SKARA- Autonomous Plus handmatige zwembadreinigingsrobot - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

• Tijd is geld en handenarbeid is duur. Met de komst en vooruitgang in automatiseringstechnologieën, moet er een probleemloze oplossing worden ontwikkeld voor huiseigenaren, verenigingen en clubs om zwembaden te reinigen van het puin en vuil van het dagelijks leven, om hun persoonlijke hygiëne te behouden en een bepaalde levensstandaard te behouden.
• Om dit dilemma direct aan te pakken, heb ik een handmatige en autonome reinigingsmachine voor zwembadoppervlakken ontwikkeld. Met zijn eenvoudige maar innovatieve mechanismen, laat je hem 's nachts in een vuil zwembad liggen en word je wakker om schoon en vlekvrij te worden.
• De automaat heeft twee functies, een autonoom die kan worden ingeschakeld met een druk op de knop op de telefoon en onbeheerd kan worden achtergelaten om zijn werk te doen en een andere handmatige modus om die specifieke stukjes twijgjes en bladeren te krijgen wanneer de tijd van essentieel belang is. In de handmatige modus kun je de versnellingsmeter op je telefoon gebruiken om de beweging van de robot te besturen, vergelijkbaar met het spelen van een racespel op de telefoon. Op maat gemaakte app is gemaakt met behulp van de Blynk-app en versnellingsmeter-uitlezingen worden naar de hoofdserver en terug naar mobiel gestuurd en vervolgens worden via hotspot-schakelgegevens naar NodeMCU verzonden.
• Zelfs vandaag de dag worden huishoudelijke schoonmaakrobots gezien als exotische apparaten of luxe speelgoed, dus om deze mentaliteit te veranderen, heb ik het zelf ontwikkeld. Daarom was het hoofddoel van het project om een autonome zwembadreiniger te ontwerpen en te produceren met behulp van beschikbare en goedkope technologieën om het hele prototype kostenefficiënt te houden en daarom kunnen de meeste mensen het in hun huis bouwen, net als ik.

Stap 1: Werkmechanisme

Uurwerk en collectie:

• Het basismechanisme van ons prototype bestaat uit een constant draaiende transportband vooraan om puin en vuil op te vangen.
• Twee motoren die de waterraderen aandrijven die nodig zijn voor de voortbeweging.

Navigatie:

• Handmatige modus: met behulp van de versnellingsmetergegevens van Mobile kan men de richting van Skara bepalen. Daarom hoeft de persoon alleen maar zijn telefoon te kantelen.
• Autonome modus: ik heb een willekeurige beweging geïmplementeerd als aanvulling op het algoritme voor het vermijden van obstakels om de automaat te helpen wanneer deze de nabijheid van een muur detecteert. Twee ultrasone sensoren worden gebruikt om obstakels te detecteren.

Stap 2: CAD-model

• CAD-model is gemaakt op SolidWorks
• U vindt het CAD-bestand ingesloten in deze instructables

Stap 3: Componenten

Mechanisch:

1. Lasergesneden panelen -2nos
2. Acrylplaat 4 mm dik
3. Thermocol of polystyreen plaat
4. Draaibank gesneden staven:
5. Gebogen kunststof plaat (houten afwerking)
6. 3D-geprinte onderdelen
7. Schroeven en moeren
8. Sjabloon ("Skara"-afdruk)
9. Mseal- Epoxy
10. Netstof

Gereedschap:

• Schuurpapier
• verven
• Haakse slijper
• Oefening
• Snijders
• Ander elektrisch gereedschap

Elektronica:

• KnooppuntMCU
• Schroefconnectoren: 2pin en 3pin
• Buck Converter mini 360
• Tuimelschakelaar
• IRF540n-Mosfet
• BC547b- Transistor
• 4.7K weerstand
• Enkele kerndraad
• L293d- Motorstuurprogramma
• Ultrasone sensor - 2nos
• 100 tpm gelijkstroommotor - 3nos
• 12v Loodaccu
• Batterij oplader
• Soldeerbord:
• Soldeerdraad
• Soldeerstaaf

Stap 4: 3D-printen

• 3D-printen werd gedaan door een zelfgeassembleerde printer door een van mijn vrienden
• U kunt 4 bestanden vinden die in 3D moeten worden afgedrukt

• Onderdelen werden 3D-geprint door het 3D CAD-bestand om te zetten in stl-formaat.

