روبوت رسم منخفض التكلفة ومتوافق مع الأردوينو: 15 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

ملاحظة: لدي إصدار جديد من هذا الروبوت يستخدم لوحة دوائر مطبوعة ، وهو أسهل في البناء ، ولديه خاصية اكتشاف عقبات الأشعة تحت الحمراء! تحقق من ذلك على

لقد صممت هذا المشروع لورشة عمل مدتها 10 ساعات لموقع ChickTech.org بهدف تعريف المراهقات بموضوعات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات. كانت أهداف هذا المشروع:

• سهل البناء.
• سهل البرمجة.
• فعل شيئًا مثيرًا للاهتمام.
• منخفضة التكلفة بحيث يمكن للمشاركين أخذها إلى المنزل والاستمرار في التعلم.

مع وضع هذه الأهداف في الاعتبار ، كان هناك خياران للتصميم:

• اردوينو متوافق لسهولة البرمجة.
• طاقة بطارية 4xAA للتكلفة والتوافر.
• محركات متدرجة لحركة دقيقة.
• 3D مطبوعة لسهولة التخصيص.
• رسم القلم باستخدام رسومات Turtle لإخراج مثير للاهتمام.
• المصدر المفتوح حتى تتمكن من إنشاء واحد خاص بك!

هذا هو الروبوت الأقرب إلى ما أردت القيام به: https://mirobot.io. ليس لدي قاطع ليزر وكان الشحن من إنجلترا باهظًا. لدي طابعة ثلاثية الأبعاد ، لذا أعتقد أنه يمكنك رؤية أين يتجه هذا…

لا تدع عدم وجود طابعة ثلاثية الأبعاد يردعك. يمكنك تحديد موقع هواة محليين على استعداد لمساعدتك على

هذا المشروع مرخص بموجب المشاع الإبداعي ، ويستخدم أجزاء ثلاثية الأبعاد بناءً على تصميمات من قبل الآخرين (كما هو موضح في القسم التالي) ، وأكثرها تقييدًا هي العجلة ، وهي غير تجارية. هذا يعني أن هذا المشروع يجب أن يكون أيضًا غير تجاري. لا تكن هذا الرجل.

الخطوة 1: الأجزاء

هناك عدد من الطرق لتشغيل الروبوتات وقيادتها والتحكم فيها. قد يكون لديك أجزاء مختلفة في متناول اليد ، ولكن هذه هي الأجزاء التي جربتها ووجدتها تعمل بشكل جيد:

الإلكترونيات:

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

  • الأجهزة بموجب ترخيص CC BY-SA
  • برنامج (Bootloader) بموجب ترخيص GPL
• 2- متدرج 5 فولت - adafruit.com/products/858
• 1- سائق دارلينجتون ULN2803 - adafruit.com/products/970
• 1- لوح توصيل نصف الحجم- adafruit.com/products/64
• 16- صداري ذكر- ذكور- adafruit.com/products/759
• 1- أجهزة ميكرو- adafruit.com/products/169
• 1 - مفتاح انزلاقي SPDT - adafruit.com/product/805 أو www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- رأس دبوس ذكر- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x حامل AA- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- كابل مايكرو يو اس بي
• 4- بطاريات AA

* ملاحظة: راجع الخطوة الأخيرة للمناقشة حول استخدام لوحات Arduino أو Raspberry Pi العادية.

المعدات:

• 2- 1 7/8 "ID x 1/8" O-ring- mcmaster.com/#9452K96
• 1- عجلة محمل مقاس 5/8 بوصة- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8mm رأس برغي- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- برغي برأس مسطح M3 x 6mm- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 البندق- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد (راجع www.3dhubs.com إذا لم يكن لديك وصول إلى طابعة):

