Sweepy: Set It & Forget It Studio Cleaner - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-23 12:52

Von: Evan Guan, Terence Lo und Wilson Yang

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Einführung & Motivation

Sweepy, der Studioreiniger, wurde als Reaktion auf die chaotischen Bedingungen eines Architekturbüros entwickelt, das von barbarischen Studenten hinterlassen wurde. Sind Sie es leid, wie unordentlich Studio während der Bewertungen ist? Nun, sag nicht mehr. Mit Sweepy müssen Sie es nur einstellen und vergessen. Studio wird schneller nagelneu sein, als Sie brauchen, um dieses eine Projektmodell abzuschließen.

Sweepy ist selbstbewusst und wird sich dank zweier Ultraschallsensoren, die ihm sagen, dass er sich einer Wand nähert, umdrehen und den ganzen Müll und Schrott nach Herzenslust wegfegen. Brauchen Sie Sweepy, um härter zu arbeiten? Kein Problem, schrei es einfach an. Sweepy hört dank eines Schallsensors ständig auf seine Umgebung. Das Erreichen eines bestimmten Rauschschwellenwerts führt dazu, dass Sweepy in einen wütenden Modus wechselt und sich für kurze Zeit schneller bewegt.

Ein Studio ohne Sweepy ist eines, das unordentlich ist.

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Teile, Materialien & Werkzeuge

Die meisten Teile dieser Liste finden Sie im ELEGOO UNO R3 Project Starter Kit. Andere Teile können bei Creatron Inc. oder anderen elektronischen Geschäften erworben werden.

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Komponenten

x1 ELEGOO UNO R3 Steuerplatine

x1-Prototyp-Erweiterungsmodul

x1 Ultraschallsensor (HC-SR04)

x1 Schallsensormodul (KY-038)

x2 DC N20-Motoren (ROBOT-011394)

x1 Mikro-Servomotor 9G (SG90)

x1 LCD-Modul (1602A)

x1 9V Batterie

x2 60x8mm Gummiräder (UWHLL-601421)

x1 Freilaufrad (64 mm Höhe)

x1 Kehrbürste (12mm Griffhöhe)

x2 NPN-Transistoren (PN2222)

x3 Widerstände (220Ω)

x2 Dioden (1N4007)

x1 Potentiometer (10K)

x15 Steckbrett-Überbrückungsdrähte

x26 Buchse-zu-Stecker-Dupont-Drähte

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Materialien

x1 3mm Sperrholzplatte (Laserbettgröße 18 "x 32")

x6 M3-Schrauben (YSCRE-300016)

x4 M3-Muttern (YSNUT-300000)

x6 M2.5 Schrauben (YSCRE-251404)

x6 M2.5 Muttern (YSNUT-250004)

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Werkzeuge

Schraubenzieher set

Heißklebepistole

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Ausrüstung

Rechner

3D Drucker

Laserschneider

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Software

Arduino-IDE

Schritt 1: Die Logik verstehen

Schaltkreis

Das ELEGOO UNO R3 Controller Board dient als „Gehirn“des Roboters, in das der Code hochgeladen und verarbeitet wird. Befestigen Sie das Prototyp-Erweiterungsboard und das Mini-Steckbrett darauf. Um mit den Sensoren und Aktoren zu kommunizieren, werden die Komponenten über das Steckbrett und Drähte verbunden.

Oben enthalten ist ein Diagramm der Schaltung, die erforderlich ist, um Sweepy glücklich zu machen. Achten Sie besonders auf den Ein- und Ausgang der Drähte. Es hilft, einem Draht zu folgen, indem man seine Farbe betrachtet. Ein falscher Anschluss kann dazu führen, dass Sweepy nicht richtig funktioniert oder im schlimmsten Fall Ihre Elektronik durch Kurzschluss beschädigen kann.

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Programmierung

Unten angehängt ist der Code, der zum Ausführen von Sweepy erforderlich ist. Öffnen Sie die Datei in der Arduino IDE und laden Sie sie auf das ELEGOO UNO R3 Controller Board hoch. Dazu müssen Sie das Controller Board über das USB-Kabel mit Ihrem Computer verbinden. Stellen Sie sicher, dass der richtige Port ausgewählt ist, indem Sie im Dropdown-Menü auf Tools und Port gehen. Stellen Sie sicher, dass Sie den Code hochladen, bevor Sie Sweepy bauen, um zu vermeiden, dass das USB-Kabel im 3D-gedruckten Gehäuse eingesteckt werden muss.

