Esta instrucción fue creada en cumplimiento del requisito de proyecto de Makecourse en la University of South Florida (www.makecourse.com).

¿Nuevo en Arduino, impresión 3D y diseño asistido por computadora (CAD)? ¡Este proyecto es una excelente manera de aprender todo lo básico detrás de estos temas y ofrece espacio para que su creatividad lo haga suyo! Cuenta con una gran cantidad de modelos CAD para la estructura del barco, una introducción a los sistemas autónomos, e introduce el concepto de impresiones 3D a prueba de agua.

Suministros:

Paso 1: Lista de materiales

¡Para comenzar el proyecto, primero debes saber con qué trabajarás! Aquí están los materiales que debe tener antes de comenzar:

• 1x Arduino Uno R3 microcontrolador y cable USB (Amazon Link)
• 1x controlador de motor L298N (Amazon Link)
• 4x (2 son copias de seguridad) motores DC 3-6V (Amazon Link)
• 2x 28BYJ-48 motores paso a paso y módulos ULN2003 (Amazon Link)
• 1x cargador de teléfono portátil para energía (este es el que usé, aunque es un poco grande. Puedes usar otro si lo prefieres: Amazon Link)
• Sensor ultrasónico HCSR04 1x (Este enlace tiene algunos extras incluidos con algunos cables de puente: Amazon Link)
• 3x paquetes de cables de puente (macho-hembra, macho-macho, hembra-hembra. Amazon Link)
• 1 lata de sello flexible (16 oz, Amazon Link)
• 1x cinta de pintor (enlace de Amazon)
• 1 x papel de lija de grano fino (alrededor de 300 es bueno)
• Unos palitos de paletas y cepillos para aplicar el sello flexible
• Acceso a la impresión 3D. (Aquí hay una impresora 3D relativamente barata y efectiva - Amazon Link)
  • Filamento rojo para impresión 3D (Amazon Link
  • Filamento negro para impresión 3D (Amazon Link)

¡Siéntase libre de agregar cualquier material que encuentre para su versión del proyecto!

Paso 2: Piezas y diseño impresos en 3D

La primera parte de este proyecto es crear un sistema mecánico para que funcione. Esto incluiría muchas partes, incluyendo el casco, la tapa, las palas, los ejes para los motores a las palas, un soporte para el sensor y el eje en el cual el montaje del sensor se sienta.

Los componentes se diseñan en SolidWorks y se juntan en un ensamblaje. Todos los archivos de pieza y el ensamblaje se han colocado en un archivo zip, que se puede encontrar al final de este paso. Tenga en cuenta que SolidWorks no es el único software CAD que puede usar, ya que muchos programas como Inventor y Fusion360 se pueden usar para CAD. Podría importar piezas de SolidWorks en ellas.

Es importante tener en cuenta que los ejes que sostienen las paletas son concéntricos con los orificios del casco para evitar que se doble el eje y que salga directamente de la embarcación.

Todo en este proyecto está impreso en 3D (excluyendo componentes eléctricos), por lo que las dimensiones son importantes. Di tolerancias de alrededor de 0.01 pulgadas en las partes, para asegurar que todo encaja (un poco como un ajuste suelto). Hubo menos tolerancia para los ejes que van al motor para que puedan encajar cómodamente. Las paletas están ajustadas firmemente al eje, de modo que cuando los motores se ponen en marcha, las paletas se mueven y propulsan la embarcación.

Al ver el CAD, notarás plataformas para componentes eléctricos. Esto es para que los componentes "aparezcan" en su plataforma para evitar que se muevan.

Las impresiones más grandes son el casco y la tapa, así que asegúrese de tener esto en cuenta al diseñar. Puede que tenga que dividirlo en partes, ya que sería demasiado grande para imprimir a la vez.

Paso 3: Circuito de control

Aquí discutiremos el circuito eléctrico que controla el barco. Tengo un esquema de Fritzing, que es un software útil que puede descargar aquí. Ayuda a crear esquemas eléctricos.

No todos los componentes utilizados en este proyecto están en Fritzing, por lo que se reemplazan. El fotosensor negro representa el sensor HCSR04 y el medio puente pequeño es el controlador del motor L298N.

El HCSR04 y el L298N están conectados a los rieles de alimentación en el tablero, que a su vez están conectados al lado de alimentación del Arduino (en los pines de 5 V y tierra). Los pines de eco y disparo del HCSR04 van a los pines 12 y 13 en el Arduino, respectivamente.

