Sweepy: Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Авторы: Эван Гуан, Теренс Ло и Уилсон Янг

‏‏‎ ‎

Введение и мотивация

Sweepy the studio cleaner был разработан в ответ на хаотические условия архитектурной студии, оставленные студентами-варварами. Устали от грязи в студии во время обзоров? Ну, больше ничего не говори. С Sweepy все, что вам нужно сделать, это установить и забыть. Studio будет создавать новые бренды быстрее, чем вам потребуется для завершения этой единственной модели проекта.

Sweepy осознает себя и будет перемещаться, сметая весь мусор и обрезки, как вам заблагорассудится, благодаря двум ультразвуковым датчикам, которые приказывают ему поворачиваться при приближении к стене. Нужен Sweepy, чтобы работать усерднее? Нет проблем, просто кричи на это. Sweepy постоянно прислушивается к окружающей среде благодаря звуковому датчику. Достигнув определенного порога шума, Sweepy войдет в режим ярости, на короткое время развернувшись и двигаясь быстрее.

Студия без Sweepy - грязная штука.

‏‏‎ ‎

Детали, материалы и инструменты

Большинство деталей из этого списка можно найти в стартовом наборе проекта ELEGOO UNO R3. Другие части можно приобрести в Creatron Inc. или в других магазинах электроники.

‏‏‎ ‎

Компоненты

Плата контроллера x1 ELEGOO UNO R3

Модуль расширения прототипа x1

x1 ультразвуковой датчик (HC-SR04)

Модуль звукового датчика x1 (KY-038)

x2 двигателя постоянного тока N20 (ROBOT-011394)

x1 микро-серводвигатель 9G (SG90)

x1 ЖК-модуль (1602A)

x1 батарея 9 В

2 резиновых колеса 60x8 мм (UWHLL-601421)

x1 свободное самоустанавливающееся колесо (высота 64 мм)

x1 подметальная щетка (высота ручки 12 мм)

x2 NPN транзисторы (PN2222)

x3 резистора (220 Ом)

x2 диода (1N4007)

x1 потенциометр (10K)

x15 перемычек для макетной платы

x26 проводов Dupont между мужчинами и женщинами

‏‏‎ ‎

Материалы

1 фанерный лист толщиной 3 мм (размер лазерной кровати 18 x 32 дюйма)

x6 винтов M3 (YSCRE-300016)

x4 гайки M3 (YSNUT-300000)

x6 винтов M2,5 (YSCRE-251404)

x6 гаек M2,5 (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

Инструменты

Набор отверток

Пистолет для горячего клея

‏‏‎ ‎

Оборудование

Компьютер

3д принтер

Лазерный резак

‏‏‎ ‎

Программное обеспечение

IDE Arduino

Шаг 1: понимание логики

Схема

Плата контроллера ELEGOO UNO R3 будет служить «мозгом» робота, в который будет загружен и обработан код. Прикрепите к верхней части плату расширения прототипа и мини-макетную плату. Для связи с датчиками и исполнительными механизмами компоненты будут подключены через макетную плату и провода.

Выше представлена схема, необходимая для того, чтобы Sweepy был счастлив. Обратите особое внимание на ввод и вывод проводов. Это помогает следить за проводом, глядя на его цвет. Неправильное подключение может привести к неправильной работе Sweepy или, в худшем случае, к повреждению электроники из-за короткого замыкания.

‏‏‎ ‎

Программирование

Ниже прилагается код, необходимый для запуска Sweepy. Откройте файл в Arduino IDE и загрузите его на плату контроллера ELEGOO UNO R3. Для этого необходимо подключить плату контроллера к компьютеру через USB-кабель. Убедитесь, что выбран правильный порт, перейдя в Инструменты и Порт в раскрывающемся меню. Обязательно загрузите код перед сборкой Sweepy, чтобы не подключать USB-кабель в корпусе, напечатанном на 3D-принтере.

Не рекомендуется изменять переменные в коде, если у вас нет опыта или вы не знаете, что делаете.

Шаг 2: Сбор всех деталей, материалов и инструментов

Чтобы начать проект, соберите все детали, материалы и инструменты, указанные в списке выше. Как упоминалось ранее, большинство деталей из списка можно найти в стартовом наборе ELEGOO UNO R3, а также в Creatron Inc. или других электронных магазинах.

Настоятельно рекомендуется начать 3D-печать как можно раньше, так как процесс может занять несколько часов. Рекомендуемые настройки: высота слоя 0,16 мм, заполнение 20% и толщина стенки 1,2 мм с краями и опорами. Файл 3D-печати прилагается ниже.

