Arduino aangedreven schilderij Robot - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Fusion 360-projecten »

Heb je je ooit afgevraagd of een robot betoverende schilderijen en kunst kan maken? In dit project probeer ik dat te realiseren met een Arduino Powered Painting Robot. Het doel is dat de robot zelf schilderijen kan maken en een referentiebeeld als richtlijn kan gebruiken om een kunstwerk te repliceren. Ik gebruikte de kracht van CAD en digitale fabricage om een robuust chassis te maken waarop ik een arm monteerde die de kwast in een van de 7 verfcontainers kon dopen en op het canvas kon tekenen.

De robot is gemaakt met behulp van gemeenschappelijke onderdelen zoals stappenmotoren en servomotoren en is ontworpen om met elke soort verf te werken.

Ga verder met het maken van je eigen Arduino Powered Painting Robot en stem voor dit project in de "Paint Challenge" als je het project leuk vond en besluit om je eigen versie te bouwen.

Stap 1: Overzicht van het ontwerp

Het ontwerp van de schilderrobot is geïnspireerd op de structuur van een Roomba schoonmaakrobot. Het bestaat uit twee grote systemen:

• Het aandrijfsysteem dat bestaat uit twee stappenmotoren die aan wielen zijn bevestigd en passieve zweefvliegtuigen. Hierdoor kan de robot in elke richting langs het canvas bewegen.
• Het borstelsysteem dat bestaat uit een derde stappenmotor die de borstel over verfcontainers positioneert en een servomotor die de verfborstel in de verf dompelt.

De robot kan tot 7 verschillende kleuren tegelijk dragen. Het ontwerp is in eerste instantie gemaakt op de Fusion 360 van Autodesk. De onderdelen zijn vervolgens geëxporteerd naar de juiste formaten om te lasersnijden of 3D-geprint te worden.

Het ontwerp van het chassis van de robot is gemaakt met schaalbaarheid in het achterhoofd met meerdere montagepunten en modulaire onderdelen. Hierdoor kan hetzelfde chassis voor verschillende andere toepassingen worden gebruikt. In deze context wordt het chassis gebruikt om met verf prachtige kunstwerken te maken.

Stap 2: Benodigde materialen

Hier is de lijst met alle componenten en onderdelen die nodig zijn om je eigen Arduino Powered Painting Robot te maken. Alle onderdelen moeten algemeen verkrijgbaar zijn en gemakkelijk te vinden zijn in plaatselijke bouwmarkten of online.

ELEKTRONICA:

• Arduino Uno x 1
• Towerpro MG995 servomotor x 1
• NEMA17 Stappenmotor x 3
• CNC-schild V3 x 1
• 11.1 V LiPo-batterij x 1

HARDWARE:

• M4 moeren en bouten
• M3 moeren en bouten
• Wielen (7cm dia x 2)
• 3D-printerfilament (voor het geval u geen 3D-printer bezit, moet er een 3D-printer in een lokale werkruimte zijn of kunnen de afdrukken voor vrij goedkoop online worden gedaan)
• Acrylplaten (3 mm)
• verven
• Penseel

GEREEDSCHAP:

• 3D-printer
• Lasersnijder

Exclusief de tools bedragen de totale kosten van dit project ongeveer $ 60.

Stap 3: Digitaal vervaardigde onderdelen

De meeste onderdelen die nodig zijn voor dit project zijn op maat gemaakt volgens de vereisten, daarom heb ik besloten om de kracht van digitaal gefabriceerde onderdelen te gebruiken. De onderdelen werden aanvankelijk gebouwd op Fusion 360 en vervolgens werden de CAD-modellen gebruikt om de onderdelen te lasersnijden of 3D-printen. De afdrukken zijn gemaakt met 40% vulling, 2 omtrekken, 0,4 mm mondstuk en een laaghoogte van 0,1 mm met PLA. Sommige onderdelen hebben steunen nodig omdat ze een complexe vorm hebben met uitsteeksels, maar de steunen zijn gemakkelijk toegankelijk en kunnen met behulp van enkele frezen worden verwijderd. U kunt de kleur van uw keuze voor het filament kiezen. De lasergesneden stukken zijn uit 3 mm helder acryl gesneden.

Hieronder vindt u de volledige lijst met onderdelen samen met de ontwerpbestanden.

Opmerking: vanaf hier wordt naar de onderdelen verwezen met de namen in de volgende lijst.

