Menggambar Robot untuk Arduino: 18 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Catatan: Saya memiliki versi baru robot ini yang menggunakan papan sirkuit tercetak, lebih mudah dibuat, dan memiliki deteksi hambatan IR! Cek di

Saya merancang proyek ini untuk lokakarya 10 jam untuk ChickTech.org yang tujuannya adalah untuk memperkenalkan wanita remaja pada topik STEM. Tujuan dari proyek ini adalah:

• Mudah dibangun.
• Mudah diprogram.
• Melakukan sesuatu yang menarik.
• Murah sehingga peserta bisa membawanya pulang dan terus belajar.

Dengan mengingat tujuan tersebut, berikut adalah beberapa pilihan desain:

• Arduino kompatibel untuk kemudahan pemrograman.
• Daya baterai AA untuk biaya dan ketersediaan.
• Motor stepper untuk gerakan akurat.
• 3D Dicetak untuk kemudahan penyesuaian.
• Pen plotting dengan grafik Turtle untuk output yang menarik.
• Open Source sehingga Anda bisa membuatnya sendiri!

Inilah robot yang paling mendekati apa yang ingin saya lakukan: https://mirobot.io. Saya tidak memiliki pemotong laser dan pengiriman dari Inggris sangat mahal. Saya memiliki printer 3D, jadi saya rasa Anda dapat melihat ke mana arahnya…

Jangan biarkan kurangnya printer 3D menghalangi Anda. Anda dapat menemukan penggemar lokal yang bersedia membantu Anda di www.3dhubs.com

Butuh banyak pekerjaan, tapi saya senang dengan hasilnya. Dan, saya belajar sedikit dalam prosesnya. Biarkan aku tahu apa yang Anda pikirkan!

Langkah 1: Bagian

Ada sejumlah cara untuk memberi daya, mengemudi, dan mengendalikan robot. Anda mungkin memiliki bagian berbeda yang akan berfungsi, tetapi ini adalah yang saya coba dan temukan berfungsi dengan baik:

Elektronik:

• 1- Arduino UNO atau yang setara- adafruit.com/products/50

  Adafruit sekarang menjadi Pabrik AS untuk Arduino Asli! Dapatkan mereka dari sumbernya

• 2- Diarahkan 5V Stepper- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 Darlington Driver - adafruit.com/products/970
• 1- Papan tempat memotong roti setengah ukuran- adafruit.com/products/64

• 12- Jumper pria-pria- adafruit.com/products/1956

  Setidaknya dua harus 6", sisanya bisa 3"

• 1- Servo mikro- adafruit.com/products/169
• 1- Header pin pria- digikey.com/short/t93cbd
• 1- 2 x Pemegang AA- digikey.com/short/tz5bd1
• 1 -3 x Pemegang AA- digikey.com/short/t5nw1c
• 1 -470 uF 25V kapasitor - www.digikey.com/product-detail/en/ECA-1EM471/P5155-ND/245014
• 1 -Sakelar geser SPDT - www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- kabel mikro USB
• 5 - Baterai AA

Perangkat keras:

• 2- 1 7/8" ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- Bantalan kastor 5/8"- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8mm pan kepala sekrup- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6mm sekrup kepala datar- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- Kacang M3- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u3D
• 2 - 1/4" benang membentuk 4-20 sekrup

Bagian yang Dicetak (lihat www.3dhubs.com jika Anda tidak memiliki akses ke printer):

• https://www.thingiverse.com/thing:1091401

  • 1 x Kastor bantalan bola
  • 1 x Sasis
  • 2 x Roda
  • 2 x braket stepper
  • 1 x Tempat Pena / braket servo
  • 1 x Pena Kerah
• Saya menggunakan resolusi rendah, pengisian 100%, dan tidak ada dukungan. Ini adalah sekitar 4 jam senilai pencetakan.

Perlengkapan:

• Obeng Phillips
• Pistol lem panas
• Multimeter digital
• Pisau tajam
• Spidol berwarna Crayola

Langkah 2: Flash Firmware

Sebelum kita masuk terlalu jauh ke dalam konstruksi, mari muat firmware uji ke mikrokontroler. Program pengujian hanya menggambar kotak sehingga kami dapat memeriksa arah dan dimensi yang tepat.

