Como Construir o ProtoBot - um Robô Educacional 100% Open Source, Super-Barato: 29 Passos (com Imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

O ProtoBot é um robô 100% open source, acessível, super barato e fácil de construir. Tudo é código aberto - hardware, software, guias e currículo - o que significa que qualquer pessoa pode acessar tudo o que precisa para construir e usar o robô.

É uma ótima maneira de aprender o básico de soldagem, engenharia elétrica e programação.

Este Instructable cobre como construir um, da placa nua, componentes e peças impressas em 3D, para um ProtoBot totalmente montado (e esperançosamente funcional!).

(Se você quiser saber mais sobre os ProtoBots em geral e / ou o Projeto ProtoBot, visite https://theprotobotproject.wordpress.com, ou o ProtoBots Github, em

Você também pode encontrar uma versão em PDF deste guia em

Etapa 1: Suprimentos: peças

Quando estiver pronto para começar, aqui está o que você precisa. As quantidades são para 1 robô.

Peças: (o link 1 é eBay, 2 é AliExpress, geralmente mais barato)

• 2 x motoredutores N20, 300 RPM, 12 V (link, link)
• 1 x Arduino Nano (link, link)
• 2 x rodas de plástico, 39 MM, orifício de 3 MM (lote de 10: elo amarelo, elo amarelo, elo rosa)
• 2 x interruptores de limite tátil (ligação de 10 peças)
• 2 x resistores de 220 Ohm (100 peças: link, link)
• 4 resistores de 10K (100 peças: link, link)
• 1 x driver de motor L293D (link, link)
• 2 x Sensor IR TCRT5000L (10 peças: link, link)
• 7 x fios DuPont Fêmea-Fêmea (40 peças: link, link)
• 1 x clipe de bateria de 9V (10 peças: link, link)
• 18 pinos de cabeçalho macho (200 peças: elo, elo já dobrado a 90 graus)
• 32 x pinos de cabeçalho fêmea (400 peças: link, link)

As quantidades aplicam-se apenas a listagens onde um único item é vendido (Arduinos e motores), já que todo o resto está a granel e você terá sobras extras. Quando as listagens excedem a quantidade necessária, geralmente é mais barato comprar a granel do que itens individuais. Eu não estou reclamando!

Mais uma coisa: tudo aqui vem da China e, portanto, o transporte normalmente leva um mês, e às vezes dois em casos extremos. No entanto, eu nunca vi nada que não aparecesse eventualmente.

Etapa 2: Suprimentos: peças (o resto deles)

Mas espere! Tem mais!

Você ainda precisa de mais algumas peças, a saber, as peças impressas em 3D, a placa de circuito, a bateria e o "Hook and Loop Fastner" (como o velcro, por exemplo) para a bateria.

• Hook and loop fastner (eBay Link, um metro do material)
• Bateria (eBay Link, mas basta comprar na loja)

Peças impressas em 3D:

• Os arquivos STL estão em
• Quando for imprimir, redimensione-os para 105% do tamanho e altere o preenchimento para 30%. Não são necessários suportes, você determina se precisa de uma jangada. As antenas podem caber mais facilmente nos sensores de colisão se forem dimensionadas um pouco maiores.

Placa de circuito:

Se você quiser tentar gravá-lo sozinho, vá em frente. Tudo que você precisa está em

O que eu fiz (a maneira mais fácil, se você ainda não tiver as coisas):

• Usei www.pcbway.com e eles permitem que você faça 5 peças por US $ 5, sem contar o frete. Quando fazemos cerca de 20 peças para campos STEM, custa cerca de US $ 24, com frete incluso.
• Crie uma conta com eles, carregue o arquivo zip gerber, e eles obterão o número solicitado de placas.

Etapa 3: Suprimentos: Ferramentas

Agora, possivelmente, isso já é algo que você tem, mas vou dar links aqui de qualquer maneira.

