Robô Tartaruga DFRobot: 12 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Até o momento, meus projetos de robôs de oficina foram direcionados para baixo custo e facilidade de montagem. E se desempenho e precisão fossem os objetivos, e não o custo? E se uma empresa de kits de robôs estivesse disposta a doar peças? E se desenharmos com algo diferente de marcadores?

Então, o objetivo deste projeto é fazer um Robô Tartaruga preciso usando peças prontas para usar que irão desenhar algo interessante para a próxima Feira do Criador.

Tartarugas!

Etapa 1: peças

O DFRobot forneceu os componentes principais. Aqui está o que estamos usando:

• 1 cada., Placa-mãe Bluno M0, SKU: DFR0416 ou um Arduino Uno normal
• 1 cada., Escudo de motor de passo bipolar duplo para Arduino (DRV8825), SKU: DRI0023
• 2 cada., Motor de passo híbrido, SKU: FIT0278
• 1 cada, Kit de acoplamento de roda de borracha de 5 mm (par), SKU: FIT0387
• 1 cada., Servo 9G SKU: SER0006

Para energia, vou usar 18.650 células de lítio, então comprei:

• 3 cada, bateria EBL 18650 3,7 V
• 1 cada, carregador de bateria inteligente KINDEN 18650
• 3 unidades, porta-bateria 18650

Também usei vários hardwares:

• 2 cada., Buna-N Rubber # 343 O-ring (3/16 "x 3-3 / 4" ID)
• 1 ea., 1 "rolamento de esferas de aço de baixo carbono
• 10 cada., Parafuso de cabeça panela M3x6MM
• 2 cada., Parafuso de cabeça panela M3x8MM
• 4 cada., Parafuso de cabeça chata M3x6MM
• 14 cada., Porca M3
• 4 cada., Parafuso formador de rosca # 2 x 1/4

Também vamos precisar de uma maneira criativa de compartilhar a energia da bateria entre o Motor Shield e o Arduino, uma vez que não parece haver acomodações para isso. Eu usei a extremidade do conector de 2,1 mm x 5 mm de uma fonte de alimentação morta ou algo parecido com isso.

Ferramentas:

• Chave de fenda Phillips
• Decapantes de arame
• Pistola de cola quente (opcional)
• Ferro de solda e solda

E não menos importante:

• Paciência
• Persistência
• Atitude positiva

Etapa 2: peças 3D

Decidi experimentar e projetar todo o 3D no FreeCad para este robô para me ajudar a aprender. Tudo o que eu precisei fazer foi transferir as dimensões do servo e do arranjo da caneta e, em seguida, dimensionar o restante para caber nos steppers muito maiores.

• Rodas maiores para fornecer espaço para as baterias.
• Chassi mais espesso para fornecer resistência ao aumento de peso.
• Rodízio maior para coincidir com a altura do convés elevado.
• Modular para fácil teste e personalização.

Aqui estão as peças de que você precisa. Todos os arquivos estão armazenados em

• 1 cada., Chassi
• 1 cada., Suporte superior
• 2 cada., Roda
• 1 cada., Barril
• 1 cada., Porta-servo

Etapa 3: Montagem do Chassi Parte 1

• Comece inserindo porcas M3 nos espaçadores do chassi. Eles podem ser pressionados ou puxados com um parafuso M3.
• Monte os steppers com parafusos M3 com os conectores elétricos voltados para a extremidade posterior (mais curta).
• Monte os suportes da bateria usando parafusos de cabeça chata.

Etapa 4: Montagem do Chassi Parte 2

• Monte o barril, a peça superior e o servo junto com parafusos e porcas M3.
• Monte a peça superior combinada nos steppers com parafusos M3.
• Insira o rolamento de aço no suporte do rodízio, aquecendo-o com um secador de cabelo se necessário para amolecê-lo.
• Monte o rodízio no corpo usando parafusos M3.

