Явах эд ангийн богино талд Servo хаалт бүхий үзэг эзэмшигчийг суулгана уу (Зураг 1).
2. Явах эд ангийн дээд талд самар оруулна уу (Зураг 2)
3. 3Mx6 мм хэмжээтэй хавтгай толгойтой шураг ашиглан явах эд ангиудын доод хэсэгт байрлах батерейны бэхэлгээг холбоно уу (Зураг 3 ба 4).
4. Батерейны кабелийг тэгш өнцөгт кабелиар дамжуулна (Зураг 4 & 5).
5. Нөгөө батерейны эзэмшигчийг давтана уу.

Тэмдэглэл: Тодорхойлоогүй бол эрэгний үлдсэн хэсэг нь 3Mx8 мм хэмжээтэй хайруулын тавган хошуу юм.

Алхам 4: Дугуй

1. Дугуйныхаа босоо амны тэнхлэгт тохирох туршилтыг хий (Зураг 1).

   1. Хэрэв хэтэрхий нягт байвал та дугуйны зангилаа үс хатаагч эсвэл халуун буугаар халааж, дараа нь босоо амыг оруулах боломжтой.
   2. Хэрэв хэт сул байвал та 3Mx8 мм хэмжээтэй шураг ашиглан босоо амны хавтгай дээр бэхлэх боломжтой (Зураг 2).
   3. Хэрэв та төгс төгөлдөр байдлын төлөө тэмцэгч бол принтерээ тохируулж, зөв тохируулах боломжтой.
2. О-цагиргийг дугуйны ирмэг дээр байрлуулна уу (Зураг 3 & 4).
3. Нөгөө дугуйны хувьд давтана.

Алхам 5: Stepper Backets

1. Шатны хаалтанд самар оруулж, явах эд ангийн дээд хэсэгт боолтоор бэхлээрэй (Зураг 1).
2. Stepper -ийг хаалтанд оруулаад боолт, самараар бэхлээрэй.
3. Нөгөө хаалтанд давтана уу.

Алхам 6: Кастер

1. Бөмбөг агуулсан холхивчийг кастер руу оруулна.

   Хүчээр бүү оруулаарай, эс тэгвээс энэ нь эвдэрнэ. Шаардлагатай бол материалыг зөөлрүүлэхийн тулд үс хатаагч эсвэл халуун буу ашиглана уу

2. Кастерийг зай эзэмшигчийн урд талын явах эд ангийн доод талд бэхлээрэй.

Алхам 7: Breadboard

1. Цахилгааны төмөр замын аль нэгийг хурц хутгаар арилгаж, доод наалдамхай хэсгийг хайчилж ав (Зураг 1).
2. Талхны хавтанг явах эд ангиудын дээгүүр барьж, ирмэгийг нь огтлолцсон газраа тэмдэглээрэй (Зураг 2).
3. Шулуун ирмэгийг ашиглан (салгасан цахилгаан төмөр зам гэх мэт) шугамыг тэмдэглээд арын хэсгийг нь таслана (Зураг 3).
4. Талхны хавтанг явах эд анги дээр тавиурыг ил цавуунд хүрэх замаар байрлуулна уу (Зураг 4).

Алхам 8: Эрчим хүч

1. Микроконтроллер, дарлингтоны драйвер, цахилгаан унтраалгыг талхны тавцан дээр тавь (Зураг 1).

   • Би дараах зүйлсийг тэмдэглэхийн тулд улбар шар өнгийн цэгүүдийг нэмж оруулав.

     • Дарлингтоны жолоочийн 1 -р зүү.
     • Микротроллерын батерейны зүү.
     • Цахилгаан унтраалгын "асаалттай" байрлал.

2. Баруун гар талын батерейны тусламжтайгаар:

   1. Улаан шугамыг цахилгаан унтраалгын эхний зүү рүү холбоно уу (Зураг 2).
   2. Хар тугалгыг микроконтроллер ба дарлингтоны чипийн хоорондох хоосон эгнээ рүү холбоно уу (Зураг 2).

3. Зүүн гар талын батерейны тусламжтайгаар:

   1. Улаан шугамыг бусад батерейны хар тугалгатай ижил эгнээнд холбоно уу (Зураг 3).
   2. Хар шугамыг талхны сөрөг төмөр замтай холбоно уу (Зураг 3).

4. Микроконтроллерт тэжээлийг холбоно уу.

   1. Эерэг төмөр замаас зайны зүү хүртэлх улаан холбогч (улбар шар цэг, Зураг 4).
   2. Сөрөг төмөр замаас "G" гэж тэмдэглэгдсэн зүү хүртэлх хар холбогч (Зураг 4).
5. Батерейг суулгаад тэжээлээ асаана уу. Та хянагчийн ногоон, улаан гэрэл асч байгааг харах ёстой (Зураг 5).

Алдааг олж засварлах: Хэрэв микроконтроллерийн гэрэл асахгүй бол шууд тэжээлээ унтрааж, алдааг олж засварлана уу.