Ferramentas: (Links para a Amazon)

• Ferro de soldar (US $ 7 na Amazon, mas nós os usamos em acampamentos e estou muito impressionado, eles superam os US $ 25 Wellers que temos).
• Solda (vem com o ferro de $ 7, então você não precisa dele agora, mas isso vai durar para sempre)
• Mãos que ajudam (não preciso, ainda não comprei nenhuma, mas elas tornam a vida mais fácil)
• Sucker de solda (realmente útil quando não está entupido)
• Limpador de lã de latão (para manter a ponta do seu ferro em boas condições)
• Suporte do ferro de solda (para que você não coloque acidentalmente o braço no ferro)
• Tesouras de barbear (você vai precisar delas)
• Decapantes de fio (você pode passar sem, mas eles tornam a vida muito mais fácil)
• Alicate de ponta fina (não é absolutamente necessário, mas é bom)
• Pistola de cola quente de alta temperatura e cola (cola CA ou outra coisa pode funcionar também)

O gastador conservador pode estar balançando a cabeça com esta enorme quantidade de ferramentas a serem compradas, mas tenha em mente - Cada uma dessas ferramentas, se bem cuidada, vai durar anos e pode ser usada para uma variedade de coisas além fazendo pequenos robôs. (Dito isso, eu sinto você!)

Etapa 4: motor e conjunto do sensor de colisão: corte, descasque e estanhe os fios

Vamos começar com os fios dos motores e sensores de colisão. Você precisará configurar seu ferro de soldar e um local de trabalho para soldar, e você pode querer algum tipo de ventilação. Um pequeno ventilador de baixa velocidade é bom.

1. Separe 2 conjuntos de 4 fios de seus jumpers Feminino para Feminino.
2. Use seu alicate para cortá-los no meio de cada conjunto.
3. Usando seus strippers, retire cerca de 5 MM ou 1/4 de isolamento das pontas dos fios.
4. Separe as pontas do fio e, em seguida, torça os fios de cobre individuais para mantê-los arrumados.
5. Estanhe cada extremidade do fio segurando o ferro estanhado em cima do fio, enquanto aplica o fio à solda.

Quando terminar, você deverá ter 4 conjuntos de 2 fios cada, com 2 fios estanhados em uma extremidade e 2 conectores fêmeas em cada extremidade.

Etapa 5: Conjunto do motor e do sensor de colisão: motores e sensores de solda

Mantenha seu ferro de solda ligado, porque ainda não terminamos …

1. Para cada conjunto de fios, dobre as pontas estanhadas em 180 graus.
2. Insira as extremidades dos fios nas abas do conector nos motores e sensores de colisão, conforme mostrado nas fotos.
3. Proteja os motores e sensores de alguma forma.
4. Usando seu ferro estanhado, solde os fios nas abas do conector.

Etapa 6: Conjunto do sensor IR: corte, descasque e estanhe

Com seus motores e sensores de colisão concluídos, é hora de passar para os sensores de infravermelho.

• Separe um conjunto de 3 fios fêmea-fêmea.
• Corte-os ao meio.
• Retire cerca de 5 MM ou 1/4 de polegada de isolamento das pontas.
• Estanhe os fios segurando-os na solda e, em seguida, aplique o ferro estanhado.

Quando terminar, você deve ter 2 conjuntos de 3 fios com os conectores fêmeas em uma extremidade e pontas de fio estanhado na outra.

Etapa 7: Conjunto do sensor IR: preparar os sensores

Esta é provavelmente a soldagem mais difícil que você terá que fazer. Sem pressa!

1. Use sua tesoura para cortar os fios extras, deixando cerca de 5 mm ou 1/4 de polegada exposto do corpo de plástico do sensor.
2. Descubra a orientação do seu sensor com base na imagem.
3. Dobre o fio GND do LED Azul para entrar em contato com o fio GND do LED Preto.
4. Prenda os sensores e, em seguida, use o ferro de solda para fazer uma conexão de solda entre os fios GND que você conectou.

Etapa 8: Conjunto do sensor IR: fios de solda

Agora estamos prontos para conectar os fios aos sensores IR.

1. Separe as extremidades dos fios, de modo que os fios individuais sejam separados em cerca de 2,5 cm ou 1 polegada.
2. Comece a soldar os fios, em ordem, a cada um dos 3 fios do sensor.
3. Se você estiver usando fita adesiva como eu, quando terminar com um lado, vire o sensor e solde o outro lado.

Nota: Como os fios DuPont são coloridos aleatoriamente, não é fácil seguir uma convenção de cores, então eu apenas recomendo mantê-la consistente entre os pares de sensores. Normalmente tento fazê-los em ordem, com GND, Sense e depois + 5V, com a cor final mais escura sendo GND.

Etapa 9: montar o cabo da bateria

Por último, mas não menos importante, precisaremos soldar o cabo da bateria.

