Hoe de ProtoBot te bouwen - een 100% open source, supergoedkope, educatieve robot - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

De ProtoBot is een 100% open source, toegankelijke, super goedkope en eenvoudig te bouwen robot. Alles is open source - hardware, software, handleidingen en curriculum - wat betekent dat iedereen toegang heeft tot alles wat ze nodig hebben om de robot te bouwen en te gebruiken.

Het is een geweldige manier om de basisprincipes van solderen, elektrotechniek en programmeren te leren.

Deze Instructable behandelt hoe je er een kunt bouwen, van het kale bord, componenten en 3D-geprinte stukken tot een volledig geassembleerde (en hopelijk functionele!) ProtoBot.

(Als je meer wilt weten over de ProtoBots in het algemeen en/of het ProtoBot-project, bezoek dan https://theprotobotproject.wordpress.com, of de ProtoBots Github, op

U kunt ook een PDF-versie van deze handleiding vinden op

Stap 1: Benodigdheden: Onderdelen

Als je klaar bent om aan de slag te gaan, heb je het volgende nodig. Hoeveelheden zijn voor 1 robot.

Onderdelen: (Link #1 is eBay, #2 is AliExpress, meestal goedkoper)

• 2 x N20 Motorreductoren, 300RPM, 12V (link, link)
• 1 x Arduino Nano (link, link)
• 2 x kunststof wielen, 39 MM, 3 MM gat (lot van 10: gele schakel, gele schakel, roze schakel)
• 2 x Tactiele eindschakelaars (10 stuks schakel)
• 2 x 220 Ohm weerstanden (100 stuks: link, link)
• 4 x 10K weerstanden (100 stuks: link, link)
• 1 x L293D motordriver (link, link)
• 2 x TCRT5000L IR-sensor (10 stuks: link, link)
• 7 x DuPont Female-Female draden (40 stuks: link, link)
• 1 x 9V Batterij Clip (10 stuks: link, link)
• 18 x male header pins (200 stuks: link, al 90 graden gebogen link)
• 32 x Female Header Pins (400 stuks: link, link)

De hoeveelheden zijn alleen van toepassing op aanbiedingen waar een enkel item wordt verkocht (Arduino's en motoren), aangezien al het andere in bulk is en je extra's overhoudt. Wanneer de aanbiedingen groter zijn dan de benodigde hoeveelheid, is dit meestal omdat het goedkoper is om in bulk te kopen dan losse items. Ik klaag niet!

Nog een ding: alles hier komt uit China en daarom duurt verzending normaal gesproken een maand, en soms twee in extreme gevallen. Ik heb echter nog nooit gehad dat iets uiteindelijk niet kwam opdagen.

Stap 2: Benodigdheden: onderdelen (de rest)

Maar wacht! Er is meer!

Je hebt nog een paar onderdelen nodig, namelijk de 3D-geprinte onderdelen, de printplaat, de batterij en de "Hook and Loop Fastner" (zoals bijvoorbeeld klittenband) voor de batterij.

• Klittenbandsluiting (eBay Link, een meter van het spul)
• Batterij (eBay Link, maar koop hem gewoon in de winkel)

3D-geprinte onderdelen:

• STL-bestanden zijn te vinden op
• Wanneer u gaat afdrukken, wijzigt u het formaat naar 105% en wijzigt u de opvulling in 30%. Er zijn geen steunen nodig, u bepaalt zelf of u een vlot nodig heeft. Antennes passen misschien gemakkelijker op de stootsensoren als ze iets groter worden geschaald.

Printplaat:

Als je het zelf wilt etsen, ga je gang. Alles wat je nodig hebt is te vinden op

Wat ik deed (de gemakkelijkere manier, als je de spullen nog niet hebt):

• Ik heb www.pcbway.com gebruikt en ze laten je 5 stuks maken voor $ 5, exclusief verzendkosten. Als we ongeveer 20 stuks maken voor STEM-kampen, kost het ongeveer $ 24, inclusief verzendkosten.
• Maak een account bij hen aan, upload het gerber-bestand zip, en ze zullen je het gevraagde aantal boards bezorgen.