1. Unduh perangkat lunak Arduino dari www.arduino.cc/en/Main/Software
2. Buka perangkat lunak Arduino.

3. Unduh file zip terlampir dan unzip ke lokasi sketchbook Arduino.

   Anda dapat menemukan (atau mengubah) lokasi ini di Arduino IDE: [File] -> [Preferences]-> "Sketchbook Location"

4. Muat sketsa tes: [File] -> [Sketchbook] -> [TIRL_Arduino_TEST]
5. Pasang Arduino Anda ke komputer Anda dengan kabel USB.

6. Di Arduino IDE:

   1. Tetapkan jenis papan Anda: [Alat] -> [Papan] -> Jenis papan Anda.
   2. Atur port serial Anda: [Tools] -> [Port] -> Biasanya yang terakhir terdaftar.
7. Unggah sketsa menggunakan ikon panah.

Jika Anda mengalami masalah, lihat www.arduino.cc/en/Guide/Troubleshooting untuk mendapatkan bantuan.

Langkah 3: Tempat Pena dan Tempat Baterai

1. Masukkan mur di sisi atas sasis (Gambar 1). Anda mungkin harus menekan mereka.
2. Pasang Pen Holder dengan Braket Servo di sisi atas sasis (Gambar 2 & 3).

3. Pasang dudukan baterai di bagian bawah sasis menggunakan sekrup kepala datar 3Mx6mm (Gambar 4)

   • Anda memerlukan setidaknya 5xAA untuk menyalakan Arduino dengan benar melalui regulator onboardnya. Enam akan berfungsi juga, jadi saya menyertakan lubang untuk kedua ukuran di kedua sisi.
   • Anda ingin beban digeser ke arah kastor, jadi letakkan 3xAA di belakang.
   • Arahkan dudukan sehingga ujungnya paling dekat dengan kabel persegi panjang.
4. Masukkan kabel baterai melalui kabel persegi panjang (Gambar 4).
5. Ulangi untuk dudukan baterai lainnya.

Catatan: Kecuali ditentukan, sisa sekrup adalah sekrup kepala panci 3Mx8mm

Langkah 4: Stepper Backets

1. Masukkan mur ke braket stepper dan pasang ke bagian atas sasis dengan sekrup (Gambar 1).
2. Masukkan stepper ke braket dan pasang dengan sekrup dan mur.
3. Ulangi untuk braket lainnya.

Langkah 5: Kastor

1. Masukkan bantalan bola ke dalam kastor.

   Jangan dipaksa masuk atau akan pecah. Gunakan pengering rambut atau pistol udara panas untuk melembutkan bahan jika diperlukan

2. Pasang kastor ke sisi bawah sasis di depan dudukan baterai.

Saya sudah mencoba benda bulat lain seperti kelereng, tetapi halus dan berat tampaknya bekerja dengan baik. Jika Anda membutuhkan diameter yang berbeda, Anda dapat mengedit file openScad (https://www.thingiverse.com/thing:1052674) agar sesuai dengan apa yang Anda miliki.

Langkah 6: Papan tempat memotong roti dan Otak

1. Lepaskan salah satu rel listrik menggunakan pisau tajam, potong perekat bawah (Gambar 1).

   Satu rel memiliki kekuatan (merah) di tepi luar, mereka lainnya negatif (biru). Saya menyimpan yang pertama terpasang, dan itu akan cocok dengan skema dan foto. Jika Anda menggunakan yang lain, sesuaikan saja kabelnya

2. Pegang papan tempat memotong roti di atas rel sasis, tandai di mana mereka berpotongan dengan tepi (Gambar 2).
3. Menggunakan tepi lurus (seperti rel listrik yang dilepas), tandai garis dan potong bagian belakangnya (Gambar 3).
4. Tempatkan papan tempat memotong roti pada sasis dengan rel menyentuh perekat yang terbuka (Gambar 4).
5. Pasang Arduino ke sisi lain sasis menggunakan 4-20 sekrup (Gambar 5).

Langkah 7: Kapasitor dan Penempatan Bagian

1. Tempatkan driver darlington dan sakelar daya ke papan roti (Gambar 1).

   • Saya telah menambahkan titik oranye untuk visibilitas untuk menandai yang berikut:

     • Pin 1 dari driver darlington
     • Pin baterai mikrotroller. Sakelar daya pada posisi "on".
2. Potong kabel kapasitor jika perlu (lebih panjang negatif) (Gambar 2).
3. Masukkan kapasitor ke rel yang benar di bagian atas papan tempat memotong roti (Gambar 3).

