Sweepy: o limpador de estúdio Set It & Forget It: 10 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Por: Evan Guan, Terence Lo e Wilson Yang

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Introdução e Motivação

O limpador de estúdio Sweepy foi projetado em resposta às condições caóticas do estúdio de arquitetura deixado para trás por estudantes bárbaros. Cansado de como o estúdio fica bagunçado durante as análises? Bem, não diga mais nada. Com o Sweepy, tudo o que você precisa fazer é configurá-lo e esquecê-lo. O Studio será totalmente novo mais rápido do que você leva para concluir aquele modelo de projeto.

Sweepy é autoconsciente e se moverá varrendo todo o lixo e restos de acordo com o desejo do seu coração, graças a dois sensores ultrassônicos que o informam para girar ao se aproximar de uma parede. Precisa do Sweepy para trabalhar mais? Não tem problema, apenas grite com ele. Sweepy ouve constantemente o ambiente graças a um sensor de som. Alcançar um certo limite de ruído fará com que Sweepy entre em um modo enfurecido, varrendo e se movendo mais rápido por um breve período.

Um estúdio sem Sweepy é aquele que é bagunçado.

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Peças, materiais e ferramentas

A maioria das peças desta lista podem ser encontradas no ELEGOO UNO R3 Project Starter Kit. Outras peças podem ser adquiridas na Creatron Inc. ou em outras lojas eletrônicas.

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Componentes

x1 Placa Controladora ELEGOO UNO R3

Módulo de Expansão de Protótipo x1

x1 Sensor Ultrassônico (HC-SR04)

Módulo Sensor de Som x1 (KY-038)

x2 Motores DC N20 (ROBOT-011394)

x1 Micro Servo Motor 9G (SG90)

Módulo LCD x1 (1602A)

x 1 bateria de 9V

x2 rodas de borracha 60x8mm (UWHLL-601421)

Roda giratória livre x1 (altura de 64 mm)

Escova de varredura x1 (altura do cabo de 12 mm)

x2 Transistores NPN (PN2222)

x3 resistores (220Ω)

x2 diodos (1N4007)

Potenciômetro x1 (10K)

Fios de jumper de placa de ensaio x15

x26 Fios Dupont de mulher para homem

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Materiais

Folha de madeira compensada x 1 de 3 mm (tamanho da cama do laser 18 "x 32")

Parafusos x6 M3 (YSCRE-300016)

x4 M3 Nuts (YSNUT-300000)

Parafusos x6 M2.5 (YSCRE-251404)

x6 M2.5 Nuts (YSNUT-250004)

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Ferramentas

Jogo de chaves de fenda

Pistola de cola quente

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Equipamento

Computador

impressora 3d

Cortador a laser

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Programas

IDE Arduino

Etapa 1: Compreendendo a lógica

O circuito

A placa de controle ELEGOO UNO R3 servirá como o “cérebro” do robô no qual o código será carregado e processado. Anexe a placa de expansão do protótipo e a mini placa de ensaio na parte superior dela. Para se comunicar com os sensores e atuadores, os componentes serão conectados por meio do breadboard e dos fios.

Incluído acima está um diagrama dos circuitos necessários para fazer o Sweepy feliz. Preste atenção especial à entrada e saída dos fios. Ajuda acompanhar um fio observando sua cor. Uma conexão errada pode fazer com que o Sweepy funcione incorretamente ou, no pior dos casos, pode danificar seus componentes eletrônicos por curto-circuito.

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Programação

Em anexo abaixo está o código necessário para executar o Sweepy. Abra o arquivo no Arduino IDE e carregue-o na placa controladora ELEGOO UNO R3. Para fazer isso, você deve conectar a placa controladora ao seu computador através do cabo USB. Certifique-se de que a porta correta seja selecionada acessando Ferramentas e Porta no menu suspenso. Certifique-se de carregar o código antes de construir o Sweepy para evitar ter que conectar o cabo USB enquanto estiver na caixa impressa em 3D.

Não é recomendado alterar as variáveis no código, a menos que você tenha experiência ou saiba o que está fazendo.

Etapa 2: reunir todas as peças, materiais e ferramentas

Para iniciar o projeto, reúna todas as peças, materiais e ferramentas descritas na lista acima. Conforme mencionado anteriormente, a maioria das peças da lista pode ser encontrada no kit inicial ELEGOO UNO R3, bem como na Creatron Inc. ou em outras lojas eletrônicas.

