"Kit Robô" Simples para Clubes, Professores, Espaços de Criação, etc.: 18 Passos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

A ideia era construir um kit pequeno, mas expansível, para os nossos membros da "Middle TN Robotic Arts Society". Planejamos workshops em torno do kit, principalmente para competições, como seguimento de linha e viagem rápida.

Incorporamos um Arduino Nano devido ao seu tamanho pequeno, mas grande contagem de E / S. Com a adição de uma placa Breakout, todos os pinos são facilmente acessíveis e servo-amigáveis. Abandonamos as baterias padrão e optamos por um Power Bank de 3350mAh, que inclui um cabo de carregamento USB e LED de status de energia. O cabo USB também funciona como cabo de programação. Dois servos de rotação contínua para acionamento para fazer os construtores trabalharem com rapidez e facilidade. Uma pequena placa de ensaio permite que você crie um protótipo de forma rápida e fácil. Orifícios de 3 mm alinham o perímetro da placa para permitir a adição de componentes.

Para os membros do nosso clube, vendemos o kit AT COST e você deve estar presente para obter um. Na verdade, estamos perdendo dinheiro se você levar em consideração o tempo que leva para projetar, construir um currículo, fazer as peças (impressão 3D, corte a laser etc.) e preparar tudo junto. Baixamos nosso kit para US $ 29,99. Você pode obter esse preço mais baixo se encomendar peças com prazos de entrega mais longos. Percebemos que não é o kit mais barato que existe, mas colocamos ênfase em criar algo fácil de construir e expansível que não leve dias para montar. Na verdade, esse kit deve levar menos de uma hora para entrar em ação.

Suprimentos

Partes primárias:

• Arduino Nano
• Banco de energia da bateria
• Quadro do Robô
• SliderM-F Jumpers
• Sensor ultrasônico
• Qtd. 3 - Parafusos de 3 mm x 10 mm 3 m com porcas
• Qtd 3 - espaçador de 3 mm x 3 mm
• Qtde 2 - Servo SF90R de Rotação Contínua
• Qtde 2 - Rodas Rodas 52ish mm
• Zip Ties Qty 4 - 6 "(pegue os mais finos com cerca de 3,5 mm de largura) O pacote de variedade da Harbor Freight funciona bem.
• Mini breadboard
• Arduino Nano Shield

Opcional:

Enrolamento de cabo

Ferramentas:

• Ferro de soldar para soldar os cabeçalhos no Nano
• Pistola de cola
• Chave de fenda básica

Etapa 1: Quadro

Para ajudar a fazer os construtores trabalharem rapidamente, gravamos um contorno com texto em cada lado da moldura para indicar onde as peças devem ser colocadas.

Tivemos a sorte de ter acesso ao cortador a laser. Caso contrário, sugerimos entrar em contato com os makerspaces locais para ver se eles têm um que você possa usar ou se eles estariam dispostos a cortar a moldura para você.

Uma impressora 3D também pode ser usada para imprimir a base. Incluímos o SVG e o STL para você usar com qualquer um deles.

Usamos acrílico de 3 mm para nossos kits. Você pode usar outras mídias, como madeira, papelão, placa de espuma, etc.

Etapa 2: preparar o Arduino

Para facilitar a soldagem dos conectores no Arduino, insira os conectores machos no escudo do Arduino. Alinhe o Arduino Nano com os cabeçalhos. Observe as marcações na placa em relação ao escudo. Solde todos os pinos e pronto.

Etapa 3: monte o escudo do Arduino

1. Alinhe os 3 espaçadores amarelos com os orifícios pré-cortados ou impressos em 3D do Arduino.
2. Use os parafusos e porcas M3x10 para prender a blindagem do Arduino. Cômodo, não apertado. Se você estiver preocupado com os parafusos se soltando, basta adicionar um toque de cola quente na extremidade da porca. Não se preocupe com o 4º furo no escudo, pois ele não será necessário e interfere no Banco de Energia posteriormente durante a construção.