• Het waterrad heeft een intuïtief ontwerp met vleugelvormige vinnen om water efficiënter te verplaatsen dan traditionele ontwerpen. Dit helpt om minder belasting van de motor te trekken en om de voortbewegingssnelheid van de automaat merkbaar te verhogen.

Stap 5: Lasergesneden panelen en draaibankstaven

Zijpanelen:

• Om de CAD-weergave te realiseren, moesten de materialen die voor de constructie van het prototype moesten worden gekozen zorgvuldig worden overwogen, rekening houdend met het feit dat de hele constructie een netto positief drijfvermogen zou moeten hebben.
• De hoofdstructuur is te zien in de figuur. De eerste keuze voor het frame was om voor de Aluminium 7-serie te gaan vanwege het lagere gewicht, de betere weerstand tegen corrosie en de betere structurele stijfheid. Echter, vanwege de onbeschikbaarheid van het materiaal op de lokale markt, moest ik het maken met Mild Steel.
• Side Frame Cad is geconverteerd naar. DXF-indeling en aan de leverancier gegeven. U vindt het bestand ingesloten in deze instructable.
• Laser gesneden werd gedaan op LCG3015
• Op deze website kunt u ook lasersnijden (https://www.ponoko.com/laser-cutting/metal)

Draaibank staven:

• Staven die twee panelen met elkaar verbinden en de bak ondersteunen, zijn gemaakt door machinale bewerking op een draaibank van een plaatselijke fabricagewinkel.
• Er waren in totaal 4 hengels nodig

Stap 6: Bouw van Bin

• De bak is gemaakt met behulp van acrylplaten die zijn gesneden met elektrisch gereedschap met afmetingen die verwijzen naar de CAD-tekening.
• De afzonderlijke uitgesneden delen van de bak zijn geassembleerd en aan elkaar geplakt met behulp van waterbestendige epoxyhars van industriële kwaliteit.
• Het hele chassis en zijn componenten worden aan elkaar gemonteerd met behulp van 4 mm roestvrijstalen bouten en 3 roestvrijstalen tapeinden. De gebruikte moeren zijn zelf-positief vergrendelend om naleving van welke aard dan ook te voorkomen.
• Rond gat in 2 zijden van acrylplaten werden gedaan om motoren te plaatsen

• De batterij- en elektronicabehuizing wordt vervolgens uit 1 mm plastic vel gesneden en in het chassis verpakt. Openingen voor de draden goed afgedicht en geïsoleerd.

Stap 7: Drijven

• Het laatste onderdeel dat puur met de structuur te maken heeft, zijn de drijfmiddelen die worden gebruikt om het hele prototype een positief drijfvermogen te geven en om het zwaartepunt ongeveer op het geometrische centrum van het hele prototype te houden.
• De drijfmiddelen werden vervaardigd uit polystyreen (thermocol). Er werd schuurpapier gebruikt om ze goed te vormen
• Deze werden vervolgens op locaties aan het frame bevestigd met behulp van mSeal door te berekenen rekening houdend met de bovenstaande beperkingen.

