Sweepy: The Set It & Forget It Cleaner Cleaner: 10 שלבים (עם תמונות)

2025 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2025-01-23 14:46

מאת: אוון גואן, טרנס לו וילסון ווילנג

‏‏‎ ‎

מבוא ומוטיבציה

סוויפי מנקה הסטודיו תוכנן בתגובה לתנאים הכאוטיים של סטודיו לאדריכלות שהשאירו אחריהם סטודנטים ברברים. נמאס לכם מהאולפן המבולגן במהלך סקירות? טוב אל תגיד יותר. עם Sweepy, כל שעליך לעשות הוא להגדיר אותו ולשכוח אותו. סטודיו יהפוך למותג חדש מהר יותר ממה שצריך כדי להשלים את מודל הפרויקט האחד.

סוויפי מודעת לעצמה ותסתובב ותסחוף את כל האשפה והשאריות לפי רצון ליבך הודות לשני חיישנים אולטראסוניים שאומרים לו להסתובב כשהוא מתקרב לקיר. צריכים Sweepy כדי לעבוד קשה יותר? אין בעיה, רק תצעק על זה. סוויפי מאזינה ללא הרף לסביבתו הודות לחיישן קול. הגעה לסף רעש מסוים תגרום ל- Sweepy להיכנס למצב זועם, לסחוף ולזוז מהר יותר לתקופה קצרה.

סטודיו ללא Sweepy הוא כזה שהוא מבולגן.

‏‏‎ ‎

חלקים, חומרים וכלים

את רוב החלקים ברשימה זו ניתן למצוא בערכת המתנע לפרויקט ELEGOO UNO R3. ניתן לרכוש חלקים אחרים מחברת Creatron Inc. או מחנויות אלקטרוניקה אחרות.

‏‏‎ ‎

רכיבים

x1 לוח בקר ELEGOO UNO R3

x1 מודול הרחבת אב טיפוס

x1 חיישן קולי (HC-SR04)

מודול חיישן קול x1 (KY-038)

x2 מנועי DC N20 (ROBOT-011394)

x1 מנוע מיקרו סרוו 9G (SG90)

מודול LCD x1 (1602A)

סוללת 9V x1

x2 גלגלי גומי 60x8 מ מ (UWHLL-601421)

x1 גלגל קיק חינם (גובה 64 מ מ)

מברשת לטאטא x1 (גובה ידית 12 מ מ)

טרנזיסטורים NPN x2 (PN2222)

נגדים x3 (220Ω)

דיודות x2 (1N4007)

x1 פוטנציומטר (10K)

x15 חוטי מגשר ללוח לחם

x26 חוטי דופונט נקבה לזכר

‏‏‎ ‎

חומרים

גיליון דיקט x1 3 מ"מ (מיטת לייזר בגודל 18 "x 32")

ברגים x6 M3 (YSCRE-300016)

x4 M3 אגוזים (YSNUT-300000)

ברגים x6 M2.5 (YSCRE-251404)

אגוזים M6.5 x6 (YSNUT-250004)

‏‏‎ ‎

כלים

סט מברגים

אקדח דבק חם

‏‏‎ ‎

צִיוּד

מַחשֵׁב

מדפסת תלת מימד

חותך לייזר

‏‏‎ ‎

תוֹכנָה

Arduino IDE

שלב 1: הבנת ההיגיון

מעגל חשמלי

לוח הבקר ELEGOO UNO R3 ישמש כ"מוח "הרובוט בו יעלה הקוד ויעובד. חבר את לוח ההרחבה של אב טיפוס ולוח הלחם המיני לראשו. כדי לתקשר עם החיישנים והמפעילים, הרכיבים יחוברו באמצעות לוח הלחם והחוטים.

כלול לעיל תרשים של המעגלים הנדרשים כדי לשמח את סוויפי. שימו לב במיוחד לקלט ולפלט של החוטים. זה עוזר לעקוב אחר חוט על ידי התבוננות בצבעו. חיבור שגוי עלול לגרום ל- Sweepy לתפקד בצורה לא נכונה או במקרה הגרוע יותר, לפגוע באלקטרוניקה שלך על ידי קצר.