Langkah 8: Kekuatan

1. Dengan kabel baterai sebelah kanan: Hubungkan garis merah ke pin pertama sakelar daya (Gambar 1).
2. Hubungkan ujung hitam ke baris kosong antara mikrokontroler dan chip darlington (Gambar 1).
3. Dengan kabel baterai sebelah kiri: Hubungkan garis merah ke baris yang sama dengan kabel hitam baterai lainnya (Gambar 2).
4. Hubungkan garis hitam ke rel negatif papan tempat memotong roti (Gambar 2).

5. Hubungkan daya ke mikrokontroler:

   1. Jumper merah dari rel positif ke pin baterai (titik oranye, Gambar 3).
   2. Jumper hitam dari rel negatif ke pin bertanda "G" (Gambar 4).
6. Pasang baterai dan nyalakan (Gambar 5).
7. Anda akan melihat lampu hijau dan merah dari pengontrol menyala (Gambar 6).

Penyelesaian masalah:

• Jika lampu mikrokontroler tidak menyala, segera matikan power dan troubleshoot:

  • Baterai dipasang dengan orientasi yang benar?
  • Periksa kembali posisi kabel baterai.
  • Periksa posisi sakelar sakelar ganda.
  • Gunakan multi-meter untuk memeriksa voltase baterai.
  • Gunakan multi-meter untuk memeriksa tegangan rel listrik.

Langkah 9: Kekuatan Stepper

Sekarang setelah Anda mendapatkan daya ke mikrokontroler, mari selesaikan pengkabelan daya ke stepper:

1. Hubungkan jumper hitam dari pin darlington kiri atas ke sisi negatif rel daya (Gambar 1).
2. Hubungkan jumper merah dari pin darlington kiri bawah ke sisi positif rel daya (Gambar 1).
3. Hubungkan jumper merah dari pin darlington kiri bawah ke satu baris kanan darlington (Gambar 2).
4. Masukkan pin header untuk konektor JST putih stepper (Gambar 2).

Langkah 10: Sinyal Kontrol Stepper

Mikrokontroler memberikan sinyal 5 volt ke array darlington yang pada gilirannya, memberikan VCC ke kumparan stepper:

1. Mulailah dengan pin di sebelah pin ground pada driver darlington, dan instal kabel oranye, kuning, hijau, dan biru dalam urutan itu (Gambar 1).

2. Pasang jumper ke pin arduino berikut (Gambar 2):

   1. oranye - Pin digital 4
   2. kuning - Pin digital 5
   3. hijau - Pin digital 6
   4. biru - Pin digital 7

3. Kembali ke Darlington, lanjutkan jumper untuk stepper lainnya dengan kebalikan dari yang lain:

   biru, hijau, kuning, dan jingga (Gambar 3)

4. Pasang jumper ke pin arduino berikut (Gambar 4):

   1. biru - Pin digital 9 (pin 8 digunakan terakhir untuk servo).
   2. hijau - Pin digital 10
   3. kuning - Pin digital 11
   4. oranye - Pin digital 12

Langkah 11: Koneksi Kumparan Stepper

Konektor JST putih stepper menempel pada pin header. Kabel merah adalah daya, dan harus cocok dengan jumper daya merah yang kami pasang sebelumnya (Gambar 1).

Semua warna harus sesuai dengan jumper mikrokontroler di sisi berlawanan dari darlington, kecuali hijau, yang cocok dengan kabel merah muda stepper (Gambar 2).

Langkah 12: Servo

1. Pasang klakson servo dengan servo diputar searah jarum jam hingga berhenti dan klakson horizontal (Gambar 1).
2. Pasang servo ke dudukan, dan klakson mengarah ke sisi kanan stepper (Gambar 1).
3. Pasang jumper coklat (arde), merah (daya 5V), dan putih (sinyal) ke dalam konektor servo, sesuai dengan warna kabel servo (Gambar 2).
4. Pasang power dan ground jumper ke ground dan header 5V pada Arduino (Gambar 3).
5. Hubungkan kabel sinyal putih ke Arduino Digital Pin 8 (Gambar 4).

