روبوت الرسم بالاردوينو: 11 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

مشاريع فيوجن 360 »

هل تساءلت يومًا ما إذا كان بإمكان الروبوت أن يصنع لوحات وفنًا ساحرًا؟ في هذا المشروع ، أحاول جعل ذلك حقيقة واقعة باستخدام روبوت الرسم الذي يعمل بنظام Arduino. الهدف هو أن يتمكن الروبوت من عمل لوحات بمفرده واستخدام صورة مرجعية كدليل لتكرار عمل فني. لقد استخدمت قوة CAD والتصنيع الرقمي لإنشاء هيكل قوي ركبت عليه ذراعًا يمكنه غمس فرشاة الطلاء في واحدة من حاويات الطلاء السبعة والرسم على القماش.

تم تصنيع الروبوت باستخدام أجزاء شائعة مثل محركات السائر ومحركات المؤازرة وهو مصمم للعمل مع أي نوع من الطلاء.

تابع إنشاء روبوت الرسم الخاص بك من Arduino وقم بإسقاط تصويت لهذا المشروع في "تحدي الطلاء" إذا كنت قد استمتعت بالمشروع وقررت إنشاء نسختك الخاصة.

الخطوة 1: نظرة عامة على التصميم

تصميم روبوت الرسم مستوحى من هيكل روبوت تنظيف Roomba. يتكون من نظامين رئيسيين:

• نظام القيادة الذي يتكون من محركين متدرجين متصلان بالعجلات وطائرات شراعية سلبية. هذا يسمح للإنسان الآلي بالتحرك في أي اتجاه على طول اللوحة القماشية.
• نظام الفرشاة الذي يتكون من محرك متدرج ثالث يضع الفرشاة فوق حاويات الطلاء ومحرك مؤازر يقوم بغمس فرشاة الطلاء في الطلاء.

يمكن للروبوت أن يحمل ما يصل إلى 7 ألوان مختلفة في نفس الوقت. تم إجراء التصميم في البداية على Autodesk's Fusion 360. ثم تم تصدير الأجزاء إلى التنسيقات المناسبة ليتم قطعها بالليزر أو طباعتها ثلاثية الأبعاد.

تم تصميم هيكل الروبوت مع مراعاة قابلية التوسع مع نقاط تثبيت متعددة وأجزاء معيارية. هذا يسمح باستخدام نفس الهيكل لمختلف التطبيقات الأخرى. في هذا السياق ، يتم استخدام الهيكل المعدني لعمل قطع فنية رائعة باستخدام الطلاء.

الخطوة الثانية: المواد المطلوبة

فيما يلي قائمة بجميع المكونات والأجزاء المطلوبة لصنع روبوت الرسم الخاص بك من Arduino. يجب أن تكون جميع الأجزاء متاحة بشكل عام ويسهل العثور عليها في متاجر الأجهزة المحلية أو عبر الإنترنت.

الكترونيات:

• اردوينو أونو x 1
• محرك مؤازر Towerpro MG995 x 1
• محرك متدرج NEMA17 × 3
• درع CNC V3 × 1
• بطارية ليبو 11.1 فولت × 1

المعدات:

• صواميل و مسامير M4
• صواميل و مسامير M3
• العجلات (7 سم ضياء × 2)
• خيوط طابعة ثلاثية الأبعاد (في حالة عدم امتلاكك طابعة ثلاثية الأبعاد ، يجب أن تكون هناك طابعة ثلاثية الأبعاد في مساحة عمل محلية أو يمكن إجراء المطبوعات عبر الإنترنت بسعر رخيص جدًا)
• صفائح أكريليك (3 مم)
• الدهانات
• فرشاة الرسم

أدوات:

• طابعة 3D
• قاطع ليزري

باستثناء الأدوات ، تبلغ التكلفة الإجمالية لهذا المشروع حوالي 60 دولارًا.

