Робот-черепаха DFRobot: 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

На сегодняшний день мои проекты роботов в мастерской ориентированы на дешевизну и простоту сборки. Что, если бы производительность и точность были целями, а не затратами? Что, если бы производитель комплектов для роботов был готов пожертвовать запчасти? А что, если рисовать не маркерами?

Итак, цель этого проекта - создать точного робота-черепахи из готовых деталей, который нарисует что-то интересное для следующей ярмарки Maker Fair.

Черепахи прочь!

Шаг 1: Детали

DFRobot предоставил основные компоненты. Вот что мы используем:

• 1 шт., Материнская плата Bluno M0, артикул: DFR0416 или обычная Arduino Uno
• 1 шт., Двойной биполярный экран шагового двигателя для Arduino (DRV8825), артикул: DRI0023
• 2 шт., Гибридный шаговый двигатель, Артикул: FIT0278
• 1 шт., Комплект резиновых колесных муфт 5 мм (пара), артикул: FIT0387
• Сервопривод 9G, 1 шт. Артикул: SER0006

Для питания я собираюсь использовать литиевые элементы 18650, поэтому я купил:

• 3 шт., EBL 18650 Аккумулятор 3,7 В
• 1 шт., Интеллектуальное зарядное устройство KINDEN 18650
• 3 шт., Держатель аккумулятора 18650

Я также использовал различное оборудование:

• 2 шт., Уплотнительное кольцо из резины Buna-N # 343 (внутренний диаметр 3/16 "x 3-3 / 4")
• Шарикоподшипник из низкоуглеродистой стали, 1 шт., 1 дюйм
• 10 шт., M3x6MM Винт с цилиндрической головкой
• 2 шт., M3x8MM Винт с цилиндрической головкой
• 4 шт., M3x6MM Винт с плоской головкой
• 14 шт., Гайка М3
• 4 шт., Резьбонарезной винт # 2 x 1/4

Нам также понадобится творческий способ разделения заряда батареи между Motor Shield и Arduino, поскольку для этого, похоже, нет приспособлений. Я использовал цилиндрический конец 2,1 мм x 5 мм мертвого блока питания или что-то в этом роде.

Инструменты:

• Отвертка с крестообразным наконечником
• Инструмент для зачистки проводов
• Пистолет для горячего клея (по желанию)
• Паяльник и припой

И не в последнюю очередь:

• Терпение
• Стойкость
• Положительный настрой

Шаг 2: 3D-детали

Я решил попробовать спроектировать все 3D в FreeCad для этого робота, чтобы помочь мне в обучении. Все, что мне нужно было сделать, это перенести размеры сервопривода и пера, а затем масштабировать оставшуюся часть, чтобы она соответствовала гораздо более крупным шаговым двигателям.

• Колеса большего размера для обеспечения свободного пространства для аккумуляторов.
• Более толстое шасси обеспечивает прочность при увеличенном весе.
• Более крупный ролик для соответствия высоте поднятой палубы.
• Модульная конструкция для легкого тестирования и настройки.

Вот детали, которые вам понадобятся. Все файлы размещены по адресу

• 1 шт., Шасси
• 1 шт., Распорка верхняя
• 2 шт., Колесо
• 1 шт., Бочка
• 1 шт., Сервопривод

Шаг 3: Сборка шасси, часть 1

• Начните с вставки гаек M3 в стойки шасси. Их можно либо вдавить, либо втянуть с помощью винта M3.
• Закрепите шаговые двигатели винтами M3 так, чтобы электрические разъемы были обращены к задней (более короткой) стороне.
• Закрепите держатели батарей с помощью винтов с плоской головкой.

Шаг 4: Сборка шасси, часть 2

• Установите цилиндр, верхнюю часть и сервопривод вместе с помощью винтов и гаек M3.
• Прикрепите комбинированную верхнюю часть к шаговым двигателям винтами M3.
• Вставьте стальной подшипник в держатель ролика, нагревая его при необходимости феном, чтобы смягчить.
• Закрепите ролик на корпусе винтами M3.