• Pegue o seu último comprimento de 2 pinos de cabeçotes machos e empurre a peça divisória de plástico até aproximadamente o meio dos pinos.
• Usando um alicate, dobre um lado em um ângulo de 90 graus.
• Prenda-o de alguma forma (usei um pedaço de espuma e acrescentei fita adesiva para manter os cabeçalhos no lugar quando a espuma derreteu).
• Estanhe cada pino, para que seja fácil soldar os fios.
• Certificando-se de que a polaridade está correta (Vermelho = +, Preto = -), solde o conector da bateria aos pinos.

(Se os conectores da bateria não vierem pré-desencapados e estanhados, você precisará fazer isso.)

Em retrospectiva, pode ser uma boa ideia colocar um pequeno pedaço de tubo termorretrátil sobre a junta entre os fios e os pinos coletores.

Etapa 10: Faça uma pausa

Agora que você terminou os sensores e motores, é uma boa ideia fazer uma pausa. Montei muitas peças para os ProtoBots e ainda preciso fazer pausas de vez em quando.

Enquanto você faz a sua pausa, vá em frente e aproveite a oportunidade para limpar todos os pequenos pedaços de metal e isolamento de fios em sua área de trabalho. Em seguida, respire um pouco de ar fresco e tome uma boa bebida de algo refrescante.

Quando você se sentir suficientemente renovado, fique à vontade para continuar!

Etapa 11: montar o Arduino

Vamos continuar, começando com a montagem do Arduino.

• Retire o Arduino da sacola plástica em que ele veio
• Encontre os dois comprimentos de 15 pinos dos cabeçalhos e insira-os, lado curto para cima, no Arduino, conforme mostrado.
• Insira o arduino em uma placa para certificar-se de que os conectores fiquem no ângulo correto durante a soldagem.
• Começando pelos cantos, solde cada pino no Arduino.

Quando terminar, verifique se há solda conectando os dois pinos. Para remover o excesso de solda, apenas derreta-a no meio com o ferro e, em seguida, arraste-a para longe dos pinos. Se isso não funcionar, tente sugar o excesso com seu sugador de solda.

Você notará que não soldei o conjunto de 6 pinos- Esses são os pinos ICSP, usados para programá-lo sem o USB. Não precisamos deles para o ProtoBot, mas você pode optar por soldá-los, se desejar.

Etapa 12: Monte a placa: reúna as peças

Você deve ter todas as peças de que precisa para o tabuleiro, mas reserve um momento para reuni-las nas quantidades necessárias.

• 1 x ProtoBotBoard
• 1 x Arduino Nano montado
• 2 x resistores de 220 ohms
• 4 x resistores de 10K
• 1 x 14 pinos de comprimento de pinos coletores machos
• 2 x 15 pinos de comprimento de pinos coletores fêmeas
• 1 x 2 pinos de comprimento de pinos fêmea
• 1 x chip de driver de motor L293D

Para cortar os cabeçalhos fêmeas, eu uso o cortador de arame e prendo-os em um pino extra. Você terá que sacrificar um alfinete para cada corte, mas deve sobrar muito de qualquer maneira.

Etapa 13: Monte a placa: Pinos de cabeça de solda fêmeas

Você pode pular os pinos de cabeçalho femininos se desejar, mas torna mais fácil reutilizar o Arduino ou solucionar problemas caso algo dê errado.

1. Insira o Arduino nos pinos de cabeçalho fêmeas. (Neste caso, estamos apenas usando para mantê-los alinhados)
2. Insira o conjunto de pinos Arduino / cabeçalho na placa e prenda-o na placa.
3. Começando pelos pinos de canto, solde os pinos fêmea do coletor na placa.

Etapa 14: montar a placa: chip do driver do motor de solda

É hora de soldar o driver do motor!

1. Insira o driver do motor na placa, com o entalhe na parte superior do chip alinhado com a lacuna no contorno da placa.
2. Prenda-o com um pouco de fita adesiva.
3. Solde cada pino, começando com os do canto e continuando até o resto.

Etapa 15: montar a placa: resistores de solda 10K

Quando terminar de usar o driver do motor, passaremos para os resistores de 10K.

1. Encontre 4 resistores de 10K. Eles podem ser azuis ou castanhos, mas devem corresponder às faixas coloridas no diagrama.
2. Dobre os terminais de cada resistor em um ângulo de 90 graus para baixo.
3. Insira cada um dos 4 resistores nos pontos marcados com "10K" na placa.
4. Use fita adesiva para prendê-los à placa (ou apenas dobre os fios, mas a fita adesiva funciona melhor).
5. Solde cada um, tomando cuidado para não preencher os outros orifícios ao redor deles.
6. Quando terminar, corte o cabo extra acima da junta de solda e remova a fita adesiva.

