SKARA - Автономный робот для чистки плавательного бассейна с ручным управлением: 17 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

• Время - деньги, а ручной труд стоит дорого. С появлением и развитием технологий автоматизации необходимо разработать простое решение для домовладельцев, обществ и клубов, чтобы очищать бассейны от мусора и грязи повседневной жизни, поддерживать свою личную гигиену, а также поддерживать определенный уровень жизни.
• Решив эту дилемму, я разработал ручную и автономную машину для очистки поверхности бассейна. Благодаря простым, но инновационным механизмам, оставьте его на ночь в грязном бассейне и просыпайтесь, чтобы очистить его и избавиться от пятен.
• У автомата есть два режима работы: один автономный, который можно включить нажатием кнопки на телефоне и оставить без присмотра для выполнения своей работы, и другой ручной режим для получения этих конкретных кусочков веточек и листьев, когда время имеет существенное значение.. В ручном режиме вы можете использовать акселерометр на телефоне для управления движением робота, как в гоночной игре на телефоне. Специальное приложение было создано с использованием приложения Blynk, и показания акселерометра отправляются на главный сервер и обратно на мобильный телефон, а затем через точку доступа данные отправляются в NodeMCU.
• Даже сегодня домашние роботы-уборщики считаются экзотическими приборами или роскошными игрушками, поэтому, чтобы изменить это мышление, я разработал их самостоятельно. Следовательно, основная цель проекта заключалась в разработке и производстве автономного очистителя поверхности бассейна с использованием доступных и дешевых технологий, чтобы сохранить весь прототип рентабельным, и, следовательно, большинство людей могут построить его у себя дома, как и я.

Шаг 1: рабочий механизм

Движение и собрание:

• Основной механизм нашего прототипа состоит из постоянно вращающейся впереди конвейерной ленты для сбора мусора и грязи.
• Два двигателя, которые приводят в движение водяные колеса, необходимые для передвижения.

Навигация:

• Ручной режим: используя данные акселерометра Mobile, можно контролировать направление Скары. Следовательно, человеку просто нужно наклонить свой телефон.
• Автономный режим: я реализовал случайное движение, дополняющее алгоритм избегания препятствий, чтобы помочь автомату, когда он ощущает близость к стене. Два ультразвуковых датчика используются для обнаружения препятствий.

Шаг 2: модель САПР

• Модель САПР была сделана на SolidWorks
• Вы можете найти файл cad в этой инструкции.

Шаг 3: Компоненты

Механический:

1. Лазерная резка Панели -2нос
2. Акриловый лист толщиной 4мм
3. Лист Thermocol или полистирола
4. Стержни токарные нарезанные
5. Изогнутый пластиковый лист (деревянная отделка)
6. 3d печатные детали
7. Винты и гайки
8. Трафарет (принт "Скара")
9. Mseal - эпоксидная смола
10. Чистая ткань

Инструменты:

• Наждачная бумага
• Краски
• Угловая шлифовальная машина
• Дрель
• Фрезы
• Другой электроинструмент

Электроника:

• NodeMCU
• Винтовые разъемы: 2 и 3 контакта
• Понижающий преобразователь mini 360
• Переключить переключатель
• IRF540n- МОП-транзистор
• BC547b- Транзистор
• Резистор 4,7 кОм
• Одноядерный провод
• L293d- Драйвер мотора
• Ультразвуковой датчик - 2nos
• Двигатель постоянного тока, 100 об / мин - 3НО
• Свинцово-кислотный аккумулятор 12 В
• Зарядное устройство
• Паяльная плата
• Паяльная проволока
• Паяльник

Шаг 4: 3D-печать

• 3D-печать была сделана на домашнем принтере одним из моих друзей.
• Вы можете найти 4 файла, которые необходимо распечатать на 3D-принтере.

• Детали были напечатаны на 3D-принтере путем преобразования файла 3D CAD в формат stl.

• Водяное колесо имеет интуитивно понятный дизайн с ребрами в форме аэродинамического профиля, которые вытесняют воду более эффективно, чем традиционные конструкции. Это помогает снизить нагрузку на двигатель, а также заметно увеличивает скорость передвижения автомата.

Шаг 5. Лазерная резка панелей и токарных стержней

Боковые панели:

• Чтобы сделать CAD-рендеринг реальностью, необходимо было тщательно продумать материалы, которые должны были быть выбраны для конструкции прототипа, имея в виду, что вся конструкция должна иметь чистую положительную плавучесть.
• Основную структуру можно увидеть на рисунке. Первоначально для рамы была выбрана серия Aluminium 7 из-за ее меньшего веса, лучшей устойчивости к коррозии и большей жесткости конструкции. Однако из-за отсутствия материала на местном рынке мне пришлось использовать мягкую сталь.
• Side Frame Cad был преобразован в формат. DXF и передан поставщику. Вы можете найти файл в этом руководстве.
• Лазерная резка выполнена на LCG3015
• Вы также можете сделать лазерную резку на этом сайте (https://www.ponoko.com/laser-cutting/metal)

Токарные стержни:

• Стержни, соединяющие две панели и поддерживающие бункер, были изготовлены на токарном станке из местного производственного цеха.
• Всего потребовалось 4 стержня.

