Как создать робота?
Когда речь заходит о роботах, мы представляем себе гигантскую машину с искусственным интеллектом, как в фильмах про Робокопа и т. д. Однако робот не обязательно должен быть большим и технически сложно сделанным устройством. В этой статье мы расскажем, как создать робота в домашних условиях. Сотворив собственного мини-робота, вы убедитесь, что никаких специальных знаний и инструментов для этого не потребуется.
Материалы для работы
Итак, создаем робота своими руками, подготовив следующие материалы для конструирования:
- 2 небольших куска проволоки.
- 1 маленький игрушечный двигатель на 3 Вольта.
- 1 батарейка АА.
- 2 бусины.
- 2 небольших квадратных куска пенополистирола разного размера.
- Клеевой пистолет.
- Материал для ножек (скрепки, головка зубной щетки и т. д.).
Инструкция по созданию робота
Теперь перейдем к поэтапному описанию, как создать робота:
- Приклейте больший кусок пенополистирола к игрушечному двигателю к стороне с металлическими контактами сверху. Это необходимо, чтобы защитить контакты от попадания влаги.
- Сверху куска пенополистирола приклейте батарейку.
- Второй кусок пенополистирола приклейте сзади двигателя, чтобы создать небольшой весовой дисбаланс. Именно благодаря этому дисбалансу робот получит возможность перемещаться. Дайте клею высохнуть.
- Приклейте ножки к двигателю. Чтобы ножки держались максимально прочно, к двигателю сначала необходимо будет приклеить небольшие куски пенополистирола, а уже к ним затем приклеить ножки.
- Проволоку к двигателю можно либо примотать изолентой, либо припаять. Второй вариант более предпочтителен - так робот прослужит значительно дольше. Оба куска проволоки необходимо припаять к металлическим контактам на двигателе максимально крепко.
- Далее вам необходимо будет присоединить любой из кусков проволоки к одной из сторон батарейки, к «плюсу» или к «минусу». Ее можно прикрепить к батарейке либо при помощи изоленты, либо при помощи клеевого пистолета. Крепление при помощи клея более надежно, но при его нанесении необходимо быть максимально осторожным, так как если вы используете слишком много клея, контакт между проволокой и батарейкой будет потерян.
- Приклейте бусины к батарейке для имитации глаз.
- Подсоедините второй кусок проволоки к другому концу батарейки, чтобы привести робота в движение. В данном случае лучше использовать не клей, а изоленту. Так вы легко сможете разомкнуть контакт и остановить робота, когда он вам надоест.
Такой робот прослужит ровно столько, на сколько хватит заряда батарейки. Как видите, создание роботов в домашних условиях — это довольно увлекательный процесс, в котором нет ничего сложного. Безусловно, вы можете впоследствии попробовать создать и более сложные, программируемые модели. Однако для их создания вам потребуются определенные знания и дополнительные материалы, которые продаются в магазине электротехники. Такой же игрушечный мини-робот можно легко сделать вместе с ребенком за считанные минуты.
Многие, кто из нас сталкивался с вычислительной техникой, мечтали собрать своего робота. Чтобы это устройство выполняло какие-то обязанности по дому, к примеру, приносило пиво. Все сразу берутся за создание наисложнейшего робота, однако зачастую быстро обламываются в результатах. Своего первого робота, который должен был делать умищу фишек, мы так и не довели до ума. Поэтому нужно начинать с простого, постепенно усложняя своего зверя. Сейчас мы поведаем тебе, как можно создать простейшего робота своими руками, который будет самостоятельно передвигаться по твоей квартире.
Концепция
Мы поставили перед собой простую задачу, сделать не сложного робота. Забегая вперёд, скажу, что обошлись мы конечно не пятнадцатью минутами, а значительно более длинным сроком. Но всё же это можно сделать за один вечер.
Обычно подобные поделки делаются годами. Народ бегает по магазинам в поисках нужной шестерёнки по нескольку месяцев. Но мы сразу осознали – это не наш путь! Посему мы будем использовать в конструкции такие детали, которые можно легко найти под рукой, или выкорчевать из старой техники. В крайнем случае, купить за гроши в любом радио магазине или на рынке.
