Как собрать ProtoBot - супер-недорогого образовательного робота с 100% открытым исходным кодом: 29 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

ProtoBot - это полностью открытый, доступный, супер недорогой и простой в сборке робот с открытым исходным кодом. Все с открытым исходным кодом - оборудование, программное обеспечение, руководства и учебная программа - что означает, что любой может получить доступ ко всему, что ему нужно для создания и использования робота.

Это отличный способ изучить основы пайки, электротехники и программирования.

В этом руководстве рассказывается, как его собрать, от голой платы, компонентов и деталей, напечатанных на 3D-принтере, до полностью собранного (и, надеюсь, функционального!) ProtoBot.

(Если вы хотите узнать больше о ProtoBots в целом и / или проекте ProtoBot, посетите https://theprotobotproject.wordpress.com или ProtoBots Github по адресу

Вы также можете найти PDF-версию этого руководства по адресу

Шаг 1. Расходные материалы: детали

Когда вы будете готовы приступить к работе, вот что вам понадобится. Кол-во на 1 робота.

Запчасти: (Ссылка №1 - eBay, №2 - AliExpress, обычно дешевле)

• 2 x мотор-редуктора N20, 300 об / мин, 12 В (ссылка, ссылка)
• 1 x Arduino Nano (ссылка, ссылка)
• 2 пластиковых колеса, 39 мм, отверстие 3 мм (партия из 10: желтая ссылка, желтая ссылка, розовая ссылка)
• 2 х тактильных концевых выключателя (ссылка 10 шт.)
• 2 резистора 220 Ом (100 шт: ссылка, ссылка)
• Резисторы 4х10К (100 шт: ссылка, ссылка)
• 1 драйвер двигателя L293D (ссылка, ссылка)
• 2 x ИК-датчик TCRT5000L (10 шт.: ссылка, ссылка)
• 7 проводов DuPont Female-Female (40 штук: ссылка, ссылка)
• 1 х 9V зажим для батареи (10 шт.: ссылка, ссылка)
• 18 x штырей с вилкой (200 шт.: звено, уже согнутое на 90 градусов звено)
• 32 x женские штифты заголовка (400 штук: ссылка, ссылка)

Количества применимы только к объявлениям, в которых продается один товар (Arduinos и моторы), поскольку все остальное идет оптом, и у вас останутся лишние. Когда списки превышают необходимое количество, это обычно приводит к тому, что покупать оптом дешевле, чем отдельные товары. Я не жалуюсь!

Еще одно: все здесь идет из Китая, поэтому доставка обычно занимает месяц, а в крайних случаях иногда и два. Однако у меня никогда не было ничего, что не появлялось в конце концов.

Шаг 2: Принадлежности: детали (остальное)

Но ждать! Есть больше!

Вам все еще нужно еще несколько деталей, а именно детали, напечатанные на 3D-принтере, печатная плата, аккумулятор и «Hook and Loop Fastner» (например, липучка) для аккумулятора.

• Фастнер на крючок и петлю (eBay Link, один метр материала)
• Аккумулятор (ссылка на eBay, но просто купите в магазине)

Детали, напечатанные на 3D-принтере:

• Файлы STL находятся по адресу
• Когда вы пойдете на печать, измените их размер до 105% и измените заполнение на 30%. Никаких опор не требуется, вам решать, нужен ли вам плот. Антенны могут легче устанавливаться на датчики ударов, если их масштаб немного больше.

Печатная плата:

Если вы хотите попробовать травить его самостоятельно, продолжайте. Все, что вам нужно, находится на

Что я сделал (более простой способ, если у вас его еще нет):

• Я использовал www.pcbway.com, и они позволят вам сделать 5 штук за 5 долларов, не считая доставки. Когда мы делаем около 20 штук для STEM-лагерей, это стоит около 24 долларов, включая доставку.
• Создайте у них учетную запись, загрузите zip-архив с гербером, и они предоставят вам запрошенное количество досок.

Шаг 3. Расходные материалы: инструменты

Возможно, это уже то, что у вас есть, но я все равно дам ссылки здесь.

