口丁寫字童子

介紹

設計理念

移動部份, 採容易取得&程式大家都比較熟的 RC Servo (1.5ms+-0.5ms)
最大挑戰是兩個輪子˙實際輸出, 會隨電壓負載衰退...etc 而偏移，所以才想用 Arduino 既有 PS2 mouse 的程式，搭配滾輪型X Y直接搭在輪子˙上迴饋即時輸出狀況，Arduino 主程式可以藉此修定輸出。
下筆輕重部份，捨去Z軸絕對距離方式，改採翹翹板移動中心方式，以利模仿真人下筆收筆。

4. 轉彎部份，有一輪不動一輪動的定軸轉彎，另一種是兩輪反向的定中心轉彎。

5. 筆跡會沾輪部份，除移動速度放慢，另外底座加個吹風風扇吹乾。

材料

減速馬達＊2顆 ( 9g 伺服馬達 )
9g 伺服馬達＊1 顆
IRS01A IR Sensor 2 個
帶有編碼器的輪子，如圖所示。
底盤
筆
風鼓風扇 (把墨吹乾)

工具

製作過程

兩邊出力輪軸心與筆最好在同一圓週上, 可以簡化程式 center offset 的部份

討論

使用編碼器精準控制移動的方式

使用 IRS01A IR Sensor 去讀取輪子的移動，輪子內會裝上雷切出來的板子，在板子邊緣有多個洞。

轉 G code 的程式碼參考：

https://github.com/dherrendoerfer/uCNC_controller/blob/master/uCNC_controller/uCNC_gcode.ino

G code 參考資料

what is g code ?

問題

紀錄

20150502 進度

黃偉峻提供小車機構模組，章國俊兄已經把藍芽控制小車的方式完成，目前可以用藍牙來操縱了，不過真的一跑就歪了，因為還沒用到編碼器。XD，紀錄請見下方影片。

https://www.youtube.com/watch?v=uCvYBIGFheU

20150502 進度2

後來把萬向輪上油潤滑之後，車子行進路立刻改善了，直很多了。

裝上遮斷開關，配合車子套件的碼盤。

計劃拿手機或筆電用藍芽和小車連線，指揮小車往前走多少公分、到定點後轉幾度、什麼地方要下筆。

小車接受指令並且自己修正。

20150506

馬爸把前輪換成這個。

原先的輪子在轉向時會因為本身旋轉歸位得時間差，而造成行進路線的誤差。

這個輪子就沒這個問題了。

20150507

用遮蔽膠帶量輪子圓周長：

20150511

改用3D列印的機構來固定馬達和光遮斷開關
換上抓地力比較好的輪子
換回原來的大顆萬象輪

車子的操控一整個改善了！

20150513

基本教練：第一課

其實是想要寫一個"口"字....

https://www.youtube.com/watch?v=36ZA0ze9PFw

還沒有做到校正的部份

以目前的機構沒有辦法做到精準，所以寫字應該會像是塗鴉。既然是塗鴉，就真的來塗鴉好了。

在手機上亂畫

因為用車子來寫字，也就是要用輪子走到定點，而車子的控制方式不像是CNC可以直接告訴它走到哪一個座標上面，而要轉方向盤、踩油門。

所以用手機計算：把在螢幕圖形的X,Y座標轉成極座標，然後再轉成轉方向盤、踩油門的指令，來控制車子。

用Android手機透過藍芽與Arduino控制的小車連線，讓小車以移動自身位置的方式畫出手機上面的圖形。

圖形可以運用APP以手指頭在螢幕上畫出，或是使用 APP中內建的特殊圖形(在影片中是個玫瑰線)。

目前小車還不能很準確的移動到所望位置，所以影片中的玫瑰線畫完之後首尾沒辦法連起來，差距很大。

手機上面可以同步顯示畫出的進度了

https://www.youtube.com/watch?v=oj6462PY5eQ

在2015的 maker faire 過後，完程度大約70%，機構還需要再做修改。看看運動可不可以再精確一點。

這樣的寫字方式，把筆放在兩個輪子之間較為適合。

筆可以做成模組，或可換成滴水的方式，我想在地上寫字啊！

滴水的方式可以參考：

https://vimeo.com/29306086

馬達考慮換成扭力更大或自帶編碼器的馬達，或是用步進馬達或是修改舵機(360度旋轉)來用。

另一支的影片:

https://youtu.be/gQGjqP5G1oE

整理：製造組裝說明手冊

運作方式

機構

輪子：圓周 218 mm
碼盤：共有 20 孔
光遮斷開關：

說明：這樣的配合下，輪子轉一圈也就是行進218mm時，光遮斷開關會送出20個pulse；所以前進11mm大約是1個pulse。

馬達與減齒輪組：

馬達是玩具用的直流馬達，當兩個馬達都提供相同的電壓時，轉速並不會相等。因此，希望它走直線時並不會如我們所願，就是會歪掉。所以需要配合透過碼盤和光遮斷開關所回饋的pulse數量來修正。這部份需要用到PID，否則會變成蛇行。

連線與遙控

程式碼

penWriting

//servo control

unsigned char servo = 6;

unsigned char count = 0;

unsigned char i = 0;

unsigned char servoTime = 0;

unsigned char servoValue = 0;

unsigned char flag = 0;

unsigned int secondT = 0;

unsigned int k = 0;

//pen

const unsigned int down = 50;

const unsigned int up = 100;

//motor

int L1 = 9;

int L2 = 7;

int R1 = 10;

int R2 = 8;

//speed and time

int dir = 0;

int speeds = 0;

unsigned long time = 0;

long serialValue = 0;

int length = 0;

unsigned char cmd[400];

void setup()

{

UBRRL=103; //16M baud 9600，8bit UART

UCSRB=0x18; //enable

pinMode(servo,OUTPUT);

digitalWrite(servo,LOW);

//pin for motor

pinMode(L1,OUTPUT);

pinMode(L2,OUTPUT);

pinMode(R1,OUTPUT);

pinMode(R2,OUTPUT);

timer2();

TIMSK &= ~(2 << 6);

digitalWrite(servo,LOW);

time = 300;

penWrite();

penRise();

}

void loop()

{

while(!(UCSRA&(1<<RXC)));

if(UDR == 170)

{

while(!(UCSRA&(1<<RXC)));

if(UDR == 85)

{

while(!(UCSRA&(1<<RXC)));

length = UDR;

length = length << 2;

for (k = 0;k<length;++k)

{

while(!(UCSRA&(1<<RXC)));

cmd[k] = UDR;

while(!(UCSRA&(1<<RXC)));

cmd[++k] = UDR;

while(!(UCSRA&(1<<RXC)));

cmd[++k] = UDR;

while(!(UCSRA&(1<<RXC)));

cmd[++k] = UDR;

}

while(!(UCSRA&(1<<RXC)));

if(UDR != 0xe0)

return;

while(!(UCSRA&(1<<RXC)));

if(UDR != 0x07)

return;

for (k = 0;k<length;++k)

{

dir = (cmd[k] & 0xf0) >> 4;

speeds = (cmd[k] & 0xf) * 17;

time = 0;

time = time | cmd[++k];

time = time << 8 | cmd[++k];

switch (dir)

{

case 8:

stoprun();

break;

case 0:

gforward();

break;

case 1:

gback();

break;

case 2:

turnLeft();

break;

case 3:

turnRight();

break;

case 4:

gLF();

break;

case 5:

gRF();

break;

case 6:

gLB();

break;

case 7:

gRB();

break;

case 9:

penWrite();

break;

case 10:

penRise();

break;

default: stoprun();

}

cmd[0] = UDR;

}

//timer2 for servo control

void timer2()

{

noInterrupts();

TCCR2 = 0x0f; //CTC,1024

OCR2 = 155;

TIMSK |= (2 << 6);

interrupts();

