Comment construire le ProtoBot - un robot éducatif 100% open source, super bon marché : 29 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Le ProtoBot est un robot 100% open source, accessible, super peu coûteux et facile à construire. Tout est Open Source - matériel, logiciels, guides et programmes - ce qui signifie que tout le monde peut accéder à tout ce dont il a besoin pour construire et utiliser le robot.

C'est un excellent moyen d'apprendre les bases de la soudure, de l'électrotechnique et de la programmation.

Ce Instructable explique comment en construire un, de la carte nue, des composants et des pièces imprimées en 3D, à un ProtoBot entièrement assemblé (et, espérons-le, fonctionnel !).

(Si vous souhaitez en savoir plus sur les ProtoBots en général et/ou le projet ProtoBot, visitez https://theprotobotproject.wordpress.com, ou les ProtoBots Github, sur

Vous pouvez également trouver une version PDF de ce guide sur

Étape 1: Fournitures: Pièces

Une fois que vous êtes prêt à commencer, voici ce dont vous aurez besoin. Les quantités sont pour 1 robot.

Pièces: (Le lien n°1 est eBay, n°2 est AliExpress, généralement moins cher)

• 2 x Motoréducteurs N20, 300RPM, 12V (lien, lien)
• 1 x Arduino Nano (lien, lien)
• 2 x roues en plastique, 39 mm, trou de 3 mm (lot de 10: lien jaune, lien jaune, lien rose)
• 2 x fins de course tactiles (lien 10 pièces)
• 2 résistances 220 Ohm (100 pièces: lien, lien)
• 4 résistances 10K (100 pièces: lien, lien)
• 1 x pilote de moteur L293D (lien, lien)
• 2 x capteur IR TCRT5000L (10 pièces: lien, lien)
• 7 x fils DuPont Femelle-Femelle (40 Pièces: lien, lien)
• 1 x clip de batterie 9V (10 pièces: lien, lien)
• 18 x broches d'en-tête mâles (200 pièces: lien, lien déjà plié à 90 degrés)
• 32 x broches femelles (400 pièces: lien, lien)

Les quantités ne s'appliquent qu'aux annonces où un seul article est vendu (Arduinos et moteurs), car tout le reste est en vrac et il vous restera des extras. Lorsque les annonces dépassent la quantité nécessaire, c'est généralement parce qu'il est moins cher d'acheter en gros que des articles isolés. Je ne me plains pas!

Une dernière chose: tout ici vient de Chine, et donc l'expédition prend normalement un mois, et parfois deux dans les cas extrêmes. Cependant, je n'ai jamais rien eu qui ne s'est finalement pas présenté.

Étape 2: Fournitures: Pièces (les autres)

Mais attendez! Il y a plus!

Vous avez encore besoin de quelques pièces supplémentaires, à savoir les pièces imprimées en 3D, le circuit imprimé, la batterie et le "Hook and Loop Fastner" (comme le Velcro, par exemple) pour la batterie.

• Fermeture auto-agrippante (eBay Link, un mètre du matériel)
• Batterie (eBay Link, mais achetez-la simplement au magasin)

Pièces imprimées en 3D:

• Les fichiers STL se trouvent sur
• Lorsque vous lancez l'impression, redimensionnez-les à 105 % et modifiez le remplissage à 30 %. Aucun support n'est nécessaire, vous déterminez si vous avez besoin d'un radeau. Les antennes peuvent s'adapter plus facilement aux capteurs de choc si elles sont un peu plus grandes.

Circuit imprimé:

Si vous voulez essayer de le graver vous-même, allez-y. Tout ce dont vous avez besoin se trouve sur

Ce que j'ai fait (le moyen le plus simple, si vous n'avez pas déjà le matériel):

• J'ai utilisé www.pcbway.com, et ils vous laisseront faire 5 pièces pour 5 $, sans compter les frais de port. Lorsque nous fabriquons une vingtaine de pièces pour les camps STEM, cela coûte environ 24 $, frais de port inclus.
• Créez un compte avec eux, téléchargez le fichier zip gerber et ils vous obtiendront le nombre de planches que vous avez demandé.

