Sweepy: Set It & Forget It Studio Cleaner: 10 خطوات (بالصور)

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-23 12:53

بقلم: إيفان جوان وتيرينس لو وويلسون يانغ

‏‏‎ ‎

المقدمة والتحفيز

تم تصميم منظف الاستوديو Sweepy استجابة للظروف الفوضوية لاستوديو الهندسة المعمارية التي خلفها الطلاب البربريون. هل سئمت من مدى فوضى الاستوديو أثناء المراجعات؟ حسنًا ، قل لا أكثر. مع Sweepy ، كل ما عليك فعله هو ضبطه ونسيانه. سيكون الاستوديو جديدًا للعلامة التجارية بشكل أسرع مما يتطلبه الأمر لإكمال نموذج مشروع واحد.

سويبى مدرك لذاته وسوف يتحرك فى مكانه ويجرف كل القمامة والفضلات حسب رغبة قلبك بفضل جهازي استشعار بالموجات فوق الصوتية يخبرانه بالتحول عند الاقتراب من الحائط. تحتاج سويبى للعمل بجدية أكبر؟ لا مشكلة ، فقط صرخ في ذلك. يستمع Sweepy باستمرار إلى بيئته بفضل مستشعر الصوت. سيؤدي الوصول إلى حد معين من الضوضاء إلى دخول Sweepy إلى الوضع الغاضب والكنس والتحرك بشكل أسرع لفترة وجيزة.

الاستوديو بدون Sweepy هو الاستوديو الفوضوي.

‏‏‎ ‎

قطع غيار ومواد وأدوات

يمكن العثور على معظم الأجزاء في هذه القائمة في ELEGOO UNO R3 Project Starter Kit. يمكن شراء أجزاء أخرى من شركة Creatron Inc. أو متاجر إلكترونية أخرى.

‏‏‎ ‎

عناصر

x1 لوحة تحكم ELEGOO UNO R3

x1 وحدة توسيع النموذج الأولي

x1 جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية (HC-SR04)

x1 وحدة استشعار الصوت (KY-038)

x2 DC N20 Motors (ROBOT-011394)

x1 مايكرو سيرفو موتور 9G (SG90)

وحدة LCD x1 (1602A)

بطارية x1 9V

العجلات المطاطية x2 60x8 مم (UWHLL-601421)

عجلة خروع حرة × 1 (ارتفاع 64 مم)

فرشاة كنس x1 (ارتفاع المقبض 12 مم)

الترانزستورات x2 NPN (PN2222)

مقاومات x3 (220Ω)

الثنائيات x2 (1N4007)

x1 مقياس الجهد (10 كيلو)

× 15 أسلاك توصيل اللوح

× 26 أسلاك دوبونت من أنثى إلى ذكر

‏‏‎ ‎

المواد

× 1 3 مم لوح خشب رقائقي (سرير ليزر مقاس 18 بوصة × 32 بوصة)

براغي x6 M3 (YSCRE-300016)

صواميل x4 M3 (YSNUT-300000)

براغي x6 M2.5 (YSCRE-251404)

صواميل x6 M2.5 (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

أدوات

مجموعة مفك البراغي

مسدس الغراء الساخن

‏‏‎ ‎

ادوات

الحاسوب

طابعة 3D

قاطع ليزري

‏‏‎ ‎

برمجة

اردوينو IDE

الخطوة الأولى: فهم المنطق

دائرة كهربائية

ستعمل لوحة تحكم ELEGOO UNO R3 بمثابة "العقل" للروبوت الذي سيتم فيه تحميل الكود ومعالجته. قم بتوصيل لوحة توسيع النموذج الأولي ولوح التجارب الصغير في الجزء العلوي منه. للتواصل مع المستشعرات والمشغلات ، سيتم توصيل المكونات عبر اللوح والأسلاك.

تم تضمينه أعلاه هو رسم تخطيطي للدوائر المطلوبة لجعل Sweepy سعيدًا. انتبه بشكل خاص لمدخلات ومخرجات الأسلاك. يساعد على متابعة السلك من خلال النظر إلى لونه. قد يتسبب الاتصال الخاطئ في عمل Sweepy بشكل غير صحيح أو في أسوأ الحالات ، يؤدي إلى إتلاف الأجهزة الإلكترونية الخاصة بك عن طريق ماس كهربائى.