Шаг 5: Сборка колеса

• Заставить ступицы захватить вал является проблемой, поскольку валы имеют диаметр 5 мм, а ступица (которая, как утверждается, составляет 5 мм) на самом деле составляет 6 мм. Использование достаточного крутящего момента на зажимных винтах может привести к их снятию, поэтому я сначала использовал пару тисков, чтобы уменьшить допуск.
• После регулировки допуска наденьте ступицу на шаговый вал и затяните зажимные винты.
• Установите колесо 3D на ступицу, вставьте большой болт и затяните.
• Установите уплотнительное кольцо на ступицу.
• Убедитесь, что колесо вращается без раскачивания. При необходимости отрегулируйте.

Шаг 6: Подключение

Давайте уберем с дороги мощность, чтобы мы могли протестировать степперы. Нам нужно:

• Шаговый щит требует от 8 до 35 В для работы шаговых двигателей.
• Шаговые двигатели рассчитаны на 3,4 В, но обычно работают от 12 В.
• Bluno (Arduino) имеет рекомендуемое входное напряжение 7 - 12 В или может питаться напрямую от USB 5 В.

Элементы литиевой батареи имеют номинальное напряжение 3,7 В. Если мы поместим три последовательно, это даст нам 3 x 3,7 В = 11,1 В и примерно 3 x 3000 мАч = 9000 мАч. Bluno, вероятно, потребляет всего 20 мА, поэтому большая часть потребления будет поступать от шаговых двигателей, которые могут потреблять до ампера или более в зависимости от нагрузки. Это должно дать нам часы работы.

Для тестирования вы можете подать стабилизированное 12 В на экран и 5 В USB на Arduino. Может быть проще просто подключить батареи для одновременного питания обоих.

• Припаяйте держатели батарей параллельно, как показано на рисунке.
• Установите Arduino, используя винты для формирования резьбы №2.
• Поместите моторный щит поверх Arduino.

• Зачистите утилизированные провода разъема 2,1 мм x 5 мм и скрутите их вместе с выводами аккумулятора:

  Белая полоса - плюс, скрученная с красным проводом аккумулятора

• Вставьте красный провод в VCC, а черный - в GND на щите двигателя.

Шаг 7: Шаговый шаг

У меня были небольшие проблемы со сбором информации, достаточной для запуска этого процесса, так что, надеюсь, это поможет другим. Ключевой документ, который вам нужен, находится по адресу

Подключите шаговые провода и источник питания к вашему щиту:

• 2B Синий
• 2А Красный
• 1A Черный
• 1Б Гренн

Приведенный пример скетча у меня сработал, но не слишком поучителен. Нам нужно будет контролировать скорость и вращение, а также отключать шаговые двигатели, когда они не используются, для экономии энергии.

Я нашел измененный пример из https://bildr.org/2011/06/easydriver/, который имеет вспомогательные функции. Он управляет только одним шаговым двигателем за раз, но даст вам уверенность в том, что мы на правильном пути. Позже мы напишем более сложный код.

Шаг 8: сервопривод

Сервопривод используется для подъема и опускания пера для рисования.

• Установите рычаг на ступицу и осторожно поверните шаговый двигатель против часовой стрелки, глядя на него вниз, до упора.
• Снимите рычаг и поверните его лицом влево (это будет нижнее положение).
• Вставьте маленький резьбонарезной винт и затяните.
• Вставьте сервопривод в крепление концом ступицы вверх и прикрепите двумя более крупными винтами с резьбой.

Шаг 9: Калибровка

Из-за различий в сборке и настройке робот должен быть откалиброван, чтобы он мог перемещаться на точные расстояния и углы.

• Измерьте диаметр колеса по внешним краям резинового уплотнительного кольца.
• Измерьте колесную базу от центра уплотнительных колец в нижней части робота (там, где он будет касаться пола).
• Скачать прикрепленный калибровочный эскиз
• Введите измеренные параметры.
• Загрузите скетч..

Подготовьте ручку:

• Снимите колпачок и сдвиньте воротник ручки со стороны наконечника.
• Вставьте ручку в держатель сервоприводом прямо вверх.
• Убедитесь, что перо не касается бумаги в этом положении.
• Если ручка застревает в валу, воспользуйтесь напильником, чтобы удалить шероховатости и увеличить диаметр отверстия.