1. Батерейг зөв чиглэлд суулгасан уу?
2. Батерейны байрлалыг дахин шалгаж үзээрэй.
3. Шилжүүлэгчийн байрлалыг давхар шалгах.
4. Батерейны хүчдэлийг шалгахын тулд олон метр ашиглана уу.
5. Цахилгаан төмөр замын хүчдэлийг шалгахын тулд олон метр ашиглана уу.

Алхам 9: Толгой ба Servo утас

Эр толгойн тээглүүр нь 5 зүү servo JST холбогчийг хүч, дарлингтоны драйвертай холбох боломжийг олгодог (Зураг 1):

1. Эхний 5 зүү толгой нь дарлингтоны жолоочийн урд нэг эгнээнээс эхэлнэ.
2. Хоёрдахь servo толгой нь дарлингтоны жолоочийн төгсгөлтэй зэрэгцэх ёстой.

Цахилгааны утас нарийн төвөгтэй болохоос өмнө servo -ийг утастай болгоё.

1. Талхны самбарын урд хэсгийн баруун ирмэг дээрх servo-ийн 3 зүү толгойг нэмнэ үү (Зураг 2).
2. Цахилгаан төмөр замын эерэг тал руу төвийн зүүгээс улаан холбогчийг нэмнэ.
3. Цахилгаан төмөр замын сөрөг талд гадна талын зүүгээс хар эсвэл хүрэн холбогчийг нэмнэ.
4. Дотоод зүүгээс өнгөт холбогчийг микроконтроллерийн 8 -р зүү дээр нэмнэ үү.
5. Серво эвэрийг тэнхлэгээр нь цагийн зүүний дагуу бүрэн байрлуулж, гарыг баруун талын дугуй руу сунгана (Зураг 3)
6. Сервог боолт ашиглан үзэг эзэмшигчид суулгаарай (Зураг 3).
7. Өнгө тааруулж servo холбогчийг холбоно уу (Зураг 4).

Алхам 10: Stepper Control

Дарлингтоны жолооч, stepper -ийг батерейгаас шууд залгах хүчийг холбох цаг болжээ.

1. Дарлингтоны баруун доод буланаас хар эсвэл хүрэн холбогчийг цахилгаан шугамын сөрөг тал руу холбоно уу (Зураг 1).
2. Дарлингтоны баруун дээд буланаас улаан холбогчийг цахилгаан шугамын эерэг тал руу холбоно уу.
3. Зүүн дээд зүүний толгойноос улаан холбогчийг цахилгаан шугамын эерэг тал руу холбоно уу (Зураг 2).
4. Зүүн талын залгуурыг зүүн талын зүү толгой руу баруун талд нь улаан туяагаар холбоно уу (Зураг 3).
5. Баруун талын холбогчийг баруун талын зүү толгой руу зүүн талд нь уншсан утсыг холбоно уу.

Тэмдэглэл: Stepper холбогчийн улаан туяа нь хүч бөгөөд талхны самбар дээрх улаан туяатай таарч байх ёстой.

Алхам 11: Stepper Control (Үргэлжлэл)

Одоо бид stepling дохионы утсыг микро контроллероос darlington драйверын оролтын тал руу холбоно.

1. Микроконтроллерийн 6 -р зүүгээс эхлэн зүүн талын моторын дөрвөн хяналтын холбогчийг холбоно уу (Зураг 1).
2. Эдгээр үсрэгчдийг баруун талын дарлингтоны оролтын талтай тааруулаарай. Ногооноос бусад бүх өнгө нь stepper -ийн ягаан утсыг тааруулах ёстой (Зураг 2).
3. Микроконтроллерийн 13 -р зүүгээс эхлэн зөв алхамт моторын дөрвөн хяналтын холбогчийг холбоно уу (Зураг (3)).
4. Эдгээр үсрэгчдийг зүүн талын дарлингтоны орох талтай тааруулаарай. Ногооноос бусад бүх өнгө нь stepper -ийн ягаан утсыг тааруулж таарах ёстой (Зураг 3).

Алхам 12: Туршилт ба шалгалт тохируулга

Та 2 -р алхам дээр firmware -ийг аль хэдийн байршуулсан гэж найдаж байна. Хэрэв үгүй бол үүнийг одоо хийгээрэй.

Туршилтын програм хангамж нь квадратыг дахин дахин зурдаг тул бид чиглэл, нарийвчлалыг шалгаж болно.

1. Роботыг тэгш, хавтгай, нээлттэй гадаргуу дээр тавь.
2. Цахилгаан асаана уу.
3. Роботоо дөрвөлжин зурахыг ажиглаарай.

Хэрэв та микроконтроллер дээр гэрэл харагдахгүй байгаа бол буцаж очоод 8 -р алхам дээрх шиг хүчийг алдаарай.

Хэрэв таны робот хөдлөхгүй байгаа бол 9 -р алхам дахь дарлингтоны жолоочийн тэжээлийн холболтыг дахин шалгана уу.

