Sweepy : le nettoyeur de studio Set It & Forget It : 10 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Par: Evan Guan, Terence Lo et Wilson Yang

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Présentation et motivation

Sweepy le nettoyeur de studio a été conçu en réponse aux conditions chaotiques du studio d'architecture laissées par des étudiants barbares. Vous en avez assez de voir à quel point le studio est en désordre pendant les critiques ? Eh bien n'en dis pas plus. Avec Sweepy, tout ce que vous avez à faire est de le régler et de l'oublier. Studio sera flambant neuf plus rapidement qu'il ne vous faudra pour terminer ce modèle de projet.

Sweepy est conscient de lui-même et se déplacera en balayant tous les déchets et restes à votre guise grâce à deux capteurs à ultrasons qui lui disent de s'allumer à l'approche d'un mur. Besoin de Sweepy pour travailler plus dur ? Pas de problème, il suffit de crier dessus. Sweepy est en permanence à l'écoute de son environnement grâce à un capteur sonore. Si vous atteignez un certain seuil de bruit, Sweepy entrera dans un mode enragé, balayant et se déplaçant plus rapidement pendant une brève période.

Un studio sans Sweepy est un studio désordonné.

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Pièces, matériaux et outils

La plupart des pièces de cette liste se trouvent dans le kit de démarrage du projet ELEGOO UNO R3. D'autres pièces peuvent être achetées auprès de Creatron Inc. ou d'autres magasins d'électronique.

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Composants

x1 carte contrôleur ELEGOO UNO R3

Module d'extension de prototype x1

x1 capteur à ultrasons (HC-SR04)

x1 module de capteur de son (KY-038)

x2 moteurs CC N20 (ROBOT-011394)

x1 Micro Servomoteur 9G (SG90)

x1 module LCD (1602A)

x1 9V Batterie

x2 roues en caoutchouc 60x8mm (UWHLL-601421)

x1 roue libre (hauteur 64 mm)

x1 Brosse de balayage (hauteur du manche 12 mm)

x2 transistors NPN (PN2222)

x3 Résistances (220Ω)

x2 Diodes (1N4007)

x1 potentiomètre (10K)

x15 fils de cavalier de planche à pain

x26 fils Dupont femelle à mâle

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Matériaux

x1 feuille de contreplaqué de 3 mm (taille du lit laser 18 "x 32")

x6 vis M3 (YSCRE-300016)

x4 écrous M3 (YSNUT-300000)

x6 vis M2.5 (YSCRE-251404)

x6 Écrous M2.5 (YSNUT-250004)

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Outils

Ensemble de tournevis

Pistolet à colle chaude

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Équipement

Ordinateur

Imprimante 3D

Découpeur laser

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Logiciel

IDE Arduino

Étape 1: Comprendre la logique

Circuit

La carte contrôleur ELEGOO UNO R3 servira de « cerveau » du robot dans lequel le code sera téléchargé et traité. Fixez la carte d'extension prototype et la mini planche à pain sur le dessus. Pour communiquer avec les capteurs et les actionneurs, les composants seront connectés via la maquette et les fils.

Vous trouverez ci-dessus un schéma des circuits nécessaires pour rendre Sweepy heureux. Portez une attention particulière à l'entrée et à la sortie des fils. Il aide à suivre un fil en regardant sa couleur. Une mauvaise connexion peut entraîner un dysfonctionnement de Sweepy ou, dans le pire des cas, endommager vos appareils électroniques en les court-circuitant.

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La programmation

Vous trouverez ci-dessous le code requis pour exécuter Sweepy. Ouvrez le fichier dans Arduino IDE et téléchargez-le sur la carte contrôleur ELEGOO UNO R3. Pour ce faire, vous devez connecter la carte contrôleur à votre ordinateur via le câble USB. Assurez-vous que le bon port est sélectionné en allant dans Outils et Port dans le menu déroulant. Assurez-vous de télécharger le code avant de construire Sweepy pour éviter d'avoir à brancher le câble USB dans le boîtier imprimé en 3D.

Il n'est pas recommandé de modifier les variables dans le code à moins d'avoir de l'expérience ou de savoir ce que vous faites.

Étape 2: Rassembler toutes les pièces, matériaux et outils

Pour commencer le projet, rassemblez toutes les pièces, matériaux et outils décrits dans la liste ci-dessus. Comme mentionné précédemment, la plupart des pièces de la liste se trouvent dans le kit de démarrage ELEGOO UNO R3 ainsi que dans Creatron Inc. ou d'autres magasins d'électronique.

Il est fortement recommandé de commencer l'impression 3D le plus tôt possible car le processus peut prendre plusieurs heures. Les réglages recommandés sont: 0,16 mm de hauteur de couche, 20 % de remplissage et 1,2 mm d'épaisseur de paroi avec bords et supports. Le fichier d'impression 3D est joint ci-dessous.