Nota: Raramente tive problemas com isso, mas às vezes cortar os cabos após a soldagem pode quebrar vestígios na placa, que geralmente não é reparável. Tome cuidado!

Etapa 16: Monte a Placa: Solde os resistores de 220 Ohm

Agora vamos fazer os resistores de 220 ohms.

1. Tal como acontece com os resistores de 10K, os 220 podem ser castanhos ou azuis, apenas certifique-se de que correspondem às faixas de cores, conforme mostrado no diagrama.
2. Dobre os cabos em 90 graus e, em seguida, insira-os nos pontos marcados com "220".
3. Prenda-os com fita adesiva ou dobre os fios.
4. Solde as pontas na placa.
5. Quando terminar, corte os fios e remova a fita adesiva.

Etapa 17: Monte a Placa: Pinos do Cabeçalho do Sensor

Vamos passar para os cabeçalhos para conectar os sensores.

1. Divida seu conjunto de conectores machos de 14 pinos em comprimentos de 4 x 2 pinos e 2 x 3 pinos.
2. Use fita adesiva para prender os cabeçalhos, lado curto para baixo, nos pontos das placas marcados com "BL", "BR" (comprimentos de 2 pinos) e "IRR" e "IRL" (comprimentos de 3 pinos). Você terá 2 conjuntos de comprimentos de 2 pinos restantes, não se preocupe com eles por enquanto.
3. Solde os pinos no lugar da parte inferior da placa. Fiz os comprimentos de 2 e 3 pinos separadamente, mas você poderia fazer todos juntos.
4. Remova a fita adesiva

Etapa 18: Monte a Placa: Pinos do Cabeçalho do Motor

Lembra daqueles dois comprimentos extras de cabeçalho de 2 pinos? Vamos usá-los para conectar os motores.

1. Usando um alicate, dobre o lado mais longo dos cabos em um ângulo de 90 graus.
2. Insira-os nos pontos marcados com "MR" e "ML" no quadro.
3. Prenda-os com fita adesiva.
4. Solde-os no lugar e remova a fita adesiva.

Etapa 19: montar a placa: conector da bateria

Quase pronto! Só precisamos adicionar o conector da bateria.

1. Pegue o comprimento de 2 pinos dos pinos fêmea e insira-os no local marcado com "Bat." Na placa.
2. Prenda-os no lugar com um pedaço de fita adesiva.
3. Solde os pinos na placa e remova a fita adesiva.

Etapa 20: montar a placa: verificar tudo

Antes de terminar, dê uma olhada no quadro e certifique-se de que tudo está como e onde deveria estar.

Verificar se há:

• Pontes de solda (quando a solda está conectando dois pinos juntos)
• Coisas colocadas do jeito errado ou no lugar errado
• Pinos soldados / conectados incorretamente

As pontes de solda são fáceis de consertar, basta usar um aspirador de solda e um ferro quente para se livrar do excesso.

Coisas que foram soldadas de maneira errada precisarão ser dessoldadas e colocadas de volta da maneira certa. O mesmo procedimento da remoção das pontes, apenas faça isso em todos os pinos do que quer que seja necessário remover.

Etapa 21: Faça uma pausa

A esta altura, você já está soldando há algum tempo. Pode ser uma boa ideia fazer uma pausa, respirar ar fresco e alongar os músculos do pescoço.

Enquanto você faz isso, você pode limpar o material de solda e guardar o ferro e, em seguida, definir a pistola de cola quente para começar a aquecer.

Etapa 22: Montagem do robô: reunir as peças

Agora você está pronto para montar o ProtoBot!

Vamos garantir que você tenha as peças de que precisa.

• 1 x ProtoBotBoard com Arduino Nano inserido
• 1 x base impressa em 3D
• 2 peças de antena impressas em 3D
• 4 x suportes de placa impressa em 3D
• 2 x sensores Bump
• 2 x Sensores IR
• 2 x motores de engrenagem N20
• 2 rodas de plástico de 39 MM (orifício interno de 3 mm de diâmetro)
• 1 x conector de bateria
• 1 x bateria de 9V
• 1 conjunto de Hook and Loop Fastner (como velcro), cortado aproximadamente no comprimento da bateria de 9V

Você também precisará de uma pistola de cola quente e cola, de preferência de alta temperatura.

