Robot Menggambar Berbiaya Rendah dan Kompatibel dengan Arduino: 15 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

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 4xAA 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

Proyek ini dilisensikan di bawah Creative Commons, dan menggunakan bagian 3D berdasarkan desain oleh orang lain (seperti yang ditunjukkan di bagian berikutnya), yang paling ketat di antaranya adalah roda, yang Non-Komersial. Itu berarti proyek ini juga harus Non-Komersial. Jangan jadi orang ini.

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- *Adafruit Pro Trinket 3V- adafruit.com/products/2010

  • Perangkat keras di bawah lisensi CC BY-SA
  • Perangkat Lunak (Bootloader) di bawah lisensi GPL
• 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
• 16- Jumper pria-pria- adafruit.com/products/759
• 1- Servo mikro- adafruit.com/products/169
• 1 - Sakelar geser SPDT - adafruit.com/product/805 atau www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- Header pin pria- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x Pemegang AA- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- kabel mikro USB
• 4- Baterai AA

*Catatan: Lihat langkah terakhir untuk diskusi tentang penggunaan papan Arduino atau Raspberry Pi biasa.

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/=yskc6u

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

• 1 x Kastor bantalan bola - thingiverse.com/thing:1052674 (berdasarkan pekerjaan oleh onebytegone, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Sasis - thingiverse.com/thing:1053269 (karya asli oleh Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 2 x Roda - thingiverse.com/thing:862438 (berdasarkan karya Mark Benson, CC BY-NC 3.0*)
• 2 x Braket stepper - thingiverse.com/thing:1053267 (berdasarkan karya jbeale, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Tempat Pena / braket servo - thingiverse.com/thing:1052725 (karya asli oleh Maker's Box, CC BY-SA 3.0)
• 1 x Pen Collar - thingiverse.com/thing:1053273 (karya asli oleh Maker's Box, CC BY-SA 3.0)

* Catatan: CC BY-NC adalah lisensi non-komersial

Alat dan 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.

Untuk berbicara dengan Trinket Pro, Anda akan membutuhkan:

1. Driver dari
2. Perangkat lunak Arduino dari

Lady Ada dan tim Adafruit telah membuat serangkaian instruksi yang jauh lebih baik di tautan di atas daripada yang bisa saya berikan. Silakan gunakan jika Anda terjebak.

Catatan: Salah satu trik yang membuat Trinket berbeda dari Arduino biasa adalah Anda harus mengatur ulang papan sebelum mengunggah sketsa.

Langkah 3: Tempat Pena dan Tempat Baterai

1. Pasang Pen Holder dengan Braket Servo di sisi yang lebih pendek dari sasis (Gambar 1).
2. Masukkan mur di sisi atas sasis (Gambar 2)
3. Pasang dudukan baterai di bagian bawah sasis menggunakan sekrup kepala datar 3Mx6mm (Gambar 3 & 4).
4. Masukkan kabel baterai melalui kabel persegi panjang (Gambar 4 & 5).
5. Ulangi untuk dudukan baterai lainnya.

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

Langkah 4: Roda

1. Uji sesuaikan roda Anda ke poros stepper (Gambar 1).

   1. Jika terlalu kencang, Anda dapat memanaskan hub roda dengan pengering rambut atau pistol udara panas lalu memasukkan porosnya.
   2. Jika terlalu longgar, Anda dapat menggunakan sekrup 3Mx8mm untuk menahannya pada bagian datar poros (Gambar 2).
   3. Jika Anda seorang perfeksionis, Anda dapat mengkalibrasi printer Anda dan melakukannya dengan benar.
2. Tempatkan o-ring di sekitar tepi roda (Gambar 3 & 4).
3. Ulangi untuk roda lainnya.

Langkah 5: 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 6: 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.

Langkah 7: Papan tempat memotong roti

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

Langkah 8: Kekuatan

1. Tempatkan mikrokontroler, 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.
     • Saklar daya posisi "on".

2. Dengan kabel baterai sebelah kanan:

   1. Hubungkan garis merah ke pin pertama sakelar daya (Gambar 2).
   2. Hubungkan kabel hitam ke baris kosong antara mikrokontroler dan chip darlington (Gambar 2).

3. Dengan kabel baterai sebelah kiri:

   1. Hubungkan garis merah ke baris yang sama dengan kabel hitam baterai lainnya (Gambar 3).
   2. Hubungkan garis hitam ke rel negatif papan tempat memotong roti (Gambar 3).

4. Hubungkan daya ke mikrokontroler:

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

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

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

Langkah 9: Header dan Kabel Servo

Pin header laki-laki memungkinkan kita untuk menghubungkan konektor JST servo 5-pin ke daya dan driver darlington (Gambar 1):

1. Header 5-pin pertama memulai satu baris di depan driver darlington.
2. Header servo kedua kemudian harus sejajar dengan ujung driver darlington.