Étape 3: Fournitures: Outils

Maintenant, c'est peut-être déjà des trucs que vous avez, mais je vais quand même donner des liens ici.

Outils: (Liens vers Amazon)

• Fer à souder (7 $ sur Amazon, mais nous les avons utilisés dans des camps, et je suis très impressionné, ils surpassent les Wellers à 25 $ que nous avons.)
• Soudure (Livré avec le fer à 7 $, vous n'en avez donc pas besoin maintenant, mais cela vous durera pour toujours)
• Helping Hands (Pas nécessaire, je ne m'en suis pas encore acheté, mais ils me facilitent certainement la vie)
• Souder Sucker (vraiment utile quand il n'est pas bouché)
• Nettoyant pour laine de laiton (Pour garder votre pointe de fer en bon état)
• Support de fer à souder (afin de ne pas poser accidentellement votre bras sur le fer)
• Coupe-fils (vous en aurez besoin)
• Pinces à dénuder (Vous pouvez vous en passer, mais elles facilitent grandement la vie)
• Pince à bec effilé (pas absolument nécessaire, mais agréable)
• Pistolet à colle chaude haute température et colle (la colle CA ou autre peut également fonctionner)

Le dépensier conservateur peut secouer la tête devant cette énorme masse d'outils à acheter, mais gardez à l'esprit que chacun de ces outils, s'il est correctement entretenu, durera des années et peut être utilisé pour une variété de choses en plus. faire des petits robots. (Cela étant dit, je te sens!)

Étape 4: Assemblage du moteur et du capteur de choc: Coupez, dénudez et étain les fils

Commençons par les fils pour les capteurs de choc et les moteurs. Vous devrez installer votre fer à souder et un lieu de travail pour le soudage, et vous voudrez peut-être une certaine forme de ventilation. Un petit ventilateur à faible vitesse est agréable.

1. Séparez 2 jeux de 4 fils de vos cavaliers femelle à femelle.
2. Utilisez vos pinces coupantes pour les couper au milieu de chaque ensemble.
3. À l'aide de vos dénudeurs, dénudez environ 5 mm ou 1/4 d'isolant aux extrémités des fils.
4. Séparez les extrémités des fils, puis torsadez les brins de cuivre individuels pour les garder bien rangés.
5. Etamez chaque extrémité de fil en tenant votre fer étamé sur le fil, tout en appliquant le fil sur votre soudure.

Lorsque vous avez terminé, vous devriez avoir 4 jeux de 2 fils chacun, avec 2 fils étamés à une extrémité et 2 connecteurs femelles à chaque extrémité.

Étape 5: Assemblage du moteur et du capteur de choc: Moteurs et capteurs à souder

Gardez votre fer à souder allumé, car nous n'avons pas encore tout à fait fini…

1. Pour chaque jeu de fils, pliez les extrémités étamées à 180 degrés l'une de l'autre.
2. Insérez les extrémités des fils dans les languettes du connecteur sur les moteurs et les capteurs de choc, comme indiqué sur les images.
3. Sécurisez les moteurs et les capteurs d'une manière ou d'une autre.
4. À l'aide de votre fer étamé, soudez les fils aux languettes du connecteur.

Étape 6: Assemblage du capteur IR: coupez, dénudez et étain

Une fois vos moteurs et capteurs de choc terminés, il est temps de passer aux capteurs IR.

• Séparez un jeu de 3 fils femelle-femelle.
• Coupez-les en deux.
• Dénudez environ 5 mm ou 1/4 de pouce d'isolant aux extrémités.
• Etamez les fils en les tenant sur votre soudure, puis en appliquant votre fer étamé.

Lorsque vous avez terminé, vous devriez avoir 2 jeux de 3 fils avec les connecteurs femelles à une extrémité et les extrémités des fils étamés à l'autre.

Étape 7: Assemblage du capteur IR: préparer les capteurs

C'est probablement la soudure la plus difficile que vous aurez à faire. Prends ton temps!