Es wird nicht empfohlen, die Variablen im Code zu ändern, es sei denn, Sie haben Erfahrung oder wissen, was Sie tun.

Schritt 2: Sammeln aller Teile, Materialien und Werkzeuge

Um das Projekt zu beginnen, sammeln Sie alle Teile, Materialien und Werkzeuge, die in der obigen Liste aufgeführt sind. Wie bereits erwähnt, sind die meisten Teile der Liste im ELEGOO UNO R3 Starter Kit sowie in Creatron Inc. oder anderen Elektrogeschäften zu finden.

Es wird dringend empfohlen, so früh wie möglich mit dem 3D-Druck zu beginnen, da der Vorgang mehrere Stunden dauern kann. Die empfohlenen Einstellungen sind: 0,16 mm Schichthöhe, 20% Füllung und 1,2 mm Wandstärke mit Krempen und Stützen. Die 3D-Druckdatei ist unten angehängt.

Das Laserschneiden kann auch viel Zeit in Anspruch nehmen, also stellen Sie sicher, dass Sie früh beginnen. Die lasergeschnittene Datei enthält auch eine Schicht zum Ätzen einer Führung, die sicherstellt, dass das richtige Bauteil an der richtigen Stelle montiert wird. Stellen Sie sicher, dass Sie doppelt überprüfen, was geschnitten und was geätzt wird, und ändern Sie die Leistungs- und Geschwindigkeitseinstellungen entsprechend. Die Laserschneiddatei ist auch unten angehängt.

Während wir Sperrholz für unseren Roboter verwendet haben, können Sie jedes beliebige Material wie Acryl verwenden, solange die Dicke etwa 3 mm beträgt.

Schritt 3: Sichern der Grundplatte

Tragen Sie Kleber um den Umfang der Grundplatte auf und befestigen Sie ihn an der Unterseite des 3D-gedruckten Gehäuses. Richten Sie die beiden Teile so sorgfältig wie möglich aus und stellen Sie gleichzeitig sicher, dass die lasergeschnittene Ätzführung nach oben zeigt.

Schritt 4: Montage der Grundplattenkomponenten

Sobald die Grundplatte ausreichend befestigt ist, können wir mit dem Anschluss der ersten Runde der elektronischen Komponenten beginnen. Dazu gehören die DC-Motoren mit Rädern, Servomotor, LCD-Bildschirm und Akku. Die Grundplatte enthält eine lasergeschnittene Ätzanleitung, um die richtige Platzierung der Komponenten für Sie zu gewährleisten. Um die Schaltung zu vereinfachen, sollten die Komponenten mit den entsprechenden bereits eingesteckten Drähten gesichert werden.

Die Räder sollten mit dem Gleichstrommotor nach innen in die beiden Schlitze auf beiden Seiten gleiten. Befestigen Sie diese mit den mitgelieferten weißen Klemmen mit jeweils zwei Schrauben und Muttern (M2,5).

Der Servomotor sollte auch mit den gleichen Schrauben und Muttern (M2,5) befestigt werden, während das weiße Zahnrad, das von unten herausragt, sich auf der Vorderseite des Roboters befindet. Dadurch wird die Kehrbewegung der Bürste angetrieben.

Der LCD-Bildschirm sollte mit den Stiften nach unten in die vordere Tasche des Gehäuses gleiten. Sichern Sie dies mit einigen Klecksen Heißkleber an jeder Ecke.

Zuletzt sollte der Akku mit dem Ein-Aus-Schalter nach außen in den Lochausschnitt in die hintere Tasche des Gehäuses geschoben werden. Dadurch kann der Roboter ein- und ausgeschaltet werden.

Schritt 5: Befestigung der Stützplatte

Als nächstes ist es an der Zeit, das "Gehirn" von Sweepy zu sichern. Montieren Sie das UNO R3-Controller-Board und das Prototyp-Erweiterungsmodul mit vier Schrauben und Muttern (M3) oben auf der Trägerplatte. Dies würde als zweiter Stock des Gehäuses fungieren. Zuvor sollte der Arduino IDE-Code bereits auf das Board hochgeladen und einsatzbereit sein.

