कम लागत वाला, Arduino-संगत ड्राइंग रोबोट: १५ कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

नोट: मेरे पास इस रोबोट का एक नया संस्करण है जो एक मुद्रित सर्किट बोर्ड का उपयोग करता है, इसे बनाना आसान है, और इसमें IR बाधा का पता लगाना है! इसे https://bit.ly/OSTurtle. पर देखें

मैंने इस परियोजना को ChickTech.org के लिए 10 घंटे की कार्यशाला के लिए डिज़ाइन किया है जिसका लक्ष्य किशोर महिलाओं को एसटीईएम विषयों से परिचित कराना है। इस परियोजना के लक्ष्य थे:

• निर्माण करने में आसान।
• प्रोग्राम करने में आसान।
• कुछ दिलचस्प किया।
• कम लागत ताकि प्रतिभागी इसे घर ले जा सकें और सीखना जारी रख सकें।

उन लक्ष्यों को ध्यान में रखते हुए, यहाँ कुछ डिज़ाइन विकल्प दिए गए थे:

• प्रोग्रामिंग में आसानी के लिए संगत Arduino।
• लागत और उपलब्धता के लिए 4xAA बैटरी पावर।
• सटीक गति के लिए स्टेपर मोटर्स।
• अनुकूलन में आसानी के लिए 3डी प्रिंटेड।
• दिलचस्प आउटपुट के लिए टर्टल ग्राफिक्स के साथ पेन प्लॉटिंग।
• ओपन सोर्स ताकि आप अपना खुद का बना सकें!

यहाँ वह रोबोट है जो मैं जो करना चाहता था उसके सबसे करीब आया: https://mirobot.io। मेरे पास लेजर कटर नहीं है और इंग्लैंड से शिपिंग निषेधात्मक था। मेरे पास एक 3D प्रिंटर है, इसलिए मुझे लगता है कि आप देख सकते हैं कि यह कहाँ जा रहा है।..

3D प्रिंटर की कमी को आप पर हावी न होने दें। आप https://www.3dhubs.com/ पर आपकी मदद करने के इच्छुक स्थानीय शौकियों का पता लगा सकते हैं।

यह प्रोजेक्ट क्रिएटिव कॉमन्स के तहत लाइसेंस प्राप्त है, और दूसरों द्वारा डिज़ाइन के आधार पर 3D भागों का उपयोग करता है (जैसा कि अगले भाग में बताया गया है), जिनमें से सबसे अधिक प्रतिबंधात्मक पहिया है, जो गैर-व्यावसायिक है। यानी यह प्रोजेक्ट नॉन-कमर्शियल भी होना चाहिए। यह आदमी मत बनो।

चरण 1: भाग

रोबोट को चलाने, चलाने और नियंत्रित करने के कई तरीके हैं। आपके हाथ में अलग-अलग हिस्से हो सकते हैं जो काम करेंगे, लेकिन ये वे हैं जिन्हें मैंने आजमाया है और अच्छी तरह से काम किया है:

इलेक्ट्रॉनिक्स:

• 1- *एडफ्रूट प्रो ट्रिंकेट 3वी- adafruit.com/products/2010

  • CC BY-SA लाइसेंस के तहत हार्डवेयर
  • जीपीएल लाइसेंस के तहत सॉफ्टवेयर (बूटलोडर)
• 2- गियर वाला 5V स्टेपर- adafruit.com/products/858
• 1- ULN2803 डार्लिंगटन ड्राइवर - adafruit.com/products/970
• 1- आधा आकार का ब्रेडबोर्ड- adafruit.com/products/64
• 16- पुरुष-पुरुष जंपर्स- adafruit.com/products/759
• 1- माइक्रो सर्वो- adafruit.com/products/169
• 1 - एसपीडीटी स्लाइड स्विच - adafruit.com/product/805 या www.digikey.com/product-detail/en/EG1218/EG1903-ND/101726
• 1- पुरुष पिन हेडर- digikey.com/short/t93cbd
• 2- 2 x AA होल्डर- digikey.com/short/tz5bd1
• 1- यूएसबी माइक्रो केबल
• 4- एए बैटरी