‏‏‎ ‎

برمجة

مرفق أدناه هو الرمز المطلوب لتشغيل Sweepy. افتح الملف في Arduino IDE وقم بتحميله على لوحة تحكم ELEGOO UNO R3. للقيام بذلك ، يجب عليك توصيل لوحة التحكم بجهاز الكمبيوتر الخاص بك عبر كابل USB. تأكد من تحديد المنفذ الصحيح من خلال الانتقال إلى Tools and Port في القائمة المنسدلة. تأكد من تحميل الكود قبل إنشاء Sweepy لتجنب الاضطرار إلى توصيل كبل USB أثناء التواجد في غلاف الطباعة ثلاثية الأبعاد.

لا يوصى بتغيير المتغيرات في الكود ما لم تكن لديك خبرة أو تعرف ما تفعله.

الخطوة الثانية: جمع كل الأجزاء والمواد والأدوات

لبدء المشروع ، اجمع كل الأجزاء والمواد والأدوات الموضحة في القائمة أعلاه. كما ذكرنا سابقًا ، يمكن العثور على معظم الأجزاء في القائمة في ELEGOO UNO R3 Starter Kit وكذلك في Creatron Inc. أو المتاجر الإلكترونية الأخرى.

يوصى بشدة ببدء الطباعة ثلاثية الأبعاد في أقرب وقت ممكن حيث قد تستغرق العملية عدة ساعات حتى تكتمل. الإعدادات الموصى بها هي: ارتفاع الطبقة 0.16 مم ، الحشو 20٪ وسمك الجدار 1.2 مم بالحواف والدعامات. ملف الطباعة ثلاثية الأبعاد مرفق أدناه.

قد يستغرق القطع بالليزر أيضًا وقتًا جيدًا ، لذا تأكد من البدء مبكرًا. يحتوي ملف القطع بالليزر أيضًا على طبقة لحفر دليل يضمن تثبيت المكون الصحيح في المكان المناسب. تأكد من التحقق مرتين مما يتم قطعه وما يتم حفره ، وتغيير إعدادات الطاقة والسرعة بشكل مناسب. ملف القطع بالليزر مرفق أيضًا أدناه.

أثناء استخدامنا للخشب الرقائقي لروبوتنا ، لا تتردد في استخدام أي مادة تريدها مثل الأكريليك ، طالما أن سمكها يبلغ حوالي 3 مم.

الخطوة 3: تأمين لوحة القاعدة

ضع الغراء حول محيط اللوحة الأساسية وقم بتثبيته في الجزء السفلي من الغلاف المطبوع ثلاثي الأبعاد. قم بمحاذاة الجزأين بعناية قدر الإمكان مع التأكد أيضًا من توجيه دليل النقش بالليزر لأعلى.

الخطوة 4: تركيب مكونات لوحة القاعدة

بمجرد تأمين لوحة القاعدة بشكل مناسب ، يمكننا البدء في توصيل الجولة الأولى من المكونات الإلكترونية. يتضمن ذلك محركات DC ذات العجلات ومحرك مؤازر وشاشة LCD وحزمة بطارية. تم تضمين دليل حفر القطع بالليزر في لوحة القاعدة لضمان الوضع المناسب للمكونات لراحتك. لتسهيل الدوائر ، يجب تأمين المكونات بأسلاكها المناسبة موصولة بالفعل.

يجب أن تنزلق العجلات في الفتحتين على كلا الجانبين بحيث يكون محرك التيار المستمر متجهًا للداخل. قم بتأمين ذلك باستخدام المشابك البيضاء المرفقة باستخدام مسامير وصواميل لكل منهما (M2.5).

يجب أيضًا تأمين محرك سيرفو باستخدام نفس البراغي والصواميل (M2.5) مع ضمان وجود الترس الأبيض الخارج من الأسفل على الجانب الأمامي للروبوت. سيؤدي ذلك إلى تشغيل حركة الفرشاة الكاسحة.

يجب أن تنزلق شاشة LCD في الجيب الأمامي للمبيت مع توجيه المسامير لأسفل. قم بتأمين هذا ببعض قطع الغراء الساخن في كل زاوية.

أخيرًا ، يجب أن تنزلق حزمة البطارية في الجيب الخلفي للغلاف بحيث يكون مفتاح التشغيل والإيقاف متجهًا للخارج في فتحة الفتحة. يتيح ذلك تشغيل الروبوت وإيقاف تشغيله.

الخطوة 5: تأمين لوحة الدعم

بعد ذلك ، حان الوقت لتأمين "عقل" سويبى. باستخدام أربعة مسامير وصواميل (M3) ، قم بتركيب لوحة التحكم UNO R3 ووحدة توسيع النموذج الأولي على الجزء العلوي من لوحة الدعم. سيكون هذا بمثابة الطابق الثاني من السكن. قبل ذلك ، يجب تحميل كود Arduino IDE بالفعل على اللوحة وجاهزًا للعمل.