• 1 × عجلة محمل كروي - thingiverse.com/thing:1052674 (بناءً على عمل onebytegone ، CC BY-SA 3.0)
• 1 × الهيكل - thingiverse.com/thing:1053269 (العمل الأصلي بواسطة Maker's Box، CC BY-SA 3.0)
• 2 × عجلات - thingiverse.com/thing:862438 (بناءً على عمل مارك بنسون ، CC BY-NC 3.0 *)
• 2 x Stepper bracket - thingiverse.com/thing:1053267 (بناءً على عمل jbeale، CC BY-SA 3.0)
• 1 × حامل قلم / حامل مؤازر - thingiverse.com/thing:1052725 (عمل أصلي بواسطة Maker's Box، CC BY-SA 3.0)
• 1 × طوق القلم - thingiverse.com/thing:1053273 (عمل أصلي بواسطة Maker's Box، CC BY-SA 3.0)

* ملاحظة: CC BY-NC هي رخصة غير تجارية

الأدوات والمستلزمات:

• فيليبس مفك البراغي
• مسدس الغراء الساخن
• جهاز رقمي متعدد المقاييس
• سكين حاد
• أقلام تلوين كرايولا

الخطوة 2: تفليش البرنامج الثابت

قبل أن نبدأ في البناء ، دعنا نحمّل البرنامج الثابت للاختبار على وحدة التحكم الدقيقة. يرسم برنامج الاختبار مربعات فقط حتى نتمكن من التحقق من الاتجاه الصحيح والأبعاد.

للتحدث إلى Trinket Pro ، ستحتاج إلى:

1. سائق من
2. برنامج Arduino من

ابتكرت Lady Ada وفريق Adafruit مجموعة أفضل بكثير من الإرشادات في الروابط أعلاه مما يمكنني تقديمه. الرجاء استخدامها إذا كنت عالقا.

ملاحظة: الحيلة الوحيدة التي تجعل Trinket مختلفًا عن Arduino العادي هي أنه يجب عليك إعادة ضبط اللوحة قبل تحميل الرسم التخطيطي.

الخطوة 3: حامل القلم وحامل البطارية

1. قم بتثبيت حامل القلم مع حامل المؤازرة على الجانب الأقصر من الهيكل (الصورة 1).
2. أدخل الصواميل في الجانب العلوي من الهيكل (الصورة 2)
3. قم بتوصيل حوامل البطارية في الجزء السفلي من الهيكل المعدني باستخدام براغي مسطحة الرأس مقاس 3 م × 6 مم (الصورتان 3 و 4).
4. مرر خيوط البطارية من خلال تشغيل الكابلات المستطيلة (الصورة 4 و 5).
5. كرر مع حامل البطارية الآخر.

ملاحظة: ما لم يتم تحديد ذلك ، فإن بقية المسامير عبارة عن براغي برأس مقلاة 3 م × 8 مم.

الخطوة 4: العجلات

1. اختبر ملاءمة عجلتك لعمود السائر (الصورة 1).

   1. إذا كان ضيقًا جدًا ، يمكنك تسخين محور العجلة بمجفف شعر أو مسدس هواء ساخن ثم إدخال العمود.
   2. إذا كان مرتخيًا جدًا ، فيمكنك استخدام برغي 3 م × 8 مم لتثبيته مقابل الجزء المسطح من العمود (الصورة 2).
   3. إذا كنت من محبي الكمال ، فيمكنك معايرة طابعتك والحصول عليها بالشكل الصحيح.
2. ضع الحلقة o حول حافة العجلة (الصورة 3 و 4).
3. كرر مع العجلة الأخرى.

الخطوة 5: Stepper Backets

1. أدخل الجوز في قوس السائر وقم بتثبيته في الجزء العلوي من الهيكل باستخدام المسمار (الصورة 1).
2. أدخل السائر في الحامل وأرفقه بالمسامير والصواميل.
3. كرر للشريحة الأخرى.

الخطوة 6: عجلة

1. أدخل الكرة في العجلات.

   لا تجبره على الدخول وإلا سوف ينكسر. استخدم مجفف الشعر أو مسدس الهواء الساخن لتنعيم الخامة إذا لزم الأمر

2. قم بتوصيل العجلة بالجانب السفلي من الهيكل المعدني أمام حامل البطارية.

