SPARKY v1.2: Nền tảng Robot giáo dục mở

Sparky v1.2

Sparky (viết tắt của Saint Paul Academic Robotics Kit) là một nền tảng robot và khung chương trình đào tạo được thiết kế chuyên biệt cho việc giáo dục về robot.

Robot này được học sinh tự lắp ráp từ các bộ phận sản xuất tại makerspace và các linh kiện thương mại phổ biến, chỉ cần những công cụ đơn giản.

Cấu hình được giới thiệu sử dụng vi điều khiển Adafruit Feather, nhưng nền tảng này được thiết kế để linh hoạt với nhiều loại vi điều khiển khác nhau. Bạn hoàn toàn có thể sử dụng Raspberry Pi Pico W hoặc Arduino để thay thế.

Các đặc điểm của SPARKY:

• Tay cầm tiện lợi để di chuyển dễ dàng từ bàn học đến khu vực thử nghiệm.
• Nắp gập có chốt giúp tiếp cận linh kiện điện tử và dây dẫn nhanh chóng.
• Nút nguồn được thiết kế dễ nhận biết và thao tác.
• Lắp ráp cực kỳ đơn giản: Chỉ sử dụng ốc vít M3, dùng khóa lục giác và dụng cụ vặn ốc là xong.
• Tính mô-đun và tái cấu hình cao: Có thể kết hợp linh hoạt các phụ kiện (cảm biến & bộ chấp hành) ở nhiều vị trí khác nhau.
• Khả năng mở rộng: Dễ dàng thêm mới phụ kiện, động cơ và cảm biến nhờ hệ thống lỗ gắn M3 tiêu chuẩn.
• Hệ thống cảm biến và bộ chấp hành:
  • Cảm biến siêu âm đo khoảng cách.
  • Cảm biến hồng ngoại (x4) để dò đường.
  • Cảm biến màu sắc.
  • Động cơ Micro Servo.
  • Động cơ giảm tốc TT (x2) kèm bánh xe.
  • Encoder trục (x2).
  • Dải đèn Neopixel.

Các cân nhắc trong thiết kế:

• Mục tiêu phổ cập giáo dục robot với chi phí thấp và linh hoạt.
• Các bộ phận có thể sản xuất tại makerspace (in 3D bằng nhựa PLA và cắt laser) từ vật liệu giá rẻ.
• Dễ dàng tháo lắp và thay thế linh kiện mà không ảnh hưởng đến cấu trúc tổng thể.
• Không phụ thuộc vào nhà cung cấp: Sử dụng linh kiện phổ biến trên thị trường.
• Không phụ thuộc vào vi điều khiển: Thiết kế hiện tại dùng Adafruit Feather, nhưng dễ dàng chuyển sang Raspberry Pi Pico hoặc Arduino.
• Thân thiện với môi trường: Hạn chế nhựa, ưu tiên nhựa sinh học và vật liệu tái tạo như gỗ dán (plywood) hoặc ván ép.

In 3D:

Các bộ phận in 3D cơ bản đều dùng nhựa PLA, ngoại trừ các giá đỡ vòng bi bánh xe dẫn hướng (caster) cần dùng nhựa PETG.

• Giá đỡ động cơ TT (2 cái - đối xứng trái/phải)
• Bánh xe 61mm (2 cái)
• Giá đỡ vòng bi bánh xe dẫn hướng (2 cái) [PETG]
• Giá đỡ pin
• Giá đỡ breadboard (2 miếng)
• Bản lề nắp (2 cái)
• Chân đế nắp (2 cái)
• Chốt giữ nắp (2 cái)
• Tay cầm
• Khung Neopixel
• Giá đỡ cảm biến hồng ngoại (4 cái)
• Giá đỡ cảm biến màu
• Giá đỡ cảm biến siêu âm
• Giá đỡ micro servo - trục ngang
• Kẹp dẫn dây (2 cái)

Thiết lập Slicer:

Đa số các chi tiết được in trên máy Bambu X1C với nhựa PLA, độ dày lớp in 0.2mm, cài đặt "strength" (độ bền cao) và không cần hỗ trợ (support). Giá đỡ vòng bi in bằng PETG, độ dày lớp 0.2mm, không support.

Cắt Laser:

Các phần dưới đây được cắt từ gỗ dán Baltic Birch 3mm bằng máy Glowforge Pro. Đế và nắp có kích thước 196mm x 196mm:

• OctoBase
• OctoLid
• Bảng điều khiển nguồn
• Cờ lê vặn nút

Vật liệu bổ sung:

• Adafruit Feather nRF52840
• Adafruit FeatherWing Motor Driver
• Adafruit 5V MiniBoost
• Động cơ giảm tốc TT 3-6v (2 cái)
• 2 ổ bi tròn nylon 1/2"
• Breadboard cỡ vừa
• Dây cắm jumper cho breadboard
• Pin LiPo 3.7v hình trụ
• Cáp nối dài pin JST-PH2.0
• 2 nút nhấn tự giữ 12mm đã hàn sẵn dây
• Cảm biến quang (2 cái)
• Dải đèn Neopixel (~243mm) đã hàn sẵn dây
• Mạch cảm biến hồng ngoại (4 cái)
• Cảm biến siêu âm
• Ốc vít M3 và đai ốc các loại

Lắp ráp:

• Công cụ cần thiết: Khóa lục giác 2.5mm và dụng cụ vặn ốc 5.5mm.
• Lắp ráp robot theo hướng dẫn bằng vít M3.
• Tham khảo thêm Instructable để có hướng dẫn chi tiết từng bước.