Лазерная резка также может занять много времени, поэтому не забывайте начинать раньше. Файл для лазерной резки также содержит слой для травления направляющей, которая гарантирует, что нужный компонент установлен в нужном месте. Не забудьте дважды проверить, что вырезается, а что травится, соответствующим образом изменяя настройки мощности и скорости. Файл для лазерной резки также прилагается ниже.

Хотя мы использовали фанеру для нашего робота, не стесняйтесь использовать любой материал, который вам нравится, например, акрил, при толщине около 3 мм.

Шаг 3: Закрепление опорной плиты

Нанесите клей по периметру опорной пластины и прикрепите ее к нижней части корпуса, напечатанного на 3D-принтере. Совместите две части как можно тщательнее, при этом убедитесь, что направляющая для лазерной резки направлена вверх.

Шаг 4: Установка компонентов опорной плиты

После того, как опорная пластина будет надежно закреплена, мы можем приступить к подключению первого круга электронных компонентов. Сюда входят двигатели постоянного тока с колесами, серводвигатель, ЖК-экран и аккумулятор. Направляющая для травления, вырезанная лазером, включена в основание, чтобы обеспечить правильное размещение компонентов для вашего удобства. Чтобы упростить схему, компоненты должны быть закреплены соответствующими проводами, уже подключенными.

Колеса должны войти в два паза с обеих сторон двигателем постоянного тока внутрь. Закрепите его прилагаемыми белыми зажимами, используя по два винта и гайки для каждого (M2,5).

Серводвигатель также следует закрепить с помощью тех же винтов и гаек (M2,5), при этом убедитесь, что белая шестерня, выступающая снизу, находится на передней стороне робота. Это приведет к широкому движению кисти.

ЖК-экран должен входить в передний карман корпуса штырями вниз. Закрепите это несколькими каплями горячего клея на каждом углу.

Наконец, аккумуляторная батарея должна войти в задний карман корпуса, причем выключатель должен быть направлен наружу в вырез в отверстии. Это позволяет включать и выключать робота.

Шаг 5: Закрепление опорной плиты

Теперь пришло время обезопасить «мозг» Sweepy. Используя четыре винта и гайки (M3), закрепите плату контроллера UNO R3 и модуль расширения прототипа на верхней части опорной плиты. Это будет действовать как второй этаж корпуса. До этого код IDE Arduino должен быть уже загружен на плату и готов к работе.

Вставьте опорную пластину в корпус сверху, пока она не будет опираться на три выступа, встроенные в корпус для 3D-печати, чтобы обеспечить правильную высоту. Закрепите эту пластину двумя винтами (M3) через отверстия на обоих концах.

Пропустите провода от компонентов на опорной пластине вверх и через отверстия опорной пластины. Жидкокристаллический экран и провода серводвигателя должны проходить через переднее отверстие, а провода двигателя постоянного тока должны проходить через боковые отверстия. Провода аккумуляторной батареи могут проходить через любое отверстие по желанию.

Шаг 6: Монтаж окончательных электронных компонентов

С помощью горячего клея прикрепите два ультразвуковых датчика к передней части корпуса так, чтобы триггерный и эхо-модули выходили из отверстий или «глаз». Штифты одного датчика должны быть направлены вверх, а другого - вниз, как показано отверстием на опорной пластине. Это необходимо для обеспечения симметрии модулей эха и триггера в корпусе при отправке и приеме сигналов.

Наконец, нанесите горячий клей на заднюю часть звукового датчика и прикрепите его к пазу на внутренней стороне корпуса. Верхняя часть микрофона должна находиться заподлицо с верхней частью края корпуса, чтобы можно было надеть колпачок Sweepy. Микрофон будет совмещен с отверстием на крышке, как вы увидите позже.

Шаг 7. Провода, провода и другие провода

Следующий шаг, пожалуй, самый сложный, но самый важный этап в том, чтобы убедиться, что Sweepy здоров и счастлив: схемотехника. Руководствуясь схемой Фритцинга в верхней части этой инструкции, подключите все провода от компонентов к модулю расширения прототипа.

Перед подключением кабеля питания к плате убедитесь, что переключатель на аккумуляторном блоке выключен. Поскольку код уже должен быть загружен на плату, Sweepy не сможет сдержать свое волнение по поводу чистки и начать работу, как только он получит питание, даже если вы все еще работаете с проводами.

Обратите особое внимание на входы и выходы каждого провода. Это помогает использовать цвет проволоки, чтобы проследить ее путь.