*नोट: नियमित Arduino या रास्पबेरी पाई बोर्ड का उपयोग करने पर चर्चा के लिए अंतिम चरण देखें।

हार्डवेयर:

• 2- 1 7/8 "आईडी x 1/8" ओ-रिंग- mcmaster.com/#9452K96
• 1- ढलाईकार 5/8" असर- mcmaster.com/#96455k58/=yskbki
• 10- M3 x 8mm पैन हेड स्क्रू- mcmaster.com/#92005a118/=z80pbr
• 4- M3 x 6mm फ्लैट हेड स्क्रू- mcmaster.com/#91420a116/=yskru0
• 12- M3 अखरोट- mcmaster.com/#90591a250/=yskc6u

3D-मुद्रित भाग (यदि आपके पास प्रिंटर तक पहुंच नहीं है तो www.3dhubs.com देखें):

• 1 एक्स बॉल बेयरिंग कॉस्टर - thingiverse.com/thing:1052674 (वनबाइटगोन द्वारा काम के आधार पर, सीसी बाय-एसए 3.0)
• 1 x चेसिस - thingiverse.com/thing:1053269 (मेकर्स बॉक्स द्वारा मूल कार्य, CC BY-SA 3.0)
• 2 एक्स व्हील्स - thingiverse.com/thing:862438 (मार्क बेन्सन द्वारा काम पर आधारित, सीसी बाय-एनसी 3.0*)
• 2 एक्स स्टेपर ब्रैकेट - thingiverse.com/thing:1053267 (जेबीले द्वारा काम के आधार पर, सीसी बाय-एसए 3.0)
• 1 x पेन होल्डर / सर्वो ब्रैकेट - thingiverse.com/thing:1052725 (मेकर्स बॉक्स द्वारा मूल कार्य, CC BY-SA 3.0)
• 1 x पेन कॉलर - thingiverse.com/thing:1053273 (मेकर्स बॉक्स द्वारा मूल कार्य, CC BY-SA 3.0)

* नोट: CC BY-NC एक गैर-व्यावसायिक लाइसेंस है

उपकरण और आपूर्ति:

• फिलिप्स पेचकश
• गर्म गोंद वाली बंदूक
• डिज़िटल मल्टीमीटर
• तेज चाकू
• क्रायोला रंगीन मार्कर

चरण 2: फर्मवेयर फ्लैश करें

इससे पहले कि हम निर्माण में बहुत आगे बढ़ें, परीक्षण फर्मवेयर को माइक्रोकंट्रोलर पर लोड करने दें। परीक्षण कार्यक्रम सिर्फ बक्से के लिए आकर्षित करता है ताकि हम उचित दिशा और आयाम की जांच कर सकें।

ट्रिंकेट प्रो से बात करने के लिए, आपको निम्न की आवश्यकता होगी:

1. https://learn.adafruit.com/introducing-pro-trinket से ड्राइवर…
2. Arduino सॉफ्टवेयर https://learn.adafruit.com/introducing-pro-trinket… से

लेडी एडा और एडफ्रूट टीम ने ऊपर दिए गए लिंक में निर्देशों का एक बेहतर सेट बनाया है जो मैं प्रदान कर सकता हूं। यदि आप फंस गए हैं तो कृपया उनका उपयोग करें।

नोट: एक तरकीब जो ट्रिंकेट को नियमित Arduino से अलग बनाती है, वह यह है कि आपको स्केच अपलोड करने से पहले बोर्ड को रीसेट करना होगा।

चरण 3: पेन होल्डर और बैटरी होल्डर

1. चेसिस के छोटे हिस्से पर सर्वो ब्रैकेट के साथ पेन होल्डर स्थापित करें (छवि 1)।
2. चेसिस के ऊपर की तरफ नट डालें (छवि 2)
3. 3Mx6mm फ्लैट-हेड स्क्रू (छवियां 3 और 4) का उपयोग करके चेसिस के नीचे बैटरी धारकों को संलग्न करें।
4. आयताकार केबल रन के माध्यम से बैटरी को थ्रेड करें (छवि 4 और 5)।
5. अन्य बैटरी धारक के लिए दोहराएं।