Нарисуйте квадрат:

• Установите переключатель питания в положение «Вкл.».
• Подождите несколько секунд, пока запустится загрузчик.
• После того, как робот завершит свой первый квадрат, снимите ручку и выключите робота.

Сначала настройте параметр wheel_dia. Измерьте длину стороны квадрата. Должно быть 100 мм:

• Если измеренное расстояние слишком велико, увеличьте wheel_dia.
• Если измеренное расстояние слишком мало, уменьшите wheel_dia.

После калибровки расстояния отрегулируйте параметр wheel_base, который влияет на угол поворота. Поместите робота на свежий лист бумаги, включите его и дайте ему нарисовать все четыре квадрата:

• Если робот поворачивается слишком резко (прямоугольник вращается по часовой стрелке), уменьшите значение wheel_base.
• Если робот вращается недостаточно резко (прямоугольник вращается против часовой стрелки), увеличьте значение wheel_base.
• Из-за ошибок округления в пошаговом коде и перекоса в шестернях недорогих степперов вы никогда не добьетесь его идеального результата, поэтому не тратьте на это слишком много усилий.

Шаг 10: Рисование

Пора порисовать! Загрузите прикрепленные эскизы, чтобы начать работу.

Шаг 11: Что теперь? Учебный план

Он работает и рисует красивые квадраты. Теперь начинается самое интересное.

Вот несколько ресурсов для изучения графики черепахи.

• https://blockly-games.appspot.com/ (блочное программирование)
• Учебное пособие по TinyTurtle (JavaScript)
• Код с Анной и Эльзой из Час Кода

Я также опубликовал инструкции по использованию робота-черепахи на этих онлайн-ресурсах с роботом-черепахой. В общем, любой код Turtle JavaScript можно вставить и запустить в калибровочный эскиз. Вы можете сначала протестировать вывод онлайн на компьютере, а затем загрузить его в черепаху, чтобы рисовать в реальной жизни!

Для студентов вот несколько идей для проектов:

• Запрограммируйте своего робота, чтобы он написал свое имя!
• Спроектируйте и напечатайте 3D табличку в TinkerCad по шаблону. Его можно прикрепить под серводвигателем.
• Придайте своему роботу индивидуальность с помощью горячего клея и шика. (Просто держите колеса и глаза подальше от препятствий).
• На основе эскиза OSTR_eyes спроектируйте и протестируйте алгоритм навигации по комнате. Что вы делаете, когда что-то замечает один глаз. Оба глаза? Не могли бы вы включить функцию Arduino random ().
• Постройте лабиринт на большом листе бумаги на полу и запрограммируйте своего робота, чтобы он перемещался по нему.
• Постройте лабиринт со стенами и разработайте алгоритм для автоматической навигации по нему.
• Кнопка между светодиодами еще не использовалась и подключена к контакту «A3» Arduino. Для чего это можно было использовать? Используйте его для включения и выключения светодиода.
• Если вы не выполнили раздел «Исследование» шага «Прошивка (FW): тестирование и мигание», вернитесь и попробуйте.

Шаг 12: Но подождите, это еще не все

Если вы обратили внимание, то заметили, что ствол квадратный. По какому-то странному космическому совпадению, мел, нарисованный пастелью, имеет такую же ширину, как диаметр маркеров Crayola. Все, что нам нужно, - это достаточно сильно надавить на мел, а мы художники по тротуару.

Тебе понадобится:

• Бочка и таран, напечатанные на 3D-принтере (https://www.thingiverse.com/thing:2976527)

• Мел, либо пастельный мел для рисования квадратов, либо мелкий круглый мел (не жирный тротуарный мел).

  https://a.co/6B3SzS5

Шайбы 3/4 дюйма для веса

Шаги:

• Распечатайте два прикрепленных файла.
• Снимите сервопривод и держатель сервопривода.
• Присоедините цилиндр подачи квадратного сечения.
• Заточите мел до ближайшей точки.
• Положите мел в бочку.
• Поместите плунжер в бочку.
• Установите груз шайбы на гидроцилиндр.