Etapa 4: Monte os Servos

1. Observe a orientação do contorno do Servo no quadro. (Não mostrado na versão impressa em 3D, mas faz referência às imagens)
2. Passe dois laços zip através das ranhuras retangulares com a cabeça do zíper na parte superior da moldura.
3. Insira os servos e passe o chicote de fios pelas ranhuras retangulares em direção à parte traseira. Aperte bem os laços do zíper. Se o servo não parecer seguro, você pode adicionar um pouco de cola quente nas laterais onde os servos tocam a estrutura.

Etapa 5: montagem do banco de potência

1. Execute um Zip Tie entre o Arduino e o local da breadboard na orientação mostrada com a cabeça do Zip Tie no lado superior. Fique solto.
2. Passe um Zip Tie nas costas. Fique solto.
3. Deslize o banco de energia e aperte as presilhas com firmeza. Observe a orientação.

Nota: Estamos usando um "slider" impresso em 3D para a frente, visto nas imagens. No entanto, descobrimos que ele estava causando muito atrito, então você pode experimentar outras ideias, como uma tampa de garrafa, um planador de móveis de plástico, etc.

Etapa 6: Rodas

Usamos um cortador a laser para cortar nossas rodas de espuma EVA. Você pode usar o que quiser. Tampas de potes, impressos em 3D, rodas de brinquedo antigas, etc. Tente encontrar rodas com aproximadamente 52 mm de diâmetro.

1. Certifique-se de que o centro de sua roda tenha uma abertura para permitir que o pequeno parafuso de cabeça Phillps monte o chifre do servo circular.
2. Centralize o chifre do servo incluído com seus servos e cole nas rodas. Tenha cuidado para não colocar cola no orifício central e mantenha a roda nivelada com a buzina do servo para reduzir a oscilação.
3. Usando o pequeno parafuso Phillips, prenda as rodas aos servos. Confortável, não apertado.

Etapa 7: placa de ensaio

Retire a proteção da placa de ensaio. Alinhe com a gravura na parte superior da moldura e prenda. Se estiver usando o quadro impresso em 3D, use a parte retangular rebaixada da impressão.

Etapa 8: hora de começar

Conecte o SERVOS para se mover.

1. Conecte o chicote de fios do servo esquerdo (servo à esquerda se estiver olhando por trás) ao pino 10 com o fio laranja mais próximo do Arduino.
2. Conecte o chicote de fios do servo direito (servo à direita se você estiver olhando por trás) ao pino 11 com o fio laranja mais próximo do Arduino.

Etapa 9: complemento: dando ao seu bot visão

Agora precisamos adicionar algo para evitar que o bot atropele as coisas. Use o sensor ultrassônico. Anexe o sensor à placa de ensaio conforme mostrado na imagem.

* Consulte o diagrama de fiação mais abaixo nas instruções sobre como fazer a fiação.

Etapa 10: Add-On: detecção de bordas via sensor infravermelho

Para que o seu bot evite cair da borda de uma mesa, arena, etc., vamos adicionar um sensor de linha. Estamos usando um sensor de refletância QTR-MD-06RC. Seis emissores / detectores infravermelhos voltados para baixo e medem a distância da superfície de volta ao sensor.

Para adicionar o sensor, pegue os 4 parafusos pequenos de 2 mm, o espaçador do sensor de IV (rosto sorridente). Consulte as imagens para obter a orientação correta.

* Consulte o diagrama de fiação mais abaixo nas instruções sobre como fazer a fiação.

Etapa 11: Programação - Configuração

Baixe o software Arduino.

Siga as instruções padrão.

Depois de instalá-lo, abra o software e configure um Arduino Nano. Isso pode variar entre os diferentes fabricantes, mas se você tiver um da lista de peças:

1. Abra “Ferramentas”
2. Selecione “Arduino Nano” como o tipo de placa
3. Selecione Atmega328P (Old Bootloader) como o tipo de processador
4. Conecte o Arduino Nano usando o cabo Micro USB incluído com o seu carregador a qualquer porta USB do seu PC. Se você receber um erro como "Dispositivo desconhecido", pode ser necessário instalar os drivers corretos. Consulte a parte do Adendo deste manual para ajudar.