الخطوة الثالثة: الأجزاء المصنعة رقمياً

يتم تخصيص معظم الأجزاء المطلوبة لهذا المشروع وفقًا للمتطلبات ، ولهذا السبب قررت استخدام قوة الأجزاء المصنعة رقميًا. تم بناء الأجزاء مبدئيًا على Fusion 360 ثم تم استخدام نماذج CAD لقطع الأجزاء بالليزر أو الطباعة ثلاثية الأبعاد. تم عمل المطبوعات بنسبة 40٪ حشو ، 2 محيط ، فوهة 0.4 مم ، وارتفاع طبقة 0.1 مم باستخدام PLA. تتطلب بعض الأجزاء دعامات نظرًا لأن لها شكلًا معقدًا مع بروزات متدلية ، ومع ذلك ، يمكن الوصول إلى الدعامات بسهولة ويمكن إزالتها باستخدام بعض القواطع. يمكنك اختيار اللون الذي تختاره للخيوط. تم قطع القطع المقطوعة بالليزر من الأكريليك الشفاف 3 مم.

يمكنك العثور أدناه على القائمة الكاملة للأجزاء بالإضافة إلى ملفات التصميم.

ملاحظة: من هنا ستتم الإشارة إلى الأجزاء باستخدام الأسماء الموجودة في القائمة التالية.

الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد:

• قوس السائر × 2
• فاصل الطبقة × 4
• موصل الذراع × 1
• طائرة شراعية سلبية × 2
• حامل لوح الطلاء × 2
• لوح طلاء × 2

قطع الليزر:

• اللوحة السفلية × 1
• اللوحة العلوية × 1
• ذراع الفرشاة × 1

في المجموع ، هناك 13 قطعة مطبوعة ثلاثية الأبعاد و 3 أجزاء مقطوعة بالليزر. الوقت اللازم لتصنيع كل الأجزاء حوالي 12 ساعة.

الخطوة 4: بناء الهيكل ونظام القيادة (الطبقة السفلية)

بمجرد تصنيع جميع الأجزاء ، يمكنك البدء في تجميع الطبقة السفلية من روبوت الطلاء. هذه الطبقة مسؤولة عن نظام القيادة وتحمل أيضًا الإلكترونيات. ابدأ بتركيب محركين متدرجين على كتفي السائر باستخدام البراغي المتوفرة. بعد ذلك ، استخدم صواميل ومسامير 8 × M4 لتأمين قوسي السائر على اللوحة السفلية. بمجرد تثبيت السائر ، يمكنك توصيل العجلتين بمحاور محركات السائر. يمكنك أيضًا تركيب Arduino في مكانه باستخدام صواميل ومسامير M3 وبعض المواجهات لتسهيل الوصول إلى Arduino. بمجرد تأمين Arduino ، قم بتركيب درع CNC على Arduino. هناك نوعان من الثقوب في الجزء الأمامي والخلفي من الروبوت. قم بتمرير الطائرات الشراعية السلبية عبر الثقوب وألصقها في مكانها. تمنع هذه القطع جسم الإنسان الآلي من الكشط على طول سطح القماش.

يمكنك أيضًا تركيب فواصل الطبقة الخلفية باستخدام صواميل ومسامير M4.

ملاحظة: لا تقم بإرفاق الجزءين الأماميين حتى الآن ، حيث سيتعين عليك إزالتهما في النهاية.

الخطوة 5: تركيب حامل الطلاء (الطبقة العلوية)

بمجرد بناء نظام القيادة ، يمكنك البدء في تجميع الطبقة العليا التي تحمل ذراع الطلاء الذي يحرك فرشاة الرسم ويغمس الفرشاة في حاويات الطلاء المختلفة. ابدأ بربط قطعتين حامل لوح الطلاء. تتماشى الفتحة الموجودة على طول الجزء الداخلي مع قطعتي مباعد الطبقة الأمامية. يتم إرفاق الجزء المدمج مع اثنين من الصواميل والمسامير في الطبقتين العلوية والسفلية. تم تعزيز القطعة أيضًا بأربع مجموعات إضافية من صواميل البراغي في اللوحة العلوية.