Los pines de habilitación (que controlan la velocidad) para el L298 están conectados a los pines 10 y 11 (Habilitar A / Motor A) y 5 y 6 (ENB / Motor B). La potencia y las conexiones a tierra para los motores se conectan a los puertos en el L298N.

El Arduino, por supuesto, recibirá energía de nuestro cargador de teléfono portátil. Cuando el circuito está encendido, los motores se configuran a la velocidad máxima en una dirección dictada por nuestro sensor de proximidad. Esto será cubierto en la porción de codificación. Esto moverá el barco.

Paso 4: Código Arduino

Una vez que se imprimen las dos piezas del casco, puede pegarlas con cinta de pintores. Esto debería mantenerlo unido. A continuación, puede ensamblar todas las otras partes como de costumbre basándose en nuestro diseño CAD.

Las impresoras 3D se ejecutan en g-code, que puede obtener al utilizar un software de rebanador que viene con la impresora. Este software tomará un archivo.stl (de una parte que creó en CAD) y lo convertirá en código para que la impresora lo lea (la extensión de este archivo varía según las impresoras). Las máquinas de cortar populares de impresión en 3D incluyen Cura, FlashPrint y mucho más.

Cuando se imprime en 3D, es importante saber que lleva mucho tiempo, así que asegúrese de planificar en consecuencia. Para evitar largos tiempos de impresión y piezas más pesadas, puede imprimir con un relleno de alrededor del 10%. Tenga en cuenta que un relleno más alto ayudará a evitar que el agua penetre en la impresión, ya que habrá menos poros, pero esto también hará que las piezas sean más pesadas y duren más.

Acerca de todas las impresiones en 3D no son adecuadas para el agua, por lo que necesitamos impermeabilizarlas. En este proyecto, elegí aplicar Flex Seal, ya que es bastante simple y funciona muy bien para mantener el agua fuera de la impresión.

Paso 6: Impermeabilizando la impresión

Impermeabilizar esta impresión es importante, ya que no quiere que se dañen sus costosos productos electrónicos.

Para empezar, lijaremos el exterior y el fondo del casco. Esto es para crear ranuras para que se filtre el sello flexible, brindando una mejor protección. Puedes usar un poco de grano / papel de lija fino. Tenga cuidado de no lijar demasiado, unos pocos golpes deben estar bien.

Paso 7: Lijar el casco

Sabrás cuándo parar cuando veas que comienzan a aparecer las líneas blancas.

Paso 8: Aplicar Flex Seal

Puede usar un palito de paleta o un pincel para aplicar el sello flexible. Asegúrese de no perderse ningún punto y sea cuidadoso. Simplemente puede sumergir su herramienta en la lata abierta y frotarla en el casco.

Paso 9: Deja que el sello flexible se siente

¡Ahora esperamos! Normalmente, el sello flexible tarda aproximadamente 3 horas en secarse un poco, pero lo dejé reposar durante 24 horas solo para estar seguro. Puede aplicar otra capa de sello flexible una vez que haya terminado de secar para proteger aún más el casco, pero esto es un poco excesivo (1 capa funcionó muy bien para mí).

Paso 10: Montaje y Pruebas

Ahora que el sello flexible ha terminado de secarse, recomiendo probar el casco en agua antes de agregar los componentes eléctricos (si el casco NO ES impermeable, ¡eso podría causarle problemas a su Arduino!). Simplemente llévelo a su fregadero o piscina y vea si el barco puede flotar durante más de 5 minutos sin fugas.

Una vez que nos aseguremos de que nuestro casco sea impermeable, podemos comenzar a agregar todas nuestras piezas. Asegúrese de conectar correctamente el Arduino, L298N y el resto de los componentes a sus pines adecuados.

Para poder ajustar los cables a los motores de CC, soldé los cables macho a los cables del motor para garantizar que permanezcan encendidos. La soldadura también es útil para asegurarse de que todas sus conexiones sean seguras o si necesita hacer un cable más largo. Si nunca ha soldado antes, ¡puede obtener más información aquí!

Una vez que estén todos juntos, coloque todos los componentes en el casco y haga algunas pruebas. Usted querrá verificar que el sensor funcione como se espera al leer los valores de distancia en el monitor de serie, verificar que los motores estén girando correctamente, cosas así.

Paso 11: Producto final

¡Y ahora que has terminado! Compruebe si hay errores en una prueba de manejo (pruebe a flotar el bote y el casco antes de aplicar los componentes electrónicos) y ¡listo!