الخطوة 7: اللوح

1. قم بإزالة أحد قضبان الطاقة باستخدام سكين حاد ، وقطع المادة اللاصقة السفلية (الصورة 1).
2. أمسك اللوح فوق قضبان الهيكل ، حدد مكان تقاطعها مع الحافة (الصورة 2).
3. باستخدام حافة مستقيمة (مثل سكة الطاقة التي تمت إزالتها) ، قم بتمييز الخطوط واقطع الدعم (الصورة 3).
4. ضع لوح التجارب على الهيكل المعدني بحيث تلامس القضبان المادة اللاصقة المكشوفة (الصورة 4).

الخطوة 8: الطاقة

1. ضع المتحكم الدقيق وسائق دارلينجتون ومفتاح الطاقة على لوحة الخبز (الصورة 1).

   • لقد أضفت نقاطًا برتقالية للرؤية لتحديد ما يلي:

     • دبوس 1 من سائق دارلينجتون.
     • دبوس بطارية المتحكم الدقيق.
     • مفتاح الطاقة "على" الموقف.

2. مع خيوط البطارية اليمنى:

   1. قم بتوصيل الخط الأحمر بالدبوس الأول لمفتاح الطاقة (الصورة 2).
   2. قم بتوصيل الرصاص الأسود بصف فارغ بين المتحكم الدقيق وشريحة دارلينجتون (الصورة 2).

3. مع خيوط البطارية اليسرى:

   1. قم بتوصيل الخط الأحمر بنفس الصف مثل السلك الأسود للبطارية الأخرى (الصورة 3).
   2. قم بتوصيل الخط الأسود بالسكة السلبية للوح (الصورة 3).

4. قم بتوصيل الطاقة بالمتحكم الدقيق:

   1. وصلة عبور حمراء من السكة الموجبة إلى دبوس البطارية (النقطة البرتقالية ، الصورة 4).
   2. وصلة عبور سوداء من السكة السالبة إلى الدبوس المميز بعلامة "G" (الصورة 4).
5. قم بتركيب البطاريات وتشغيل الطاقة. يجب أن ترى الأضواء الخضراء والحمراء لوحدة التحكم تضيء (الصورة 5).

استكشاف الأخطاء وإصلاحها: إذا لم تضيء مصابيح وحدة التحكم الدقيقة ، فقم بإيقاف تشغيل الطاقة فورًا واستكشاف الأخطاء وإصلاحها:

1. البطاريات مثبتة في الاتجاه الصحيح؟
2. تحقق مزدوج من وضع البطارية يؤدي.
3. تحقق مزدوج يؤدي التبديل لتحديد المواقع.
4. استخدم عدة أمتار للتحقق من الفولتية للبطاريات.
5. استخدم عدة أمتار للتحقق من جهد السكك الحديدية.

الخطوة 9: الرؤوس والأسلاك المؤازرة

تسمح لنا دبابيس رأس الذكور بتوصيل موصلات JST المؤازرة ذات 5 سنون بالطاقة وسائق دارلينجتون (الصورة 1):

1. يبدأ أول رأس خماسي السنون بصف واحد أمام سائق دارلينجتون.
2. يجب أن يصطف رأس المؤازرة الثاني مع نهاية سائق دارلينجتون.

قبل أن تصبح الأسلاك معقدة ، دعنا نصلح السلك المؤازر:

1. أضف رأسًا ثلاثي السنون للمؤازرة على الحافة اليمنى للقسم الأمامي من اللوح (الصورة 2).
2. أضف وصلة عبور حمراء من الدبوس المركزي إلى الجانب الإيجابي لقضيب الطاقة.
3. أضف وصلة عبور سوداء أو بنية اللون من الدبوس الخارجي إلى الجانب السلبي لقضيب الطاقة.
4. أضف رابطًا ملونًا من الدبوس الداخلي إلى Pin 8 في وحدة التحكم الدقيقة.
5. قم بتثبيت بوق المؤازرة مع العمود إلى الوضع الكامل على مدار الساعة والذراع يمتد إلى عجلة الجانب الأيمن (الصورة 3)
6. قم بتثبيت المؤازرة في حامل القلم باستخدام براغي المؤازرة (الصورة 3).
7. قم بتوصيل موصل المؤازرة بمحاذاة الألوان (الصورة 4).