Шаг 8: добавление движущихся частей

Теперь пришло время для заднего колеса Sweepy и подметальной щетки.

Заднее колесо должно быть поворотным с возможностью свободного поворота. Она должна быть примерно 6,4 см в высоту сверху вниз, но допуск может быть значительным в зависимости от того, какое усилие, направленное вниз, вы хотите, чтобы кисть прикладывала. Закрепите его под опорной пластиной через отверстие в опорной пластине.

Щетка для подметания также имеет большие допуски, но ручка должна находиться примерно на 1,2 см от земли. Ручка также должна быть примерно 10 см в длину, чтобы она не ударилась о корпус во время движения назад и четвертой. Прикрепите его к белому креплению рычага, входящему в комплект серводвигателя, с помощью клея.

Шаг 9: закрытие всего этого

Чтобы завершить свой собственный Sweepy, вам нужно сделать его шапку. Приклейте ободок крышки под заглушку с отверстием. Убедитесь, что отверстие совпадает с микрофоном датчика звука. Наконец, приклейте колпачок к верхней части Sweepy, совместив передние края с передней частью корпуса.

Включите питание сзади и наблюдайте, как Sweepy воплощает в жизнь свою мечту сделать студию более чистым местом для всех.

Шаг 10: результаты и размышления

Несмотря на тщательное планирование дизайна, ошибки случаются, но это нормально: все это часть процесса обучения. И для нас все было не иначе.

Одной из самых больших проблем была разработка корпуса Sweepy, в котором были бы заключены все необходимые компоненты. Это означало тщательное измерение размеров всех компонентов, планирование проводки, обеспечение структурной целостности и т. Д. Мы закончили 3D-печатью и лазерной резкой двух итераций корпуса Sweepy, причем вторая была окончательной версией, основанной на том, что мы узнали из первого. итерация.

Одно из основных препятствий, с которыми мы столкнулись, - это ограниченные возможности ультразвукового датчика: он не охватывал достаточно большую площадь, и Sweepy иногда ударялся о стену при приближении под углом. Это было решено включением второго ультразвукового датчика для эффективного увеличения области воздействия.

Мы также изначально выбрали серводвигатель для управления поворотом, но он оказался не таким эффективным и конструктивно надежным, как мы надеялись. В результате мы заменили заднее колесо свободным поворотным колесом и переложили ответственность за поворот на два ведущих колеса за счет дифференциального поворота (одно колесо будет двигаться медленнее, чем другое, чтобы имитировать поворот). Хотя это означало внесение серьезных изменений в код, это эффективно упростило нашу общую конструкцию, исключив из уравнения меньше одного серводвигателя.

‏‏‎ ‎

Будущие итерации

Всегда есть возможности для улучшения. В будущем одним из изменений в конструкции нашего проекта станет необходимость обслуживания Sweepy и доступности его внутренних компонентов. Мы столкнулись с множеством проблем, включая отказы двигателя и разряженные батареи, из-за которых нам пришлось разбирать Sweepy только для того, чтобы отключить компоненты, что было очень не интуитивно. В будущем мы разработаем корпус с открытыми отверстиями, которые позволят получить доступ к его компонентам, таким как аккумулятор.

Мы также рассматриваем возможность использования датчика давления спереди, чтобы определять, когда Sweepy натыкается на поверхность, поскольку мы обнаружили, что ультразвуковой датчик временами ненадежен, особенно при приближении под крутым углом. Имея механический датчик, Sweepy будет более последовательным в решении, когда и когда не поворачивать.

Хотя Sweepy хорошо работает в небольших помещениях, он может быть менее эффективным в больших помещениях. Это связано с тем, что Sweepy запрограммирован так, чтобы поворачиваться только тогда, когда он обнаруживает поверхность перед собой, но в противном случае будет продолжать движение по прямой линии, пока земля не будет разрушена. В будущем, возможно, стоит предварительно запрограммировать заданный путь очистки для Sweepy, чтобы он оставался в пределах границ, а не уходил навсегда.

‏‏‎ ‎

Ссылки и кредиты

Этот проект был создан как часть курса физических вычислений (ARC385) на бакалавриате факультета архитектуры, ландшафта и дизайна Дэниэлса в UofT.

‏‏‎ ‎

Члены команды

• Эван Гуан
• Теренс Ло
• Уилсон Янг

‏‏‎ ‎

Вдохновлен

• Робот-пылесос Roomba
• Wipy: чрезмерно мотивированный очиститель доски
• Грязные условия студийного пространства