Хэрэв таны робот тогтворгүй хөдөлж байгаа бол 10 -р алхам дахь микроконтроллер ба дарлингтоны драйверын холболтыг дахин шалгана уу.

Хэрэв таны робот ойролцоогоор дөрвөлжин чиглэлд хөдөлж байгаа бол цаас тавьж үзэг тавих цаг болжээ (Зураг 1).

Таны шалгалт тохируулгын цэгүүд нь:

float wheel_dia = 66.25; // мм (өсөлт = эргэлт)

float wheel_base = 112; // мм (өсөлт = спираль) int steps_rev = 128; // 16x хурдны хайрцагт 128, 64x хурдны хайрцагт 512

Би дугуйны диаметрийг 65 мм -ээс эхлүүлсэн бөгөөд хайрцгууд дотогшоо эргэлдэж байгааг харж болно (Зураг 2).

Би диаметрийг 67 болгож өсгөсөн бөгөөд энэ нь гадагшаа эргэлдэж байгааг та харж байна (Зураг 3).

Эцэст нь би 66.25 мм -ийн үнэ хүрсэн (Зураг 4). Араа сормуусны улмаас угаасаа зарим нэг алдаа байсаар байгааг та харж байна. Сонирхолтой зүйл хийх хангалттай ойрхон байна!

Алхам 13: Үзэг өргөх, доошлуулах

Бид servo -ийг нэмсэн боловч үүгээр юу ч хийгээгүй. Энэ нь үзэгийг дээш өргөх, буулгах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр робот зураг зурахгүйгээр хөдөлж чадна.

1. Үзэг дээр үзэгний хүзүүвчийг байрлуул (Зураг 1).
2. Хэрэв сул байгаа бол туузыг байрлуул.
3. Серво гарыг буулгахад цаасанд хүрэх эсэхийг шалгаарай.
4. Өргөхөд цаасан дээр хүрэхгүй эсэхийг шалгаарай (Зураг 2).

Сервогийн өнцгийг эвэрийг салгаж, дахин байрлуулах эсвэл програм хангамж ашиглан тохируулж болно.

int PEN_DOWN = 170; // үзэг доош байх үед servo өнцөг

int PEN_UP = 80; // үзэг дээшлэх үед серво өнцөг

Үзэгний командууд нь:

penup ();

тавиур ();

Алхам 14: Хөгжилтэй байгаарай

Хэт их хараалын үг хэлээгүйгээр та үүнийг хийсэн гэж найдаж байна. Зааварыг сайжруулахын тулд юу тэмцсэнээ надад хэлээрэй.

Одоо судлах цаг болжээ. Хэрэв та туршилтын тоймыг харвал би танд "Мэлхий" гэсэн стандарт тушаалуудыг өгсөн болно.

урагш (зай); // миллиметр

арагш (зай); зүүн (өнцөг); // баруун градус (өнцөг); penup (); тавиур (); хийсэн (); // зайгаа хэмнэхийн тулд stepper -ийг суллана уу

Эдгээр тушаалуудыг ашигласнаар та цасан ширхэг зурах, нэрээ бичихээс эхлээд юу ч хийх боломжтой байх ёстой. Хэрэв танд эхлэхэд ямар нэгэн тусламж хэрэгтэй бол дараахь зүйлийг шалгаарай.

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

Алхам 15: Бусад платформууд

Энэ роботыг энгийн Arduino -той хийж болох уу? Тийм ээ! Хямд өртөгтэй, жижиг хэмжээтэй учраас би Trinket -тэй хамт явсан. Хэрэв та явах эд ангиудын уртыг ихэсгэвэл энгийн Arduino -г нэг талд, нөгөө талхыг тал дээр байрлуулж болно (Зураг 1). Энэ нь туршилтын ноорогтой зүү зүүгээр ажиллах ёстой бөгөөд үүнээс гадна та дибаг хийх зорилгоор цуваа консол руу орох боломжтой болно!

Энэ роботыг Rasberry Pi ашиглан хийж болох уу? Тийм ээ! Энэ бол Python -д програм зохиож, вэб дээр хянах чадвартай байхыг хүсч байсан учраас миний хийсэн анхны мөрийн мөр байсан юм. Дээрх бүрэн хэмжээтэй Arduino -ийн нэгэн адил та Pi -г нэг талд, нөгөө талхыг нөгөө талд байрлуулна уу (Зураг 2). Дөрвөн АА үүнийг огтлохгүй байгаа тул хүч нь гол асуудал болдог. Та тогтвортой 5V -т 1А орчим гүйдэл өгөх ёстой, эс тэгвээс таны WiFi модуль холбоо барихаа болино. А загвар нь эрчим хүчний хэрэглээнээс хамаагүй дээр болохыг олж мэдсэн боловч найдвартай цахилгаан хангамжийг хэрхэн яаж хангахаа судалж байна. Хэрэв та үүнийг ойлгож байгаа бол надад мэдэгдээрэй!