SKARA- Robot de limpieza manual de piscinas Autonomous Plus: 17 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

• El tiempo es dinero y el trabajo manual es caro. Con la llegada y el avance de las tecnologías de automatización, es necesario desarrollar una solución sin complicaciones para que los propietarios de viviendas, las sociedades y los clubes limpien las piscinas de los escombros y la suciedad de la vida diaria, mantengan su higiene personal y mantengan un cierto nivel de vida.
• Abordando este dilema de frente, desarrollé una máquina de limpieza manual y autónoma de la superficie de la piscina. Con sus mecanismos simples pero innovadores, déjelo en una piscina sucia durante la noche y despiértese para limpiar y dejar una libre de manchas.
• El autómata tiene dos modos de funcionalidad, uno autónomo que se puede encender con solo presionar un botón en el teléfono y dejarlo desatendido para que haga su trabajo y otro modo manual para obtener esos trozos específicos de ramitas y hojas cuando el tiempo es esencial.. En el modo manual, puede usar el acelerómetro en su teléfono para controlar el movimiento del robot de manera similar a jugar un juego de carreras en el teléfono. La aplicación personalizada se creó utilizando la aplicación Blynk y las lecturas del acelerómetro se envían al servidor principal y de regreso al móvil, luego, a través de los datos de conmutación de hotspot, se envían a NodeMCU.
• Incluso hoy en día, los robots de limpieza domésticos se consideran electrodomésticos exóticos o juguetes de lujo, por lo que para cambiar esta mentalidad, lo desarrollé por mi cuenta. Por lo tanto, en el proyecto, el objetivo principal era diseñar y fabricar un limpiador de superficies de piscina autónomo con el uso de tecnologías disponibles y baratas para mantener todo el prototipo rentable y, por lo tanto, la mayoría de las personas pueden construirlo en su hogar como yo.

Paso 1: mecanismo de trabajo

Movimiento y Colección:

• El mecanismo básico de nuestro prototipo consiste en una cinta transportadora que gira constantemente en el frente para recolectar escombros y suciedad.
• Dos motores que impulsan las ruedas hidráulicas necesarias para la locomoción.

Navegación:

• Modo manual: con los datos del acelerómetro de Mobile, se puede controlar la dirección de Skara. Por lo tanto, la persona solo necesita inclinar su teléfono.
• Modo autónomo: he implementado un movimiento aleatorio que complementa el algoritmo de evitación de obstáculos para ayudar al autómata cuando detecta la proximidad a una pared. Se utilizan dos sensores ultrasónicos para detectar obstáculos.

Paso 2: modelo CAD

• El modelo CAD se realizó en SolidWorks
• Puede encontrar el archivo CAD incluido en este instructivo

Paso 3: componentes

Mecánico:

1. Paneles cortados con láser -2nos
2. Lámina acrílica de 4 mm de espesor
3. Lámina de termocol o poliestireno
4. Varillas de corte de torno
5. Lámina de plástico curvada (acabado de madera)
6. Piezas impresas en 3d
7. Tornillos y tuercas
8. Plantilla (impresión "Skara")
9. Mseal- Epoxi
10. Tela de red

Instrumentos:

• Papel de lija
• Pinturas
• Amoladora angular
• Taladro
• Cortadores
• Otra herramienta eléctrica

Electrónica:

• NodeMCU
• Conectores de tornillo: 2 pines y 3 pines
• Convertidor Buck mini 360
• Interruptor de palanca
• IRF540n- Mosfet
• BC547b- Transistor
• Resistencia de 4.7K
• Alambre de un solo núcleo
• L293d- Controlador de motor
• Sensor ultrasónico- 2nos
• Motor CC de 100 rpm - 3nos
• Batería de plomo ácido 12v
• Cargador de batería
• Tablero de soldadura
• Alambre para soldar
• Varilla de soldadura

Paso 4: impresión 3d

• La impresión 3D fue realizada por una impresora ensamblada en casa por uno de mis amigos.
• Puede encontrar 4 archivos que deben imprimirse en 3D

• Las piezas se imprimieron en 3D convirtiendo el archivo CAD en 3D a formato stl.

• La rueda hidráulica tiene un diseño intuitivo con aletas en forma de perfil aerodinámico para desplazar el agua de manera más eficiente que los diseños tradicionales. Esto ayuda a extraer menos carga del motor, así como a aumentar notablemente la velocidad de locomoción del autómata.