1. Utilisez vos tondeuses pour couper les fils supplémentaires, en laissant environ 5 mm ou 1/4 de pouce exposés du corps en plastique du capteur.
2. Déterminez l'orientation de votre capteur en fonction de l'image.
3. Pliez le fil GND de la LED bleue pour entrer en contact avec le fil GND de la LED noire.
4. Fixez les capteurs, puis utilisez votre fer à souder pour établir une connexion de soudure entre les fils GND que vous avez connectés.

Étape 8: Assemblage du capteur IR: Fils à souder

Nous sommes maintenant prêts à connecter les fils aux capteurs IR.

1. Séparez les extrémités des fils, de sorte que les fils individuels soient séparés d'environ 2,5 cm, ou 1 pouce.
2. Commencez à souder les fils, dans l'ordre, à chacun des 3 fils du capteur.
3. Si vous utilisez du ruban adhésif comme moi, lorsque vous avez terminé avec un côté, retournez le capteur et soudez l'autre côté.

Remarque: étant donné que les fils DuPont sont colorés de manière aléatoire, il n'est pas facile de s'en tenir à une convention de couleur, je vous recommande donc simplement de la maintenir cohérente entre les paires de capteurs. J'essaie généralement de les faire dans l'ordre, avec GND, Sense, puis +5V, la couleur finale la plus sombre étant GND.

Étape 9: Assemblez le câble de la batterie

Enfin, nous devrons souder le câble de la batterie ensemble.

• Obtenez votre dernière longueur à 2 broches d'en-têtes mâles, puis poussez la pièce de séparation en plastique jusqu'à environ le milieu des broches.
• À l'aide d'une paire de pinces, pliez un côté à un angle de 90 degrés.
• Fixez-le d'une manière ou d'une autre (j'ai utilisé un morceau de mousse, puis j'ai ajouté du ruban adhésif pour maintenir les en-têtes en place lorsque la mousse a fondu).
• Étamez chaque broche pour qu'il soit facile de souder les fils.
• En vous assurant que la polarité est correcte (Rouge = +, Noir = -), soudez le connecteur de la batterie aux broches.

(Si vos connecteurs de batterie ne sont pas pré-dénudés et étamés, vous devrez le faire.)

Avec le recul, il peut être judicieux de placer un petit morceau de gaine thermorétractable sur le joint entre les fils et les broches du collecteur.

Étape 10: Faites une pause

Maintenant que vous avez terminé les capteurs et les moteurs, c'est une bonne idée de faire une pause. J'ai assemblé des tas de pièces pour les ProtoBots, et j'ai encore besoin de faire des pauses de temps en temps.

Pendant que vous prenez votre pause, allez-y et profitez-en pour nettoyer tous les petits bouts de métal et d'isolant de fil sur votre espace de travail. Ensuite, prenez une bouffée d'air frais et prenez un bon verre de quelque chose de rafraîchissant.

Lorsque vous vous sentez suffisamment reposé, n'hésitez pas à continuer !

Étape 11: Assembler Arduino

Allons-y, en commençant par assembler l'Arduino.

• Sortez l'Arduino du sac en plastique dans lequel il est entré
• Trouvez les deux longueurs d'en-têtes à 15 broches et insérez-les, côté court vers le haut, dans l'Arduino, comme indiqué.
• Insérez l'arduino dans une carte pour vous assurer que les en-têtes restent au bon angle pendant la soudure.
• En commençant par les coins, soudez chaque broche à l'Arduino.

Lorsque vous avez terminé, vérifiez qu'il n'y a pas de soudure reliant deux broches. Pour éliminer l'excès de soudure, faites-le simplement fondre au milieu avec votre fer à repasser, puis éloignez-le des broches. Si cela ne fonctionne pas, essayez d'aspirer l'excès avec votre ventouse.

Vous remarquerez que je n'ai pas soudé le jeu de 6 broches. Ce sont les broches ICSP, utilisées pour le programmer sans USB. Nous n'en avons pas besoin pour le ProtoBot, mais vous pouvez choisir de les souder, si vous le souhaitez.