Schieben Sie die Trägerplatte von oben in das Gehäuse, bis sie auf drei im 3D-Druckgehäuse integrierten Leisten aufliegt, um die richtige Höhe zu gewährleisten. Befestigen Sie diese Platte mit zwei Schrauben (M3) durch die Löcher an beiden Enden.

Führen Sie die Drähte von den Komponenten auf der Grundplatte nach oben und durch die Löcher der Trägerplatte. Die Kabel des LCD-Bildschirms und des Servomotors sollten durch das vordere Loch geführt werden, während die Kabel des Gleichstrommotors durch die seitlichen Löcher geführt werden sollten. Die Kabel des Akkupacks können nach Belieben durch jedes Loch geführt werden.

Schritt 6: Montage der endgültigen elektronischen Komponenten

Befestigen Sie die beiden Ultraschallsensoren mit Heißkleber an der Vorderseite des Gehäuses, wobei die Trigger- und Echomodule aus den Löchern oder "Augen" herausragen. Die Stifte eines Sensors sollten nach oben und der andere nach unten zeigen, wie durch das Loch in der Trägerplatte angezeigt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Echo- und Triggermodule beim Senden und Empfangen von Signalen symmetrisch im Gehäuse sind.

Tupfen Sie zuletzt Heißkleber auf die Rückseite des Schallsensors und befestigen Sie ihn am Schlitz an der Innenseite des Gehäuses. Die Oberseite des Mikrofons sollte bündig mit der Oberseite des Gehäuserandes abschließen, damit die Kappe von Sweepy aufgesetzt werden kann. Das Mikrofon würde mit dem Loch in der Kappe ausgerichtet, wie Sie später sehen werden.

Schritt 7: Drähte, Drähte und mehr Drähte

Der nächste Schritt ist wohl der schwierigste, aber wichtigste Teil, um sicherzustellen, dass Sweepy gesund und munter ist: die Schaltung. Verwenden Sie das Fritzing-Diagramm oben in diesem Instructables als Richtlinie und verbinden Sie alle Drähte von den Komponenten mit dem Prototyp-Erweiterungsmodul.

Stellen Sie sicher, dass der Schalter am Akkupack ausgeschaltet ist, bevor Sie das Netzkabel an die Platine anschließen. Da der Code bereits auf dem Board hochgeladen sein sollte, könnte Sweepy seine Aufregung für die Reinigung nicht zügeln und mit der Arbeit beginnen, sobald er Strom erhält, selbst während Sie noch an den Kabeln arbeiten.

Achten Sie besonders auf die Ein- und Ausgänge jedes Drahtes. Es hilft, die Farbe des Drahtes zu verwenden, um ihm auf seinem Weg zu folgen.

Schritt 8: Hinzufügen der beweglichen Teile

Jetzt ist es Zeit für Sweepys Hinterrad und Kehrbürste.

Das Hinterrad sollte ein Laufrad sein, das sich frei drehen kann. Sie sollte von oben nach unten ungefähr 6,4 cm hoch sein, aber die Toleranz kann großzügig sein, je nachdem, wie viel Kraft die Bürste nach unten ausüben soll. Befestigen Sie diese unter der Trägerplatte durch das Loch in der Grundplatte.

Die Kehrbürste ist ebenfalls großzügig in der Toleranz, aber der Stiel sollte ungefähr 1,2 cm über dem Boden sitzen. Der Griff sollte außerdem ca. 10 cm lang sein, damit er beim Hin- und Herbewegen nicht gegen das Gehäuse stößt. Befestigen Sie diese mit Klebstoff an der weißen Hebelbefestigung, die dem Servomotor beiliegt.

Schritt 9: Alles abschließen

Um Ihren eigenen Sweepy zu vervollständigen, müssen Sie seine Kappe machen. Kleben Sie den Kappenrand unter die Kappenplatte mit dem Loch darauf. Stellen Sie sicher, dass das Loch mit dem Schallsensormikrofon ausgerichtet ist. Kleben Sie abschließend die Kappe auf die Oberseite von Sweepy und richten Sie die Vorderkanten mit der Vorderseite des Gehäuses aus.

