ربات نقاش (پلاتر) با آردوینو

برای ساخت و راه‌اندازی این ربات به یه سری قطعات الکترونیکی و مکانیکی نیاز داریم.

• برد آردوینو پرو ترینکت (Pro Trinket) نسخه 3 ولت
• دو عدد استپر موتور 5 ولت گیربکس‌دار
• یک عدد درایور موتور ULN2803
• مینی بردبورد
• 16 عدد سیم جامپر نری به نری
• یک عدد میکرو سروو موتور
• کلید کشویی SPDT
• پین هدر نری
• دو عدد جاباتری دوتایی برای باتری‌های قلمی
• کابل میکرو یو‌اس‌بی
• چهار عدد باتری قلمی AA

نکته: می‌تونی به جای این برد از بردهای معمولی آردوینو یا حتی رزبری‌پای هم استفاده کنی که تو مرحله آخر در موردش توضیح دادیم.

• دو عدد اورینگ لاستیکی به عنوان روکش چرخ‌ها
• یک عدد چرخ هرزگرد ساچمه‌ای
• 10 عدد پیچ سرپهن M3 هشت میلی‌متری
• چهار عدد پیچ سرتخت M3 شش میلی‌متری
• 12 عدد مهره M3

قطعاتی که باید با پرینتر سه‌بعدی چاپ بشن (فایل‌ها رو می‌تونی بر اساس نیازت تغییر بدی):

• پایه چرخ هرزگرد
• شاسی اصلی ربات
• دو عدد چرخ
• دو عدد نگهدارنده استپر موتور
• نگهدارنده خودکار و پایه سروو موتور
• حلقه تنظیم خودکار

ابزارها و وسایل جانبی کار:

• پیچ‌گوشتی چهارسو
• چسب تفنگی
• مولتی‌متر دیجیتال
• کاتر یا چاقوی تیز
• ماژیک‌های رنگی یا خودکار

قبل از اینکه بریم سراغ ساختار مکانیکی، بهتره کدهای اولیه و تست رو روی برد آپلود کنیم. این کد یه برنامه ساده‌ست که به ربات دستور می‌ده شکل مربع رو بکشه تا بتونیم جهت حرکت و ابعاد رو بررسی کنیم. برای ارتباط با برد پرو ترینکت به درایورهای مربوطه و محیط برنامه‌نویسی آردوینو نیاز داری.

1. درایور مخصوص برد پرو ترینکت
2. نرم‌افزار محیط توسعه آردوینو (IDE)

آموزش‌های نصب و راه‌اندازی این برد تو اینترنت زیاده و خیلی راحت می‌تونی پیداشون کنی. یه نکته مهم در مورد برد پرو ترینکت اینه که برخلاف آردوینوهای معمولی، دقیقا قبل از زدن دکمه آپلود، باید دکمه ریست روی برد رو فشار بدی تا کدها به درستی منتقل بشن.

+1

1. پایه نگهدارنده خودکار رو به همراه پایه سروو روی قسمت جلویی و کوتاه‌تر شاسی قرار بده.
2. مهره‌ها رو از قسمت بالایی شاسی داخل حفره‌های مخصوصشون جا بزن.
3. جاباتری‌ها رو با پیچ‌های سرتخت شش میلی‌متری به قسمت زیر شاسی متصل کن.
4. سیم‌های جاباتری رو از داخل شیارهای مستطیلی‌شکل شاسی رد کن تا بیان روی کار.
5. همین کار رو برای جاباتری دوم هم تکرار کن.

نکته: از اینجا به بعد هر جا گفتیم پیچ، منظورمون پیچ‌های سرپهن هشت میلی‌متریه مگه اینکه خلافش رو بگیم.