Инструменты: (Ссылки на Amazon)

• Паяльник (7 долларов на Amazon, но мы использовали их в лагерях, и я очень впечатлен, они превосходят наши Weller за 25 долларов).
• Припой (Поставляется с утюгом за 7 долларов, так что сейчас он вам не нужен, но он прослужит вам вечно)
• Руки помощи (не нужны, я еще не купил себе, но они, безусловно, облегчают жизнь)
• Присоска для припоя (действительно полезна, когда она не забита)
• Средство для чистки латунной ваты (для поддержания кончика утюга в хорошем состоянии)
• Держатель паяльника (чтобы случайно не положить руку на утюг)
• Кусачки для проволоки (они вам понадобятся)
• Устройства для зачистки проводов (без них можно обойтись, но они значительно облегчают жизнь)
• Плоскогубцы для игл (не обязательно, но приятно)
• Пистолет для высокотемпературного горячего клея и клей (также может подойти клей CA или что-то еще)

Консервативный спонсор может качать головой из-за этой огромной массы инструментов, которые нужно купить, но имейте в виду - каждый из этих инструментов при правильном уходе прослужит долгие годы и может использоваться для множества вещей, помимо делать маленьких роботов. (При этом я чувствую тебя!)

Шаг 4: Двигатель и датчик удара в сборе: отрезать, зачистить, оловянные провода

Давайте начнем с проводов для датчиков удара и двигателей. Вам нужно будет настроить паяльник и рабочее место для пайки, и вам может потребоваться какая-то вентиляция. Маленький вентилятор с низкой скоростью - это хорошо.

1. Разъедините 2 комплекта по 4 провода от перемычек между гнездом и гнездом.
2. Используйте кусачки, чтобы разрезать их в середине каждого набора.
3. С помощью стрипперов снимите примерно 5 мм или 1/4 изоляции с концов проводов.
4. Разделите концы проводов, затем скрутите отдельные медные жилы, чтобы они оставались аккуратными.
5. Лужите каждый конец провода, удерживая луженое железо поверх провода, при этом прикладывая провод к припою.

Когда вы закончите, у вас должно быть 4 набора по 2 провода в каждом, с 2 лужеными проводами на одном конце и 2 розетками на каждом конце.

Шаг 5: Двигатель и датчик удара в сборе: припаянные двигатели и датчики

Не выключайте паяльник, потому что мы еще не закончили …

1. Для каждого набора проводов согните луженые концы на 180 градусов.
2. Вставьте концы проводов в выступы разъемов на двигателях и датчиках ударов, как показано на рисунках.
3. Как-нибудь закрепите моторы и датчики.
4. С помощью луженого железа припаяйте провода к контактам разъема.

Шаг 6: Сборка ИК-датчика: вырезать, зачистить и олово

Закончив с моторами и датчиками ударов, пришло время перейти к ИК-датчикам.

• Разделите комплект из 3 проводов мама-мама.
• Разрежьте их пополам.
• Снимите примерно 5 мм или 1/4 дюйма изоляции с концов.
• Залудите провода, удерживая их на припое, а затем применив луженое железо.

Когда вы закончите, у вас должно быть 2 набора из 3 проводов с гнездовыми разъемами на одном конце и лужеными концами на другом.

Шаг 7: Сборка ИК-датчика: подготовка датчиков

Вероятно, это самая сложная пайка, которую вам придется делать. Не торопитесь!

1. Используйте кусачки, чтобы отрезать лишние провода, оставив около 5 мм или 1/4 дюйма от пластикового корпуса датчика.
2. Определите ориентацию вашего датчика на основе изображения.
3. Согните вывод GND синего светодиода, чтобы он контактировал с выводом GND черного светодиода.
4. Закрепите датчики, затем с помощью паяльника выполните пайку между выводами GND, которые вы подключили.

Шаг 8: Сборка ИК-датчика: припой проводов

Теперь мы готовы подключить провода к ИК-датчикам.

1. Разделите концы проводов так, чтобы отдельные провода были разделены примерно на 2,5 см или 1 дюйм.
2. Начните паять провода по порядку к каждому из 3 выводов датчика.
3. Если вы используете малярный скотч, как я, когда закончите с одной стороной, переверните датчик и припаяйте другую сторону.

Примечание. Поскольку провода DuPont имеют случайный цвет, нелегко придерживаться цветового соглашения, поэтому я просто рекомендую поддерживать его согласованность между парами датчиков. Я обычно стараюсь делать их по порядку: GND, Sense, а затем + 5V, причем самый темный цвет конца - GND.

Шаг 9: соберите аккумуляторный кабель

И последнее, но не менее важное: нам нужно спаять кабель аккумулятора вместе.