Stap 3: Benodigdheden: Gereedschap

Dit is mogelijk al materiaal dat je hebt, maar ik zal hier toch links geven.

Hulpmiddelen: (Links naar Amazon)

• Soldeerbout ($ 7 op Amazon, maar we hebben ze in kampen gebruikt, en ik ben erg onder de indruk, ze presteren beter dan de 25 $ Wellers die we hebben.)
• Soldeer (wordt geleverd met het strijkijzer van $ 7, dus je hebt het nu niet nodig, maar dit gaat voor altijd mee)
• Helping Hands (Niet nodig, ik heb er zelf nog geen gekocht, maar ze maken het leven zeker makkelijker)
• Soldeerzuiger (echt handig als het niet verstopt is)
• Messingwolreiniger (om uw ijzeren punt in goede staat te houden)
• Soldeerbouthouder (zodat je niet per ongeluk je arm op het strijkijzer legt)
• Draadknippers (u hebt deze nodig)
• Draadstrippers (je kunt zonder, maar ze maken het leven veel gemakkelijker)
• Naaldtang (niet absoluut nodig, maar leuk)
• Hoge temperatuur hete lijmpistool en lijm (CA-lijm of iets anders werkt misschien ook)

De conservatieve spaarder schudt misschien zijn of haar hoofd bij deze enorme hoeveelheid gereedschappen die moet worden gekocht, maar onthoud: elk van deze gereedschappen zal, als ze op de juiste manier worden verzorgd, jaren meegaan en voor verschillende dingen worden gebruikt. kleine robotjes maken. (Dat gezegd hebbende, ik voel je!)

Stap 4: Motor en Bump Sensor Montage: Knip, Strip, 'n Tin Draden

Laten we beginnen met de draden voor de Bump Sensors en Motors. Je moet een soldeerbout en een werkplek opzetten om te solderen, en misschien wil je een vorm van ventilatie. Een kleine ventilator op lage snelheid is fijn.

1. Scheid 2 sets van 4 draden van uw vrouwelijke naar vrouwelijke jumpers.
2. Gebruik je draadknipper om ze in het midden van elke set te knippen.
3. Gebruik uw strippers om ongeveer 5 MM of 1/4e isolatie van de uiteinden van de draden te strippen.
4. Scheid de draaduiteinden en draai vervolgens de afzonderlijke koperen strengen om ze netjes te houden.
5. Vertin elk draaduiteinde door uw vertinde strijkijzer op de draad te houden, terwijl u de draad op uw soldeersel aanbrengt.

Als je klaar bent, zou je 4 sets van elk 2 draden moeten hebben, met 2 vertinde draden aan het ene uiteinde en 2 vrouwelijke connectoren aan elk uiteinde.

Stap 5: Motor- en stootsensorassemblage: soldeermotoren en sensoren

Houd je soldeerbout aan, want we zijn nog niet helemaal klaar…

1. Buig voor elke set draden de vertinde uiteinden 180 graden uit elkaar.
2. Steek de draaduiteinden in de connectorlipjes op de motoren en stootsensoren, zoals weergegeven in de afbeeldingen.
3. Zet de motoren en sensoren op de een of andere manier vast.
4. Gebruik uw vertinde strijkijzer om de draden aan de connectorlipjes te solderen.

Stap 6: IR-sensorassemblage: knippen, strippen, 'n tin

Nu je motoren en stootsensoren klaar zijn, is het tijd om verder te gaan met de IR-sensoren.

• Scheid een set van 3 vrouwelijke-vrouwelijke draden.
• Snijd ze doormidden.
• Strip ongeveer 5 MM of 1/4 inch isolatie van de uiteinden.
• Vertin de draden door ze op je soldeersel te houden en vervolgens je vertinde strijkijzer aan te brengen.

Als je klaar bent, zou je 2 sets van 3 draden moeten hebben met de vrouwelijke connectoren aan het ene uiteinde en vertinde draaduiteinden aan het andere.

Stap 7: IR-sensorassemblage: sensoren voorbereiden

Dit is waarschijnlijk het moeilijkste soldeerwerk dat u zult moeten doen. Neem je tijd!