1. چرخ‌ها رو روی شفت استپر موتورها امتحان کن. اگه خیلی سفت بودن، می‌تونی مرکز چرخ رو با سشوار یا تفنگ حرارتی کمی گرم کنی و بعد جا بزنی. اگه هم شل بودن، از یه پیچ برای محکم کردن چرخ روی بخش صاف شفت استفاده کن.
2. اورینگ‌های لاستیکی رو دور لبه چرخ‌ها بنداز تا ربات روی سطح کاغذ لیز نخوره.
3. این کار رو برای چرخ دوم هم دقیقا تکرار کن.

1. یه مهره داخل براکت نگهدارنده موتور قرار بده و براکت رو با پیچ روی سطح بالایی شاسی محکم کن.
2. استپر موتور رو داخل براکت بذار و با استفاده از پیچ و مهره سر جاش فیکس کن.
3. این کار رو برای موتور سمت دیگه هم انجام بده.

1. ساچمه فلزی رو داخل پایه چرخ هرزگرد جا بزن. مواظب باش فشار زیادی نیاری که قطعه پلاستیکی بشکنه. می‌تونی از سشوار برای نرم کردن پلاستیک کمک بگیری.
2. چرخ هرزگرد رو به قسمت زیرین شاسی، دقیقا جلوی جاباتری‌ها وصل کن.

1. با استفاده از یه کاتر تیز، یکی از ریل‌های تغذیه بردبورد رو از قسمت چسب زیرینش جدا کن.
2. بردبورد رو روی لبه‌های شاسی قرار بده و نقطه‌های تقاطع رو علامت بزن.
3. با کمک همون ریل تغذیه‌ای که جدا کردی به عنوان خط‌کش، خطوط رو مشخص کن و قسمت‌های اضافی چسب رو ببر.
4. حالا بردبورد رو روی شاسی بچسبون تا ریل‌ها دقیقا روی سطح چسبناک قرار بگیرن.

+2

1. میکروکنترلر، درایور موتور و کلید روشن و خاموش رو روی بردبورد قرار بده. پین شماره یک درایور، پین باتری میکروکنترلر و حالت روشن کلید رو مشخص کن تا کارت راحت‌تر بشه.
2. سیم قرمز جاباتری سمت راست رو به پایه اول کلید وصل کن. سیم مشکی رو هم تو یه ردیف خالی بین میکروکنترلر و آیسی درایور قرار بده.
3. برای جاباتری سمت چپ، سیم قرمز رو به همون ردیفی که سیم مشکی باتری قبلی رو زدی متصل کن. سیم مشکی این جاباتری باید به ریل منفی بردبورد وصل بشه (در واقع باتری‌ها رو سری کردیم).
4. برای تغذیه میکروکنترلر، یه سیم جامپر قرمز از ریل مثبت به پین باتری و یه جامپر مشکی از ریل منفی به پین گراند (G) وصل کن.
5. باتری‌ها رو جا بزن و کلید رو روشن کن. باید چراغ‌های سبز و قرمز روی میکروکنترلر روشن بشن.

عیب‌یابی: اگه چراغ‌های برد روشن نشد، سریع کلید رو خاموش کن و این موارد رو بررسی کن:

1. باتری‌ها رو برعکس نذاشته باشی.
2. اتصالات سیم‌های باتری روی بردبورد رو چک کن.
3. سیم‌کشی کلید رو دوباره بررسی کن.
4. با مولتی‌متر ولتاژ باتری‌ها رو اندازه بگیر.
5. ولتاژ ریل‌های تغذیه بردبورد رو هم با مولتی‌متر چک کن.

+1

با استفاده از پین‌هدرهای نری می‌تونیم سوکت‌های موتورها رو خیلی راحت به بردبورد وصل کنیم.

1. اولین پین‌هدر پنج‌تایی رو یه ردیف جلوتر از آیسی درایور موتور قرار بده.
2. دومین پین‌هدر رو هم دقیقا موازات انتهای درایور موتور جا بزن.