Другая идея была в том, чтобы максимально удешевить нашу поделку. Подобный робот стоит в радиоэлектронных магазинах стоит от 800 до 1500 рублей! При чём он продаётся в виде деталей, а его ещё придётся собирать, и не факт что после этого он ещё и заработает. Производители таких наборов часто забывают положить какую-нибудь детальку и всё – робот потерян вместе с деньгами! Зачем нам такое счастье? Наш робот должен по деталям быть не дороже 100-150 рублей, включая двигатели и батарейки. При этом, если моторчики выковырять из старой детской машинки, то цена его станет вообще около 20-30 рублей! Чувствуешь, какая экономия, при этом получаешь отличного товарища.
Следующая часть была в том, что будет делать наш красавец. Мы решили изготовить робота, который будет искать источники света. Если источник света будет поворачиваться, то наша машинка будет рулить вслед за ним. Такая концепция называется “робот стремящийся жить”. Можно у него будет заменить батарейки на солнечные элементы и тогда он будет искать свет, чтобы ездить.
Необходимые детали и инструмент
Что же нам понадобится для изготовления нашего чада? Поскольку концепция из подручных средств, то нам понадобится монтажная плата, или даже обычная плотная картонка. В картонке можно шилом проделать дырочки для крепления всех деталей. Мы же будем использовать монтажку, ибо она оказалась под рукой, а картонку в моём доме днём с огнём не сыщешь. Это будет шасси, на которое мы будем монтировать весь остальной обвяз робота, крепить двигатели и датчики. В качестве движущий силы, мы будем использовать трёх или пятивольтовые моторчики, которые можно выковырять из старой машинки. Колёсики мы сделаем из крышек от пластиковых бутылок, например от Coca-Cola.
В качестве датчиков используются трёхвольтовые фототранзисторы или фотодиоды. Их можно выковырять даже из старой оптомеханической мышки. В ней стоят инфракрасные датчики (в нашем случае они были чёрненькие). Там они спарены, то есть два фотоэлемента в одном флаконе. С тестером ничего не мешает выяснить, какая ножка для чего предназначена. Управляющим элементом у нас будут выступать отечественные транзисторы 816Г. В качестве источников питания заюзаем три пальчиковых батарейки спаянные между собой. Либо можно взять батарейный отсек от старой машинки, как сделали мы. Для монтажа нужны будут проводочки. Для этих целей идеально подходят провода из витой пары, которой в доме любого уважающего себя хакера должно быть завались. Для закрепления всех деталей удобно использовать термоклей с термопистолетом. Это прекрасное изобретение быстро плавиться и так же быстро схватывается, что позволяет с ним быстро работать и монтировать простенькие элементы. Штука идеальна для таких поделок и я не раз использовал его в своих статьях. Ещё нам понадобится жёсткая проволока, за неё вполне сойдёт обычная канцелярская скрепка.
Монтируем схему
Итак, мы достали все детали и сложили их на своём столе. Паяльник уже тлеет канифолью и ты потираешь руки, жаждя сборки, ну что же – тогда приступим. Берём кусок монтажки и обрезаем его по размерам будущего робота. Для резки текстолита используем ножницы по металлу. Мы сделали квадрат со стороной примерно 4-5 см. Главное, чтобы на нём уместилась наша мизерная схемка, батарейки питания два двигателя и крепёж для переднего колеса. Чтобы плата не лохматилась и была ровной можно её обработать напильником, и ещё убрать острые края. Следующим нашим шагом будет запайка датчиков. Фототранзисторы, и фотодиоды имеют плюс и минус, иначе говоря анод и катод. Нужно соблюдать полярность их включения, что несложно определить простейшим тестером. В случае, если вы ошибётесь – ничего не сгорит, но робот ездить не будет. Датчики впаиваются по углам монтажной платы с одной стороны, чтобы они смотрели в стороны. Запаивать их надо не полностью в плату, а оставить где-то полтора сантиметра выводов, чтобы можно было их легко изгибать в любую сторону – это в дальнейшем нам это понадобится при настройке нашего робота. Это будут наши глаза, они должны находиться на одной стороне нашего шасси, которая в будущем будет передом робота. Сразу можно отметить, что мы собираем две управляющие схемы: одна для управления правым, и вторая левым двигателями.