Étape 12: Assemblez la planche: Rassemblez les pièces

Vous devriez avoir toutes les pièces dont vous aurez besoin pour la planche, mais prenez un moment pour les rassembler dans les quantités dont vous aurez besoin.

• 1 x carte ProtoBot
• 1 x Arduino Nano assemblé
• 2 résistances de 220 ohms
• 4 résistances 10K
• 1 x 14 broches de longueur de broches d'en-tête mâles
• 2 x 15 broches de longueur de broches femelles
• 1 x 2 broches de longueur de broches femelles
• 1 x puce de pilote de moteur L293D

Pour couper les en-têtes femelles, j'utilise les pinces à fil et les clipse sur une broche supplémentaire. Vous devrez sacrifier une épingle pour chaque coupe, mais il devrait vous en rester beaucoup de toute façon.

Étape 13: Assembler la carte: Souder les broches femelles d'en-tête

Vous pouvez ignorer les broches d'en-tête femelles si vous le souhaitez, mais cela facilite la réutilisation de l'Arduino ou le dépannage en cas de problème.

1. Insérez l'Arduino dans les broches femelles de l'en-tête. (Dans ce cas, nous l'utilisons simplement pour les garder alignés)
2. Insérez l'ensemble de broches Arduino/header dans la carte et fixez-le à la carte.
3. En commençant par les broches d'angle, soudez les broches femelles d'en-tête à la carte.

Étape 14: Assemblez la carte: Puce de commande de moteur à souder

Il est temps de souder le pilote du moteur !

1. Insérez le pilote du moteur dans la carte, avec l'encoche sur le dessus de la puce alignée avec l'espace dans le contour sur la carte.
2. Fixez-le avec du ruban adhésif.
3. Soudez chaque broche, en commençant par celles du coin, puis en continuant avec le reste.

Étape 15: Assembler la carte: Souder les résistances 10K

Lorsque vous avez terminé avec le pilote de moteur, nous passerons aux résistances de 10K.

1. Trouvez-vous 4 résistances de 10K. Ils peuvent être de couleur bleue ou beige, mais selon les cas, ils doivent correspondre aux bandes de couleur du diagramme.
2. Pliez les fils de chaque résistance à un angle de 90 degrés vers le bas.
3. Insérez chacune des 4 résistances dans les points marqués "10K" sur la carte.
4. Utilisez du ruban adhésif pour les fixer à la carte (ou pliez simplement les fils, mais le ruban adhésif fonctionne mieux).
5. Soudez chacun d'eux en faisant attention de ne pas boucher les autres trous autour d'eux.
6. Lorsque vous avez terminé, coupez le fil supplémentaire au-dessus du joint de soudure, puis retirez le ruban de masquage.

Remarque: j'ai rarement eu des problèmes avec cela, mais parfois, le fait de couper des fils après la soudure peut casser des traces sur la carte, ce qui est généralement non réparable. Prends soin!

Étape 16: Assemblez la carte: Soudez les résistances de 220 Ohm

Passons maintenant aux résistances de 220 ohms.

1. Comme pour les résistances 10K, les 220 peuvent être beiges ou bleues, assurez-vous simplement qu'elles correspondent aux bandes de couleur, comme indiqué sur le schéma.
2. Pliez les fils à 90 degrés, puis insérez-les dans les endroits marqués "220".
3. Fixez-les avec du ruban adhésif ou pliez les fils.
4. Soudez les fils dans la carte.
5. Lorsque vous avez terminé, coupez les fils, puis retirez le ruban de masquage.

Étape 17: Assemblez la carte: Broches de l'en-tête du capteur

Passons aux en-têtes pour connecter les capteurs.