‏‏‎ ‎

תִכנוּת

להלן מצורף הקוד הדרוש להפעלת Sweepy. פתח את הקובץ ב- Arduino IDE והעלה אותו ללוח בקר ELEGOO UNO R3. לשם כך, עליך לחבר את לוח הבקר למחשב באמצעות כבל ה- USB. ודא שהיציאה הנכונה נבחרה על ידי כניסה לכלים ויציאה בתפריט הנפתח. הקפד להעלות את הקוד לפני שאתה בונה את Sweepy כדי להימנע מהצורך לחבר את כבל ה- USB כשהוא נמצא במארז המודפס בתלת מימד.

לא מומלץ לשנות את המשתנים בקוד אלא אם יש לך ניסיון או שאתה יודע מה אתה עושה.

שלב 2: איסוף כל החלקים, החומרים והכלים

כדי להתחיל את הפרויקט, אסוף את כל החלקים, החומרים והכלים המתוארים ברשימה למעלה. כפי שצוין לעיל, רוב החלקים ברשימה ניתן למצוא בערכת המתנע של ELEGOO UNO R3 וכן בחברת Creatron Inc. או בחנויות אלקטרוניקה אחרות.

מומלץ מאוד להתחיל בהדפסה תלת מימדית מוקדם ככל האפשר מכיוון שהתהליך עשוי להימשך מספר שעות. ההגדרות המומלצות הן: 0.16 מ"מ גובה שכבה, 20% מילוי ועובי 1.2 מ"מ דופן עם שוליים ותומכים. קובץ ההדפסה התלת -ממדית מצורף למטה.

חיתוך בלייזר עשוי גם לקחת זמן רב ולכן הקפד להתחיל מוקדם. קובץ החיתוך בלייזר מכיל גם שכבה לחריטת מדריך המבטיח שהרכיב הנכון מותקן במקום הנכון. הקפד לבדוק שוב מה נחתך ומה נחקק, שנה את הגדרות ההספק והמהירות כראוי. קובץ חיתוך הלייזר מצורף גם להלן.

בזמן שהשתמשנו בדיקט עבור הרובוט שלנו, אל תהסס להשתמש בכל חומר שאתה אוהב כגון אקריליק, כל עוד העובי הוא כ -3 מ מ.

שלב 3: אבטחת לוח הבסיס

מרחו דבק סביב היקף צלחת הבסיס והצמידו אותו לתחתית הבית המודפס בתלת מימד. יישר את שני החלקים בזהירות רבה ככל שתוכל תוך הקפדה על מדריך התחריט בלייזר כלפי מעלה.

שלב 4: הרכבה של רכיבי לוח הבסיס

לאחר שלוח הבסיס מאובטח כראוי, נוכל להתחיל לחבר את הסיבוב הראשון של רכיבים אלקטרוניים. זה כולל מנועי DC עם גלגלים, מנוע סרוו, מסך LCD וחבילת סוללות. לוחית תחריט בחיתוך לייזר נכללה בצלחת הבסיס על מנת להבטיח מיקום נכון של רכיבים לנוחותך. כדי להקל על המעגלים, יש לאבטח את הרכיבים בעזרת החוטים המתאימים שכבר מחוברים.

הגלגלים צריכים להחליק לתוך שני החריצים משני הצדדים כאשר מנוע ה- DC פונה פנימה. אבטח זאת בעזרת המהדקים הלבנים הכלולים באמצעות שני ברגים ואומים לכל אחד (M2.5).

מנוע הסרוו צריך להיות מאובטח גם באמצעות אותם ברגים ואומים (M2.5) תוך הקפדה על ההילוך הלבן החוצה מהחלק התחתון בצד הקדמי של הרובוט. פעולה זו תניע את תנועת גורפת המברשות.

מסך ה- LCD צריך להחליק לכיס הקדמי של המארז כשהסיכות כלפי מטה. אבטח את זה עם כמה טיפות דבק חם בכל פינה.

לבסוף, מארז הסוללה צריך להחליק לתוך הכיס האחורי של הבית כאשר מתג ההדלקה פונה כלפי חוץ אל תוך חיתוך החורים. זה מאפשר להפעיל ולכבות את הרובוט.