1. Gebruik uw tondeuse om de extra draden af te snijden, zodat er ongeveer 5 mm of 1/4 inch vrij blijft van de plastic behuizing van de sensor.
2. Bepaal de richting van uw sensor op basis van de afbeelding.
3. Buig de GND-draad voor de blauwe LED om zodat deze contact maakt met de GND-draad van de zwarte LED.
4. Zet de sensoren vast en gebruik vervolgens je soldeerbout om een soldeerverbinding te maken tussen de GND-draden die je hebt aangesloten.

Stap 8: IR-sensorassemblage: soldeerdraden

Nu zijn we klaar om de draden aan te sluiten op de IR-sensoren.

1. Scheid de draaduiteinden, zodat u de afzonderlijke draden ongeveer 2,5 cm of 1 inch van elkaar gescheiden hebt.
2. Begin met het in volgorde solderen van de draden aan elk van de 3 draden van de sensor.
3. Als je plakband gebruikt zoals ik, draai dan de sensor om en soldeer de andere kant als je klaar bent met één kant.

Opmerking: aangezien de DuPont-draden willekeurig gekleurd zijn, is het niet eenvoudig om vast te houden aan een kleurconventie, dus ik raad aan om deze consistent te houden tussen sensorparen. Ik probeer ze meestal in volgorde te doen, met GND, Sense en dan +5V, waarbij de donkerste eindkleur GND is.

Stap 9: Monteer de batterijkabel

Last but not least moeten we de batterijkabel aan elkaar solderen.

• Pak je laatste 2-pins lengte van mannelijke headers en duw vervolgens het plastic scheidingsstuk naar beneden tot ongeveer het midden van de pinnen.
• Buig met een tang een kant in een hoek van 90 graden.
• Zet het op de een of andere manier vast (ik heb een stuk schuim gebruikt en vervolgens plakband toegevoegd om de headers op hun plaats te houden wanneer het schuim smolt).
• Tin elke pin, zodat het gemakkelijk is om de draden te solderen.
• Zorg ervoor dat de polariteit correct is (Rood = +, Zwart = -), soldeer de batterijconnector aan de pinnen.

(Als uw batterijconnectoren niet vooraf gestript en vertind zijn, moet u dat doen.)

Achteraf gezien is het misschien een goed idee om een klein stukje krimpkous over de verbinding tussen de draden en de koppennen te plaatsen.

Stap 10: Neem een pauze

Nu je klaar bent met de sensoren en motoren, is het een goed idee om even te pauzeren. Ik heb heel veel onderdelen voor de ProtoBots verzameld en ik moet nog steeds af en toe pauzeren.

Terwijl je je pauze neemt, ga je gang en maak van de gelegenheid gebruik om alle kleine stukjes metaal en draadisolatie op je werkruimte op te ruimen. Even een frisse neus halen en een lekker drankje of iets verfrissends halen.

Voel je je voldoende verfrist, ga dan gerust verder!

Stap 11: Monteer Arduino

Laten we ermee aan de slag gaan, te beginnen met het in elkaar zetten van de Arduino.

• Haal de Arduino uit de plastic zak waarin hij kwam
• Zoek de twee 15-pins headers en steek ze met de korte kant naar boven in de Arduino, zoals weergegeven.
• Steek de Arduino in een bord om ervoor te zorgen dat de headers tijdens het solderen in de juiste hoek blijven.
• Begin bij de hoeken en soldeer elke pin aan de Arduino.

Als u klaar bent, controleert u of er soldeer is dat twee pinnen overbrugt. Om overtollig soldeer te verwijderen, smelt u het gewoon in het midden met uw strijkijzer en sleept u het vervolgens weg van de pinnen. Als dat niet werkt, probeer dan het teveel op te zuigen met je soldeerzuiger.

Je zult merken dat ik de set van 6 pinnen niet heb gesoldeerd. Dat zijn de ICSP-pinnen, die worden gebruikt om het te programmeren zonder de USB. We hebben ze niet nodig voor de ProtoBot, maar je kunt ervoor kiezen om ze in te solderen, als je dat wilt.