Paso 5: Paneles cortados con láser y varillas de torno

Paneles laterales:

• Para hacer realidad el renderizado CAD, los materiales a elegir para la construcción del prototipo tuvieron que ser considerados cuidadosamente, teniendo en cuenta que toda la estructura tendría que tener una flotabilidad neta positiva.
• La estructura principal se puede ver en la figura. La elección inicial para el cuadro fue optar por Aluminio Serie 7 debido a su menor peso, mejor resistencia a la corrosión y mejor rigidez estructural. Sin embargo, debido a la falta de disponibilidad del material en el mercado local, tuve que fabricarlo con Mild Steel.
• Side Frame Cad se convirtió a formato. DXF y se entregó al proveedor. Puede encontrar el archivo adjunto en este instructivo.
• El corte con láser se realizó en LCG3015
• También puede dar corte por láser en este sitio web (https://www.ponoko.com/laser-cutting/metal)

Varillas de torno:

• Las varillas que conectan dos paneles y sostienen el contenedor se hicieron mediante mecanizado en torno de una tienda de fabricación local.
• Se necesitaron un total de 4 varillas

Paso 6: Construcción del contenedor

• El contenedor se fabrica utilizando láminas acrílicas que se cortaron con herramientas eléctricas con dimensiones tomando como referencia el dibujo CAD.
• Las secciones de corte individuales del contenedor se ensamblan y pegan con resina epoxi resistente al agua de grado industrial.
• Todo el chasis y sus componentes se ensamblan con la ayuda de pernos de acero inoxidable de 4 mm y 3 pernos de acero inoxidable. Las tuercas utilizadas son de bloqueo auto-positivo para evitar cumplimientos de cualquier naturaleza.
• Se hicieron orificios circulares en 2 lados de láminas acrílicas para poner motores

• A continuación, se corta la carcasa de la batería y la electrónica a partir de una lámina de plástico de 1 mm y se empaqueta en el chasis. Aberturas para los cables debidamente sellados y aislados.

Paso 7: flotación

• El último componente relacionado puramente con la estructura son los dispositivos de flotación que se utilizan para dar a todo el prototipo una flotabilidad positiva, así como para mantener su centro de gravedad aproximadamente en el centro geométrico de todo el prototipo.
• Los dispositivos de flotación se fabricaron con poliestireno (termocol). Se utilizó papel de lija para darles la forma adecuada.
• Luego, estos se adjuntaron al marco en ubicaciones mediante el uso de mSeal calculado teniendo en cuenta las restricciones anteriores.

Paso 8: Soporte de sensor ultrasónico

• Se imprimió en 3D y las placas traseras se hicieron utilizando placas de hojalata.
• Se adjuntó usando mseal (una especie de epoxi)

Paso 9: Electrónica

• La batería de plomo-ácido de 12 V se utiliza para alimentar todo el sistema.
• Se conectó en paralelo con el convertidor reductor y el controlador de motor L293d
• El convertidor Buck convierte 12v a 5v para el sistema
• El mosfet IRF540n se utiliza como interruptor digital para controlar el motor de la cinta transportadora
• NodeMCU se utiliza como microcontrolador principal, se conecta al móvil mediante WiFi (hotspot)

Paso 10: cinta transportadora

• Se fabricó con tela de red comprada en una tienda local.
• La tela fue cortada y pegada de forma circular para hacerla continua.

Paso 11: Pintura

Skara fue pintado con pinturas sintéticas

Paso 12: Corte por láser del símbolo de Skara

• La plantilla se cortó con un láser casero hecho por mi amigo.
• El material sobre el que se realizó el corte por láser es una hoja de pegatinas.

Paso 13: codificación

Cosas de precodificación:

• Para este proyecto utilicé Arduino IDE para programar mi NodeMCU. Es la forma más fácil si ya ha usado un Arduino antes, y no necesitará aprender un nuevo lenguaje de programación, como Python o Lua, por ejemplo.

• Si nunca ha hecho esto antes, primero deberá agregar la compatibilidad con la placa ESP8266 al software Arduino.
• Puede encontrar la última versión para Windows, Linux o MAC OSX en el sitio web de Arduino: https://www.arduino.cc/en/main/softwareDescárguelo gratis, instálelo en su computadora y ejecútelo.
• Arduino IDE ya viene con soporte para muchas placas diferentes: Arduino Nano, Mine, Uno, Mega, Yún, etc. Desafortunadamente, ESP8266 no está por defecto entre esas placas de desarrollo compatibles. Entonces, para cargar sus códigos a una placa base ESP8266, primero deberá agregar sus propiedades al software de Arduino. Navegue a Archivo> Preferencias (Ctrl +, en el sistema operativo Windows); Agregue la siguiente URL al cuadro de texto del Administrador de tableros adicionales (el que está en la parte inferior de la ventana de Preferencias):

• Si el cuadro de texto no estaba en blanco, significa que ya había agregado otras placas antes en Arduino IDE. Agregue una coma al final de la URL anterior y la de arriba.

• Haga clic en el botón "Aceptar" y cierre la ventana de preferencias.
• Navegue a Herramientas> Tablero> Administrador de tableros para agregar su tablero ESP8266.
• Escriba "ESP8266" en el cuadro de texto de búsqueda, seleccione "esp8266 de la comunidad ESP8266" e instálelo.
• Ahora su Arduino IDE estará listo para trabajar con muchas placas de desarrollo basadas en ESP8266, como el ESP8266 genérico, NodeMcu (que usé en este tutorial), Adafruit Huzzah, Sparkfun Thing, WeMos, etc.
• En este proyecto, utilicé la biblioteca Blynk. La biblioteca Blynk debe instalarse manualmente. Descargue la biblioteca Blynk en https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases … Descomprima el archivo y copie las carpetas en las bibliotecas / herramientas de Arduino IDE.