• Возьмите последние 2-контактные разъемы с вилкой, затем нажмите пластиковую перегородку примерно до середины контактов.
• С помощью плоскогубцев согните одну сторону под углом 90 градусов.
• Как-то закрепите его (я использовал кусок поролона, а затем добавил малярную ленту, чтобы удерживать коллекторы на месте, когда пена растает).
• Лужите каждый штырь, чтобы к нему было легко припаять провода.
• Убедившись в соблюдении полярности (красный = +, черный = -), припаяйте разъем аккумулятора к контактам.

(Если ваши аккумуляторные разъемы не поставляются с зачищенными и лужеными, вам необходимо это сделать.)

Оглядываясь назад, было бы неплохо надеть небольшой кусок термоусадочной трубки на стык между проводами и штырями.

Шаг 10: сделайте перерыв

Теперь, когда вы закончили работу с датчиками и двигателями, неплохо было бы сделать перерыв. Я собрал множество деталей для ProtoBots, и мне все еще нужно время от времени делать перерывы.

Пока вы делаете перерыв, воспользуйтесь возможностью, чтобы очистить все мелкие кусочки металла и изоляции проводов на своем рабочем месте. Затем подышите свежим воздухом и выпейте чего-нибудь освежающего.

Когда почувствуете себя достаточно отдохнувшим, не стесняйтесь продолжать!

Шаг 11: соберите Arduino

Давайте начнем с сборки Arduino.

• Выньте Arduino из пластикового пакета, в котором он был.
• Найдите два 15-контактных разъема и вставьте их короткой стороной вверх в Arduino, как показано.
• Вставьте Arduino в плату, чтобы убедиться, что разъемы остаются под правильным углом во время пайки.
• Начиная с углов, припаяйте каждый вывод к Arduino.

Когда вы закончите, проверьте, не соединяет ли припой два контакта. Чтобы удалить излишки припоя, просто расплавьте его утюгом посередине, а затем отодвиньте от контактов. Если это не сработает, попробуйте собрать излишки припоя.

Вы заметите, что я не припаивал набор из 6 контактов - это контакты ICSP, используемые для программирования без USB. Они нам не нужны для ProtoBot, но вы можете впаять их, если хотите.

Шаг 12: Соберите доску: Соберите детали

У вас должны быть все детали, которые вам понадобятся для доски, но найдите время, чтобы собрать их в нужном вам количестве.

• 1 х ProtoBotBoard
• 1 х собранный Arduino Nano
• 2 резистора по 220 Ом
• 4 резистора 10 кОм
• 1 x 14 штырей, длина штырей штекера
• 2 x 15 штырьковых штырьков разъема с внутренней резьбой
• 1 x 2 штыря, длина штырьков розетки
• 1 х чип драйвера двигателя L293D

Чтобы отрезать разъемы с внутренней резьбой, я использую кусачки для проводов и закрепляю их на дополнительной булавке. Вам придется пожертвовать булавкой для каждого разреза, но в любом случае у вас должно остаться много остатков.

Шаг 13: Соберите плату: припаяйте контакты гнездового разъема

Если хотите, вы можете пропустить женские контакты заголовка, но это упрощает повторное использование Arduino или устранение неполадок в случае, если что-то пойдет не так.

1. Вставьте Arduino в разъемы женского заголовка. (В этом случае мы просто используем его, чтобы они были выровнены)
2. Вставьте узел контактов Arduino / разъема в плату и закрепите его на плате.
3. Начиная с угловых выводов, припаяйте к плате выводы разъема с внутренней резьбой.

Шаг 14: Соберите плату: припой чип драйвера двигателя

Пора паять драйвер мотора!

1. Вставьте драйвер двигателя в плату так, чтобы выемка наверху микросхемы была совмещена с зазором в контуре на плате.
2. Закрепите его малярной лентой.
3. Припаяйте каждый штырь, начиная с угловых, а затем переходя к остальным.

Шаг 15: Соберите плату: припаяйте резисторы 10 кОм

Когда вы закончите с драйвером двигателя, мы перейдем к резисторам 10 кОм.