الخطوة 10: التحكم في السائر

حان الوقت لتوصيل الطاقة لسائق دارلينجتون والسائق ، والتي سيتم دفعها مباشرة من البطارية:

1. قم بتوصيل وصلة عبور سوداء أو بنية اللون من دبوس دارلينجتون الأيمن السفلي بالجانب السلبي لقضيب الطاقة (الصورة 1).
2. قم بتوصيل وصلة عبور حمراء من دبوس دارلينجتون العلوي الأيمن بالجانب الإيجابي لقضيب الطاقة.
3. قم بتوصيل وصلة عبور حمراء من رأس الدبوس الأيسر العلوي بالجانب الإيجابي لقضيب الطاقة (الصورة 2).
4. قم بتوصيل موصل السائر الأيسر برأس دبوس الجانب الأيسر مع الرصاص الأحمر على الجانب الأيمن (الصورة 3).
5. قم بتوصيل موصل السائر الأيمن برأس الدبوس الأيمن مع قيادة القراءة على الجانب الأيسر.

ملاحظة: السلك الأحمر لموصل السائر هو الطاقة ويجب أن يتطابق مع الخيوط الحمراء على اللوح.

الخطوة 11: التحكم في السائر (تابع)

الآن سنقوم بتوصيل أسلاك إشارة السائر من المتحكم الدقيق إلى جانب الإدخال الخاص بسائق دارلينجتون:

1. بدءًا من Pin 6 في وحدة التحكم الدقيقة ، قم بتوصيل العملاء المتوقعين بأربعة وصلات تحكم للمحرك السائر الأيسر (الصورة 1).
2. طابق وصلات العبور هذه إلى جانب الإدخال من دارلينجتون على اليمين. يجب أن تتطابق جميع الألوان باستثناء اللون الأخضر ، الذي يتطابق مع السلك الوردي للخطوة (الصورة 2).
3. بدءًا من Pin 13 في وحدة التحكم الدقيقة ، قم بتوصيل العملاء المتوقعين لأربعة وصلات تحكم للمحرك السائر الأيمن (الصورة (3).
4. طابق وصلات العبور هذه إلى جانب الإدخال من دارلينجتون على اليسار. يجب أن تتطابق جميع الألوان باستثناء اللون الأخضر ، والذي يتطابق مع السلك الوردي للخطوة (الصورة 3).

الخطوة 12: الاختبار والمعايرة

نأمل أن تكون قد قمت بالفعل بتحميل البرنامج الثابت في الخطوة 2. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فقم بذلك الآن.

يرسم البرنامج الثابت للاختبار مربعًا بشكل متكرر حتى نتمكن من التحقق من الاتجاه والدقة.

1. ضع الروبوت على سطح أملس ومسطح ومفتوح.
2. قم بتشغيل الطاقة.
3. مشاهدة الروبوت الخاص بك رسم المربعات.

إذا كنت لا ترى أضواء على وحدة التحكم الدقيقة ، فارجع إلى الخلف وقم بإصلاح المشاكل كما في الخطوة 8.

إذا كان الروبوت الخاص بك لا يتحرك ، فتحقق مرة أخرى من توصيلات الطاقة بسائق دارلينجتون في الخطوة 9.

إذا كان الروبوت الخاص بك يتحرك بشكل غير منتظم ، فتحقق مرة أخرى من توصيلات الدبوس الخاصة بالمتحكم الدقيق وسائق دارلينجتون في الخطوة 10.

إذا كان الروبوت الخاص بك يتحرك في مربع تقريبي ، فقد حان الوقت لوضع بعض الورق لأسفل ووضع قلم فيه (الصورة 1).

نقاط المعايرة الخاصة بك هي:

تعويم wheel_dia = 66.25 ؛ // مم (زيادة = حلزوني للخارج)

تعويم wheel_base = 112 ؛ // مم (زيادة = حلزوني في) int steps_rev = 128 ؛ // 128 لعلبة تروس 16x ، 512 لعلبة تروس 64x

لقد بدأت بقطر عجلة مقاس 65 مم ويمكنك رؤية الصناديق تدور إلى الداخل (الصورة 2).