La découpe au laser peut également prendre beaucoup de temps, alors assurez-vous de commencer tôt. Le fichier découpé au laser contient également une couche pour graver un guide qui garantit que le bon composant est monté au bon endroit. Assurez-vous de vérifier ce qui est coupé et ce qui est gravé, en modifiant les paramètres de puissance et de vitesse de manière appropriée. Le fichier de découpe laser est également joint ci-dessous.

Bien que nous ayons utilisé du contreplaqué pour notre robot, n'hésitez pas à utiliser n'importe quel matériau comme l'acrylique, à condition que l'épaisseur soit d'environ 3 mm.

Étape 3: Fixation de la plaque de base

Appliquez de la colle autour du périmètre de la plaque de base et fixez-la au bas du boîtier imprimé en 3D. Alignez les deux parties aussi soigneusement que possible tout en vous assurant que le guide de gravure découpé au laser est orienté vers le haut.

Étape 4: Montage des composants de la plaque de base

Une fois la plaque de base correctement fixée, nous pouvons commencer à connecter le premier tour de composants électroniques. Cela inclut les moteurs à courant continu avec roues, servomoteur, écran LCD et batterie. Un guide de gravure découpé au laser a été inclus dans la plaque de base pour assurer un placement correct des composants pour votre commodité. Pour faciliter les circuits, les composants doivent être sécurisés avec leurs fils appropriés déjà branchés.

Les roues doivent glisser dans les deux fentes de chaque côté avec le moteur à courant continu tourné vers l'intérieur. Fixez-le avec les pinces blanches fournies à l'aide de deux vis et écrous pour chacun (M2.5).

Le servomoteur doit également être fixé à l'aide des mêmes vis et écrous (M2.5) tout en veillant à ce que l'engrenage blanc sortant du bas se trouve à l'avant du robot. Cela alimentera le mouvement de balayage de la brosse.

L'écran LCD doit glisser dans la poche avant du boîtier avec les broches vers le bas. Fixez-le avec quelques gouttes de colle chaude sur chaque coin.

Enfin, la batterie doit glisser dans la poche arrière du boîtier avec l'interrupteur marche-arrêt tourné vers l'extérieur dans la découpe du trou. Cela permet d'allumer et d'éteindre le robot.

Étape 5: Fixation de la plaque de support

Ensuite, il est temps de sécuriser le "cerveau" de Sweepy. À l'aide de quatre vis et écrous (M3), montez la carte contrôleur UNO R3 et le module d'extension prototype sur le dessus de la plaque de support. Cela servirait de deuxième étage du logement. Avant cela, le code IDE Arduino doit déjà être téléchargé sur la carte et prêt à être utilisé.

Faites glisser la plaque de support dans le boîtier par le haut jusqu'à ce qu'elle repose sur trois rebords intégrés dans le boîtier d'impression 3D pour assurer la bonne hauteur. Fixez cette plaque avec deux vis (M3) à travers les trous à chaque extrémité.

Faites passer les fils des composants sur la plaque de base vers le haut et à travers les trous de la plaque de support. L'écran LCD et les fils du servomoteur doivent passer par le trou avant tandis que les fils du moteur à courant continu doivent passer par les trous latéraux. Les fils de la batterie peuvent passer par l'un ou l'autre des trous comme vous le souhaitez.

Étape 6: Montage des composants électroniques finaux

À l'aide de colle chaude, fixez les deux capteurs à ultrasons à l'avant du boîtier avec les modules de déclenchement et d'écho sortant des trous ou des « yeux ». Les broches d'un capteur doivent être orientées vers le haut et l'autre vers le bas, comme indiqué par le trou sur la plaque de support. Cela permet de s'assurer que les modules d'écho et de déclenchement sont symétriques dans le boîtier lors de l'envoi et de la réception de signaux.

Enfin, appliquez de la colle chaude à l'arrière du capteur de son et fixez-le à la fente située à l'intérieur du boîtier. Le haut du microphone doit affleurer le haut du bord du boîtier afin que le capuchon de Sweepy puisse être mis en place. Le microphone s'alignerait avec le trou sur le capuchon comme vous le verrez plus tard.

Étape 7: Fils, fils et plus de fils

La prochaine étape est sans doute la partie la plus difficile mais la plus importante pour s'assurer que Sweepy va bien et est heureux: les circuits. En utilisant le diagramme Fritzing en haut de ce Instructables comme ligne directrice, connectez tous les fils des composants sur le module d'extension de prototype.

Assurez-vous que l'interrupteur de la batterie est éteint avant de brancher le câble d'alimentation sur la carte. Étant donné que le code devrait déjà être téléchargé sur la carte, Sweepy ne serait pas en mesure de contenir son enthousiasme pour le nettoyage et de commencer à travailler à la seconde où il serait alimenté, même pendant que vous travaillez encore sur les fils.