Etapa 12: Visão geral do código para sensor ultrassônico

O código é muito básico e usa duas bibliotecas - Servo.he NewPing.h. Servo.h é uma biblioteca integrada fornecida pela fundação Arduino e é usada para controlar sinais PWM (modulação por largura de pulso) para cada um dos servos. A referência a esta biblioteca pode ser encontrada aqui:

NewPing.h, como mencionado antes, é uma biblioteca de terceiros de Tim Eckel. É usado para nos fornecer uma interface simples para o mundo da medição baseada no tempo. A referência a esta biblioteca pode ser encontrada aqui:

Para esta configuração, criamos um exemplo básico para a frente, esquerda, direita e repetição. Queríamos dar aos nossos membros um ponto de partida que demonstrasse como usar o sensor ultrassônico e dois servidores de rotação contínua (um ao contrário do outro). Em nosso loop, o robô faz a varredura à frente e, se liberado, continua avançando. No entanto, se ele sentir que está próximo a um objeto (o tempo de ping é menor que o mínimo escolhido), ele para, vira à esquerda, faz a varredura, vira à direita, faz a varredura novamente e vai na direção que é mais aberta.

Você pode notar que cada um dos dois servos recebe comandos diferentes para avançar - isso ocorre porque os servos são montados no chassi apontando em direções opostas. Por causa disso, cada servo precisa se mover em direções opostas para que o bot se mova para frente, em vez de em um círculo. O mesmo é verdade se você quiser mover para trás.

Este exemplo demonstra como evitar obstáculos básicos, mas pode ser muito melhorado. Um exemplo de "lição de casa" para você pode ser fazer uma varredura completa de 360 graus da área na inicialização e escolher o caminho mais aberto. Faça uma varredura mais ampla de um lado para o outro e veja se o bot está sendo "encaixotado". Combine com outros sensores para resolver um labirinto.

Etapa 13: Visão geral do código para seguimento de linha usando o código SUMO

Em breve.

Etapa 14: Programação - Bibliotecas

Comece verificando se você tem as bibliotecas corretas instaladas.

Para os Servos, a biblioteca Servo.h deve ser o padrão.

Para o Sensor Ultrassônico HC-SR04:

1. No software, vá para Sketch> Incluir Biblioteca> Gerenciar Bibliotecas.
2. Pesquise por "NewPing" de Tim Eckel.
3. Selecione a versão mais recente e instale.

Para a matriz do sensor de refletância QTR-MD-06RC:

1. No software, vá para Sketch> Incluir Biblioteca> Gerenciar Bibliotecas.
2. Procure por "QTRSensors" de Pololu.
3. Selecione a versão mais recente e instale.

Etapa 15: Programa

1. Apenas para o sensor de ping, baixe o arquivo MTRAS_Kit_Ping_Sensor_1_18_20.ino.
2. Para o sensor de linha com sensor de ping programado para SUMO, baixe o arquivo MTRAS_Kit_Sumo_1_18_2020.ino.
3. Conecte seu Arduino via USB.
4. Selecione a porta COM (veja a imagem). Sua porta COM pode ser diferente.
5. Clique na marca de seleção para certificar-se de que não haja erros.
6. Se tudo estiver correto, clique na seta para a direita para baixar o programa para o Arduino.
7. Depois de concluído, desconecte o cabo USB e conecte-o ao banco de alimentação.

Etapa 16: Diagrama de fiação

Use a imagem a seguir para conectar seu robô.

• Para o sensor ultrassônico, use fios de jumper m-f.
• Para o sensor de linha, use os fios de jumper m-m.
• Para os Servos, você pode conectar o conector de 3 pinos diretamente aos pinos.

Passo 17: Parabéns !!! Você construiu um robô

Para o código ultrassônico, o robô deve começar a se mover. Sempre que sentir um objeto dentro de 35 cm, ele irá parar, mover-se para a esquerda e fazer uma medição rápida, depois mover-se para a direita e fazer o mesmo. Ele determina qual lado teve a maior distância e se move nessa direção.