नोट: जब तक निर्दिष्ट न हो, शेष स्क्रू 3Mx8mm पैन हेड स्क्रू हैं।

चरण 4: पहिए

1. टेस्ट अपने पहिये को स्टेपर शाफ्ट (छवि 1) में फिट करें।

   1. यदि यह बहुत तंग है, तो आप व्हील हब को हेयर ड्रायर या हॉट एयर गन से गर्म कर सकते हैं और फिर शाफ्ट डालें।
   2. यदि यह बहुत ढीला है, तो आप इसे शाफ्ट के फ्लैट के खिलाफ पकड़ने के लिए 3Mx8mm स्क्रू का उपयोग कर सकते हैं (छवि 2)।
   3. यदि आप एक पूर्णतावादी हैं, तो आप अपने प्रिंटर को कैलिब्रेट कर सकते हैं और इसे ठीक से प्राप्त कर सकते हैं।
2. पहिया के रिम के चारों ओर ओ-रिंग रखें (छवि 3 और 4)।
3. दूसरे पहिये के लिए दोहराएं।

चरण 5: स्टेपर बैकेट्स

1. स्टेपर ब्रैकेट में एक नट डालें और उन्हें एक स्क्रू (छवि 1) के साथ चेसिस के शीर्ष पर संलग्न करें।
2. स्टेपर को ब्रैकेट में डालें और स्क्रू और नट्स के साथ संलग्न करें।
3. दूसरे ब्रैकेट के लिए दोहराएं।

चरण 6: ढलाईकार

1. बॉल बेयरिंग को कॉस्टर में डालें।

   इसे जबरदस्ती अंदर न डालें या यह टूट जाएगा। यदि आवश्यक हो तो सामग्री को नरम करने के लिए हेयर-ड्रायर या हॉट एयर गन का उपयोग करें।

2. कैस्टर को बैटरी होल्डर के सामने चेसिस के नीचे की तरफ लगा दें।

चरण 7: ब्रेडबोर्ड

1. एक तेज चाकू का उपयोग करके पावर रेल में से एक को हटा दें, नीचे के चिपकने वाले (छवि 1) के माध्यम से काट लें।
2. ब्रेडबोर्ड को चेसिस रेल के ऊपर रखते हुए, चिह्नित करें कि वे किनारे को कहाँ काटते हैं (चित्र 2)।
3. एक सीधे किनारे (हटाए गए पावर रेल की तरह) का उपयोग करके, लाइनों को चिह्नित करें और बैकिंग के माध्यम से काट लें (छवि 3)।
4. ब्रेडबोर्ड को हवाई जहाज़ के पहिये पर रखें, जिसमें रेलिंग उजागर चिपकने वाले (छवि 4) को छूती है।

चरण 8: शक्ति

1. माइक्रोकंट्रोलर, डार्लिंगटन ड्राइवर और पावर स्विच को ब्रेड बोर्ड पर रखें (छवि 1)।

   • मैंने निम्नलिखित को चिह्नित करने के लिए दृश्यता के लिए नारंगी बिंदु जोड़े हैं:

     • डार्लिंगटन ड्राइवर का पिन १।
     • माइक्रोट्रोलर का बैटरी पिन।
     • पावर स्विच "चालू" स्थिति।

2. दाहिने हाथ की बैटरी के साथ:

   1. लाल रेखा को पावर स्विच के पहले पिन से कनेक्ट करें (छवि 2)।
   2. ब्लैक लीड को माइक्रोकंट्रोलर और डार्लिंगटन चिप (छवि 2) के बीच एक खाली पंक्ति से कनेक्ट करें।

3. बाएं हाथ की बैटरी लीड के साथ:

   1. लाल रेखा को दूसरी बैटरी के ब्लैक लेड के समान पंक्ति से कनेक्ट करें (छवि 3)।
   2. ब्लैक लाइन को ब्रेडबोर्ड की नेगेटिव रेल से कनेक्ट करें (इमेज 3)।

4. माइक्रोकंट्रोलर से पावर कनेक्ट करें:

   1. सकारात्मक रेल से बैटरी पिन तक लाल जम्पर (नारंगी बिंदु, चित्र 4)।
   2. ब्लैक जम्पर नेगेटिव रेल से पिन पर "जी" (छवि 4) के रूप में चिह्नित किया गया है।
5. बैटरी स्थापित करें और बिजली चालू करें। आपको नियंत्रक की हरी और लाल बत्तियाँ दिखाई देनी चाहिए (चित्र 5)।

समस्या निवारण: यदि माइक्रोकंट्रोलर रोशनी नहीं आती है, तो तुरंत बिजली बंद करें और समस्या निवारण करें:

1. बैटरियों को सही अभिविन्यास में स्थापित किया गया है?
2. डबल चेक बैटरी लीड पोजीशनिंग।
3. डबल चेक स्विच पोजिशनिंग का नेतृत्व करता है।
4. बैटरियों के वोल्टेज की जांच के लिए मल्टी-मीटर का उपयोग करें।
5. पावर रेल वोल्टेज की जांच के लिए मल्टी-मीटर का उपयोग करें।

चरण 9: हेडर और सर्वो वायरिंग

पुरुष हेडर पिन हमें 5-पिन सर्वो JST कनेक्टर्स को पावर और डार्लिंगटन ड्राइवर (छवि 1) से जोड़ने की अनुमति देते हैं:

1. पहला 5-पिन हेडर डार्लिंगटन ड्राइवर के सामने एक पंक्ति शुरू करता है।
2. दूसरा सर्वो हेडर तब डार्लिंगटन ड्राइवर के अंत के साथ पंक्तिबद्ध होना चाहिए।

इससे पहले कि वायरिंग जटिल हो जाए, सर्वो को तार-तार कर दें:

1. ब्रेडबोर्ड के आगे के भाग के दाहिने किनारे पर सर्वो के लिए 3-पिन हेडर जोड़ें (छवि 2)।
2. केंद्र पिन से पावर रेल के सकारात्मक पक्ष में एक लाल जम्पर जोड़ें।
3. बाहरी पिन से पावर रेल के नकारात्मक पक्ष में एक काला या भूरा जम्पर जोड़ें।
4. माइक्रोकंट्रोलर के पिन 8 में आंतरिक पिन से रंगीन जम्पर जोड़ें।
5. शाफ्ट के साथ सर्वो हॉर्न को पूरी घड़ी-वार स्थिति में स्थापित करें और हाथ को दाईं ओर के पहिये तक फैलाएँ (चित्र 3)
6. सर्वो के स्क्रू (छवि 3) का उपयोग करके पेन धारक में सर्वो स्थापित करें।
7. रंगों को संरेखित करने वाले सर्वो कनेक्टर को कनेक्ट करें (छवि 4)।

चरण 10: स्टेपर नियंत्रण

डार्लिंगटन ड्राइवर और स्टेपर्स के लिए बिजली तार करने का समय, जो सीधे बैटरी से चलाया जाएगा:

1. एक काले या भूरे रंग के जम्पर को निचले दाएं डार्लिंगटन पिन से पावर रेल के नकारात्मक पक्ष से कनेक्ट करें (छवि 1)।
2. एक लाल जम्पर को ऊपरी दाएं डार्लिंगटन पिन से पावर रेल के सकारात्मक पक्ष से कनेक्ट करें।
3. एक लाल जम्पर को ऊपरी बाएँ पिन हेडर से पावर रेल के सकारात्मक पक्ष से कनेक्ट करें (छवि 2)।
4. बाएं स्टेपर कनेक्टर को दाईं ओर लाल लीड के साथ बाईं ओर पिन हेडर से कनेक्ट करें (छवि 3)।
5. बायीं ओर रीड लीड के साथ राइट स्टेपर कनेक्टर को राइट साइड पिन हेडर से कनेक्ट करें।