1. Найдите вам 4 резистора 10 кОм. Они могут быть синего или коричневого цвета, но в зависимости от того, какие цвета, они должны соответствовать цветным полосам на схеме.
2. Согните выводы каждого резистора под углом 90 градусов вниз.
3. Вставьте каждый из 4 резисторов в места, помеченные «10K» на плате.
4. Используйте малярный скотч, чтобы прикрепить их к плате (или просто согните провода, но малярный скотч подойдет лучше).
5. Спаяйте каждый из них, стараясь не заполнить другие отверстия вокруг них.
6. Когда вы закончите, отрежьте лишний провод над паяным соединением, затем удалите малярную ленту.

Примечание: у меня редко возникали проблемы с этим, но иногда обрезание выводов после пайки может привести к появлению следов на плате, что обычно не подлежит ремонту. Заботиться!

Шаг 16: Соберите плату: припаяйте резисторы 220 Ом

Теперь займемся резисторами 220 Ом.

1. Как и в случае резисторов 10 кОм, резисторы 220 могут быть коричневыми или синими, просто убедитесь, что они соответствуют цветным полосам, как показано на схеме.
2. Согните провода под углом 90 градусов, затем вставьте их в места с отметкой «220».
3. Закрепите их малярной лентой или загните провода.
4. Припаяйте выводы к плате.
5. Когда вы закончите, закрепите провода, затем удалите малярную ленту.

Шаг 17: соберите плату: контакты разъема датчика

Перейдем к заголовкам для подключения датчиков.

1. Разбейте набор 14-контактных вилок на 4 х 2 контакта и 2 х 3 контакта.
2. Используйте малярную ленту, чтобы закрепить разъемы короткой стороной вниз в точках на платах, отмеченных «BL», «BR» (длина 2 контакта) и «IRR» и «IRL» (длина 3 контакта). У вас останется 2 набора по 2 штыря, пока о них не беспокойтесь.
3. Припаяйте контакты с нижней стороны платы. Я сделал 2-контактные и 3-контактные отрезки по отдельности, но вы можете сделать их все вместе.
4. Снимите малярную ленту

Шаг 18: Соберите плату: контакты разъема двигателя

Помните эти два дополнительных 2-контактных разъема? Мы собираемся использовать их для подключения двигателей.

1. Используя плоскогубцы, согните более длинную сторону выводов под углом 90 градусов.
2. Вставьте их в места на доске, отмеченные «MR» и «ML».
3. Закрепите их малярным скотчем.
4. Припаяйте их на место, затем удалите малярную ленту.

Шаг 19: Соберите плату: разъем аккумулятора

Почти сделано! Нам просто нужно добавить разъем аккумулятора.

1. Возьмите ваши 2-контактные штырьки с гнездовой головкой и вставьте их в место на плате с пометкой «Bat.».
2. Закрепите их на месте куском малярной ленты.
3. Припаяйте штыри к плате, затем снимите малярную ленту.

Шаг 20: Соберите доску: проверьте все

Прежде чем закончить, взгляните на доску и убедитесь, что все в порядке и где должно быть.

Проверить:

• Паяльные перемычки (когда припой соединяет два контакта вместе)
• Материал размещен неправильно или в неправильном месте
• Неправильно подключенные / припаянные контакты

Паяльные перемычки достаточно легко исправить, просто используйте присоску для припоя и горячий утюг, чтобы избавиться от лишних.

Вещи, которые были припаяны неправильно, необходимо распаять и правильно положить обратно. Та же процедура, что и при удалении мостов, просто проделайте это с каждым штифтом на том, что нужно удалить.

Шаг 21: сделайте перерыв

К настоящему времени вы уже давно паяли. Было бы неплохо сделать перерыв, подышать свежим воздухом и размять мышцы шеи.

Пока вы занимаетесь этим, вы можете очистить паяльный материал и убрать утюг, а затем вынуть пистолет для горячего клея, чтобы он начал нагреваться.

Шаг 22: Сборка робота: соберите детали

Теперь вы готовы собрать ProtoBot!

Убедитесь, что у вас есть нужные детали.

• 1 x ProtoBotBoard со вставленным Arduino Nano
• 1 x основание, напечатанное на 3D-принтере
• 2 x детали антенны, напечатанные на 3D-принтере
• 4 x опоры для 3D-печатных плат
• 2 x датчики удара
• 2 x ИК-датчика
• 2 x мотор-редуктора N20
• Пластиковые колеса 2 x 39 мм (внутреннее отверстие диаметром 3 мм)
• 1 х разъем для аккумулятора
• 1 х 9 В аккумулятор
• 1 набор крючков и петель Fastner (например, на липучке), отрезанных примерно до длины батареи 9 В

Вам также понадобится термоклеевой пистолет и клей, желательно высокотемпературный.