É altamente recomendável começar a impressão 3D o mais cedo possível, pois o processo pode levar várias horas para ser concluído. As configurações recomendadas são: altura da camada de 0,16 mm, enchimento de 20% e espessura de parede de 1,2 mm com abas e suportes. O arquivo de impressão 3D está anexado abaixo.

O corte a laser também pode demorar um bom tempo, portanto, certifique-se de começar cedo. O arquivo de corte a laser também contém uma camada para gravar uma guia que garante que o componente certo seja montado no lugar certo. Certifique-se de verificar o que está sendo cortado e o que está sendo gravado, alterando as configurações de potência e velocidade de forma adequada. O arquivo de corte a laser também está anexado abaixo.

Embora tenhamos usado madeira compensada para o nosso robô, fique à vontade para usar qualquer material de sua preferência, como acrílico, desde que a espessura seja de cerca de 3 mm.

Etapa 3: fixando a placa de base

Aplique cola ao redor do perímetro da placa de base e prenda-a na parte inferior da caixa impressa em 3D. Alinhe as duas partes com o máximo de cuidado possível e, ao mesmo tempo, certifique-se de que a guia de gravação a laser esteja voltada para cima.

Etapa 4: Montagem dos componentes da placa de base

Assim que a placa de base estiver adequadamente fixada, podemos começar a conectar a primeira rodada de componentes eletrônicos. Isso inclui os motores DC com rodas, servo motor, tela LCD e bateria. Uma guia de gravação por corte a laser foi incluída na placa de base para garantir o posicionamento correto dos componentes para sua conveniência. Para tornar o circuito mais fácil, os componentes devem ser protegidos com seus fios apropriados já conectados.

As rodas devem deslizar nas duas ranhuras de cada lado com o motor DC voltado para dentro. Prenda-o com os grampos brancos incluídos usando dois parafusos e porcas para cada um (M2.5).

O servo motor também deve ser preso usando os mesmos parafusos e porcas (M2.5), garantindo que a engrenagem branca que sai da parte inferior esteja na parte frontal do robô. Isso acionará o movimento de varredura da escova.

A tela LCD deve deslizar para o bolso frontal da caixa com os pinos voltados para baixo. Prenda isso com algumas pinceladas de cola quente em cada canto.

Por último, a bateria deve deslizar para o bolso traseiro da caixa com o botão liga / desliga voltado para fora, no orifício. Isso permite que o robô seja ligado e desligado.

Etapa 5: fixando a placa de suporte

Em seguida, é hora de proteger o "cérebro" de Sweepy. Usando quatro parafusos e porcas (M3), monte a placa controladora UNO R3 e o módulo de expansão de protótipo na parte superior da placa de suporte. Isso funcionaria como o segundo andar da habitação. Antes disso, o código do Arduino IDE já deve ter sido carregado na placa e pronto para uso.

Deslize a placa de suporte para dentro da caixa a partir da parte superior até que ela se apoie nas três saliências integradas na caixa de impressão 3D para garantir a altura correta. Prenda esta placa com dois parafusos (M3) através dos orifícios em ambas as extremidades.

Passe os fios dos componentes na placa de base para cima e através dos orifícios da placa de suporte. A tela LCD e os fios do servo motor devem passar pelo orifício frontal, enquanto os fios do motor DC devem passar pelos orifícios laterais. Os fios da bateria podem passar por qualquer orifício conforme desejado.

Etapa 6: montagem de componentes eletrônicos finais

Usando cola quente, prenda os dois sensores ultrassônicos na parte frontal da caixa com o gatilho e os módulos de eco estendendo-se para fora dos orifícios ou "olhos". Os pinos de um sensor devem estar voltados para cima e o outro voltado para baixo, conforme indicado pelo orifício na placa de suporte. Isso é para garantir que os módulos de eco e gatilho sejam simétricos na caixa ao enviar e receber sinais.

Por último, passe cola quente na parte de trás do sensor de som e prenda-o na fenda no lado interno da caixa. A parte superior do microfone deve ficar nivelada com a parte superior da borda da caixa para que a tampa do Sweepy possa ser colocada. O microfone se alinharia com o orifício na tampa, como você verá mais tarde.

Etapa 7: fios, fios e mais fios

A próxima etapa é sem dúvida a parte mais difícil, mas a mais importante para garantir que o Sweepy esteja bem e feliz: o circuito. Usando o diagrama de Fritzing no topo deste Instructables como uma diretriz, conecte todos os fios dos componentes no Módulo de Expansão de Protótipo.

Certifique-se de que a chave da bateria esteja desligada antes de conectar o cabo de alimentação à placa. Como o código já deve ter sido carregado na placa, o Sweepy não será capaz de conter seu entusiasmo por limpar e começar a trabalhar no segundo em que receber energia, mesmo enquanto você ainda estiver trabalhando nos fios.