Шаг 6: создание корзины

• Контейнер изготовлен из акриловых листов, вырезанных с помощью электроинструментов, размеры которых взяты из чертежа САПР.
• Отдельные вырезанные секции бункера собираются и склеиваются вместе с использованием водостойкой эпоксидной смолы промышленного класса.
• Все шасси и его компоненты собираются вместе с помощью болтов из нержавеющей стали 4 мм и 3 шпилек из нержавеющей стали. Используемые гайки имеют самопроизвольную фиксацию, чтобы исключить любое соответствие.
• В акриловых листах с двух сторон проделаны круглые отверстия для установки моторов.

• Затем из пластикового листа толщиной 1 мм вырезают корпус аккумулятора и электроники и упаковывают в корпус. Отверстия для проводов должным образом загерметизированы и изолированы.

Шаг 7: Плавание

• Последним компонентом, связанным исключительно с конструкцией, являются плавучие устройства, которые используются для придания всему прототипу положительной плавучести, а также для поддержания его центра тяжести приблизительно на уровне геометрического центра всего прототипа.
• Флотационные устройства изготовлены из полистирола (термокольца). Для их правильной формы использовалась наждачная бумага.
• Затем они были прикреплены к раме в определенных местах с помощью mSeal, рассчитанного с учетом вышеуказанных ограничений.

Шаг 8: Поддержка ультразвукового датчика

• Он был напечатан на 3D-принтере, а задние пластины изготовлены из жести.
• Он был прикреплен с помощью mseal (разновидность эпоксидной смолы).

Шаг 9: Электроника

• Свинцово-кислотный аккумулятор 12 В используется для питания всей системы
• Он подключен параллельно к понижающему преобразователю и контроллеру двигателя L293d.
• Понижающий преобразователь преобразует 12 В в 5 В для системы
• IRF540n mosfet используется в качестве цифрового переключателя для управления двигателем конвейерной ленты.
• NodeMCU используется в качестве основного микроконтроллера, он подключается к мобильному телефону с помощью Wi-Fi (точка доступа)

Шаг 10: конвейерная лента

• Для этого использовалась сетка, купленная в местном магазине.
• Ткань была разрезана и прикреплена круговым способом, чтобы получилась непрерывная

Шаг 11: Покраска

Скара красили синтетическими красками

Шаг 12: Лазерная резка символа Skara

• Трафарет вырезан самодельным лазером, сделанным моим другом.
• Материал, на котором производилась лазерная резка, - лист наклеек.

Шаг 13: кодирование

Предварительное кодирование:

• В этом проекте я использовал Arduino IDE для программирования моего NodeMCU. Это более простой способ, если вы уже использовали Arduino раньше, и вам не нужно изучать новый язык программирования, например, Python или Lua.

• Если вы никогда не делали этого раньше, сначала вам нужно добавить поддержку платы ESP8266 в программное обеспечение Arduino.
• Вы можете найти последнюю версию для Windows, Linux или MAC OSX на веб-сайте Arduino: https://www.arduino.cc/en/main/softwareЗагрузите ее бесплатно, установите на свой компьютер и запустите.
• Arduino IDE уже поддерживает множество различных плат: Arduino Nano, Mine, Uno, Mega, Yún и т. Д. К сожалению, ESP8266 по умолчанию не входит в число поддерживаемых плат для разработки. Итак, чтобы загрузить свои коды на базовую плату ESP8266, вам нужно сначала добавить ее свойства в программное обеспечение Arduino. Перейдите в Файл> Настройки (Ctrl +, в ОС Windows); Добавьте следующий URL-адрес в текстовое поле диспетчера дополнительных плат (тот, который находится внизу окна настроек):

• Если текстовое поле не было пустым, это означает, что ранее в Arduino IDE уже добавлялись другие платы. Добавьте запятую в конце предыдущего и предыдущего URL-адресов.

• Нажмите кнопку «ОК» и закройте окно настроек.
• Перейдите в Инструменты> Плата> Диспетчер плат, чтобы добавить плату ESP8266.
• Введите «ESP8266» в текстовое поле поиска, выберите «esp8266 by ESP8266 Community» и установите его.
• Теперь ваша среда разработки Arduino будет готова к работе с множеством плат разработки на основе ESP8266, таких как универсальный ESP8266, NodeMcu (который я использовал в этом руководстве), Adafruit Huzzah, Sparkfun Thing, WeMos и т. Д.
• В этом проекте я использовал библиотеку Blynk. Библиотеку Blynk нужно устанавливать вручную. Загрузите библиотеку Blynk по адресу https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases… Разархивируйте файл и скопируйте папки в папки с библиотеками / инструментами Arduino IDE.