Etapa 23: Montagem do robô: motores de cola

Vamos começar com os motores

• Passe uma boa quantidade de cola quente nos suportes do motor.
• Coloque os motores nos suportes, com os fios saindo da parte traseira do robô.

Nota: Tenha cuidado para não colocar cola quente na área em que as caixas de engrenagens ficarão, elas vão grudar e não funcionar. Eu geralmente coloco minha pitada de cola nas extremidades dos suportes do motor que estão mais próximos do meio do robô para garantir que ele não vá até as extremidades, onde está a caixa de engrenagens.

Etapa 24: Montagem do robô: sensores de colisão

Vamos fazer os sensores de impacto agora.

• Encaixe sua antena em um sensor de colisão, conforme mostrado.
• Depois de colocá-lo, você pode adicionar um pouco de cola quente para prendê-lo, se desejar.
• Coloque gotas de cola quente em cada plataforma do sensor de impacto na base.
• Pressione os sensores de colisão no lugar, certificando-se de que eles estejam alinhados com as bordas da plataforma.

Nota: Dependendo de quão bem a sua impressora funciona, a antena pode ser difícil de colocar. Apenas tome cuidado para não danificar os sensores de colisão ou quebrá-los. (É por isso que imprimi-los um pouco maiores ajuda muito)

Etapa 25: Montagem do robô: Sensores IR

Sensores EyeR! (Hehe, Geddit? Ok, ok, os olhos vão parar agora)

• Coloque um pouco de cola na parte superior dos suportes do sensor de infravermelho.
• Dobre os fios dos sensores de IV para fora do caminho e, em seguida, insira-os nos suportes, de forma que as pontas fiquem um pouco salientes.

Etapa 26: Montagem do Robô: Anexar a Placa

Vamos prender a placa ao Robô agora.

• Prepare seus 4 suportes de placa de circuito.
• Passe um pouco de cola quente em cada canto do quadro.
• Prenda os suportes da placa em cada canto.
• Quando terminar, coloque um pouco de cola quente em cada suporte.
• Fixe a placa ao corpo do robô, com o driver do motor e os pinos voltados para trás e os pinos de conexão do sensor voltados para a frente.

Etapa 27: Montagem do robô: conectar os fios, adicionar rodas

Vamos conectar todos os sensores e motores.

• Pegue os fios dos sensores de colisão e infravermelho e alimente-os através do orifício na base do robô.
• Conecte o motor esquerdo na porta identificada como "ML"
• Conecte o motor certo na porta identificada como "MR"
• Prenda suas rodas aos motores.
• Se forem cor-de-rosa, terão um orifício em forma de "D" que precisa ser alinhado com a parte plana do eixo do motor.
• Se estiverem amarelos, podem continuar, mas você provavelmente vai querer adicionar um pouco de cola para garantir que eles não girem.
• Conecte os sensores de colisão esquerdo e direito em suas respectivas portas, rotuladas "BL" e "BR". A ordem dos fios não importa aqui.(Observe que o sensor que está à direita não vai se conectar à porta direita, porque a antena está na verdade à esquerda.)
• Descubra quais fios estão em seus sensores de IV, com base no diagrama e em quais fios, em seguida, conecte-os nos pinos corretos da placa, identificados como PWR, IN e GND. (Sensor direito em "IRR", sensor esquerdo em "IRL").

Etapa 28: Montagem do robô: conecte a bateria de 9V

Agora vamos colocar a bateria.

• Pegue o seu velcro (por exemplo, velcro) e corte um pedaço de cada lado do tamanho da bateria.
• Prenda um lado na parte inferior da base, para onde vai a bateria.
• Descubra em que direção a bateria ficará, com base na direção dos fios que saem do cabo da bateria e, em seguida, prenda o gancho e o prendedor de velcro (por exemplo, Velcro) para que se encaixe corretamente. (Veja as fotos. Não importa muito se você não orientar corretamente.)
• Passe o fio da bateria pelo orifício na base.

Etapa 29: Concluído

Conecte a bateria! Se nenhuma fumaça mágica escapar, você é bom!

O próximo passo é programá-lo, mas vamos cobrir isso em outro instrutível. (Link aqui, assim que eu terminar)

Se você está impaciente, mal pode esperar e sabe como usar as bibliotecas do Arduino, a biblioteca pode ser encontrada aqui:

Se você quiser saber mais sobre os ProtoBots em geral e / ou o Projeto ProtoBot, visite https://theprotobotproject.wordpress.com, ou o ProtoBots Github, em