שלב 5: אבטחת לוח התמיכה

בשלב הבא, הגיע הזמן לאבטח את "המוח" של סוויפי. בעזרת ארבעה ברגים ואומים (M3), הרכיבו את לוח הבקר UNO R3 ומודול הרחבת אב טיפוס בחלקו העליון של לוח התמיכה. זה ישמש כקומה השנייה של הדיור. לפני כן, קוד Arduino IDE כבר צריך להיות מועלה על הלוח ומוכן לצאת לדרך.

החלק את לוח התמיכה לתוך הבית מלמעלה עד שהוא נשען על שלוש מדפים המשולבים במארז ההדפסה התלת -ממדית כדי להבטיח את הגובה הנכון. אבטח צלחת זו באמצעות שני ברגים (M3) דרך החורים משני הקצוות.

השחילו את החוטים מהרכיבים שעל צלחת הבסיס למעלה ודרך החורים של צלחת התמיכה. מסך LCD וחוטי מנוע סרוו צריכים להתברג דרך החור הקדמי ואילו חוטי מנוע DC צריכים להתברג דרך החורים הצדדיים. חוטי הסוללה יכולים לעבור דרך כל החור לפי הצורך.

שלב 6: הרכבת רכיבים אלקטרוניים סופיים

בעזרת דבק חם, חבר את שני החיישנים האולטראסוניים לחזית הבית כאשר מודולי ההדק וההד משתרעים מתוך החורים או ה"עיניים ". הסיכות בחיישן אחד צריכות להיות כלפי מעלה והשנייה כלפי מטה כפי שמציין החור בלוח התמיכה. זה כדי להבטיח שמודולי ההד וההדק הם סימטריים בבית כאשר שולחים וקבלים אותות.

לבסוף, טפטפו דבק חם בגב חיישן הקול והצמידו אותו לחריץ בצד הפנימי של הבית. החלק העליון של המיקרופון צריך לשבת בצורה חלקה עם החלק העליון של קצה הדיור כך שניתן יהיה לשים את המכסה של Sweepy. המיקרופון יתיישר עם החור בכובע כפי שתראה בהמשך.

שלב 7: חוטים, חוטים ועוד חוטים

השלב הבא הוא ללא ספק החלק הקשה ביותר אך החשוב ביותר לוודא שסופי טוב ומאושר: המעגלים. באמצעות תרשים Fritzing בחלק העליון של מדריכים זה כקו מנחה, חבר את כל החוטים מהרכיבים למודול הרחבת אב טיפוס.

ודא שהמתג במארז הסוללה כבוי לפני חיבור כבל החשמל ללוח. מכיוון שכבר צריך להעלות את הקוד על הלוח, סוויפי לא תוכל להכיל את ההתרגשות שלו מהניקוי ולהתחיל לעבוד בשנייה שהוא מקבל חשמל, אפילו בזמן שאתה עדיין עובד על החוטים.

שימו לב במיוחד לכניסות והתפוקות של כל חוט. זה עוזר להשתמש בצבע החוט כדי לעקוב אחריו בדרכו.

שלב 8: הוספת החלקים הנעים

עכשיו הגיע הזמן לגלגל האחורי של סוויפי ולמברשת הסוחפת.

הגלגל האחורי צריך להיות גלגל קיק שיכול להסתובב בחופשיות. גובהו אמור להיות כ- 6.4 ס מ מלמעלה למטה אך הסובלנות יכולה להיות נדיבה בהתאם לכוח הכוח כלפי מטה שרוצים שהמברשת תפעיל. חבר אותו מתחת ללוח התמיכה דרך החור בלוח הבסיס.

גם המברשת הסוחפת נדיבה בסובלנות אך הידית צריכה לשבת כ- 1.2 ס"מ מהקרקע. אורך הידית צריך להיות באורך של כ 10 ס"מ גם כדי למנוע ממנה לפגוע בבית בזמן שהיא גורפת לאחור והרביעית. אבטח זאת למצורף המנוף הלבן המצורף עם מנוע סרוו בעזרת דבק.

שלב 9: סגור את הכל

כדי להשלים את Sweepy שלך, עליך להכין את הכובע שלו. הדבק את שפת המכסה מתחת לצלחת המכסה ועליה חור. וודא שהחור מיושר עם מיקרופון חיישן הקול. לבסוף הדבק את המכסה על החלק העליון של Sweepy, יישר את הקצוות הקדמיים עם החלק הקדמי של הבית.