قبل از اینکه شلوغ بشه، بیا اول سیم‌های سروو موتور رو وصل کنیم:

1. یه پین‌هدر سه‌تایی برای سروو موتور سمت راست بخش جلویی بردبورد قرار بده.
2. یه سیم جامپر قرمز از پین وسطی به ریل مثبت تغذیه بکش.
3. یه سیم مشکی یا قهوه‌ای از پین بیرونی به ریل منفی وصل کن.
4. یه سیم رنگی هم از پین داخلی به پین شماره 8 میکروکنترلر متصل کن.
5. بازوی سروو موتور رو طوری نصب کن که محور کاملا در جهت عقربه‌های ساعت چرخیده باشه و بازو به سمت چرخ راست قرار بگیره.
6. سروو رو با پیچ‌های مخصوص خودش داخل پایه نگهدارنده خودکار محکم کن.
7. در نهایت سوکت سروو رو با توجه به رنگ سیم‌ها به پین‌هدر متصل کن.

حالا باید تغذیه درایور و استپر موتورها رو برقرار کنیم که قراره مستقیم از باتری گرفته بشه:

1. یه جامپر مشکی از پایه پایین سمت راست درایور به ریل منفی تغذیه وصل کن.
2. یه جامپر قرمز از پایه بالا سمت راست درایور به ریل مثبت تغذیه بکش.
3. یه سیم قرمز از پین‌هدر سمت چپ به ریل مثبت متصل کن.
4. سوکت استپر موتور سمت چپ رو به پین‌هدر وصل کن؛ طوری که سیم قرمزش سمت راست بیفته.
5. سوکت استپر موتور سمت راست رو به پین‌هدر متصل کن؛ طوری که سیم قرمزش سمت چپ بیفته.

دقت کن که سیم قرمز روی سوکت استپر موتورها مربوط به تغذیه‌ست و باید دقیقا با سیم‌های قرمز روی بردبورد هم‌راستا باشه.

+1

تو این مرحله سیم‌های سیگنال رو از میکروکنترلر به ورودی درایور وصل می‌کنیم تا ربات بتونه حرکت کنه:

1. از پین شماره 6 میکروکنترلر شروع کن و چهار تا جامپر کنترلی برای استپر موتور سمت چپ در نظر بگیر.
2. این جامپرها رو به بخش ورودی درایور سمت راست متصل کن. ترتیب رنگ‌ها باید هماهنگ باشه، به جز سیم سبز که باید با سیم صورتی موتور مچ بشه.
3. حالا از پین شماره 13 میکروکنترلر شروع کن و چهار تا جامپر کنترلی برای موتور سمت راست وصل کن.
4. این جامپرها رو به ورودی درایور سمت چپ وصل کن و همون قانون رنگ سیم سبز و صورتی رو اینجا هم رعایت کن.

اگه کدهای تست رو تو مراحل قبلی آپلود کردی که عالیه، وگرنه الان وقتشه. برنامه تست به طور مداوم یه مربع می‌کشه تا مطمئن بشیم مسیر و ابعاد درسته.

1. ربات رو روی یه سطح صاف، باز و تمیز قرار بده.
2. کلید تغذیه رو روشن کن.
3. حرکت ربات برای کشیدن مربع‌ها رو تماشا کن.

اگه چراغ‌های روی برد روشن نشد، برگرد و مرحله تغذیه رو دوباره چک کن. اگه ربات حرکت نکرد، اتصالات تغذیه آیسی درایور رو بررسی کن. اگه حرکتش نامنظم و عجیب بود، احتمالا سیم‌های سیگنال بین میکروکنترلر و درایور رو اشتباه وصل کردی.

وقتی ربات تونست یه شکل شبیه به مربع بکشه، وقتشه یه کاغذ زیرش بذاری و یه خودکار هم داخل پایه قرار بدی. برای کالیبره کردن باید قطر چرخ‌ها رو تو کد تنظیم کنی. مثلا با قطر 65 میلی‌متر ممکنه مربع‌ها به سمت داخل بچرخن و با 67 میلی‌متر به سمت بیرون متمایل بشن.