يتم بعد ذلك إرفاق منصات الطلاء بالجزء السفلي من قطع حامل لوح الطلاء باستخدام صامولتين ومسامير لكل جانب.

حرك اللوحة العلوية في مكانها واستخدم صامولتين ومسامير لربط فواصل الطبقة الخلفية باللوحة العلوية. قم بتركيب محرك السائر المحوري في منتصف اللوحة العلوية باستخدام البراغي المتوفرة مع توجيه المحور نحو الأعلى. مع هذا ، يتم بناء هيكل الروبوت ويمكننا البدء في تجميع ذراع الطلاء.

الخطوة 6: بناء ذراع الطلاء ومجموعة الفرشاة

لبناء ذراع الطلاء ، ابدأ بربط موصل الذراع بذراع الفرشاة المقطوعة بالليزر باستخدام 4 صواميل ومسامير. بعد ذلك ، قم بتركيب محرك سيرفو على الطرف الآخر باستخدام 4 صواميل ومسامير أخرى. تأكد من أن محور محرك المؤازرة في اتجاه الطرف المقابل لموصل الذراع. ادفع موصل الذراع إلى محور محرك السائر العلوي.

استخدم القرن الطويل من المؤازرة وأرفق فرشاة الطلاء بها باستخدام أشرطة مطاطية أو روابط مضغوطة. أوصي باستخدام الأشرطة المطاطية لأن ذلك يعطي مجموعة الفرشاة بعض التوافق وهو أمر ضروري حتى يعمل النظام بشكل جيد. تأكد من توصيل الفرشاة بحيث أنه بمجرد توصيل القرن بالمؤازرة ، بالكاد تنزلق الفرشاة على طول سطح الأرض أو الورقة.

مع هذا ، اكتملت أجهزة روبوت الطلاء ويمكنك البدء في الأسلاك والبرمجة.

الخطوة 7: الإلكترونيات والدوائر

الإلكترونيات الخاصة بهذا المشروع واضحة تمامًا ، كما هو موضح في الجدول التالي:

• محرك الخطوة اليسرى إلى منفذ المحور X للدرع CNC
• محرك الخطوة الأيمن إلى منفذ المحور Y للدرع CNC
• تدوير السائر إلى منفذ المحور Z للدرع CNC
• تعمل إشارة محرك سيرفو إلى المغزل على تمكين دبوس على درع CNC
• محرك مؤازر 5 فولت إلى +5 فولت على درع CNC
• محرك سيرفو GND إلى GND على درع CNC

بهذا اكتملت الدائرة الخاصة بهذا المشروع. يمكن توصيل البطارية بأطراف الطاقة لدرع CNC باستخدام مفتاح تبديل متسلسل لتشغيل وإيقاف تشغيل الروبوت.

الخطوة 8: قليلا عن النظرية

عندما يتعلق الأمر بوضع نقطة على شبكة ثنائية الأبعاد ، فإن الطريقة الأكثر شيوعًا وبساطة للقيام بذلك هي توفير الإحداثيات الديكارتية للنقطة. يتم ذلك عن طريق تحديد مجموعة ، بشكل عام (x ، y) حيث x هي إحداثي x أو المسافة بين إسقاط النقطة على المحور x إلى الأصل و y هي إحداثي y للنقطة أو المسافة بين الإسقاط من النقطة على المحور ص إلى الأصل. بهذه الطريقة ، يمكن وصف أي صورة أو نموذج معقد باستخدام سلسلة من النقاط ، بحيث يتم تشكيل الصورة عند "ضم النقاط". هذه طريقة مناسبة لوصف موضع نقطة فيما يتعلق بالأصل. ومع ذلك ، تم استخدام نظام مختلف لهذا المشروع.

يمكن أيضًا وصف نقطة على شبكة ثنائية الأبعاد باستخدام الإحداثيات القطبية. في هذه الطريقة ، يتم وصف موضع النقطة باستخدام مجموعة أخرى ، يشار إليها عادةً باسم (ثيتا ، ص) حيث ثيتا هي الزاوية بين المحور س ونصف الخط الذي يربط الأصل والنقطة و ص هي المسافة بين الأصل والنقطة.