הפעילו את הכוח מאחור וראו את סוויפי ממשיכה בחלומותיה להפוך את הסטודיו למקום נקי יותר עבור כולם.

שלב 10: תוצאות והשתקפות

למרות תכנון עיצוב מקיף, טעויות קורות אבל זה בסדר: הכל חלק מתהליך הלמידה. ולנו, הדברים לא היו שונים.

אחד האתגרים הגדולים ביותר שלנו היה עיצוב הדיור של סוויפי שיכלול את כל הרכיבים הדרושים. המשמעות הייתה מדידה מדוקדקת של כל המרכיבים, תכנון מסלולי תיל, הבטחת תקינות מבנית וכו '. בסופו של דבר הדפסנו תלת מימד וחיתכנו לייזר שני איטרציות של הדיור של סוויפי, השנייה היא הגרסה הסופית המבוססת על מה שלמדנו מהראשון איטרציה.

מכשול מרכזי אחד שעומד בפנינו הוא היכולות המוגבלות של החיישן האולטראסוני: הוא לא כיסה שטח מספיק גדול וסוויפי היה מכה מדי פעם בקיר כשהוא מתקרב בזווית. זה נפתר על ידי הכללת חיישן אולטרסאונד שני כדי להגדיל את שטח האפקט ביעילות.

בתחילה בחרנו גם במנוע סרוו לשליטה בסיבוב אך הוא לא היה יעיל ומבני מבחינה מבנית כפי שקיווינו. כתוצאה מכך החלפנו את הגלגל האחורי בגלגל קיקון חופשי ודחפנו את האחריות לפנות לשני גלגלי הנהג באמצעות סיבוב דיפרנציאלי (גלגל אחד היה זז לאט יותר מהשני כדי לדמות סיבוב). אמנם פירוש הדבר היה לבצע שינויים משמעותיים בקוד, אך זה למעשה פישט את העיצוב הכללי שלנו והוציא פחות מנוע סרוו אחד מהמשוואה.

‏‏‎ ‎

איטרציות עתידיות

תמיד יש מקום לשיפור. בעתיד, שינוי עיצובי אחד לפרויקט שלנו הוא השיקול של תחזוקה דולקת ונגישות הפנימיות שלו. נתקלנו בבעיות רבות, כולל תקלות במנוע וסוללות פריקות שדרשו מאתנו לפרק את סוויפי רק כדי לכבות את הרכיבים וזה היה מאוד לא אינטואיטיבי. בעתיד, היינו מתכננים דיור עם פתחים ניתנים לתפעול שיאפשר גישה למרכיביו כגון הסוללה.

אנו שוקלים גם שימוש בחיישן לחץ בחזית כדי לזהות מתי Sweepy נתקל במשטח מכיוון שגילינו שחיישן האולטרסאונד אינו אמין לעתים, במיוחד כאשר מתקרבים בזווית תלולה. על ידי בעל חיישן מכני, סוויפי תהיה עקבית יותר בהחלטה מתי ומתי לא לפנות.

למרות ש- Sweepy עובד היטב בתוך חדרים קטנים, הוא עשוי להיות פחות יעיל בחללים גדולים יותר. הסיבה לכך היא ש- Sweepy מתוכנת להסתובב רק בכל פעם שהוא מזהה משטח לפניו אך אחרת ימשיך בקו ישר עד שהאדמה תיחרב. בעתיד, אולי כדאי לתכנת מראש מסלול ניקוי קבוע עבור סוויפי, כך שהוא יישאר בגבול במקום להסתובב לנצח.

‏‏‎ ‎

הפניות וזיכויים

פרויקט זה נוצר במסגרת קורס המחשוב הפיזי (ARC385) בפקולטה לתואר ראשון בארכיטקטורה, נוף ועיצוב דניאלס ב- UofT.

‏‏‎ ‎

חברי צוות

• אוון גואן
• טרנס לו
• ווילסון יאנג

‏‏‎ ‎

קיבל השראה מ

• שואב אבק רובוטה רומבה
• Wipy: מנקה הלוח הלוח המוטיבציה מדי
• התנאים המבולגנים של חלל הסטודיו