Stap 8: Ondersteuning voor ultrasone sensoren

• Het was 3D-geprint en achterplaten werden gemaakt met behulp van blikken platen
• Het werd bevestigd met behulp van mseal (een soort epoxy)

Stap 9: Elektronica

• 12V loodzuurbatterij wordt gebruikt om het hele systeem van stroom te voorzien
• Het is parallel aangesloten op de buck-converter en de L293d-motorcontroller
• Buck-converter converteert 12v naar 5v voor het systeem
• IRF540n mosfet wordt gebruikt als digitale schakelaar om de motor van de transportband te regelen;
• NodeMCU wordt gebruikt als hoofdmicrocontroller, het maakt verbinding met mobiel via WiFi (hotspot)

Stap 10: transportband

• Het is gemaakt met behulp van netstof die is gekocht bij de plaatselijke winkel
• De stof is op een cirkelvormige manier gesneden en bevestigd om het doorlopend te maken

Stap 11: Schilderen

Skara is beschilderd met synthetische verf

Stap 12: Skara Symbool Laser Cut

• De stencil werd gesneden met behulp van zelfgemaakte laser gemaakt door mijn vriend.
• Het materiaal waarop lasersnijden is gedaan is stickervel

Stap 13: Coderen

Pre-codeermateriaal:

• Voor dit project heb ik Arduino IDE gebruikt voor het programmeren van mijn NodeMCU. Het is de gemakkelijkere manier als je al eerder een Arduino hebt gebruikt en je geen nieuwe programmeertaal hoeft te leren, zoals Python of Lua bijvoorbeeld.

• Als je dit nog nooit eerder hebt gedaan, moet je eerst ESP8266-bordondersteuning toevoegen aan de Arduino-software.
• Je kunt de nieuwste versie voor Windows, Linux of MAC OSX vinden op de Arduino-website: https://www.arduino.cc/en/main/softwareDownload het gratis, installeer het op je computer en start het op.
• Arduino IDE wordt al geleverd met ondersteuning voor veel verschillende boards: Arduino Nano, Mine, Uno, Mega, Yún, etc. Helaas is ESP8266 niet standaard een van die ondersteunde ontwikkelborden. Dus om uw codes naar een ESP8266-basisbord te uploaden, moet u eerst de eigenschappen ervan toevoegen aan de Arduino-software. Navigeer naar Bestand > Voorkeuren (Ctrl +, op Windows OS); Voeg de volgende URL toe aan het tekstvak Extra Boards Manager (die onderaan het venster Voorkeuren):

• Als het tekstvak niet leeg was, betekent dit dat er al eerder andere boards op Arduino IDE waren toegevoegd. Voeg een komma toe aan het einde van de vorige URL en die erboven.

• Druk op de knop "Ok" en sluit het voorkeurenvenster.
• Navigeer naar Tools > Board > Boards Manager om uw ESP8266-bord toe te voegen.
• Typ "ESP8266" in het zoekvak, selecteer "esp8266 by ESP8266 Community" en installeer het.
• Nu is je Arduino IDE klaar om te werken met veel op ESP8266 gebaseerde ontwikkelborden, zoals de generieke ESP8266, NodeMcu (die ik in deze tutorial heb gebruikt), Adafruit Huzzah, Sparkfun Thing, WeMos, enz.
• In dit project heb ik de Blynk-bibliotheek gebruikt. Blynk-bibliotheek moet handmatig worden geïnstalleerd. Download de Blynk-bibliotheek op https://github.com/blynkkk/blynk-library/releases… Pak het bestand uit en kopieer de mappen naar Arduino IDE-bibliotheken/tools-mappen.

Hoofdcodering:

• U moet de Blynk-authenticatiesleutel en uw WiFi-inloggegevens (ssid en wachtwoord) bijwerken voordat u de code uploadt.
• Download code en bibliotheken hieronder.
• Open de meegeleverde code ("definitieve code") in Arduino IDE en upload deze naar de NodeMCU.

• Sommige sensoren van de smartphone kunnen ook met Blynk worden gebruikt. Deze keer wilde ik de versnellingsmeter gebruiken om mijn robot te besturen. Kantel de telefoon en de robot zal naar links/rechts draaien of vooruit/achteruit bewegen.