1. Divisez votre ensemble d'en-têtes mâles de 14 broches en 4 longueurs de 2 broches et 2 longueurs de 3 broches.
2. Utilisez du ruban adhésif pour fixer les en-têtes, côté court vers le bas, dans les emplacements des cartes marqués "BL", "BR" (longueurs à 2 broches) et "IRR" et "IRL" (longueurs à 3 broches). Il vous restera 2 jeux de longueurs à 2 broches, ne vous en souciez pas pour le moment.
3. Soudez les broches en place depuis le dessous de la carte. J'ai fait les longueurs à 2 et 3 broches séparément, mais vous pouvez les faire toutes ensemble.
4. Retirer le ruban de masquage

Étape 18: Assembler la carte: broches d'en-tête du moteur

Vous vous souvenez de ces deux longueurs d'en-tête supplémentaires à 2 broches ? On va les utiliser pour brancher les moteurs.

1. À l'aide d'une paire de pinces, pliez le côté le plus long des fils à un angle de 90 degrés.
2. Insérez-les dans les emplacements du tableau marqués « MR » et « ML ».
3. Fixez-les avec du ruban adhésif.
4. Soudez-les en place, puis retirez le ruban de masquage.

Étape 19: Assembler la carte: Connecteur de batterie

Presque fini! Nous avons juste besoin d'ajouter le connecteur de la batterie.

1. Obtenez votre longueur de 2 broches de broches d'en-tête femelles et insérez-les dans l'emplacement sur la carte marqué "Bat.".
2. Fixez-les en place avec un morceau de ruban adhésif.
3. Soudez les broches dans la carte, puis retirez le ruban de masquage.

Étape 20: Assembler la carte: tout vérifier

Avant de terminer, jetez un œil au tableau et assurez-vous que tout est comme et où il devrait être.

Vérifier:

• Ponts de soudure (lorsque la soudure relie deux broches ensemble)
• Des trucs placés dans le mauvais sens ou au mauvais endroit
• Broches mal connectées/soudées

Les ponts de soudure sont assez faciles à réparer, il suffit d'utiliser une ventouse et un fer chaud pour éliminer le surplus.

Les éléments qui ont été soudés dans le mauvais sens devront être dessoudés et remis dans le bon sens. Même procédure que pour retirer les ponts, faites-le simplement sur chaque broche de tout ce qui doit être retiré.

Étape 21: Faites une pause

Cela fait un moment que vous soudez. Ce peut être une bonne idée de faire une pause, de prendre une bouffée d'air frais et d'étirer les muscles du cou.

Pendant que vous y êtes, vous pouvez nettoyer le matériel de soudure et ranger votre fer à repasser, puis sortir votre pistolet à colle chaude pour commencer à chauffer.

Étape 22: Assemblage du robot: Rassemblez les pièces

Vous êtes maintenant prêt à assembler le ProtoBot !

Assurons-nous que vous avez les pièces dont vous avez besoin.

• 1 x ProtoBotBoard avec Arduino Nano inséré
• 1 x base imprimée en 3D
• 2 pièces d'antenne imprimées en 3D
• 4 x supports de carte imprimés en 3D
• 2 x capteurs de choc
• 2 x capteurs infrarouges
• 2 moteurs à engrenages N20
• 2 roues en plastique de 39 mm (trou intérieur de 3 mm de diamètre)
• 1 x connecteur de batterie
• 1 pile 9V
• 1 jeu de crochets et boucles (comme du velcro), coupés à environ la longueur de la pile 9V

Vous aurez également besoin d'un pistolet à colle chaude et de colle, de préférence à haute température.

Étape 23: Assemblage du robot: collez les moteurs

Commençons par les moteurs

• Mettez une généreuse noisette de colle chaude dans les supports du moteur.
• Placez les moteurs dans les supports, les fils sortant de l'arrière du robot.

Remarque: veillez à ne pas mettre de colle chaude dans la zone où se trouveront les boîtes de vitesses, elles se colleront et ne fonctionneront pas. Je place généralement mon peu de colle sur les extrémités des supports de moteur les plus proches du milieu du robot pour m'assurer qu'il ne se déplace pas jusqu'aux extrémités, là où se trouve la boîte de vitesses.

Étape 24: Assemblage du robot: Capteurs de choc

Faisons les capteurs de choc maintenant.