لقد قمت بزيادة القطر إلى 67 ، ويمكنك أن ترى أنه يدور للخارج (الصورة 3).

وصلت أخيرًا إلى قيمة 66.25 ملم (الصورة 4). يمكنك أن ترى أنه لا يزال هناك بعض الخطأ المتأصل بسبب رموش التروس وما شابه. قريب بما يكفي لعمل شيء مثير للاهتمام!

الخطوة 13: رفع القلم وخفضه

لقد أضفنا مؤازرة ، لكننا لم نفعل شيئًا بها. يسمح لك برفع القلم وخفضه حتى يتمكن الروبوت من التحرك دون رسم.

1. ضع طوق القلم على القلم (الصورة 1).
2. إذا كان مرتخيًا ، قم بتثبيته في مكانه.
3. تأكد من أنه سيلامس الورق عند إنزال ذراع المؤازرة.
4. تأكد من أنه لن يلمس الورق عند رفعه (الصورة 2).

يمكن ضبط زوايا المؤازرة إما عن طريق إزالة البوق وإعادة وضعه ، أو من خلال البرنامج:

int PEN_DOWN = 170 ؛ // زاوية المؤازرة عند انخفاض القلم

int PEN_UP = 80 ؛ // زاوية المؤازرة عند رفع القلم

أوامر القلم هي:

penup () ؛

معلقة () ؛

الخطوة 14: استمتع

أتمنى أن تكون قد وصلت إلى هذا الحد دون الكثير من الكلمات النابية. يُرجى إعلامي بما واجهته حتى أتمكن من تحسين التعليمات.

حان الوقت الآن للاستكشاف. إذا ألقيت نظرة على مخطط الاختبار ، فسترى أنني قدمت لك بعض أوامر "السلاحف" القياسية:

إلى الأمام (مسافة) ؛ // ملليمترات

إلى الوراء (المسافة) ؛ يسار (زاوية) ؛ // درجات الحق (زاوية) ؛ penup () ؛ معلقة () ؛ انتهى()؛ // الافراج عن السائر لحفظ البطارية

باستخدام هذه الأوامر ، يجب أن تكون قادرًا على فعل أي شيء تقريبًا ، بدءًا من رسم رقائق الثلج أو كتابة اسمك. إذا كنت بحاجة إلى بعض المساعدة للبدء ، تحقق من:

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

الخطوة 15: المنصات الأخرى

هل يمكن عمل هذا الروبوت باستخدام Arduino عادي؟ نعم! ذهبت مع Trinket بسبب التكلفة المنخفضة وصغر الحجم. إذا قمت بزيادة طول الهيكل ، فيمكنك تركيب Arduino عادي على جانب ولوح التجارب على الجانب الآخر (الصورة 1). يجب أن يعمل دبوس مقابل دبوس مع رسم الاختبار ، بالإضافة إلى أنه يمكنك الآن الوصول إلى وحدة التحكم التسلسلية لتصحيح الأخطاء!

هل يمكن عمل هذا الروبوت باستخدام Rasberry Pi؟ نعم! كان هذا أول خط استقصائي لأنني أردت البرمجة بلغة Python ، وأن أكون قادرًا على التحكم فيه عبر الويب. مثل حجم Arduino بالحجم الكامل أعلاه ، ما عليك سوى وضع Pi على جانب واحد ولوح التجارب على الجانب الآخر (الصورة 2). تصبح الطاقة الشغل الشاغل لأن أربعة AA لن تقطعها. تحتاج إلى توفير حوالي 1A من التيار بجهد 5 فولت ثابت ، وإلا ستتوقف وحدة WiFi عن الاتصال. لقد وجدت أن الطراز A أفضل بكثير فيما يتعلق باستهلاك الطاقة ، لكنني ما زلت أعمل على كيفية توفير طاقة موثوقة. إذا اكتشفت ذلك ، أخبرني!