Etapa 5: montagem da roda

• Fazer com que os cubos prendam o eixo é um problema, pois os eixos têm 5 mm e o cubo (que afirma ser de 5 mm) tem, na verdade, 6 mm. Usar torque suficiente nos parafusos de fixação provavelmente irá retirá-los, então usei um par de garras para fechar a tolerância primeiro.
• Depois de ajustar a tolerância, deslize o cubo no eixo de passo e aperte os parafusos de fixação.
• Coloque a roda 3D no cubo, insira o parafuso grande e aperte.
• Coloque o O-ring sobre o cubo.
• Certifique-se de que a roda gira sem oscilação. Ajuste se necessário.

Etapa 6: Fiação

Vamos tirar a energia do caminho para que possamos testar os steppers. Nós precisamos:

• A proteção do stepper requer entre 8 e 35 V para operar os steppers.
• Os steppers são classificados para 3,4 V, mas normalmente são acionados por 12V.
• O Bluno (Arduino) tem uma voltagem de entrada recomendada de 7 - 12V, ou pode ser alimentado diretamente por USB 5V.

As células da bateria de lítio têm uma voltagem nominal de 3,7V. Se colocarmos três em série, teremos 3 x 3,7 V = 11,1 V e aproximadamente 3 x 3000 mAh = 9000 mAh. O Bluno provavelmente consome apenas 20 mA, então a maior parte do dreno virá dos steppers, que podem levar até um A ou mais dependendo da carga. Isso deve nos dar horas de execução.

Para teste, você pode fornecer 12 V regulado para a blindagem e 5 V USB para o Arduino. Pode ser mais fácil apenas conectar as baterias para alimentar ambas ao mesmo tempo.

• Solde os suportes da bateria em paralelo de acordo com o desenho.
• Monte o Arduino usando os parafusos formadores de rosca nº 2.
• Coloque a blindagem do motor em cima do Arduino

• Desencape os fios de jack de 2,1 mm x 5 mm recuperados e torça-os juntamente com os cabos da bateria:

  A listra branca é positiva, torça com o cabo de bateria vermelho

• Insira o cabo vermelho no VCC e o cabo preto no GND na blindagem do motor.

Etapa 7: Avançando no Stepper

Tive um pouco de dificuldade para reunir informações suficientes para fazer isso funcionar, então espero que isso ajude outras pessoas. O documento principal de que você precisa está em

Conecte os fios de passo e a fonte de alimentação à sua blindagem:

• 2B Azul
• 2A Vermelho
• 1A Preto
• 1B Grenn

O esboço de exemplo fornecido funcionou para mim, mas não é muito instrutivo. Precisaremos controlar a velocidade e a rotação, bem como liberar os motores de passo quando não estiverem em uso para economizar energia.

Eu encontrei um exemplo modificado de https://bildr.org/2011/06/easydriver/ que tem funções auxiliares. Ele dirige apenas um passo por vez, mas lhe dará a confiança de que estamos no caminho certo. Escreveremos um código mais sofisticado posteriormente.

Etapa 8: Servo

O servo é usado para levantar e abaixar a caneta para desenhar.

• Coloque o braço no cubo e gire suavemente o stepper no sentido anti-horário olhando para baixo até que ele alcance o batente.
• Remova o braço e posicione-o voltado para a esquerda (esta será a posição para baixo).
• Insira o pequeno parafuso formador de rosca e aperte.
• Insira o servo na montagem com a extremidade do cubo voltada para cima e prenda usando dois parafusos formadores de rosca maiores.

Etapa 9: Calibração

Por causa das variações na montagem e alinhamento, o robô deve ser calibrado para que possa mover distâncias e ângulos precisos.

• Meça o diâmetro da roda a partir das bordas externas do anel de vedação de borracha.
• Meça a distância entre eixos a partir do centro dos anéis de vedação na parte inferior do robô (onde ele entrará em contato com o chão).
• Baixe o esboço de calibração em anexo
• Insira seus parâmetros medidos.
• Faça upload do esboço..

Prepare a caneta:

• Remova a tampa e deslize o colarinho da caneta pelo lado da ponta.
• Insira a caneta no suporte com o braço do servo para cima.
• Certifique-se de que a caneta não toque no papel nesta posição.
• Se a caneta grudar no eixo, use uma lima para remover qualquer aspereza e aumentar o diâmetro do furo.

