Как собрать робота самостоятельно в домашних условиях: от простого к сложному
Роботы заменяют людей на производстве и в быту, трудятся в опасных условиях. Андроиды, напоминающие человека, работают, как правило, в качестве промоутеров, а промышленные машины настроены на точное выполнение функций. Их разработкой занимаются специалисты.
Домашних же мастеров интересует вопрос, как сделать робота из подручных средств. Оригинальные механизмы можно сконструировать самостоятельно и запрограммировать на реализацию несложных задач.
Робот, реагирующий на источник света
Для быстрого сбора механизмов используются предметы, которые можно найти дома. Это моторчики и батарейки из детских игрушек, проволока, солнечные аккумуляторы от старых калькуляторов, светодиоды. Дополнительно потребуются фиксаторы (клей, изолента), отвертка и другие инструменты из домашней мастерской.
Перед началом работы следует определить, какие функции возьмет на себя готовый механизм. За 15 минут можно собрать робота, который ищет источник света. При включении лампы он будет двигаться к ней, а при перемещении фонаря — следовать за потоком лучей.
Необходимые инструменты и детали
При сборке конструкции простого робота своими руками потребуются:
- основа – монтажная плата или плотный материал (картон);
- движущая сила – миниатюрные моторчики мощностью 3 или 5 В (из старой игрушки);
- колеса – крышки от пластиковых бутылок;
- датчики – фототранзисторы на 3 В;
- источник питания — 3 спаянные батарейки АА (пальчиковые);
- управляющие элементы – транзисторы 816Г (производство – Россия);
- монтажные приспособления – провода из витой пары.
Для проделывания отверстий на картоне потребуется шило, а фиксатором элементов послужит термопластичный клей (из термопистолета). Для работы также понадобится паяльник и жесткая проволока, которую заменит разогнутая скрепка.
Процесс сборки
Готовые детали следует разложить на рабочем столе и включить паяльник. Первоначально собирают плату, для чего подготавливают текстолитовую или картонную основу со сторонами от 4 до 5 см. На ней должна уместиться схема, батарейки, двигатели и крепеж переднего колеса.
Первоначально запаивают датчики с учетом полярности подсоединения фотодиодов и фототранзисторов. Их размещают по углам платы с одного края, располагая так, чтобы они смотрели в разные стороны. Это передняя часть робота, его «глаза».
Поодаль от переднего края фиксируют транзисторы, запаивая их так, чтобы маркировка располагалась на стороне правого колеса.
К 3 соединенным батарейкам подпаивают провода и определяют на плате 2 точки их схождения (плюс и минус). Удобно продеть в края платы витую пару, запаять концы к транзисторам и датчикам, вывести петлю и к ней подпаять батарейки.
Двигатели устанавливают в конце шасси с противоположной стороны платы. Управляющий моторчик крепят напротив управляемой системы. Это необходимо, чтобы робот поворачивался на свет.
Сборку электрики начинают от отрицательного полюса батарейки к положительному контакту по всей схеме. Взяв часть витой пары, припаивают отрицательный контакт датчиков к минусу батарей, и в это же место добавляют коллекторы транзисторов.
Второй фотоэлемент припаивают небольшим куском провода к транзисторной базе. Остальные ножки присоединяют к моторчикам. Для проверки правильности сборки используют тестер полярности напряжения.
После сборки проводят тестирование. Для этого включают схему и подносят ее к источнику света, поворачивая сначала одним, затем другим чувствительным элементом.
Когда все сделано правильно, двигатели на плате вращаются, меняя скорость в зависимости от степени освещения.
Если устройство не работает, проверяют правильность подключения контактов. В схеме каждый из датчиков отвечает за работу колес — правый за левое, и наоборот. Если это не так, корректируют полярность включения моторов.
Далее осуществляют сборку устройства. Первым делом изготавливают боковые колеса, склеив крышки между собой полой частью внутрь. Для их фиксации просверливают небольшые отверстия, используя миниатюрную дрель с насадками. В колесо продевают проволоку (бывшую скрепку) и закрепляют ее концы между фотодатчиками на плате.
На последнем этапе проверяют работу механизма, используя источники освещения разной интенсивности. Колеса робота должны ехать вперед. Если система работает, зафиксированные на плате моторчики и батарейки закрепляют термоклеем.
После приступают к изучению возможностей робота и расширению его функционала. Например, ставят задачу, чтобы он ездил по заданной траектории.
Робот, различающий препятствия
Перед сборкой интеллектуального устройства обдумывают его внешний вид и принцип передвижения. Оптимальный вариант – использование гусеничной цепи (как в танке).
Такими роботами легче управлять, и они способны передвигаться по любому типу поверхности. Снять гусеницы, моторчик и редуктор можно с игрушечного танка.
Инструменты и запчасти
Перед созданием робота следует подготовить:
- микроконтроллер (ATmega 16 в корпусе Dip-40);
- керамические конденсаторы 0,1 мкФ, 1 мкФ, 22 пФ;
- резисторы на 25 Вт номиналом 10 кОм (1 единицу) и 220 Ом (4 штуки);
- диод 1N4004;
- L7805 в корпусе ТО-220;
- паяльник;
- инфракрасные диоды (2 шт.);
- фототранзисторы, способные реагировать на длину ик-лучей;
- резонатор кварцевый на 16 МГц;
- мультиметр;
- радиодетали;
- гусеницы и мотор от игрушечного экскаватора, танка.