حرك لوحة الدعم إلى الغلاف من الأعلى حتى تستقر على ثلاث حواف مدمجة في غلاف الطباعة ثلاثية الأبعاد لضمان الارتفاع الصحيح. قم بتأمين هذه اللوحة ببراغي (M3) من خلال الفتحات الموجودة على كلا الطرفين.

قم بربط الأسلاك من المكونات الموجودة على لوحة القاعدة لأعلى ومن خلال فتحات لوحة الدعم. يجب أن تمر أسلاك شاشة LCD وأسلاك محرك المؤازرة عبر الفتحة الأمامية بينما يجب أن تمر أسلاك محرك التيار المستمر عبر الفتحات الجانبية. يمكن أن تمر أسلاك حزمة البطارية عبر أي من الفتحتين حسب الرغبة.

الخطوة 6: تركيب المكونات الإلكترونية النهائية

باستخدام الغراء الساخن ، قم بتوصيل جهازي استشعار الموجات فوق الصوتية في الجزء الأمامي من السكن مع الزناد ووحدات الصدى التي تمتد من الثقوب أو "العيون". يجب أن تكون المسامير الموجودة على أحد المستشعرات متجهة لأعلى والآخر لأسفل كما هو موضح بواسطة الفتحة الموجودة على لوحة الدعم. هذا للتأكد من أن وحدات الصدى والتشغيل متماثلة في الهيكل عند إرسال واستقبال الإشارات.

أخيرًا ، ضع الغراء الساخن على الجزء الخلفي من مستشعر الصوت وقم بتثبيته في الفتحة الموجودة على الجانب الداخلي من الغلاف. يجب أن يكون الجزء العلوي من الميكروفون محاذيًا أعلى حافة السكن بحيث يمكن وضع غطاء Sweepy. سيتم محاذاة الميكروفون مع الفتحة الموجودة على الغطاء كما سترى لاحقًا.

الخطوة السابعة: الأسلاك والأسلاك والمزيد من الأسلاك

يمكن القول إن الخطوة التالية هي أصعب جزء ولكن أهم جزء للتأكد من أن سويبى بخير وسعيد: الدوائر. باستخدام مخطط Fritzing في الجزء العلوي من Instructables كمبدأ توجيهي ، قم بتوصيل جميع الأسلاك من المكونات إلى وحدة توسيع النموذج الأولي.

تأكد من إيقاف تشغيل مفتاح حزمة البطارية قبل توصيل كابل الطاقة باللوحة. نظرًا لأنه يجب تحميل الكود بالفعل على السبورة ، فلن تتمكن Sweepy من احتواء حماستها للتنظيف والبدء في العمل في المرة الثانية التي تتلقى فيها الطاقة ، حتى أثناء عملك على الأسلاك.

انتبه بشكل خاص لمدخلات ومخرجات كل سلك. يساعد على استخدام لون السلك لتتبعه على طول مساره.

الخطوة 8: إضافة الأجزاء المتحركة

حان الوقت الآن لعجلة سويبي الخلفية والفرشاة الكاسحة.

يجب أن تكون العجلة الخلفية عبارة عن عجلة ذات عجلات يمكنها الدوران بحرية حولها. يجب أن يكون ارتفاعها 6.4 سم تقريبًا من أعلى إلى أسفل ، ولكن يمكن أن يكون التفاوت سخيًا اعتمادًا على مقدار القوة الهابطة التي تريد أن تمارسها الفرشاة. اربط هذا تحت لوحة الدعم من خلال الفتحة الموجودة في لوحة القاعدة.

تتميز فرشاة الكنس أيضًا بقدرتها على التحمل ولكن يجب أن يجلس المقبض على ارتفاع 1.2 سم تقريبًا عن الأرض. يجب أن يبلغ طول المقبض أيضًا حوالي 10 سم لمنعه من الاصطدام بالمبيت أثناء كنسه للخلف والرابع. قم بتأمين هذا إلى مرفق الرافعة البيضاء المتضمن مع محرك سيرفو بالغراء.

الخطوة 9: تغطية كل شيء

لإكمال سويبى الخاص بك ، تحتاج إلى عمل غطاء. الصق حافة الغطاء أسفل لوحة السد مع وجود ثقب عليها. تأكد من محاذاة الفتحة مع ميكروفون مستشعر الصوت. أخيرًا ، قم بلصق الغطاء على الجزء العلوي من Sweepy ، مع محاذاة الحواف الأمامية مع الجزء الأمامي من الغلاف.