Preste atenção especial às entradas e saídas de cada fio. Ajuda usar a cor do fio para segui-lo ao longo de seu caminho.

Etapa 8: Adicionando as peças móveis

Agora é a hora da roda traseira e da escova de varredura de Sweepy.

A roda traseira deve ser uma roda giratória que pode girar livremente. Deve ter aproximadamente 6,4 cm de altura de cima para baixo, mas a tolerância pode ser generosa, dependendo de quanta força para baixo você deseja que o pincel exerça. Prenda-o sob a placa de suporte através do orifício na placa de base.

A escova de varrer também tem uma tolerância generosa, mas o cabo deve ficar a aproximadamente 1,2 cm do chão. A alça também deve ter aproximadamente 10 cm de comprimento para evitar que bata no alojamento enquanto se move para trás e para a quarta. Prenda-o ao anexo da alavanca branca incluído com o servo motor com cola.

Etapa 9: Limitando tudo fora

Para completar seu próprio Sweepy, você precisa fazer sua tampa. Cole a borda da tampa sob a placa de proteção com orifício. Certifique-se de que o orifício esteja alinhado com o microfone do sensor de som. Finalmente, cole a tampa na parte superior do Sweepy, alinhando as bordas frontais com a frente da caixa.

Ligue a alimentação pela parte de trás e veja o Sweepy perseguir seus sonhos de tornar o estúdio um lugar mais limpo para todos.

Etapa 10: Resultados e reflexão

Apesar do extenso planejamento de design, erros acontecem, mas tudo bem: tudo faz parte do processo de aprendizagem. E para nós, as coisas não foram diferentes.

Um dos nossos maiores desafios foi projetar a caixa do Sweepy para incluir todos os componentes necessários. Isso significou medir meticulosamente as dimensões de todos os componentes, planejar caminhos de arame, garantir integridade estrutural, etc. Acabamos imprimindo em 3D e cortando a laser duas iterações do invólucro de Sweepy, a segunda sendo a versão final com base no que aprendemos com a primeira iteração.

Um grande obstáculo que enfrentamos são as capacidades limitadas do sensor ultrassônico: ele não estava cobrindo uma área grande o suficiente e o Sweepy ocasionalmente batia em uma parede ao se aproximar em um ângulo. Isso foi resolvido com a inclusão de um segundo sensor ultrassônico para aumentar efetivamente a área de efeito.

Também optamos inicialmente por um servo motor para controlar o giro, mas não foi tão eficaz e estruturalmente sólido quanto esperávamos. Como resultado, substituímos a roda traseira por uma roda livre e passamos a responsabilidade de virar para as duas rodas do motorista por meio do giro diferencial (uma roda se moveria mais devagar do que a outra para simular o giro). Embora isso significasse fazer grandes mudanças no código, efetivamente simplificou nosso design geral, retirando menos um servo motor da equação.

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Iterações Futuras

Há sempre espaço para melhorias. No futuro, uma mudança de design para nosso projeto é a consideração da manutenção Sweepy e acessibilidade de seus internos. Tivemos vários problemas, incluindo falhas de motor e baterias descarregadas, o que nos obrigou a desmontar o Sweepy apenas para trocar os componentes, o que não era nada intuitivo. No futuro, projetaríamos um invólucro com aberturas operáveis que permitirão o acesso a seus componentes, como a bateria.

Também estamos considerando o uso de um sensor de pressão na frente para detectar quando o Sweepy colide com uma superfície, pois descobrimos que o sensor ultrassônico às vezes não é confiável, especialmente quando nos aproximamos em um ângulo íngreme. Por ter um sensor mecânico, o Sweepy seria mais consistente em decidir quando e quando não virar.

Embora o Sweepy funcione bem em salas pequenas, pode ser menos eficaz em espaços maiores. Isso ocorre porque o Sweepy só está programado para virar sempre que detectar uma superfície à sua frente, mas continuará em linha reta até que a Terra seja destruída. No futuro, pode valer a pena pré-programar um caminho de limpeza definido para o Sweepy para que fique dentro de um limite em vez de vagar para sempre.

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Referências e Créditos

Este projeto foi criado como parte do curso de Computação Física (ARC385) do programa de graduação da Faculdade Daniels de Arquitetura, Paisagem e Design da UofT.

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Membros do time

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

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Inspirado por

• Aspirador de pó Roomba Robot
• Wipy: o limpador de quadro branco excessivamente motivado
• As condições confusas do espaço do estúdio