Работа с платой
Для обеспечения питания микроконтроллера подбирают стабилизатор напряжения. Оптимальный выбор – микросхема L7805, дающая на выходе стабильные 5 В. Дополнением к ней идут конденсаторы для сглаживания напряжения и диоды, защищающие от переполюсовки.
Далее осматривают корпус контроллера MK-Dip и выделяют в нем узлы:
- вывод Reset, подтянутый резистором к «плюсу» источника питания;
- электролит на 1000 мкФ для защиты от скачков напряжения;
- кварцевый резонатор и конденсаторы, которые нужно располагать вблизи от выводов Xtal1 и Xtal2.
Управление двигателями
В приспособлении используется микросхема L293D со встроенными диодами, которые защищают систему от перегрузки. Она имеет 2 канала, что позволяет подключить сразу 2 двигателя. Моторчики на плате запрещено присоединять напрямую к МК. Контакт обеспечивается с помощью ключевых транзисторов.
Во время работы возможен нагрев микроэлектронного устройства. Для отведения тепла предусмотрены ножки GND, которые следует распаивать на контактной площадке.
Установка датчиков препятствий
Ориентирование робота в пространстве обеспечивает простой инфракрасный датчик. Он состоит из диода, способного излучать в инфракрасном диапазоне, и фототранзистора для приема лучей. В отсутствии преграды перед механизмом транзистор закрыт.
При его приближении к мебели, стене, элементы улавливают тепло. Транзистор открывается, что активирует течение тока по цепи и побуждает устройство изменять траекторию движения.
Датчики устанавливают на передней части платы, подключая их с помощью проводов к основной схеме. По бокам от основы располагают гусеничный механизм.
Прошивка робота
Для работы устройства требуется программа, которая позволит снимать показания с датчиков и управлять двигателями. Простым роботам ее пишут с использованием языка программирования Си. Он представляет собой набор функций, вызывающих друг друга для дополнения.
Прописывая команды, следует учесть, что по инструкции у робота 2 датчика. Если на 1 из фототранзисторов поступает свет от инфракрасного диода, механизм начинает движение назад, отъезжая от препятствия. Он разворачивается и снова едет вперед.
Наличие преград следует проверять справа и слева, что прописывается с помощью команд. Алгоритм работы можно усовершенствовать, задав командную строку, что делать при возникновении угрозы прямого столкновения.
Улучшить готовый механизм позволит энкодер, который распознает положение робота в пространстве. Для информативности в дальнейшем устанавливается дисплей, на котором будет отображаться отладочная информация, расстояние до препятствий и другие нужные сведения.
Роботы для детей
Робототехника позволяет школьникам развивать творческие навыки и знакомить с техническими терминами. Освоив принципы конструирования lego-роботов (как правило, в школах робототехники используют для обучения lego-платформы), дети учатся разбираться в новых технологиях и осваивают азы востребованной профессии.
Ребятам будет интересно самостоятельно построить или поучаствовать в сборке:
- механических насекомых, которые передвигаются, светятся в темноте;
- квадропода (4-хногого шагохода) по специальным чертежам;
- умных робоживотных, которые могут передвигаться по заданной траектории;
- робота-колобка для накопления солнечной энергии;
- настоящей роботизированной руки для игры на барабане и других манипуляций.
Полезные роботизированные устройства для начинающих
Первые шаги в робототехнике можно начать:
- со знакомства с наборами для конструирования и программирования Lego BOOST (7-12 лет) и Lego EV3 (с 10 лет);
- с конструирования вибророботов, предназначенных для детских игр;
- с занятий с использованием электронных конструкторов «Знаток»;
- со сборки простых конструкторов для начинающих на основе Arduino;
- с конструирования моделей, представленных обучающими конструкторами Engino.
Необходимые навыки
Для изготовления роботов новичкам потребуются следующие навыки:
- умение конструировать, создавать механизмы;
- знание того, как обеспечивается взаимодействие маленьких помощников с внешней средой;
- изучение темы, так как сделать шагающего робота своими руками – задача не из легких;
- начальное представление о программировании – переменных, алгоритмах, современных языках.
Познакомившись с азами программирования, можно переходить к созданию самодельных роботов-пылесосов, мойщиков бассейнов и окон в доме. Применение роботам можно найти и в других сферах жизни.
Источник
Двуногий прямоходящий робот (платформа для обучения)
Мастер увлекается робототехникой и при изготовлении данной самоделки мастер преследовал цель сымитировать движение человека при ходьбе и беге. При этом устройство должно быть надежным и недорогим.
Давайте посмотрим небольшое видео.
Шаг шестой: плата и подключение
Это необязательный шаг. Чтобы сделать проводку более аккуратной, мастер решил изготовить плату. Плата содержит порты для прямого подключения проводов серводвигателя. Кроме того, были установлены дополнительные порты на случай установки других датчиков. Плата также имеет порт для подключения внешнего источника питания, необходимый для питания серводвигателей. Перемычка используется для переключения между USB и внешним питанием для Arduino.
Примечание: обязательно удалите перемычку перед подключением Arduino к компьютеру через USB. Невыполнение этого может привести к повреждению Arduino.
Подключение сервоприводов к Ардуино в следующем порядке:
Левое бедро >> контакт 9
Правое бедро >> контакт 8
Левое колено >> контакт 7
Правое колено >> контакт 6
Левая нога >> контакт 5
Правая нога >> контакт 4
Источник