Sebelum pengkabelan menjadi rumit, mari kita pasang servo:

1. Tambahkan header 3-pin untuk servo di tepi kanan bagian depan papan tempat memotong roti (Gambar 2).
2. Tambahkan jumper merah dari pin tengah ke sisi positif rel daya.
3. Tambahkan jumper hitam atau coklat dari pin luar ke sisi negatif rel daya.
4. Tambahkan jumper berwarna dari pin bagian dalam ke Pin 8 mikrokontroler.
5. Pasang tanduk servo dengan poros ke posisi searah jarum jam penuh dan lengan memanjang ke roda sisi kanan (Gambar 3)
6. Pasang servo di tempat pena menggunakan sekrup servo (Gambar 3).
7. Hubungkan konektor servo yang menyelaraskan warna (Gambar 4).

Langkah 10: Kontrol Stepper

Waktu untuk menyambungkan daya untuk driver dan stepper darlington, yang akan digerakkan langsung dari baterai:

1. Hubungkan jumper hitam atau coklat dari pin darlington kanan bawah ke sisi negatif rel daya (Gambar 1).
2. Hubungkan jumper merah dari pin darlington kanan atas ke sisi positif rel daya.
3. Hubungkan jumper merah dari header pin kiri atas ke sisi positif power rail (Gambar 2).
4. Hubungkan konektor stepper kiri ke kepala pin sisi kiri dengan ujung merah di sisi kanan (Gambar 3).
5. Hubungkan konektor stepper kanan ke header pin sisi kanan dengan lead baca di sisi kiri.

Catatan: Kabel merah pada konektor stepper adalah daya dan harus cocok dengan kabel merah pada papan tempat memotong roti.

Langkah 11: Kontrol Stepper (Lanjutan)

Sekarang kita akan menghubungkan kabel sinyal stepper dari mikrokontroler ke sisi input driver darlington:

1. Dimulai dengan Pin 6 mikrokontroler, sambungkan kabel untuk empat jumper kontrol untuk motor stepper kiri (Gambar 1).
2. Cocokkan jumper ini dengan sisi input darlington di sebelah kanan. Semua warna harus cocok dengan pengecualian hijau, yang cocok dengan kabel merah muda stepper (Gambar 2).
3. Dimulai dengan Pin 13 mikrokontroler, sambungkan kabel untuk empat jumper kontrol untuk motor stepper kanan (Gambar (3).
4. Cocokkan jumper ini dengan sisi input darlington di sebelah kiri. Semua warna harus cocok dengan pengecualian hijau, yang cocok dengan kabel merah muda stepper (Gambar 3).

Langkah 12: Pengujian dan Kalibrasi

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.

Jika robot Anda bergerak dalam perkiraan persegi, sekarang saatnya untuk meletakkan beberapa kertas dan meletakkan pena di dalamnya (Gambar 1).

Poin kalibrasi Anda adalah:

float wheel_dia=66.25; // mm (kenaikan = spiral keluar)

float wheel_base=112; // 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 dalam (Gambar 2).

Saya meningkatkan diameter menjadi 67, dan Anda dapat melihatnya berputar ke luar (Gambar 3).

Saya akhirnya mencapai nilai 66,25 mm (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 13: 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).
2. Jika longgar, rekatkan pada tempatnya.
3. Periksa apakah itu akan menyentuh kertas saat lengan servo diturunkan.
4. Periksa apakah kertas tidak akan menyentuh kertas saat diangkat (Gambar 2).

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

int PEN_BAWAH = 170; // sudut servo saat pena turun

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

Perintah pena adalah:

penup();

pendown();

Langkah 14: Bersenang-senanglah

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 15: Platform Lain

Bisakah robot ini dilakukan dengan Arduino biasa? Ya! Saya memilih Trinket karena biayanya yang murah dan ukurannya yang kecil. Jika Anda menambah panjang sasis, Anda dapat memasang Arduino biasa di satu sisi dan papan tempat memotong roti di sisi lain (Gambar 1). Ini harus bekerja pin-for-pin dengan sketsa uji, ditambah, Anda sekarang bisa mendapatkan ke konsol serial untuk debugging!

Bisakah robot ini dilakukan dengan Rasberry Pi? Ya! Ini adalah penyelidikan pertama saya karena saya ingin memprogram dengan Python, dan dapat mengontrolnya melalui web. Seperti Arduino ukuran penuh di atas, Anda hanya menempatkan Pi di satu sisi, dan papan tempat memotong roti di sisi lain (Gambar 2). Tenaga menjadi perhatian utama karena empat AA tidak akan memutusnya. Anda perlu menyediakan sekitar 1A arus pada 5V yang stabil, jika tidak, modul WiFi Anda akan berhenti berkomunikasi. Saya menemukan Model A jauh lebih baik dalam konsumsi daya, tetapi saya masih mencari cara untuk memasok daya yang andal. Jika Anda mengetahuinya, beri tahu saya!