}

//each interrupt 25hz

ISR(TIMER2_COMP_vect)

{

//two intrupt as a circle

if(secondT == 0)

{

digitalWrite(servo,HIGH);

secondT++;

flag = 0;

}

else

{

secondT = 0;

}

//finished in 10ms

for(count = 0;count<127;count++)

{

if(flag == 1)

{

return;

}

//for(i = 0;i != 120;i++);

delayMicroseconds(76);

if(servoTime == servoValue)

{

digitalWrite(servo,LOW);

flag = 1;

servoTime = 0;

//secondT++;

return;

}

else

{

servoTime++;

}

//stop

void stoprun()

{

digitalWrite(L1,LOW);

digitalWrite(L2,LOW);

digitalWrite(R1,LOW);

digitalWrite(R2,LOW);

delay(time);

}

void gforward()

{

//leftmotor

analogWrite(L1,speeds);

digitalWrite(L2,LOW);

//right motor

analogWrite(R1,speeds);

digitalWrite(R2,LOW);

delay(time);

digitalWrite(L1,LOW);

digitalWrite(R1,LOW);

}

//goback

void gback()

{

//leftmotor

analogWrite(L1,speeds);

digitalWrite(L2,HIGH);

//right motor

analogWrite(R1,speeds);

digitalWrite(R2,HIGH);

delay(time);

digitalWrite(L1,LOW);

digitalWrite(L2,LOW);

digitalWrite(R1,LOW);

digitalWrite(R2,LOW);

}

void turnLeft()

{

analogWrite(L1,speeds);

digitalWrite(L2,HIGH);

analogWrite(R1,speeds);

digitalWrite(R2,LOW);

delay(time);

digitalWrite(L1,LOW);

digitalWrite(L2,LOW);

digitalWrite(R1,LOW);

digitalWrite(R2,LOW);

}

void turnRight()

{

analogWrite(L1,speeds);

digitalWrite(L2,LOW);

analogWrite(R1,speeds);

digitalWrite(R2,HIGH);

delay(time);

digitalWrite(L1,LOW);

digitalWrite(L2,LOW);

digitalWrite(R1,LOW);

digitalWrite(R2,LOW);

}

void gLF()

{

analogWrite(L1,speeds/2);

digitalWrite(L2,LOW);

analogWrite(R1,speeds);

digitalWrite(R2,LOW);

delay(time);

digitalWrite(L1,LOW);

digitalWrite(L2,LOW);

digitalWrite(R1,LOW);

digitalWrite(R2,LOW);

}

void gRF()

{

analogWrite(L1,speeds);

digitalWrite(L2,LOW);

analogWrite(R1,speeds/2);

digitalWrite(R2,LOW);

delay(time);

digitalWrite(L1,LOW);

digitalWrite(L2,LOW);

digitalWrite(R1,LOW);

digitalWrite(R2,LOW);

}

void gLB()

{

analogWrite(L1,speeds/2);

digitalWrite(L2,HIGH);

analogWrite(R1,speeds);

digitalWrite(R2,HIGH);

delay(time);

digitalWrite(L1,LOW);

digitalWrite(L2,LOW);

digitalWrite(R1,LOW);

digitalWrite(R2,LOW);

}

void gRB()

{

analogWrite(L1,speeds);

digitalWrite(L2,HIGH);

analogWrite(R1,speeds/2);

digitalWrite(R2,HIGH);

delay(time);

digitalWrite(L1,LOW);

digitalWrite(L2,LOW);

digitalWrite(R1,LOW);

digitalWrite(R2,LOW);

}

void penWrite()

{

TIMSK |= (2 << 6);

servoValue = 14;

delay(150);

delay(time);

}

void penRise()

{

TIMSK |= (2 << 6);

servoValue = 20;

delay(150);

delay(time);

}

參考資料

MURtle - Drawing Robot

piccolo

The Bipolar ORD Bot

http://www.trend.org/tech_info.php?pid=26

討論連結