قم بتشغيل الطاقة من الخلف وشاهد سويبي وهي تتابع أحلامها في جعل الاستوديو مكانًا أنظف للجميع.

الخطوة العاشرة: النتائج والتفكير

على الرغم من التخطيط المكثف للتصميم ، تحدث أخطاء ولكن لا بأس: كل هذا جزء من عملية التعلم. وبالنسبة لنا ، لم تكن الأمور مختلفة.

كان أحد أكبر التحديات التي واجهتنا هو تصميم مساكن Sweepy لتضمين جميع المكونات الضرورية. كان هذا يعني قياس أبعاد جميع المكونات بدقة ، والتخطيط لمسارات الأسلاك ، وضمان السلامة الهيكلية ، وما إلى ذلك. انتهينا من الطباعة ثلاثية الأبعاد والقطع بالليزر لتكرارين من غلاف سويبي ، والثاني هو الإصدار النهائي بناءً على ما تعلمناه من الأول تكرار.

إحدى العقبات الرئيسية التي واجهناها هي القدرات المحدودة لجهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية: لم يكن يغطي مساحة كبيرة بما يكفي وكان سويبى يصطدم أحيانًا بالحائط عند الاقتراب بزاوية. تم حل ذلك من خلال تضمين مستشعر فوق صوتي ثانٍ لزيادة مساحة التأثير بشكل فعال.

اخترنا أيضًا في البداية محركًا مؤازرًا للتحكم في الدوران ولكنه لم يكن فعالًا وسليمًا من الناحية الهيكلية كما كنا نأمل. ونتيجة لذلك ، استبدلنا العجلة الخلفية بعجلة حرة ودفعنا مسؤولية التحول إلى عجلتي السائق من خلال الدوران التفاضلي (ستتحرك إحدى العجلات أبطأ من الأخرى لمحاكاة الدوران). في حين أن هذا يعني إجراء تغييرات كبيرة على الكود ، فقد تبسيط تصميمنا العام بشكل فعال ، مع استبعاد محرك مؤازر واحد من المعادلة.

‏‏‎ ‎

التكرارات المستقبلية

هناك دائما مجال للتحسين. في المستقبل ، سيكون أحد التغييرات التصميمية لمشروعنا هو النظر في الصيانة الشاملة وإمكانية الوصول إلى الأجزاء الداخلية. لقد واجهنا العديد من المشكلات بما في ذلك أعطال المحرك والبطاريات المفرغة مما تطلب منا تفكيك Sweepy لمجرد تبديل المكونات التي كانت غير بديهية للغاية. في المستقبل ، سنقوم بتصميم مبيت به فتحات قابلة للتشغيل تسمح بالوصول إلى مكوناته مثل البطارية.

نحن نفكر أيضًا في استخدام مستشعر ضغط في المقدمة لاكتشاف متى تصطدم سويبي بالسطح حيث وجدنا أن المستشعر بالموجات فوق الصوتية لا يمكن الاعتماد عليه في بعض الأحيان ، خاصة عند الاقتراب بزاوية شديدة الانحدار. من خلال وجود مستشعر ميكانيكي ، سيكون Sweepy أكثر اتساقًا في تحديد وقت ووقت عدم الدوران.

بينما يعمل Sweepy جيدًا داخل الغرف الصغيرة ، فقد يكون أقل فاعلية في المساحات الكبيرة. هذا لأن Sweepy مبرمج فقط للدوران عندما يكتشف وجود سطح أمامه ولكنه بخلاف ذلك سيستمر في خط مستقيم حتى يتم تدمير الأرض. في المستقبل ، قد يكون من المفيد إجراء برمجة مسبقة لمسار تنظيف محدد لـ Sweepy بحيث يظل ضمن الحدود بدلاً من التجوّل إلى الأبد.

‏‏‎ ‎

المراجع والاعتمادات

تم إنشاء هذا المشروع كجزء من دورة الحوسبة الفيزيائية (ARC385) في كلية الهندسة المعمارية والمناظر الطبيعية والتصميم في كلية دانيلز لبرنامج البكالوريوس في UofT.

‏‏‎ ‎

أعضاء الفريق

• إيفان جوان
• تيرينس لو
• ويلسون يانغ

‏‏‎ ‎

مستوحاة من

• مكنسة رومبا روبوت
• Wipy: منظف السبورة البيضاء الدافع للغاية
• الظروف الفوضوية لمساحة الاستوديو