Portez une attention particulière aux entrées et sorties de chaque fil. Il est utile d'utiliser la couleur du fil pour le suivre le long de son chemin.

Étape 8: Ajout des pièces mobiles

Il est maintenant temps pour la roue arrière et la brosse de balayage de Sweepy.

La roue arrière doit être une roue pivotante qui peut pivoter librement. Il doit mesurer environ 6,4 cm de haut de haut en bas, mais la tolérance peut être généreuse en fonction de la force vers le bas que vous souhaitez que la brosse exerce. Fixez-le sous la plaque de support à travers le trou de la plaque de base.

La brosse de balayage est également généreuse en tolérance, mais le manche doit se trouver à environ 1,2 cm du sol. La poignée doit également mesurer environ 10 cm de long pour éviter qu'elle ne heurte le boîtier pendant qu'elle balaye d'avant en arrière. Fixez-le à la fixation du levier blanc inclus avec le servomoteur avec de la colle.

Étape 9: Tout plafonner

Pour compléter votre propre Sweepy, vous devez créer sa casquette. Collez le rebord du capuchon sous la plaque de recouvrement avec un trou dessus. Assurez-vous que le trou est aligné avec le microphone du capteur de son. Enfin, collez le capuchon sur le dessus de Sweepy, en alignant les bords avant avec l'avant du boîtier.

Allumez le courant à l'arrière et regardez Sweepy poursuivre ses rêves de faire du studio un endroit plus propre pour tout le monde.

Étape 10: Résultats et réflexion

Malgré une planification de conception approfondie, des erreurs se produisent, mais ce n'est pas grave: tout cela fait partie du processus d'apprentissage. Et pour nous, les choses n'étaient pas différentes.

L'un de nos plus grands défis a été de concevoir le boîtier de Sweepy pour contenir tous les composants nécessaires. Cela signifiait mesurer méticuleusement les dimensions de tous les composants, planifier les chemins de câbles, assurer l'intégrité structurelle, etc. Nous avons fini par imprimer en 3D et découper au laser deux itérations du boîtier de Sweepy, la seconde étant la version finale basée sur ce que nous avons appris du premier itération.

L'un des principaux obstacles auxquels nous avons été confrontés est les capacités limitées du capteur à ultrasons: il ne couvrait pas une zone suffisamment grande et Sweepy heurtait parfois un mur lorsqu'il s'approchait en biais. Cela a été résolu par l'inclusion d'un deuxième capteur à ultrasons pour augmenter efficacement la zone d'effet.

Nous avons également initialement opté pour un servomoteur pour contrôler la rotation, mais il n'était pas aussi efficace et structurellement solide que nous l'espérions. En conséquence, nous avons remplacé la roue arrière par une roue libre et transféré la responsabilité de tourner aux deux roues motrices par le biais d'un virage différentiel (une roue se déplacerait plus lentement que l'autre pour simuler le virage). Bien que cela impliquait d'apporter des modifications majeures au code, cela a effectivement simplifié notre conception globale, en supprimant moins d'un servomoteur de l'équation.

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Itérations futures

Il y a toujours moyen de s'améliorer. À l'avenir, un changement de conception pour notre projet est la prise en compte de la maintenance de Sweepy et de l'accessibilité de ses éléments internes. Nous avons rencontré plusieurs problèmes, notamment des pannes de moteur et des batteries déchargées, ce qui nous a obligés à démonter Sweepy juste pour éteindre les composants, ce qui n'était pas intuitif. À l'avenir, nous concevrons un boîtier avec des ouvertures fonctionnelles qui permettront l'accès à ses composants tels que la batterie.

Nous envisageons également l'utilisation d'un capteur de pression à l'avant pour détecter lorsque Sweepy heurte une surface, car nous avons constaté que le capteur à ultrasons n'était parfois pas fiable, en particulier lors de l'approche à un angle prononcé. En ayant un capteur mécanique, Sweepy serait plus cohérent pour décider quand et quand ne pas tourner.

Bien que Sweepy fonctionne bien dans les petites pièces, il peut être moins efficace dans les grands espaces. En effet, Sweepy n'est programmé pour tourner que lorsqu'il détecte une surface devant lui, mais continuera sinon en ligne droite jusqu'à ce que la terre soit détruite. À l'avenir, il peut être utile de pré-programmer un chemin de nettoyage défini pour Sweepy afin qu'il reste dans une limite au lieu de s'éloigner pour toujours.

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Références & Crédits

Ce projet a été créé dans le cadre du cours d'informatique physique (ARC385) du programme de premier cycle de la Faculté d'architecture, de paysage et de design Daniels de l'UofT.

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Membres de l'équipe

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

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Inspiré par

• Aspirateur Robot Roomba
• Wipy: le nettoyeur de tableau blanc trop motivé
• Les conditions désordonnées de l'espace studio