Schalten Sie den Strom von der Rückseite ein und sehen Sie zu, wie Sweepy seinen Traum verfolgt, das Studio zu einem saubereren Ort für alle zu machen.

Schritt 10: Ergebnisse & Reflexion

Trotz umfangreicher Designplanung passieren Fehler, aber das ist in Ordnung: es gehört alles zum Lernprozess dazu. Und bei uns war es nicht anders.

Eine unserer größten Herausforderungen bestand darin, das Gehäuse von Sweepy so zu gestalten, dass es alle notwendigen Komponenten umschließt. Dies bedeutete, die Abmessungen aller Komponenten akribisch zu messen, Kabelwege zu planen, die strukturelle Integrität sicherzustellen usw. Am Ende haben wir zwei Iterationen des Sweepy-Gehäuses mit 3D-Druck und Laser geschnitten, wobei die zweite die endgültige Version war, basierend auf dem, was wir aus der ersten gelernt haben Wiederholung.

Ein großes Hindernis, dem wir gegenüberstanden, waren die begrenzten Fähigkeiten des Ultraschallsensors: Er deckte keinen ausreichend großen Bereich ab und Sweepy prallte gelegentlich gegen eine Wand, wenn er sich schräg näherte. Dies wurde durch den Einbau eines zweiten Ultraschallsensors gelöst, um den Wirkungsbereich effektiv zu vergrößern.

Wir entschieden uns auch zunächst für einen Servomotor zur Steuerung des Drehens, der jedoch nicht so effektiv und strukturell solide war, wie wir es uns erhofft hatten. Als Ergebnis haben wir das Hinterrad durch ein Freilaufrad ersetzt und die Verantwortung für das Drehen durch Differentialdrehung auf die beiden Antriebsräder übertragen (ein Rad würde sich langsamer bewegen als das andere, um das Drehen zu simulieren). Dies bedeutete zwar große Änderungen am Code, vereinfachte jedoch unser Gesamtdesign effektiv und nahm weniger einen Servomotor aus der Gleichung heraus.

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Zukünftige Iterationen

Es gibt immer Raum für Verbesserungen. In Zukunft ist eine Designänderung für unser Projekt die Berücksichtigung der Sweepy-Wartung und der Zugänglichkeit seiner Interna. Wir hatten mehrere Probleme, darunter Motorausfälle und entladene Batterien, die es uns erforderlich machten, Sweepy auseinanderzunehmen, nur um die Komponenten auszutauschen, was sehr unintuitiv war. In Zukunft würden wir ein Gehäuse mit bedienbaren Öffnungen entwerfen, die den Zugriff auf seine Komponenten wie die Batterie ermöglichen.

Wir erwägen auch den Einsatz eines Drucksensors an der Vorderseite, um zu erkennen, wenn Sweepy gegen eine Oberfläche stößt, da wir den Ultraschallsensor manchmal als unzuverlässig empfanden, insbesondere bei steilen Annäherungswinkeln. Durch einen mechanischen Sensor wäre Sweepy konsistenter bei der Entscheidung, wann und wann nicht abzubiegen.

Während Sweepy in kleinen Räumen gut funktioniert, kann es in größeren Räumen weniger effektiv sein. Dies liegt daran, dass Sweepy nur so programmiert ist, dass es sich dreht, wenn es eine Oberfläche vor ihm erkennt, aber ansonsten in einer geraden Linie weiterfährt, bis die Erde zerstört ist. In Zukunft kann es sich lohnen, einen festgelegten Reinigungspfad für Sweepy vorzuprogrammieren, damit er innerhalb einer Grenze bleibt, anstatt für immer zu wandern.

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Referenzen & Credits

Dieses Projekt wurde im Rahmen des Physical Computing-Kurses (ARC385) an der Daniels-Fakultät für Architektur, Landschaft und Design an der UofT erstellt.

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Teammitglieder

• Evan Guan
• Terence Lo
• Wilson Yang

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Inspiriert von

• Roomba Roboter-Staubsauger
• Wipy: Der übermäßig motivierte Whiteboard-Reiniger
• Die unordentlichen Bedingungen des Studioraums