描述

歷史

在我成長的過程中，街對面的少年（羅伯特）創造了一個“機器”來為萬圣節分發糖果。Trick or Treaters 會進入他們的入口通道，并受到他的一位打扮成瘋狂科學家的朋友的歡迎。機器被安置在樓梯上，上面掛著天鵝絨窗簾（當然，窗簾后面藏著一個朋友）。您可以從四種不同類型的糖果中進行選擇，然后通過莫爾斯電碼鍵輸入正確的數字來做出選擇，該電碼鍵會發出足夠大的嗶嗶聲，讓后面的人聽到，然后將正確的選擇發送到滑槽中。有時聲音太大聽不見，或者后面的人分心了，結果選錯了。對于更高版本的機器，

最終，羅伯特上了大學，并將火炬傳遞給了我。我用一個紙板箱制作了我自己的機器版本，里面貼有插槽和斜坡，并與我的好友喬一起享受了多年運行機器的樂趣。當我最終上大學時，機器的傳統被擱置了，我們回到了黑暗時代，在那里，不給糖就搗蛋的人被迫以老式的方式接受糖果。

終于，在 2013 年，光明再次開始閃耀。在過去的 25 年里發生了很多事情，包括 Arduino 和 Adafruit（以及我的孩子——機器的新繼承人）的誕生。我們構建的V1終于實現了創建完全自主的糖果機器人的愿景。它工作得相當好，但確實卡住了（有時糖果棒無法轉動 PVC 彎頭的角）并且會定期凍結并且需要在糖燃料搗蛋機一次搗碎所有按鈕時進行硬重置。我們用它運行了 5 年。然而，今年，我們最近獲得了令人驚嘆的Glowforge激光切割機和MarkForged碳纖維 3D 打印機，我們決定是時候讓 V2 解決 V1 的一些問題了。

具體來說，我們想：

• 使糖果分配器防彈。不再有卡紙或失火。
• 改進處理器間通信（我們使用一個處理器運行按鈕和步進電機，另一個運行燈光秀）。為了獲得正確的時機，他們需要相互交談并保持同步。
• 當孩子在 10 毫秒內按下每個按鈕時不會凍結。
• 建造一個更堅固的外殼（V1 使用傳統的啤酒盒作為外殼）。

糖果處理

我們繼續使用步進電機，因為它們可以產生足夠的扭矩并且可以轉位。我們考慮過使用旋轉木馬或摩天輪來固定糖果，但為了簡單起見，決定繼續使用通道方法（糖果需要轉彎的次數越少越好）。我們沒有使用只有固定 ID 的 PVC 管，而是決定激光切割定制通道。最初，我們嘗試將糖果棒從上到下堆疊，認為我們可以獲得最高的包裝密度。然而，在裝載時，糖果往往會俯沖并堵塞，因為棒沒有完全受限。為了解決這個問題，我們嘗試了一個底部傾斜的版本，但這并沒有可靠地解決問題。最終，我們回到了端到端的配置，因為糖果被完全約束并且只能朝一個方向（向下）移動。

下一個任務是計算尺寸，因為“有趣的尺寸”在尺寸條與條之間有一些變化，以及延伸到糖果主體之外的擠壓端蓋。經過五次左右的迭代后，我們找到了一個效果很好的通道尺寸。糖果從頂部裝入并重力喂入。通過輪轂連接到步進電機的推桿在其被激活之前充當門，以防止意外放電。當步進器激活時，它的伙伴會旋轉 180 度，將糖果踢出通道。事實證明，該系統非常可靠地工作。主要缺點是由于端到端堆疊導致糖果容量較低。推桿也需要間隙才能旋轉，因此有必要確保它們不會在弧形中卡住線束。

住房

現在我們已經鎖定了糖果分配器，我們在Onshape中對其進行了圖案化，然后在其周圍構建了外殼。因為我們使用的是 Glowforge 激光切割機（這很棒，因為床尺寸大且切割時間快），我們使用了凸耳和槽設計來連接各種組件。我們試圖考慮零件的組裝和自鎖方式，以及模塊化和可訪問性。在少數情況下，零件太大，所以我們將它們分開并使用燕尾槽連接它們。關于如何通過垂直于糖果通道進行切割來保持結構完整性，我的女兒對后片提出了一些很好的建議。由于激光的切口，我們不需要為標簽留出間隙。

電氣

如前所述，我們堅持使用雙處理器設計，選擇 Adafruit Feather M0 Basic Proto - ATSAMD21 Cortex M0和步進屏蔽。事實證明，這些處理器非常容易交談并且得到了很好的支持。雙處理器設計增加了處理器相互通信以保持同步的復雜性，但為未來的配件（如彈射器）提供了額外的 I/O。處理器在提供八種狀態的三條線上傳輸數據，然后在每個方向（總共 5 條線）使用中斷觸發器。對于燈光秀，我們使用了蜿蜒成矩陣的 Adafruit RGB Pixel Strand 。外部 74AHCT125 - 四路電平轉換器（3V 至 5V）需要芯片將電壓芯片從 Feather 出來的 3.3v 提高到進入 LED 燈串的 5V。

我們使用面包板測試接線，然后為兩個處理器焊接帶有插座的原型板（以防我們不小心炸毀處理器）。電壓電平轉換器藏在光處理器下面，因為我們的電路板空間不足。連接器使拆卸主機變得容易。

軟件

為了提高對按鈕按下的響應速度，并最大限度地減少同時按下多個按鈕時卡住的可能性，我們決定采用硬件中斷驅動方法。釋放時，該按鈕會觸發一個硬件中斷，該中斷會激活一個軟件標志，指示哪個按鈕被按下。我們將中斷函數保留在一行代碼中以處理多次按下按鈕的情況，并使用一個標志來激活一個單獨的函數來分發糖果。主循環也保持較短，以提高響應能力。

對于燈光秀，我們將 LED 串從線性系列重新映射為矩陣（行/列），然后在機器人空閑時和按下按鈕時創建多個動畫。

觀察

總的來說，V2 工作得很好，我很自豪我們實現了我們的目標。我們注意到 Fun Size 條的尺寸有所不同——今年它們似乎有點厚。雖然 V1 的設計沒有那么穩健，但從 ID 的角度來看，我認為它更有趣一些，是瘋狂科學家會建造的東西。它還很好地揭示了內部工作原理，這很有趣。對于孩子們來說，參與 Onshape 的機械設計、Glowforge 的激光切割以及Adafruit Feather的顏色編程非常棒。它使看似神秘的東西（那些機器如何工作）變得更容易理解和平易近人。

下一步是什么

• 現在我們已經讓基本機器運行良好，明年我們可以添加許多新功能，包括：
• 可調整的糖果通道以處理 Fun 大小的未來變化。
• 能夠處理不同的糖果，例如棒棒糖和 Twizzlers。
• 更多的燈。
• 聲音！
• 用于收集糖果的彈射器，然后將其“Tom Brady”放入搗蛋鬼的包中。