DIY推荐！自制一个基于ESP32的沙画机器人

作者在高二的时候就做过一个非常基础的沙画机器人，现在准备去普渡大学上学了，正好也打算带上它，于是想着用这俩年新学到的技能重新设计一下之前的沙画机器人。

所需材料

• 3D打印机
• ESP32 DevKit V1
• 2个TMC2208或TMC2209步进电机驱动器
• 2个迷你NEMA 17步进电机
• 2个霍尔效应端止器（通用的就行）
• TSL2561光传感器
• 用于面板安装的USB-C接口和直流电源插座
• 定制PCB
• 4英寸懒人转盘轴承
• 各种嵌角M3螺丝
• SK6812 RGBW LED灯带（1米），项目使用的是144颗LED/米
• M3铆入螺套（外径4.5毫米）
• 各种2、3、4、5引脚的JST连接器和SMT插座
• 带有滑轮的400毫米GT2同步带

步骤1：Fusion 360

我设计这个动态沙画机器人时非常轻薄，打印后高度不到3英寸（7.62 厘米）！有很多重叠的零件，主要集中在大尺寸的Theta齿轮连接到底板的地方。整个机器人是使用Fusion 360从零开始设计的，并且我通过Fusion Team在线共享了它们。

我从草图开始设计外壳的大致形状，然后沿着大悬挑部分分割它，确保可打印。然后我构建了机器人底板，建模了懒人转盘轴承和中央齿轮组合。

附上机器人组装的剖面和爆炸视图，好让大家更详细地了解它们如何组装。

步骤2：3D打印

我用黑色Polymaker ABS打印了所有零件，使用30-50%的gyroid填充，具体取决于零件的情况。通常，内部组件使用50%的填充率，而外壳则打印足够的壳材使其坚固。我几乎用光了为这个项目购买的3公斤的线材。

如果使用PLA（聚乳酸），在抵抗扭曲变形方面会有更好的效果，然而我需要ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）的结构性能。

附上的照片展示了测试安装线性轴和导轨的情况。

步骤3：机器人组装

我在步进电机上加了4引脚的JST连接器，给TSL2561光传感器加了一个5引脚的连接器，并在磁性限位开关和LED灯带上都添加了3引脚的连接器。

然后，我用嵌头M3螺丝将theta步进电机安装到机器人底盘上。接着，我把GT2滑轮安装在电机上，用M3螺丝把懒人轴承固定在大的中心theta齿轮和下底盘上。轴承应该能够直接嵌入位置，不会摇晃。在Fusion组装中，如果轴承出现摇晃，可以使用额外的间隔器。直线轴和导轨用热塑插件直接固定在theta齿轮的顶部。

步骤4：PCB设计

设计文件可以在这个网站获取：<span>https://oshwlab.com/acvigue/sandscara</span>

步骤5：PCB组装

我直接焊接下了马达驱动器、ESP32以及JST连接器。我添加了一个可选的SD卡插槽，它与MPN#47352-1001（Mouser ^[1]^ ）是兼容的。我使用尖细的焊接头和一些无需清洁的焊膏手动焊接了这个连接器。

步骤6：连接所有部件

我安装了一个磁性端止器传感器，安装在中心的微小孔上，用来感知Theta齿轮到达已知位置的情况。

完全组装好的机器人底板只需滑入外壳的中间部分。

步骤7：组装外壳

将上半部分的外壳放在下半部分上。用防塌塞的铆入螺套和12颗10mm M3螺丝将其固定。

步骤8：加入沙子

我使用家里的一些普通工艺毡布，通过喷雾胶把它粘在沙床的底部，这样可以让沙床工作的时候更加安静。然后，我就把家得宝（Home Depot）的沙倒进去，用一把黄油刀将其均匀铺开。

步骤9：灯光

我用双面海绵胶带把LED灯带粘在沙床的两侧，并将3根导线（5V数据和地线）从侧面的小缝隙穿过，延伸到主控板。

步骤10：编译Web界面

我从头开始使用TypeScript和Vue 3编写了Web界面，状态管理使用了Pinia，数据获取使用了一组Axios请求拦截器。

GitHub仓库链接：<span>https://github.com/acvigue/tranquilvue</span>

只需克隆和构建这个项目即可继续进行。

你可以在Linux机器上运行以下命令构建项目（对于Windows机器，更改命令为相应的命令）：

yarn && yarn build

生成的构建文件保存在<span>./dist</span>目录中。

步骤11：编译设备固件

该固件几乎是从零开始重新编写的，并且已经进行了至少一年的开发。它是一个普通的PlatformIO项目，可以在这里下载：<span>https://github.com/acvigue/tranquilfirmware</span>

将构建的Web资源拖到此目录，PlatformIO将自动将它们移动到ESP32的SPIFFS分区。

特别提醒：本文中所示的图案不包括在内，可以从互联网上下载。Web界面仅列出设备上安装的图案。

步骤12：配置设备

固件安装后，设备将设置自己的访问点，名为"Tranquil"，所有初始配置都在此完成。你可以将其连接到您的Wi-Fi，设置OTA更新。

步骤13：开始玩耍

我现在已经制作了两个沙子绘图机器人，并在设计可打印性和确保我编写的固件稳定性方面积累了很多经验！遇到任何问题，欢迎和我沟通！

作者的博客：https://vigue.me

作者的GitHub：https://github.com/acvigue

原文作者：aidenvigue

原文连接：https://www.instructables.com/ESP32-Powered-Tabletop-Kinetic-Sand-Drawing-Robot/

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