Основное кодирование:

• Вам нужно будет обновить ключ аутентификации Blynk и свои учетные данные WiFi (ssid и пароль) перед загрузкой кода.
• Загрузите код и библиотеки, указанные ниже.
• Откройте предоставленный код («окончательный код») в Arduino IDE и загрузите его в NodeMCU.

• Некоторые датчики смартфона также могут использоваться с Blynk. На этот раз я хотел использовать его акселерометр для управления своим роботом. Наклоните телефон, и робот будет поворачиваться влево / вправо или двигаться вперед / назад.

Шаг 14: Объяснение кода

• В этом проекте мне нужно было использовать только библиотеки ESP8266 и Blynk. Они добавляются в начало кода.
• Вам нужно будет настроить свой ключ авторизации Blynk и учетные данные Wi-Fi. Таким образом, ваш ESP8266 сможет подключиться к вашему маршрутизатору Wi-Fi и ждать команд от сервера Blynk. Замените «введите свой собственный код авторизации», XXXX и YYYY своим ключом авторизации (вы получите его на свой адрес электронной почты), SSID и паролем вашей сети Wi-Fi.
• Определите контакты NodeMCU, подключенного к h-мосту. Вы можете использовать буквальное значение (D1, D2 и т. Д.) Номера GPIO каждого вывода.

Шаг 15: Настройте Blynk

• Blynk - это сервис, предназначенный для удаленного управления оборудованием через интернет-соединение. Он позволяет легко создавать гаджеты Интернета вещей и поддерживает несколько аппаратных средств, таких как Arduinos, ESP8266, Raspberry Pi и т. Д.
• Вы можете использовать его для отправки данных со смартфона (или планшета) Android или iOS на удаленное устройство. Вы также можете читать, хранить и отображать данные, полученные, например, вашими аппаратными датчиками.
• Приложение Blynk используется для создания пользовательского интерфейса. Он имеет множество виджетов: кнопки, ползунки, джойстик, дисплеи и т. Д. Пользователи могут перетаскивать виджет на панель управления и создавать собственный графический интерфейс для множества проектов.
• Он имеет «энергетическое» понятие. Пользователи начинают с 2000 очков бесплатной энергии. Каждый используемый виджет (в любом проекте) потребляет некоторую энергию, тем самым ограничивая максимальное количество виджетов, используемых в проектах. Например, кнопка потребляет 200 очков энергии. Таким образом, можно создать интерфейс, содержащий, например, до 10 кнопок. Пользователи могут покупать дополнительные очки энергии и создавать более сложные интерфейсы и / или несколько различных проектов.
• Команды из приложения Blynk загружаются на сервер Blynk через Интернет. Другое оборудование (например, NodeMCU) использует библиотеки Blynk для чтения этих команд с сервера и выполнения действий. Аппаратное обеспечение также может передавать некоторые данные на сервер, которые могут отображаться в приложении.
• Загрузите приложение Blynk для Android или iOS по следующим ссылкам:
• Установите приложение и создайте новую учетную запись. После этого вы будете готовы создать свой первый проект. Вам также необходимо установить библиотеки Blynk и получить код авторизации. Процедура установки библиотеки описана на предыдущем шаге.
• · Функция BLYNK_WRITE (V0) использовалась для чтения значений акселерометра. Ускорение по оси Y использовалось для управления поворотом робота вправо / влево, а ускорение по оси Z используется для определения того, должен ли робот двигаться вперед / назад. Если пороговые значения не превышены, двигатели остановятся..
• Загрузите приложение blynk на мобильное устройство. Перетащите объект акселерометра из окна виджетов и поместите его на панель управления. В разделе «Настройки кнопки» назначьте виртуальный вывод в качестве выхода. Я использовал виртуальный контакт V0. Вы должны получить токен аутентификации в приложении Blynk.
• Перейдите в настройки проекта (значок ореха). Для кнопки «Ручной / Автономный» я использовал V1 в приложении. Для конвейерной ленты я использовал V2 в качестве вывода.
• Вы можете увидеть скриншот финального приложения на картинках.

Шаг 16: Окончательная сборка

Я прикрепил все части

Значит, проект закончен

Шаг 17: кредиты

Хочу поблагодарить своих друзей за:

1. Зишан Маллик: Помогает мне с моделью САПР, изготовление шасси

2. Амбариш Прадип: написание контента

3. Патрик: 3D-печать и лазерная резка

Второй приз в конкурсе IoT Challenge