3D geprinte onderdelen:

• Stappenbeugel x 2"
• Laagafstandhouder x 4"
• Armconnector x 1
• Passief zweefvliegtuig x 2
• Verfpallethouder x 2
• Verfpallet x 2

Lasergesneden onderdelen:

• Bodempaneel x 1
• Bovenpaneel x 1"
• Borstelarm x 1"

In totaal zijn er 13 3D-geprinte onderdelen en 3 lasergesneden onderdelen. De tijd die nodig is om alle onderdelen te vervaardigen is ongeveer 12 uur.

Stap 4: Het chassis en het aandrijfsysteem bouwen (onderste laag)

Zodra alle onderdelen zijn vervaardigd, kunt u beginnen met het monteren van de onderste laag van de verfrobot. Deze laag is verantwoordelijk voor het aandrijfsysteem en bevat ook de elektronica. Begin met het monteren van 2 stappenmotoren op twee stappenbeugels met behulp van de meegeleverde schroeven. Gebruik vervolgens 8 x M4 moeren en bouten om de twee stepperbeugels op de bodemplaat te bevestigen. Zodra de stappenmotoren zijn gemonteerd, kunt u de twee wielen aan de assen van de stappenmotoren bevestigen. Je kunt de Arduino ook op zijn plaats monteren met M3-bouten en enkele afstandhouders om de Arduino gemakkelijk toegankelijk te maken. Zodra de Arduino is vastgezet, monteer je het CNC-schild op de Arduino. Er zijn twee gaten aan de voor- en achterkant van de robot. Haal de passieve glijders door de gaten en lijm ze op hun plaats. Deze stukken voorkomen dat het lichaam van de robot langs het oppervlak van het canvas schraapt.

U kunt de twee achterste laagafstandhouders ook monteren met M4-moeren en -bouten.

Let op: Bevestig de voorste twee nog niet, omdat je ze uiteindelijk zou moeten verwijderen.

Stap 5: De verfhouder monteren (bovenste laag)

Zodra het aandrijfsysteem is gebouwd, kunt u beginnen met het monteren van de bovenste laag die de verfarm vasthoudt die de kwast beweegt en de kwast in de verschillende verfcontainers doopt. Begin met het bevestigen van de twee verfpallethouderstukken. De gleuf langs de binnenkant van het onderdeel is uitgelijnd met de twee afstandsstukken van de voorste laag. Het gecombineerde onderdeel wordt met twee bouten en moeren aan de boven- en onderlaag bevestigd. Het stuk is verder versterkt met vier extra sets boutmoeren aan het bovenpaneel.

De verfpallets worden vervolgens aan de onderkant van de verfpallethouderstukken bevestigd met twee moeren en bouten voor elke kant.

Schuif het bovenpaneel op zijn plaats en gebruik nog twee moeren en bouten om de afstandhouders van de achterste laag aan het bovenpaneel te bevestigen. Monteer de draaiende stappenmotor in het midden van het bovenpaneel met behulp van de meegeleverde bouten met de as naar boven gericht. Hiermee is het chassis van de robot gebouwd en kunnen we beginnen met het monteren van de lakarm.

Stap 6: De schilderarm en borstelconstructie bouwen

Om de verfarm te bouwen, begint u met het bevestigen van de armconnector aan de lasergesneden borstelarm met behulp van 4 moeren en bouten. Monteer vervolgens de servomotor aan het andere uiteinde met behulp van nog 4 moeren en bouten. Zorg ervoor dat de as van de servomotor naar het andere uiteinde van de armconnector is gericht. Duw de armconnector in de bovenste stappenmotoras.

Gebruik de lange hoorn van de servo en bevestig de kwast eraan met behulp van elastiekjes of ritssluitingen. Ik zou het gebruik van elastiekjes aanraden, omdat dat de borstelmontage enige compliantie geeft die nodig is om het systeem goed te laten werken. Zorg ervoor dat de borstel zo is bevestigd dat, zodra de hoorn op de servo is aangesloten, de borstel nauwelijks over het oppervlak van de vloer of het papier glijdt.

Hiermee is de hardware van de schilderrobot compleet en kun je beginnen met het bedraden en programmeren.

Stap 7: Elektronica en schakelingen

De elektronica van dit project is vrij eenvoudig, het wordt uitgelegd in de volgende tabel:

• Linkerwielstepper naar X-aspoort van CNC-schild
• Rechter wielstepper naar Y-aspoort van CNC-schild
• Draaiende stepper naar Z-aspoort van CNC-schild
• Servomotorsignaal naar spindel-inschakelpen op CNC-schild
• Servomotor 5v tot +5v op CNC-schild
• Servomotor GND naar GND op CNC-schild

Hiermee is het circuit voor dit project compleet. De batterij kan worden aangesloten op de stroomaansluitingen van het CNC-schild met een tuimelschakelaar in serie om de robot in en uit te schakelen.