Шаг 23: Сборка робота: приклеиваем моторы

Начнем с моторов

• Обильно нанесите горячий клей на опоры двигателя.
• Поместите моторы в держатели так, чтобы провода выходили из задней части робота.

Примечание: будьте осторожны, не допускайте попадания горячего клея в область, где будут находиться коробки передач, они склеятся и не сработают. Обычно я наношу немного клея на концы опор двигателя, которые находятся ближе всего к середине робота, чтобы он не добрался до концов, где находится коробка передач.

Шаг 24: Сборка робота: датчики ударов

Теперь займемся датчиками ударов.

• Установите антенну на датчик столкновения, как показано.
• После того, как вы наденете его, вы можете добавить немного горячего клея, чтобы закрепить его, если хотите.
• Нанесите несколько капель горячего клея на каждую платформу датчика удара на основании.
• Вставьте датчики ударов на место, убедившись, что они совпадают с краями платформы.

Примечание. В зависимости от того, насколько хорошо работает ваш принтер, антенну может быть сложно установить. Только будьте осторожны, чтобы не повредить датчики ударов и не сломать их. (Вот почему печать их большего размера очень помогает)

Шаг 25: Сборка робота: ИК-датчики

Датчики EyeR! (Хе-хе, Геддит? Хорошо, хорошо, теперь глаза остановятся)

• Нанесите немного клея на верхнюю часть крепления ИК-датчика.
• Отогните провода от ИК-датчиков в сторону, затем вставьте их в крепления, чтобы верхушки немного выступали.

Шаг 26: Сборка робота: прикрепите плату

Теперь прикрепим доску к роботу.

• Подготовьте 4 опоры для печатной платы.
• Нанесите немного горячего клея на каждый угол доски.
• Прикрепите опоры для досок к каждому углу.
• Когда вы закончите, нанесите немного горячего клея на каждую опору.
• Прикрепите плату к корпусу робота так, чтобы привод мотора и штыри были направлены назад, а контакты подключения датчика - вперед.

Шаг 27: Сборка робота: соедините провода, добавьте колеса

Подключим все датчики и моторы.

• Возьмите провода от выступа и ИК-датчиков и пропустите их через отверстие в базе робота.
• Подключите левый мотор к порту с надписью "ML".
• Подключите правый мотор к порту с надписью «MR».
• Прикрепите колеса к моторам.
• Если они розовые, значит, у них есть D-образное отверстие, которое необходимо совместить с плоским пятном на валу двигателя.
• Если они желтые, их можно продолжать, но вы, вероятно, захотите добавить немного клея, чтобы они не просто вращались.
• Подключите левый и правый датчики удара к соответствующим портам, обозначенным «BL» и «BR». Порядок проводов здесь не имеет значения.(Обратите внимание, что датчик, который находится справа, не будет подключаться к правому порту, потому что антенна на самом деле находится слева.)
• Выясните, какие провода есть на ваших ИК-датчиках, основываясь на схеме и где находятся провода, затем подключите их к правильным контактам на плате, помеченным PWR, IN и GND. (Правый датчик в «IRR», левый датчик в «IRL»).

Шаг 28: Сборка робота: прикрепите батарею 9 В

Теперь прикрепим аккумулятор.

• Возьмите застежку-липучку (IE, липучку) и отрежьте кусок с каждой стороны примерно до длины батареи.
• Прикрепите одну сторону к нижней части основания, где идет аккумулятор.
• Выясните, в каком положении будет установлена батарея, исходя из направления проводов, идущих от вывода батареи, затем прикрепите застежку-липучку (IE, липучку), чтобы она соответствовала правильно. (См. Изображения. Это не имеет большого значения, если вы не сориентируете его правильно.)
• Пропустите провод от аккумулятора через отверстие в основании.

Шаг 29: Готово

Вставьте аккумулятор! Если волшебный дым не выходит, все в порядке!

Следующим шагом будет его программирование, но мы рассмотрим это в другом руководстве. (Ссылка здесь, как только я это сделаю)

Если вы нетерпеливы, не можете ждать и знаете, как использовать библиотеки Arduino, библиотеку можно найти здесь:

Если вы хотите узнать больше о ProtoBots в целом и / или проекте ProtoBot, посетите https://theprotobotproject.wordpress.com или ProtoBots Github по адресу