Desenhe um quadrado:

• Deslize o botão liga / desliga para "Ligado".
• Aguarde alguns segundos para o bootloader começar.
• Depois que o robô completar seu primeiro quadrado, remova a caneta e desligue o robô.

Ajuste o parâmetro wheel_dia primeiro. Meça o comprimento do lado do quadrado. Deve ser 100 mm:

• Se a distância medida for muito longa, aumente wheel_dia.
• Se a distância medida for muito curta, diminua wheel_dia.

Depois de calibrar a distância, ajuste o parâmetro wheel_base que afeta o ângulo da curva. Coloque o robô em uma folha de papel nova, ligue-o e deixe-o desenhar os quatro quadrados:

• Se o robô estiver girando muito abruptamente (a caixa está girando no sentido horário), diminua o valor de wheel_base.
• Se o robô não estiver girando bruscamente o suficiente (a caixa está girando no sentido anti-horário), aumente o valor de wheel_base.
• Por causa de erros de arredondamento no código de revisão e do desperdício de tempo dos escalonadores baratos, você nunca o obterá perfeito, portanto, não gaste muito esforço nisso.

Etapa 10: Desenho

É hora de desenhar! Baixe os esboços em anexo para começar.

Etapa 11: e agora? Currículo

Funciona e desenha quadrados bonitos. Agora começa a diversão.

Aqui estão alguns recursos para aprender gráficos de tartarugas.

• https://blockly-games.appspot.com/ (programação em bloco)
• Tutorial do TinyTurtle (JavaScript)
• Codifique com Anna e Elsa em Hour of Code

Também postei um Instructable sobre como usar o robô tartaruga, esses recursos on-line com o robô tartaruga. Em geral, qualquer código JavaScript do Turtle pode ser colado e executado no esboço de calibração. Você pode testar a saída online em um computador primeiro e depois carregá-la em sua tartaruga para desenhar na vida real!

Para os alunos, aqui estão algumas idéias de projetos:

• Programe seu robô para escrever seu nome!
• Projete e imprima uma placa de identificação em 3D no TinkerCad a partir de um modelo. Ele pode ser conectado abaixo do seu servo motor.
• Dê ao seu robô alguma personalidade com um pouco de cola quente e brilho. (Apenas mantenha as rodas e os olhos livres de obstruções).
• A partir do esboço OSTR_eyes, projete e teste um algoritmo para navegar em uma sala. O que você faz quando um olho detecta algo. Ambos os olhos? Você poderia incorporar a função random () do Arduino.
• Construa um labirinto em uma grande folha de papel no chão e programe seu robô para navegar por ele.
• Construa um labirinto com paredes e projete um algoritmo para navegar nele automaticamente.
• O botão entre os LEDs ainda não foi colocado em uso e está conectado ao pino "A3" do Arduino. Para que poderia ser usado? Use-o para ligar e desligar um LED para começar.
• Se você não fez a seção Investigação da etapa "Firmware (FW): Testando e piscando", volte e tente.

Etapa 12: Mas espere, há mais

Se você tem prestado atenção, notou que o cano é quadrado. Por alguma estranha coincidência cósmica, o giz pastel tem a mesma largura que o diâmetro dos marcadores Crayola. Tudo o que precisamos é uma maneira de colocar pressão suficiente no giz, e somos um artista de calçada.

Você vai precisar de:

• Tambor e carneiro impressos em 3D (https://www.thingiverse.com/thing:2976527)

• Giz, seja o giz quadrado pastel ou o giz pequeno e redondo (não as coisas gordas da calçada).

  https://a.co/6B3SzS5

Arruelas de 3/4 "para peso

Passos:

• Imprima os dois arquivos anexados.
• Remova o servo e o suporte do servo.
• Anexe o cilindro de alimentação quadrado.
• Afie o giz até um ponto próximo.
• Coloque o giz no barril.
• Coloque o carneiro no barril.
• Coloque o peso da arruela no aríete.