Stap 12: Monteer het bord: verzamel onderdelen

Je zou alle onderdelen moeten hebben die je nodig hebt voor het bord, maar neem even de tijd om ze te verzamelen in de hoeveelheden die je nodig hebt.

• 1 x ProtoBotBoard
• 1 x geassembleerde Arduino Nano
• 2 x 220 ohm weerstanden
• 4 x 10K Weerstanden
• 1 x 14-pins lengte van mannelijke header-pinnen
• 2 x 15-pins lengte van vrouwelijke koppennen
• 1 x 2-pins lengte van vrouwelijke header-pinnen
• 1 x L293D motordriverchip

Om de vrouwelijke headers te knippen, gebruik ik de draadknipper en klem ze op een extra pin. Je zult voor elke snede een speld moeten opofferen, maar je zou hoe dan ook genoeg over moeten houden.

Stap 13: Monteer het bord: soldeer vrouwelijke koppennen

Je kunt de vrouwelijke header-pinnen overslaan als je wilt, maar het maakt het gemakkelijk om de Arduino opnieuw te gebruiken of problemen op te lossen voor het geval er iets misgaat.

1. Steek de Arduino in de vrouwelijke header-pinnen. (In dit geval gebruiken we het alleen om ze uitgelijnd te houden)
2. Steek de Arduino/header-pin-assemblage in het bord en bevestig het aan het bord.
3. Begin bij de hoekpinnen en soldeer de vrouwelijke koppinnen aan het bord.

Stap 14: Monteer het bord: Soldeer Motor Driver Chip

Tijd om de motordriver te solderen!

1. Plaats de motordriver in het bord, met de inkeping aan de bovenkant van de chip uitgelijnd met de opening in de omtrek op het bord.
2. Zet het vast met wat plakband.
3. Soldeer elke pin, te beginnen met die in de hoek, en ga dan verder met de rest.

Stap 15: Monteer het bord: soldeer 10K-weerstanden

Als je klaar bent met de motordriver, gaan we verder met de 10K-weerstanden.

1. Vind je 4 10K weerstanden. Ze kunnen blauw of bruin van kleur zijn, maar welke kleur dan ook, ze moeten overeenkomen met de kleurbanden in het diagram.
2. Buig de draden op elke weerstand in een hoek van 90 graden naar beneden.
3. Steek elk van de 4 weerstanden in de plekken gemarkeerd met "10K" op het bord.
4. Gebruik plakband om ze aan het bord te bevestigen (of buig gewoon de draden, maar plakband werkt beter).
5. Soldeer ze elk en zorg ervoor dat u de andere gaten eromheen niet opvult.
6. Als u klaar bent, knipt u de extra draad boven de soldeerverbinding af en verwijdert u vervolgens de afplaktape.

Opmerking: ik heb hier zelden problemen mee gehad, maar soms kan het knippen van leads na het solderen sporen op het bord breken, wat meestal niet te repareren is. Wees voorzichtig!

Stap 16: Monteer het bord: soldeer de 220 Ohm-weerstanden

Laten we nu de 220 ohm weerstanden doen.

1. Net als bij de 10K-weerstanden, kunnen de 220-weerstanden bruin of blauw zijn, zorg er gewoon voor dat ze overeenkomen met de kleurbanden, zoals weergegeven in het diagram.
2. Buig de snoeren in een hoek van 90 graden en steek ze vervolgens in de punten gemarkeerd met "220".
3. Zet ze vast met plakband of buig de draden.
4. Soldeer de draden in het bord.
5. Als u klaar bent, knipt u de draden af en verwijdert u de afplaktape.

Stap 17: Monteer het bord: Sensor Header Pins

Laten we verder gaan met headers voor het aansluiten van de sensoren.