Stap 14: Verklaring van code

• In dit project hoefde ik alleen ESP8266- en Blynk-bibliotheken te gebruiken. Ze worden aan het begin van de code toegevoegd.
• U moet uw Blynk-autorisatiesleutel en uw wifi-inloggegevens configureren. Op deze manier kan uw ESP8266 uw wifi-router bereiken en wachten op opdrachten van de Blynk-server. Vervang "typ uw eigen autorisatiecode", XXXX en YYYY door uw auth-sleutel (u ontvangt deze op uw e-mail), SSID en wachtwoord van uw wifi-netwerk.
• Definieer de pinnen van de NodeMCU die op de h-bridge is aangesloten. U kunt de letterlijke waarde (D1, D2, enz.) van het GPIO-nummer van elke pin gebruiken.

Stap 15: Blynk instellen

• Blynk is een service die is ontworpen voor het op afstand bedienen van hardware via een internetverbinding. Hiermee kunt u gemakkelijk Internet of Things-gadgets maken en ondersteunt het verschillende hardware, zoals Arduinos, ESP8266, Raspberry Pi, enz.
• U kunt het gebruiken om gegevens van een Android- of iOS-smartphone (of tablet) naar een extern apparaat te verzenden. U kunt bijvoorbeeld ook gegevens lezen, opslaan en weergeven die zijn verkregen door uw harware-sensoren.
• Blynk App wordt gebruikt voor het maken van de gebruikersinterface. Het heeft een verscheidenheid aan widgets: knoppen, schuifregelaars, joystick, displays, enz. Gebruikers kunnen de widget naar het dashboard slepen en neerzetten en een aangepaste grafische interface maken voor een groot aantal projecten.
• Het heeft een 'energie'-concept. Gebruikers beginnen met 2000 gratis energiepunten. Elke gebruikte widget (in elk project) verbruikt wat energie, waardoor het maximale aantal widgets dat op de projecten wordt gebruikt, wordt beperkt. Een knop verbruikt bijvoorbeeld 200 energiepunten. Op deze manier kan men bijvoorbeeld een interface maken met maximaal 10 knoppen. Gebruikers kunnen extra energiepunten kopen en complexere interfaces en/of verschillende projecten maken.
• De opdrachten van Blynk App worden via internet geüpload naar Blynk Server. Een andere hardware (bijvoorbeeld een NodeMCU) gebruikt Blynk Libraries om die opdrachten van de server te lezen en acties uit te voeren. De hardware kan ook wat gegevens naar de server sturen, die mogelijk op de App worden weergegeven.
• Download de Blynk-app voor Android of iOS via de volgende links:
• Installeer de app en maak een nieuw account aan. Daarna ben je klaar om je eerste project te maken. Je moet ook Blynk-bibliotheken installeren en de auth-code krijgen. De procedure om de bibliotheek te installeren werd beschreven in de vorige stap.
• · BLYNK_WRITE(V0) functie werd gebruikt om accelerometer waarden te lezen. De versnelling op de y-as werd gebruikt om te bepalen of de robot naar rechts/links moet draaien, en de versnelling op de z-as wordt gebruikt om te zien of de robot vooruit/achteruit moet bewegen. Als de drempelwaarden niet worden overschreden, stoppen de motoren.
• Download de blynk-app op mobiel Sleep het accelerometer-object van Widget Box en zet het neer op het dashboard. Wijs onder Knopinstellingen een virtuele pin toe als uitvoer. Ik gebruikte virtuele pin V0. U zou Auth Token in de Blynk-app moeten krijgen.
• Ga naar de projectinstellingen (moerpictogram). Voor handmatige/autonome knop heb ik V1 in de app gebruikt. Voor transportband heb ik V2 als uitvoer gebruikt.
• Op de foto's zie je een screenshot van de uiteindelijke app.

Stap 16: Eindmontage

Ik heb alle onderdelen bevestigd

Dus het project is af

Stap 17: Tegoeden

Ik wil mijn vrienden bedanken voor:

1. Zeeshan Mallick: helpt me met CAD-model, chassisfabricage

2. Ambarish Pradeep: inhoud schrijven

3. Patrick: 3D-printen en lasersnijden

Tweede prijs in de IoT Challenge