يمكن العثور على صيغة التحويل من واحد إلى الآخر في الصورة المرفقة. ليس من الضروري فهم الصيغ بشكل كامل ، على الرغم من أن معرفتها تساعد.

الخطوة 9: برمجة Arduino

تم تصميم البرنامج باستخدام تقنية كائنية التوجه مما يجعل البرنامج سهل الاستخدام. ابدأ بإنشاء كائن روبوت تكون معلماته هي عرض وارتفاع اللوحة القماشية (قم بقياسها باستخدام مسطرة أو شريط قياس بالسنتيمتر واستبدل القيم الموجودة في السطر 4 من البرنامج النصي paintRobot.ino). تتيح تقنيات البرمجة الشيئية مجالًا لمزيد من التطورات.

يتم توفير 3 وظائف بسيطة لك بعد ذلك:

1. يأخذ gotoXY إحداثيات ديكارتية وينقل الروبوت إلى هذا الموضع. (على سبيل المثال robot.gotoXY (100 ، 150))
2. تأخذ BrushControl قيمة منطقية: ترفع القيمة false الفرشاة عن القماش بينما تضع true الفرشاة على القماش. (على سبيل المثال robot.brushControl (صحيح))
3. يأخذ PickPaint عددًا صحيحًا -4 ، -3 ، -2 ، -1 ، 1 ، 2 ، 3 ، 4 مما يجعل الروبوت يغمس فرشاة الطلاء في حاوية الطلاء المقابلة. (على سبيل المثال ، robot.pickPaint (3))

البرنامج المرفق أدناه يجعل الروبوت ينتقل إلى مواضع عشوائية ويختار ألوانًا عشوائية مما يؤدي في النهاية إلى إنشاء قطعة فنية جميلة وفريدة من نوعها. على الرغم من أنه يمكن تغيير ذلك بسهولة لجعل الروبوت يرسم أي شيء تريده.

ملاحظة: بمجرد تحميل الكود ، قد تضطر إلى إعادة وضع بوق المؤازرة المتصل بالفرشاة. عندما ص

الخطوة 10: إضافة الطلاء

بمجرد اكتمال الأجهزة والإلكترونيات والبرمجة ، يمكنك أخيرًا إضافة بعض الدهانات إلى حاويات الطلاء الفردية. أوصي بتخفيف الطلاء قليلاً لجعل اللوحة أكثر سلاسة.

أضف بعض الماء العادي على الحاوية الخارجية لمنصة التحميل اليمنى. سيستخدم الروبوت هذه المياه لتنظيف الفرشاة قبل تبديل الألوان.

لبدء الرسم ، ضع الروبوت في الزاوية اليسرى السفلية من القماش مما يجعله يتجه على طول الحافة السفلية وابدأ الروبوت واجلس وشاهد القطعة الفنية تدب فيها الحياة ببطء.

الخطوة 11: النتائج النهائية

مع البرنامج الحالي ، يقوم الروبوت بحركات عشوائية على القماش مما ينتج عنه لوحات فريدة وجميلة. على الرغم من بعض التعديلات ، يمكن صنع الروبوت لأداء لوحات محددة باستخدام صورة مرجعية. يوفر النظام الحالي قاعدة قوية لإجراء تطورات على. تم تصميم هيكل الروبوت أيضًا بطريقة معيارية مع نقاط تثبيت قياسية متعددة بحيث يمكن تحويل الروبوت بسهولة لتطبيق ما تحتاجه.

آمل أن تكون قد استمتعت بهذا Instructable وقد ألهمك لبناء روبوت الرسم الخاص بك.

إذا أعجبك المشروع ، فقم بدعمه من خلال إسقاط تصويت في "تحدي الطلاء".

صنع سعيد!

الجائزة الكبرى في تحدي الطلاء