Stap 8: Een beetje over de theorie

Als het gaat om het positioneren van een punt op een 2D-raster, is de meest gebruikelijke en eenvoudige manier om dit te doen het verstrekken van de cartesische coördinaten van het punt. Dit wordt gedaan door een tuple op te geven, in het algemeen (x, y) waarbij x de x-coördinaat is of de afstand tussen de projectie van het punt op de x-as tot de oorsprong en y de y-coördinaat van het punt is of de afstand tussen de projectie van het punt op de y-as naar de oorsprong. Op deze manier kan elke complexe afbeelding of vorm worden beschreven met behulp van een reeks punten, zodat wanneer u "de punten met elkaar verbindt", de afbeelding wordt gevormd. Dit is een handige manier om de positie van een punt ten opzichte van een oorsprong te beschrijven. Voor dit project werd echter een ander systeem gebruikt.

Een punt op een 2D-raster kan ook worden beschreven met poolcoördinaten. Bij deze methode wordt de positie van een punt beschreven met een andere tupel, gewoonlijk aangeduid als (theta, r) waarbij theta de hoek is tussen de x-as en de halve lijn die de oorsprong en het punt verbindt en r de afstand is tussen de oorsprong en het punt.

De formule om van de ene naar de andere te converteren is te vinden in de bijgevoegde afbeelding. Het is niet nodig om de formules volledig te begrijpen, hoewel het wel helpt om ze te kennen.

Stap 9: De Arduino programmeren

Het programma is gemaakt met behulp van een objectgeoriënteerde techniek, waardoor het programma eenvoudig te gebruiken is. Begin met het maken van een robotobject waarvan de parameters de breedtes en hoogtes van het canvas zijn (meet deze met een liniaal of een meetlint in centimeters en vervang de waarden in regel 4 van het paintRobot.ino-script). De objectgeoriënteerde programmeertechnieken laten ruimte voor verdere ontwikkelingen.

U krijgt dan 3 eenvoudige functies:

1. gotoXY neemt een cartesische coördinaat en verplaatst de robot naar die positie. (Bijvoorbeeld robot.gotoXY(100, 150))
2. brushControl heeft een booleaanse waarde: false tilt het penseel van het canvas terwijl true het penseel op het canvas plaatst. (Bijvoorbeeld robot.brushControl(true))
3. pickPaint neemt een geheel getal -4, -3, -2, -1, 1, 2, 3, 4 waardoor de robot de kwast in de bijbehorende verfcontainer doopt. (Bijvoorbeeld robot.pickPaint(3))

Het onderstaande programma laat de robot naar willekeurige posities bewegen en kiest willekeurige kleuren die uiteindelijk een mooi en uniek kunstwerk creëren. Hoewel dit gemakkelijk kan worden gewijzigd om de robot alles te laten tekenen waar je maar zin in hebt.

Opmerking: zodra de code is geüpload, moet u mogelijk de servohoorn die op de borstel is aangesloten, verplaatsen. Wanneer de p

Stap 10: De verf toevoegen

Zodra de hardware, elektronica en programmering zijn voltooid, kunt u eindelijk wat verf toevoegen aan de individuele verfcontainers. Ik zou aanraden om de verf iets te verdunnen om het schilderij gladder te maken.

Voeg op de buitenste container van de rechter pallet wat gewoon water toe. De robot gebruikt dit water om de borstel schoon te maken voordat hij van kleur wisselt.

Om met een schilderij te beginnen, plaatst u de robot in de linkerbenedenhoek van het canvas met zijn gezicht langs de onderrand en start de robot en leun achterover en kijk hoe het kunstwerk langzaam tot leven komt.

Stap 11: Eindresultaten

Met het huidige programma voert de robot willekeurige bewegingen uit op het canvas wat unieke en mooie schilderijen oplevert. Hoewel met enkele aanpassingen, kan de robot worden gemaakt om specifieke schilderijen uit te voeren met behulp van een referentiebeeld. Het huidige systeem biedt een stevige basis om ontwikkelingen op door te voeren. Het chassis van de robot is ook modulair ontworpen met meerdere gestandaardiseerde bevestigingspunten zodat de robot eenvoudig kan worden omgebouwd voor een toepassing naar jouw behoefte.

Ik hoop dat je genoten hebt van deze Instructable en het heeft je geïnspireerd om je eigen schilderrobot te bouwen.

Als je het project leuk vond, steun het dan door te stemmen in de "Paint Challenge".

Veel plezier met maken!

Hoofdprijs in de Paint Challenge