1. Breek uw set mannelijke headers met 14-pins lengte in 4 x 2-pins lengtes en 2 x 3-pins lengtes.
2. Gebruik plakband om de headers, met de korte kant naar beneden, vast te zetten op de plekken van de borden die zijn gemarkeerd met "BL", "BR" (2-pins lengtes) en "IRR" en "IRL" (3-pins lengtes). Je hebt nog 2 sets van 2-pins lengtes over, maak je daar voorlopig geen zorgen over.
3. Soldeer de pinnen op hun plaats vanaf de onderkant van het bord. Ik heb de 2-pins en 3-pins lengtes afzonderlijk gedaan, maar je zou ze allemaal samen kunnen doen.
4. Verwijder de plakband

Stap 18: Monteer het bord: Motor Header Pins

Weet je nog die twee extra 2-pins header-lengtes? Die gaan we gebruiken om de motoren aan te sluiten.

1. Buig met een tang de lange zijde van de draden in een hoek van 90 graden.
2. Steek ze in de plekken op het bord gemarkeerd met "MR" en "ML".
3. Zet ze vast met plakband.
4. Soldeer ze op hun plaats en verwijder vervolgens de plakband.

Stap 19: Monteer het bord: batterijconnector

Bijna klaar! We hoeven alleen de batterijconnector toe te voegen.

1. Pak je 2-pins lengte vrouwelijke header-pinnen en steek ze in de plek op het bord gemarkeerd met "Bat".
2. Zet ze vast met een stukje plakband.
3. Soldeer de pinnen in het bord en verwijder vervolgens de plakband.

Stap 20: assembleer bord: controleer alles

Voordat je klaar bent, kijk je naar het bord en zorg je ervoor dat alles is hoe en waar het moet zijn.

Controleren op:

• Soldeerbruggen (wanneer soldeer twee pinnen met elkaar verbindt)
• Spullen op de verkeerde manier of op de verkeerde plaats geplaatst
• Onjuist aangesloten/gesoldeerde pinnen

Soldeerbruggen zijn eenvoudig genoeg te repareren, gebruik gewoon een soldeerzuiger en een heet strijkijzer om de extra te verwijderen.

Spullen die op de verkeerde manier zijn gesoldeerd, moeten worden ontsoldeerd en op de juiste manier worden teruggeplaatst. Dezelfde procedure als het verwijderen van bruggen, doe het gewoon voor elke pin op wat dan ook dat moet worden verwijderd.

Stap 21: Neem een pauze

Inmiddels ben je al een tijdje aan het solderen. Het is misschien een goed idee om even een pauze te nemen, een frisse neus te halen en die nekspieren te strekken.

Terwijl je toch bezig bent, kun je de soldeerspullen opruimen en je strijkijzer opbergen, en vervolgens je hete lijmpistool instellen om op te warmen.

Stap 22: Robotmontage: onderdelen verzamelen

Nu ben je klaar om de ProtoBot te monteren!

Laten we ervoor zorgen dat je de onderdelen hebt die je nodig hebt.

• 1 x ProtoBotBoard met Arduino Nano geplaatst
• 1 x 3D-geprinte basis
• 2 x 3D-geprinte antenne-onderdelen
• 4 x 3D-printplaatsteunen
• 2 x stootsensoren
• 2 x IR-sensoren
• 2 x N20 reductiemotoren
• 2 x 39 MM plastic wielen (3 mm diameter binnengat)
• 1 x batterijconnector
• 1 x 9V batterij
• 1 set klittenbandsluitingen (zoals klittenband), op ongeveer de lengte van de 9V-batterij gesneden

Je hebt ook een heet lijmpistool en lijm nodig, bij voorkeur High-Temp.

Stap 23: Robotmontage: Lijmmotoren

Laten we beginnen met de motoren

• Doe een flinke hoeveelheid hete lijm in de motorsteunen.
• Plaats de motoren in de houders, met de draden terug uit de achterkant van de robot.

Opmerking: pas op dat u geen hete lijm in het gebied krijgt waar de versnellingsbakken zullen zijn, ze zullen vastplakken en niet werken. Over het algemeen plaats ik mijn schar lijm op de uiteinden van de motorsteunen die zich het dichtst bij het midden van de robot bevinden om ervoor te zorgen dat deze niet naar de uiteinden gaat, waar de versnellingsbak is.

Stap 24: Robotmontage: stootsensoren

Laten we nu de stootsensoren doen.

