Sweepy: el limpiador de estudio Set It & Forget It: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Por: Evan Guan, Terence Lo y Wilson Yang

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Introducción y motivación

Sweepy, el limpiador de estudio, fue diseñado en respuesta a las caóticas condiciones del estudio de arquitectura que dejaron los estudiantes bárbaros. ¿Cansado de lo desordenado que es el estudio durante las revisiones? Bueno, no digas más. Con Sweepy, todo lo que tienes que hacer es configurarlo y olvidarlo. Studio será completamente nuevo más rápido de lo necesario para completar ese modelo de proyecto.

Sweepy es consciente de sí mismo y se moverá barriendo toda la basura y sobras según el deseo de su corazón gracias a dos sensores ultrasónicos que le indican que gire al acercarse a una pared. ¿Necesitas que Sweepy trabaje más duro? No hay problema, solo grítalo. Sweepy escucha constantemente su entorno gracias a un sensor de sonido. Alcanzar un cierto umbral de ruido hará que Sweepy entre en un modo enfurecido, barriendo y moviéndose más rápido durante un breve período.

Un estudio sin Sweepy es desordenado.

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Piezas, materiales y herramientas

La mayoría de las piezas de esta lista se pueden encontrar en el kit de inicio del proyecto ELEGOO UNO R3. Se pueden comprar otras piezas en Creatron Inc. u otras tiendas de electrónica.

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Componentes

x1 Placa controladora ELEGOO UNO R3

Módulo de expansión de prototipo x1

x1 Sensor ultrasónico (HC-SR04)

Módulo de sensor de sonido x1 (KY-038)

x2 motores DC N20 (ROBOT-011394)

x1 Micro Servomotor 9G (SG90)

x1 módulo LCD (1602A)

x1 batería de 9V

x2 ruedas de goma de 60x8 mm (UWHLL-601421)

x1 Rueda giratoria libre (64 mm de altura)

x1 cepillo de barrido (altura del mango de 12 mm)

x2 transistores NPN (PN2222)

x3 resistencias (220Ω)

x2 diodos (1N4007)

Potenciómetro x1 (10K)

x15 cables de puente de placa de pruebas

x26 cables Dupont hembra a macho

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Materiales

x1 Hoja de madera contrachapada de 3 mm (tamaño de la cama láser 18 "x 32")

x6 tornillos M3 (YSCRE-300016)

x4 tuercas M3 (YSNUT-300000)

x6 tornillos M2.5 (YSCRE-251404)

x6 Tuercas M2.5 (YSNUT-250004)

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Instrumentos

Juego de destornilladores

Pistola de silicona

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Equipo

Computadora

impresora 3d

Cortador láser

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Software

IDE de Arduino

Paso 1: Comprensión de la lógica

Circuito

La placa controladora ELEGOO UNO R3 servirá como el "cerebro" del robot en el que se cargará y procesará el código. Coloque la placa de expansión prototipo y la mini placa de pruebas en la parte superior. Para comunicarse con los sensores y actuadores, los componentes se conectarán a través de la placa de pruebas y los cables.

Arriba se incluye un diagrama de los circuitos necesarios para hacer feliz a Sweepy. Preste especial atención a la entrada y salida de los cables. Es útil seguir un cable mirando su color. Una conexión incorrecta puede hacer que Sweepy funcione incorrectamente o, en el peor de los casos, dañar sus componentes electrónicos por cortocircuito.

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Programación

A continuación se adjunta el código necesario para ejecutar Sweepy. Abra el archivo en Arduino IDE y cárguelo en la placa controladora ELEGOO UNO R3. Para hacer esto, debe conectar la placa del controlador con su computadora a través del cable USB. Asegúrese de seleccionar el puerto correcto yendo a Herramientas y puerto en el menú desplegable. Asegúrese de cargar el código antes de construir Sweepy para evitar tener que enchufar el cable USB mientras está en la carcasa impresa en 3D.

No se recomienda cambiar las variables en el código a menos que tenga experiencia o sepa lo que está haciendo.

Paso 2: Recopilación de todas las piezas, materiales y herramientas

Para comenzar el proyecto, reúna todas las piezas, materiales y herramientas descritos en la lista anterior. Como se mencionó anteriormente, la mayoría de las piezas de la lista se pueden encontrar en el kit de inicio ELEGOO UNO R3, así como en Creatron Inc. u otras tiendas de electrónica.

Se recomienda encarecidamente comenzar a imprimir en 3D lo antes posible, ya que el proceso puede tardar varias horas en completarse. Los ajustes recomendados son: altura de capa de 0,16 mm, relleno del 20% y espesor de pared de 1,2 mm con bordes y soportes. El archivo de impresión 3D se adjunta a continuación.