Langkah 13: Roda

1. Tempatkan o-ring karet di sekitar tepi roda (Gambar 1).

2. Jika pas hub pada gandar longgar, Anda dapat menggunakan sekrup 3M untuk menahannya di tempatnya (Gambar 2).

   Jangan mengencangkannya terlalu banyak atau Anda akan mengupas plastiknya

Langkah 14: Pengujian

Semoga Anda sudah mengupload firmware pada Langkah 2. Jika belum, lakukan sekarang.

Firmware uji hanya menggambar persegi berulang kali sehingga kami dapat memeriksa arah dan akurasi.

1. Tempatkan robot Anda di permukaan yang halus, datar, dan terbuka.
2. Hidupkan daya.
3. Perhatikan robot Anda menggambar kotak.

Jika Anda tidak melihat lampu pada mikrokontroler, kembali dan pecahkan masalah daya seperti pada Langkah 8.

Jika robot Anda tidak bergerak, periksa kembali sambungan daya ke driver darlington di Langkah 9.

Jika robot Anda bergerak tidak menentu, periksa kembali koneksi pin untuk mikrokontroler dan driver darlington di Langkah 10.

Langkah 15: Kalibrasi

Jika robot Anda bergerak dalam perkiraan persegi, sekarang saatnya untuk meletakkan beberapa kertas dan meletakkan pena di dalamnya.

Ukur diameter roda Anda (Gambar 1) dan dasar roda (Gambar 2) dalam milimeter.

Pengaturan kalibrasi Anda dalam kode adalah:

roda pelampung_dia=63; // mm (kenaikan = spiral keluar)

float wheel_base=109; // mm (kenaikan = spiral masuk) int langkah_rev=128; // 128 untuk girboks 16x, 512 untuk girboks 64x

Saya mulai dengan diameter roda yang diukur 65 mm dan Anda dapat melihat kotak berputar ke luar atau searah jarum jam setiap langkah (Gambar 3).

Saya akhirnya mencapai nilai 63mm (Gambar 4). Anda dapat melihat bahwa masih ada beberapa kesalahan yang melekat karena cambukan gigi dan semacamnya. Cukup dekat untuk melakukan sesuatu yang menarik!

Langkah 16: Menaikkan dan Menurunkan Pena

Kami telah menambahkan servo, tetapi belum melakukan apa pun dengannya. Ini memungkinkan Anda untuk menaikkan dan menurunkan pena sehingga robot dapat bergerak tanpa menggambar.

1. Tempatkan kerah pena pada pena (Gambar 1).

   Jika longgar, rekatkan pada tempatnya

2. Periksa apakah itu akan menyentuh kertas saat lengan servo diturunkan.
3. Pastikan tidak menyentuh kertas saat diangkat.

Sudut servo dapat disesuaikan dengan melepas klakson dan memposisikannya kembali, atau melalui perangkat lunak:

int PEN_BAWAH = 20; // sudut servo saat pena turun

int PEN_UP = 80; // sudut servo saat pena naik

Perintah pena adalah:

penup();

pendown();

Jika Anda ingin menggunakan ukuran pena yang berbeda, Anda harus memodifikasi tempat pena (www.thingiverse.com/thing:1052725) dan kerah pena (www.thingiverse.com/thing:1053273) dengan diameter yang benar.

Langkah 17: Bersenang-senang

Saya harap Anda berhasil sejauh ini tanpa terlalu banyak kata-kata makian. Beri tahu saya apa yang Anda perjuangkan sehingga saya dapat meningkatkan instruksi.

Sekarang saatnya menjelajah. Jika Anda melihat sketsa pengujian, Anda akan melihat bahwa saya telah memberikan Anda beberapa perintah "Turtle" standar:

maju (jarak); // milimeter

mundur (jarak); kiri (sudut); // derajat kanan(sudut); penup(); pendown(); selesai(); // lepaskan stepper untuk menghemat baterai

Dengan menggunakan perintah ini, Anda seharusnya dapat melakukan apa saja, mulai dari menggambar serpihan salju atau menulis nama Anda. Jika Anda memerlukan bantuan untuk memulai, lihat:

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

Langkah 18: Platform Lain

Bisakah robot ini dilakukan dengan ?

Ya! Platform ini sangat fleksibel. Anda terutama hanya perlu memodifikasi sasis.

Saya telah melakukannya dengan Raspberry Pi (Gambar 1) dan Adafruit Trinket (www.instructables.com/id/Low-Cost-Arduino-Compatible-Drawing-Robot/) (Gambar 2).

Beri tahu saya apa yang Anda pikirkan!