नोट: स्टेपर कनेक्टर की लाल लीड शक्ति है और ब्रेडबोर्ड पर लाल लीड से मेल खाना चाहिए।

चरण 11: स्टेपर नियंत्रण (जारी)

अब हम स्टेपर सिग्नल तारों को माइक्रोकंट्रोलर से डार्लिंगटन ड्राइवर के इनपुट पक्ष से जोड़ेंगे:

1. माइक्रोकंट्रोलर के पिन 6 से शुरू होकर, बाएं स्टेपर मोटर (छवि 1) के लिए चार कंट्रोल जंपर्स के लिए लीड कनेक्ट करें।
2. इन जंपर्स को दाहिनी ओर डार्लिंगटन के इनपुट साइड से मिलाएं। हरे रंग के अपवाद के साथ सभी रंगों का मिलान होना चाहिए, जो स्टेपर के गुलाबी तार से मेल खाता है (छवि 2)।
3. माइक्रोकंट्रोलर के पिन 13 से शुरू करके, दाएं स्टेपर मोटर (छवि (3)) के लिए चार नियंत्रण कूदने वालों के लिए लीड कनेक्ट करें।
4. इन जंपर्स को बाईं ओर डार्लिंगटन के इनपुट साइड से मिलाएं। हरे रंग के अपवाद के साथ सभी रंगों का मिलान होना चाहिए, जो स्टेपर के गुलाबी तार से मेल खाता है (छवि 3)।

चरण 12: परीक्षण और अंशांकन

उम्मीद है कि आपने पहले ही चरण 2 में फर्मवेयर अपलोड कर दिया है। यदि नहीं, तो अभी करें।

परीक्षण फर्मवेयर बार-बार एक वर्ग खींचता है ताकि हम दिशा और सटीकता की जांच कर सकें।

1. अपने रोबोट को एक चिकनी, सपाट, खुली सतह पर रखें।
2. बिजली चालू करें।
3. अपने रोबोट को वर्ग बनाते हुए देखें।

यदि आप माइक्रोकंट्रोलर पर रोशनी नहीं देख रहे हैं, तो वापस जाएं और चरण 8 की तरह बिजली की समस्या का निवारण करें।

यदि आपका रोबोट नहीं चल रहा है, तो चरण 9 में डार्लिंगटन ड्राइवर के बिजली कनेक्शन की दोबारा जांच करें।

यदि आपका रोबोट गलत तरीके से चल रहा है, तो चरण 10 में माइक्रोकंट्रोलर और डार्लिंगटन ड्राइवर के लिए पिन कनेक्शन की दोबारा जांच करें।

यदि आपका रोबोट एक अनुमानित वर्ग में घूम रहा है, तो समय आ गया है कि कुछ कागज नीचे रखें और उसमें एक पेन डालें (चित्र 1)।

आपके अंशांकन बिंदु हैं:

फ्लोट व्हील_डिया = 66.25; // मिमी (वृद्धि = सर्पिल बाहर)

फ्लोट व्हील_बेस = 112; // मिमी (वृद्धि = सर्पिल में) int steps_rev=128; // 16x गियरबॉक्स के लिए 128, 64x गियरबॉक्स के लिए 512

मैंने ६५ मिमी के मापा पहिया व्यास के साथ शुरुआत की और आप बक्से को अंदर की ओर घूमते हुए देख सकते हैं (छवि २)।

मैंने व्यास को बढ़ाकर ६७ कर दिया, और आप देख सकते हैं कि यह बाहर की ओर घूम रहा था (चित्र ३)।

मैं अंततः ६६.२५ मिमी (छवि ४) के मूल्य पर पहुंचा। आप देख सकते हैं कि गियर लैश आदि के कारण अभी भी कुछ अंतर्निहित त्रुटि है। कुछ दिलचस्प करने के लिए काफी करीब!