• Plaats uw antenne op een stootsensor, zoals afgebeeld.
• Als je het eenmaal hebt aangebracht, kun je een beetje hete lijm toevoegen om het vast te zetten, als je dat wilt.
• Doe klodders hete lijm op elk stootsensorplatform op de basis.
• Druk de stootsensoren op hun plaats en zorg ervoor dat ze zijn uitgelijnd met de randen van het platform.

Opmerking: Afhankelijk van hoe goed uw printer werkt, kan het moeilijk zijn om de antenne op te zetten. Pas op dat u de stootsensoren niet bedient of ze breekt. (Dit is de reden waarom het veel helpt om ze iets groter af te drukken)

Stap 25: Robotmontage: IR-sensoren

EyeR-sensoren! (Hehe, Geddit? Ok, ok, het oog stopt nu)

• Breng een beetje lijm aan op de bovenkant van de IR-sensorbevestigingen.
• Buig de draden van de IR-sensoren uit de weg en steek ze vervolgens in de steunen, zodat de toppen een beetje uitsteken.

Stap 26: Robotmontage: bord bevestigen

Laten we het bord nu aan de robot bevestigen.

• Bereid uw 4 printplaatsteunen voor.
• Doe een beetje hete lijm op elke hoek van het bord.
• Bevestig de bordsteunen aan elke hoek.
• Als je klaar bent, doe je een beetje hete lijm op elke steun.
• Bevestig het bord aan het robotlichaam, met de motoraandrijving en pinnen naar achteren en sensorverbindingspinnen naar voren.

Stap 27: Robotmontage: draden aansluiten, wielen toevoegen

Laten we alle sensoren en motoren aansluiten.

• Neem de draden van de stoot- en IR-sensoren en voer ze door het gat in de robotbasis.
• Sluit de linkermotor aan op de poort met het label "ML"
• Sluit de rechtermotor aan op de poort met het label "MR"
• Bevestig uw wielen aan de motoren.
• Als ze roze zijn, hadden ze een "D"-vormig gat dat moet worden uitgelijnd met de vlakke plek op de motoras.
• Als ze geel zijn, kunnen ze echter doorgaan, maar je zult waarschijnlijk wat lijm willen toevoegen om ervoor te zorgen dat ze niet alleen draaien.
• Sluit de linker en rechter stootsensoren aan op hun respectievelijke poorten, aangeduid met "BL" en "BR". De volgorde van de draden maakt hier niet uit.(Merk op dat de sensor aan de rechterkant niet op de rechterpoort wordt aangesloten, omdat de antenne zich eigenlijk aan de linkerkant bevindt.)
• Zoek uit welke draden welke zijn op uw IR-sensoren, op basis van het diagram en welke draden waar zijn, sluit ze vervolgens aan op de juiste pinnen op het bord, gelabeld PWR, IN en GND. (Rechter sensor in "IRR", linker sensor in "IRL").

Stap 28: Robotmontage: 9V-batterij bevestigen

Nu gaan we de batterij bevestigen.

• Pak je klittenband (IE, klittenband) en knip een stuk van elke kant ongeveer zo lang als de batterij.
• Bevestig een kant aan de onderkant van de basis, waar de batterij komt.
• Zoek uit op welke manier de batterij zal zitten, gebaseerd op de richting van de draden die uit de batterijkabel komen, en bevestig vervolgens de klittenbandsluiting (IE, klittenband) zodat deze goed past. (Zie foto's. Het maakt niet zoveel uit als je het niet goed georiënteerd krijgt.)
• Voer de draad van de batterij door het gat in de basis.

Stap 29: Klaar

Sluit de batterij aan! Als er geen magische rook ontsnapt, zit je goed!

De volgende stap is om het te programmeren, maar dat behandelen we in een andere instructable. (zal hier linken, zodra ik het gedaan heb)

Als je ongeduldig bent, niet kunt wachten en weet hoe je Arduino-bibliotheken moet gebruiken, kun je de bibliotheek hier vinden:

Als je meer wilt weten over de ProtoBots in het algemeen en/of het ProtoBot-project, bezoek dan https://theprotobotproject.wordpress.com, of de ProtoBots Github, op