Codificación principal:

• Deberá actualizar la clave de autenticación de Blynk y sus credenciales de WiFi (ssid y contraseña) antes de cargar el código.

• Descargue el código y las bibliotecas que se proporcionan a continuación.
• Abra el código proporcionado ("código final") en Arduino IDE y cárguelo en NodeMCU.
• Algunos sensores del teléfono inteligente también se pueden usar con Blynk. Esta vez quería usar su acelerómetro para controlar mi robot. Incline el teléfono y el robot girará a la izquierda / derecha o avanzará / retrocederá.

Paso 14: Explicación del código

• En este proyecto solo tuve que usar las bibliotecas ESP8266 y Blynk. Se agregan al principio del código.
• Tendrá que configurar su clave de autorización Blynk y sus credenciales de Wi-Fi. De esta manera, su ESP8266 podrá llegar a su enrutador Wi-Fi y esperar los comandos del servidor Blynk. Reemplace "escriba su propio código de autorización", XXXX y YYYY con su clave de autenticación (la recibirá en su correo electrónico), SSID y contraseña de su red Wi-Fi.
• Defina los pines del NodeMCU conectados al puente h. Puede usar el valor literal (D1, D2, etc.) del número GPIO de cada pin.

Paso 15: Configurar Blynk

• Blynk es un servicio diseñado para controlar hardware de forma remota a través de una conexión a Internet. Le permite crear dispositivos de Internet de las cosas fácilmente y admite varios hardware, como Arduinos, ESP8266, Raspberry Pi, etc.
• Puede usarlo para enviar datos desde un teléfono inteligente (o tableta) Android o iOS a un dispositivo remoto. También puede leer, almacenar y mostrar datos obtenidos por sus sensores de hardware, por ejemplo.
• La aplicación Blynk se utiliza para la creación de la interfaz de usuario. Tiene una variedad de widgets: botones, controles deslizantes, joystick, pantallas, etc. Los usuarios pueden arrastrar y soltar el widget en el tablero y crear una interfaz gráfica personalizada para una multitud de proyectos.
• Tiene un concepto de "energía". Los usuarios comienzan con 2000 puntos de energía gratuitos. Cada widget utilizado (en cualquier proyecto) consume algo de energía, lo que limita el número máximo de widgets utilizados en los proyectos. Un botón, por ejemplo, consume 200 puntos de energía. De esta manera, se puede crear una interfaz con hasta 10 botones, por ejemplo. Los usuarios pueden comprar puntos de energía adicionales y crear interfaces más complejas y / o varios proyectos diferentes.
• Los comandos de la aplicación Blynk se cargan en Blynk Server a través de Internet. Otro hardware (un NodeMCU, por ejemplo) usa Bibliotecas Blynk para leer esos comandos del servidor y realizar acciones. El hardware también puede enviar algunos datos al servidor, que pueden mostrarse en la aplicación.
• Descargue la aplicación Blynk para Android o iOS desde los siguientes enlaces:
• Instale la aplicación y cree una nueva cuenta. Después de eso, estará listo para crear su primer proyecto. También deberá instalar las bibliotecas de Blynk y obtener el código de autenticación. El procedimiento para instalar la biblioteca se describió en el paso anterior.
• · Se utilizó la función BLYNK_WRITE (V0) para leer los valores del acelerómetro. La aceleración en el eje y se usó para controlar si el robot debe girar a la derecha / izquierda, y la aceleración del eje z se usa para ver si se supone que el robot debe moverse hacia adelante / hacia atrás. Si no se exceden los valores de umbral, los motores se detendrán.
• Descargue la aplicación blynk en el dispositivo móvil. Arrastre el objeto acelerómetro desde Widget Box y suéltelo en el tablero. En Configuración de botones, asigne un pin virtual como salida. Usé el pin virtual V0. Debería obtener el token de autenticación en la aplicación Blynk.
• Vaya a Configuración del proyecto (icono de tuerca). Para el botón Manual / Autónomo, he usado V1 en la aplicación Para la cinta transportadora, he usado V2 como salida.
• Puede ver una captura de pantalla de la aplicación final en las imágenes.

Paso 16: Montaje final

Adjunto todas las partes

Por lo tanto, el proyecto está terminado.

Paso 17: Créditos

Me gustaría agradecer a mis amigos por:

1. Zeeshan Mallick: Ayudándome con el modelo CAD, fabricación de chasis

2. Ambarish Pradeep: redacción de contenido

3. Patrick: impresión 3D y corte por láser

Segundo premio en el IoT Challenge