El corte por láser también puede llevar una buena cantidad de tiempo, así que asegúrese de comenzar temprano. La lima cortada con láser también contiene una capa para grabar una guía que asegura que el componente correcto esté montado en el lugar correcto. Asegúrese de verificar lo que se está cortando y lo que se está grabando, cambiando los ajustes de potencia y velocidad de manera apropiada. El archivo de corte por láser también se adjunta a continuación.

Si bien usamos madera contrachapada para nuestro robot, no dude en usar cualquier material que desee, como acrílico, siempre que el grosor sea de aproximadamente 3 mm.

Paso 3: Asegurar la placa base

Aplique pegamento alrededor del perímetro de la placa base y fíjelo a la parte inferior de la carcasa impresa en 3D. Alinee las dos partes con el mayor cuidado posible y, al mismo tiempo, asegúrese de que la guía de grabado cortada con láser esté orientada hacia arriba.

Paso 4: Montaje de los componentes de la placa base

Una vez que la placa base esté adecuadamente asegurada, podemos comenzar a conectar la primera ronda de componentes electrónicos. Esto incluye los motores de CC con ruedas, servomotor, pantalla LCD y batería. Se ha incluido una guía de grabado cortada con láser en la placa base para garantizar la colocación adecuada de los componentes para su conveniencia. Para facilitar los circuitos, los componentes deben asegurarse con sus cables apropiados ya enchufados.

Las ruedas deben deslizarse en las dos ranuras a cada lado con el motor de CC hacia adentro. Asegúrelo con las abrazaderas blancas incluidas usando dos tornillos y tuercas para cada uno (M2.5).

El servomotor también debe asegurarse con los mismos tornillos y tuercas (M2.5) mientras se asegura que el engranaje blanco que sale de la parte inferior esté en la parte frontal del robot. Esto impulsará el movimiento de barrido del cepillo.

La pantalla LCD debe deslizarse en el bolsillo frontal de la carcasa con las clavijas hacia abajo. Asegure esto con un poco de pegamento caliente en cada esquina.

Por último, el paquete de baterías debe deslizarse en el bolsillo trasero de la carcasa con el interruptor de encendido y apagado hacia afuera en el hueco del orificio. Esto permite encender y apagar el robot.

Paso 5: Fijación de la placa de soporte

A continuación, es hora de asegurar el "cerebro" de Sweepy. Con cuatro tornillos y tuercas (M3), monte la placa controladora UNO R3 y el módulo de expansión prototipo en la parte superior de la placa de soporte. Este actuaría como el segundo piso de la vivienda. Antes de esto, el código IDE de Arduino ya debería estar cargado en la placa y listo para funcionar.

Deslice la placa de soporte en la carcasa desde la parte superior hasta que descanse sobre tres repisas integradas en la carcasa de impresión 3D para garantizar la altura correcta. Asegure esta placa con dos tornillos (M3) a través de los orificios en ambos extremos.

Pase los cables de los componentes de la placa base hacia arriba y a través de los orificios de la placa de soporte. Los cables de la pantalla LCD y del servomotor deben pasar por el orificio frontal, mientras que los cables del motor de CC deben pasar por los orificios laterales. Los cables del paquete de baterías pueden pasar por cualquiera de los orificios según se desee.

Paso 6: Montaje de componentes electrónicos finales

Con pegamento caliente, coloque los dos sensores ultrasónicos en la parte delantera de la carcasa con los módulos de disparo y eco saliendo de los orificios u "ojos". Los pines de un sensor deben mirar hacia arriba y el otro hacia abajo, como lo indica el orificio en la placa de soporte. Esto es para garantizar que los módulos de eco y disparo sean simétricos en la carcasa al enviar y recibir señales.

Por último, aplique pegamento caliente en la parte posterior del sensor de sonido y fíjelo a la ranura en el lado interior de la carcasa. La parte superior del micrófono debe quedar alineada con la parte superior del borde de la carcasa para que se pueda poner la tapa de Sweepy. El micrófono se alinearía con el orificio de la tapa, como verá más adelante.

Paso 7: alambres, alambres y más alambres

El siguiente paso es posiblemente la parte más difícil pero más importante para asegurarse de que Sweepy esté bien y feliz: los circuitos. Usando el diagrama de Fritzing en la parte superior de este Instructables como guía, conecte todos los cables de los componentes al Módulo de Expansión Prototipo.

Asegúrese de que el interruptor de la batería esté apagado antes de conectar el cable de alimentación a la placa. Debido a que el código ya debería estar cargado en la placa, Sweepy no podría contener su entusiasmo por la limpieza y comenzar a trabajar en el momento en que reciba energía, incluso mientras todavía está trabajando en los cables.