با کمی سعی و خطا می‌تونی عدد دقیق (مثلا 66.25 میلی‌متر) رو پیدا کنی. البته به خاطر خطای ذاتی چرخ‌دنده‌ها همیشه یه ذره خطا وجود داره که کاملا طبیعیه و مشکلی برای کشیدن طرح‌های جذاب ایجاد نمی‌کنه.

ما یه سروو موتور نصب کردیم ولی هنوز ازش استفاده نکردیم. کار این سروو اینه که خودکار رو بالا و پایین ببره تا ربات بتونه بدون خط کشیدن روی کاغذ جابه‌جا بشه.

1. حلقه تنظیم رو روی خودکار یا ماژیک قرار بده.
2. اگه حلقه شل بود، با یه تیکه چسب سر جاش محکمش کن.
3. مطمئن شو وقتی بازوی سروو میاد پایین، نوک خودکار کاملا به کاغذ می‌رسه.
4. همچنین چک کن که وقتی بازو میره بالا، خودکار از روی کاغذ بلند بشه و تماسی نداشته باشه.

زوایای سروو رو می‌تونی به صورت مکانیکی با جابه‌جا کردن بازو یا به صورت نرم‌افزاری از طریق تغییر مقادیر تو کدها تنظیم کنی.

امیدوارم تا اینجای کار بدون مشکل پیش اومده باشی و از نتیجه لذت ببری. حالا وقتشه که خلاقیتت رو به کار بندازی و طرح‌های جدید بزنی. اگه کدهای تست رو نگاه کنی، می‌بینی که یه سری دستورات ساده برای سیستم حرکتی لاک‌پشتی تعریف شده.

با این دستورات می‌تونی هر چیزی که فکرش رو می‌کنی روی کاغذ پیاده کنی؛ از کشیدن دونه‌های برف هندسی تا نوشتن اسم خودت. اینترنت پر از الگوهای آماده برای این سبک برنامه‌نویسیه که می‌تونی ازشون ایده بگیری.

ممکنه بپرسی میشه این ربات رو با یه برد آردوینو معمولی ساخت؟ بله، قطعا! ما اینجا از برد پرو ترینکت استفاده کردیم چون کوچیک و جمع‌وجوره.

اگه طول شاسی ربات رو بیشتر کنی، خیلی راحت می‌تونی یه آردوینو اونو رو یه طرف و بردبورد رو طرف دیگه قرار بدی. تمام پین‌ها دقیقا با کدهای تست همخونی دارن و مزیتش اینه که به پورت سریال برای عیب‌یابی هم دسترسی داری.

استفاده از رزبری‌پای هم کاملا امکان‌پذیره و اگه دوست داری با پایتون کد بزنی یا ربات رو از طریق وای‌فای کنترل کنی، گزینه فوق‌العاده‌ایه.

مثل مدل آردوینو، رزبری‌پای رو هم می‌تونی روی شاسی بزرگ‌تر نصب کنی. فقط چالش اصلی تأمین تغذیه‌ست، چون چهار تا باتری قلمی برای رزبری‌پای کافی نیست. باید بتونی یه جریان ثابت 5 ولت و حداقل 1 آمپر بهش بدی تا ماژول وای‌فایش قطع نشه.

نسخه مدل A رزبری‌پای مصرف انرژی کمتری داره و برای این کار مناسب‌تره. این یه ایده عالی برای ارتقای پروژه‌ست که می‌تونی روش کار کنی و نتایجش رو با بقیه به اشتراک بذاری. این پروژه بی‌نظیر تموم شد؛ حتما ایده و ویدیوی نقاشی رباتت رو تو اپلیکیشن آیسی‌مدار برامون بفرست و دوستات رو هم به ساختش دعوت کن. موفق باشی!