• Installez votre antenne sur un capteur de choc, comme illustré.
• Une fois que vous l'avez mis, vous pouvez ajouter un peu de colle chaude pour le fixer, si vous le souhaitez.
• Mettez des gouttes de colle chaude sur chaque plate-forme de capteur de choc sur la base.
• Appuyez sur les capteurs de choc en place, en vous assurant qu'ils sont alignés avec les bords de la plate-forme.

Remarque: selon le bon fonctionnement de votre imprimante, l'antenne peut être difficile à mettre en place. Faites juste attention à ne pas enfoncer les capteurs de choc ou à ne pas les casser. (C'est pourquoi les imprimer un peu plus grand aide beaucoup)

Étape 25: Assemblage du robot: Capteurs IR

Capteurs EyeR ! (Hehe, Geddit ? Ok, ok, les yeux vont s'arrêter maintenant)

• Mettez un peu de colle en haut des supports du capteur IR.
• Pliez les fils des capteurs IR à l'écart, puis insérez-les dans les supports, de sorte que les sommets dépassent un peu.

Étape 26: Assemblage du robot: Fixez la carte

Attachons maintenant la carte au robot.

• Préparez vos 4 supports de circuits imprimés.
• Mettez une noisette de colle chaude sur chaque coin de la planche.
• Fixez les supports de planche à chaque coin.
• Lorsque vous avez terminé, mettez une noisette de colle chaude sur chaque support.
• Fixez la carte au corps du robot, avec le moteur et les broches vers l'arrière, et les broches de connexion du capteur vers l'avant.

Étape 27: Assemblage du robot: connectez les fils, ajoutez des roues

Connectons tous les capteurs et moteurs.

• Prenez les fils des capteurs de bosse et IR et faites-les passer par le trou dans la base du robot.
• Branchez le moteur gauche dans le port étiqueté "ML"
• Branchez le moteur droit dans le port étiqueté "MR"
• Attachez vos roues aux moteurs.
• S'ils sont roses, ils ont un trou en forme de "D" qui doit s'aligner avec le méplat de l'arbre du moteur.
• S'ils sont jaunes, ils peuvent continuer, mais vous voudrez probablement ajouter de la colle pour vous assurer qu'ils ne font pas que tourner.
• Branchez les capteurs de choc gauche et droit dans leurs ports respectifs, étiquetés "BL" et "BR". L'ordre des fils n'a pas d'importance ici.(Notez que le capteur qui se trouve à droite ne va pas se brancher sur le port de droite, car l'antenne est en fait à gauche.)
• Déterminez quels fils sont quels fils sur vos capteurs IR, en fonction du schéma et quels fils sont où, puis branchez-les sur les broches correctes de la carte, étiquetées PWR, IN et GND. (Capteur droit en "IRR", capteur gauche en "IRL").

Étape 28: Assemblage du robot: Fixez la batterie 9 V

Maintenant, nous allons attacher la batterie.

• Procurez-vous votre fermeture auto-agrippante (IE, Velcro) et coupez un morceau de chaque côté à peu près aussi long que la batterie.
• Fixez un côté au bas de la base, là où va la batterie.
• Déterminez dans quel sens la batterie sera placée, en fonction de la direction des fils provenant du câble de la batterie, puis attachez la fermeture auto-agrippante (IE, Velcro) pour qu'elle s'adapte correctement. (Voir les photos. Peu importe si vous ne l'orientez pas correctement.)
• Faites passer le fil de la batterie à travers le trou de la base.

Étape 29: Terminé

Branchez la batterie ! Si aucune fumée magique ne s'échappe, c'est bon !

La prochaine étape consiste à le programmer, mais nous allons couvrir cela dans un autre instructable. (Je ferai un lien ici, dès que je l'aurai fait)

Si vous êtes impatient, impatient et savez utiliser les bibliothèques Arduino, la bibliothèque se trouve ici:

Si vous souhaitez en savoir plus sur les ProtoBots en général et/ou le projet ProtoBot, visitez https://theprotobotproject.wordpress.com, ou le ProtoBots Github, sur