Preste especial atención a las entradas y salidas de cada cable. Ayuda usar el color del cable para seguirlo a lo largo de su camino.

Paso 8: agregar las piezas móviles

Ahora es el momento de la rueda trasera y el cepillo de barrido de Sweepy.

La rueda trasera debe ser una rueda giratoria que pueda girar libremente. Debe tener aproximadamente 6,4 cm de altura de arriba a abajo, pero la tolerancia puede ser generosa dependiendo de cuánta fuerza hacia abajo desee que ejerza el cepillo. Fije esto debajo de la placa de soporte a través del orificio en la placa base.

El cepillo de barrido también tiene una tolerancia generosa, pero el mango debe quedar a aproximadamente 1,2 cm del suelo. El mango también debe tener aproximadamente 10 cm de largo para evitar que golpee la carcasa mientras se desplaza hacia atrás y hacia el cuarto. Asegúrelo al accesorio de palanca blanco incluido con el servomotor con pegamento.

Paso 9: taparlo todo

Para completar tu propio Sweepy, debes hacer su gorra. Pegue el borde de la tapa debajo de la placa de tapa con un agujero. Asegúrese de que el orificio esté alineado con el micrófono del sensor de sonido. Finalmente, pegue la tapa en la parte superior de Sweepy, alineando los bordes frontales con el frente de la carcasa.

Encienda la unidad desde la parte posterior y observe a Sweepy perseguir sus sueños de hacer del estudio un lugar más limpio para todos.

Paso 10: Resultados y reflexión

A pesar de la extensa planificación del diseño, ocurren errores, pero está bien: todo es parte del proceso de aprendizaje. Y para nosotros, las cosas no fueron diferentes.

Uno de nuestros mayores desafíos fue diseñar la carcasa de Sweepy para incluir todos los componentes necesarios. Esto significó medir meticulosamente las dimensiones de todos los componentes, planificar las rutas de los cables, garantizar la integridad estructural, etc. Terminamos imprimiendo en 3D y cortando con láser dos iteraciones de la carcasa de Sweepy, siendo la segunda la versión final basada en lo que hemos aprendido de la primera. iteración.

Uno de los principales obstáculos que enfrentamos son las capacidades limitadas del sensor ultrasónico: no cubría un área lo suficientemente grande y Sweepy ocasionalmente golpeaba una pared cuando se acercaba en ángulo. Esto se resolvió mediante la inclusión de un segundo sensor ultrasónico para aumentar de manera efectiva el área de efecto.

También optamos inicialmente por un servomotor para controlar el giro, pero no fue tan efectivo y estructuralmente sólido como esperábamos. Como resultado, reemplazamos la rueda trasera con una rueda giratoria libre y empujamos la responsabilidad de girar a las dos ruedas del conductor a través del giro diferencial (una rueda se movería más lento que la otra para simular el giro). Si bien esto significó realizar cambios importantes en el código, efectivamente simplificó nuestro diseño general, eliminando menos un servomotor de la ecuación.

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Iteraciones futuras

Siempre hay margen de mejora. En el futuro, un cambio de diseño para nuestro proyecto es la consideración del mantenimiento de Sweepy y la accesibilidad de sus componentes internos. Habíamos experimentado varios problemas, incluidos fallas en el motor y baterías descargadas, lo que nos obligó a desarmar Sweepy solo para cambiar los componentes, lo cual fue muy poco intuitivo. En el futuro, diseñaríamos una carcasa con aberturas operables que permitirían el acceso a sus componentes como la batería.

También estamos considerando el uso de un sensor de presión en la parte delantera para detectar cuando Sweepy choca contra una superficie, ya que encontramos que el sensor ultrasónico no es confiable a veces, particularmente cuando nos acercamos en un ángulo pronunciado. Al tener un sensor mecánico, Sweepy sería más consistente a la hora de decidir cuándo y cuándo no girar.

Aunque Sweepy funciona bien en habitaciones pequeñas, puede ser menos eficaz en espacios más grandes. Esto se debe a que Sweepy solo está programado para girar cada vez que detecta una superficie frente a él, pero de lo contrario continuará en línea recta hasta que la tierra sea destruida. En el futuro, puede valer la pena preprogramar una ruta de limpieza establecida para Sweepy para que permanezca dentro de un límite en lugar de deambular para siempre.

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Referencias y Créditos

Este proyecto fue creado como parte del curso de Computación Física (ARC385) en el programa de pregrado de la Facultad de Arquitectura, Paisaje y Diseño Daniels en la UofT.

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Miembros del equipo

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

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Inspirado por

• Robot Aspirador Roomba
• Wipy: el limpiador de pizarras demasiado motivado
• Las condiciones desordenadas del espacio de estudio