चरण 13: पेन को ऊपर उठाना और नीचे करना

हमने एक सर्वो जोड़ा है, लेकिन इसके साथ कुछ नहीं किया है। यह आपको पेन को ऊपर उठाने और कम करने की अनुमति देता है ताकि रोबोट बिना ड्राइंग के चल सके।

1. पेन कॉलर को पेन पर रखें (छवि 1)।
2. यदि यह ढीला है, तो इसे जगह में टेप करें।
3. जाँच करें कि सर्वो आर्म नीचे होने पर यह कागज को छूएगा।
4. जाँच करें कि उठाने पर यह कागज को नहीं छुएगा (चित्र 2)।

सर्वो कोणों को या तो हॉर्न को हटाकर और इसे फिर से पोजिशन करके या सॉफ्टवेयर के माध्यम से समायोजित किया जा सकता है:

इंट PEN_DOWN = १७०; // पेन डाउन होने पर सर्वो का कोण

इंट PEN_UP = 80; // पेन ऊपर होने पर सर्वो का कोण

पेन कमांड हैं:

पेनअप ();

पेंडडाउन ();

चरण 14: मज़े करो

मुझे आशा है कि आपने बहुत अधिक अभिशाप शब्दों के बिना इतना दूर बनाया है। मुझे बताएं कि आपने किसके साथ संघर्ष किया ताकि मैं निर्देशों में सुधार कर सकूं।

अब यह पता लगाने का समय है। यदि आप परीक्षण स्केच को देखते हैं, तो आप देखेंगे कि मैंने आपको कुछ मानक "कछुए" आदेश प्रदान किए हैं:

आगे (दूरी); // मिलीमीटर

पिछड़ा (दूरी); बाएं (कोण); // डिग्री सही (कोण); पेनअप (); पेंडडाउन (); किया हुआ(); // बैटरी बचाने के लिए स्टेपर छोड़ें

इन आदेशों का उपयोग करते हुए, आपको बर्फ के टुकड़े खींचने या अपना नाम लिखने से लेकर कुछ भी करने में सक्षम होना चाहिए। यदि आपको आरंभ करने में कुछ सहायता चाहिए, तो देखें:

• https://code.org/learn
• https://codecombat.com/

चरण 15: अन्य प्लेटफार्म

क्या यह रोबोट नियमित Arduino के साथ किया जा सकता है? हां! मैं कम लागत और छोटे आकार के कारण ट्रिंकेट के साथ गया था। यदि आप चेसिस की लंबाई बढ़ाते हैं, तो आप एक तरफ एक नियमित Arduino और दूसरी तरफ ब्रेडबोर्ड फिट कर सकते हैं (छवि 1)। इसे टेस्ट स्केच के साथ पिन-फॉर-पिन काम करना चाहिए, साथ ही, अब आप डिबगिंग के लिए सीरियल कंसोल पर जा सकते हैं!

क्या यह रोबोट रास्पबेरी पाई के साथ किया जा सकता है? हां! यह मेरी जांच की पहली पंक्ति थी क्योंकि मैं पायथन में प्रोग्राम करना चाहता था, और इसे वेब पर नियंत्रित करने में सक्षम होना चाहता था। ऊपर दिए गए पूर्ण आकार के Arduino की तरह, आप बस पाई को एक तरफ और ब्रेडबोर्ड को दूसरी तरफ रखें (छवि 2)। बिजली प्राथमिक चिंता बन जाती है क्योंकि चार एए इसे काटने नहीं जा रहे हैं। आपको स्थिर 5V पर लगभग 1A करंट प्रदान करने की आवश्यकता है, अन्यथा आपका वाईफाई मॉड्यूल संचार करना बंद कर देगा। मैंने पाया है कि मॉडल ए बिजली की खपत पर काफी बेहतर है, लेकिन मैं अभी भी काम कर रहा हूं कि कैसे विश्वसनीय बिजली की आपूर्ति की जाए। अगर आप इसे समझते हैं तो मुझे बताएं!