Чуть поодаль переднего края шасси, рядом с нашими датчиками, нужно впаять транзисторы. Для удобства запайки и сборки дальнейшей схемы, оба транзистора мы запаяли «смотрящими» своей маркировкой в сторону правого колеса. Сразу надо отметить расположение ножек у транзистора. Если транзистор взять в руки, и повернуть металлической подложкой к себе, а маркировкой к лесу (как в сказке), а ножки будут направлены вниз, то слева на право ножки будут соответственно: база, коллектор и эмиттер. Если посмотреть на схему, где изображён наш транзистор, то база будет палочка перпендикулярная толстому отрезку в кружке, эмиттер палочка со стрелочкой, коллектор такая же палочка, только без стрелки. Здесь вроде всё понятно. Подготовим батарейки и приступим к непосредственной сборке электрической схемы. Изначально мы просто взяли три пальчиковых батарейки и спаяли их последовательно. Можно их сразу вставить в специальный держатель для батареек, который, как мы уже говорили, вытаскивается из старой детской машинки. Теперь подпаиваем провода к батарейкам и определим у себя на плате две ключевые точки, куда будут сходиться все провода. Это будет плюс и минус. Мы сделали просто – продели витую пару в края платы, запаяли концы к транзисторам и фотодатчикам, сделали скрученную петельку и туда подпаяли батарейки. Возможно не самый лучший вариант, но зато самый удобный. Ну что же, теперь готовим провода, и приступаем к сборке электрики. Будем идти от положительного полюса батарейки к отрицательному контакту, по всей электрической схеме. Берём кусок витой пары, и начинаем идти – припаиваем положительный контакт обоих фотодатчиков к плюсу батареек, в то же место запаиваем эмиттеры транзисторов. Вторую ножку фотоэлемента припаиваем небольшим куском провода к базе транзистора. Оставшиеся, последние ножки транзюка припаиваем соответственно к двигателям. Второй контакт моторчиков можно через выключатель подпаять к батарейке.
Но как истинные джедаи, мы решили включать нашего робота подпаиванием и отпаиванием провода, так как выключателя подходящего размера в моих закромах не обнаружилось.
Отладка электрики
Всё, электрическую часть мы собрали, теперь приступим к тестированию схемы. Включаем нашу схему, и подносим её к зажженной настольной лампе. По очереди, поворачивая то одним, то другим фотоэлементом. И смотрим что происходит. Если у нас двигатели начинают по очереди вращаться с разной скоростью, в зависимости от освещения, то значит всё в порядке. Если нет, то ищи косяки в сборке. Электроника – наука о контактах, а это значит, что если что-то не работает, то где-то нет контакта. Важный момент: правый фотодатчик отвечает за левое колесо, и левый соответственно за правое. Теперь, прикидываем, в какую сторону вращается правый и левый двигатель. Они должны оба крутиться вперёд. Если этого не происходит, то надо поменять полярность включения двигателя, который крутиться не в ту сторону, просто перепаяв провода на клеммах моторчика наоборот. Оцениваем ещё раз расположение моторчиков на шасси и проверяем направление движения в сторону, где установлены наши датчики. Если всё в порядке, то поедем дальше. В любом случае, это можно исправить, даже после того, как всё собрано окончательно.
Сборка девайса
С муторной электрической частью мы разобрались, теперь приступим к механике. Колёсики мы будем изготавливать из крышек, от пластиковых бутылок. Для изготовления переднего колеса, возьмём две крышки, и склеим их между собой.
Мы склеивали по периметру полой частью во внутрь, для большей устойчивости колеса. Дальше, точно по центру крышки просверливаем отверстие в первой и второй крышке. Для сверления и всяких домашних поделок очень удобно пользоваться дремелем, – этакая маленькая дрель с уймищей насадок, фрезеровальных, отрезных и многих других. Ей очень удобно пользоваться для сверления отверстий меньше одного миллиметра, где уже обычная дрель не справляется.
После того как мы просверлим крышки, вдеваем в отверстие предварительно разогнутую скрепку.
Изгибаем скрепку в форме буквы «П», где на верхней планке нашей буковки болтается колесо.
Теперь закрепляем эту скрепку межу фотодатчиками, спереди нашей машины. Скрепка удобна тем, что можно легко подрегулировать высоту переднего колеса, и этой юстировкой мы займёмся позже.
Перейдём к движущим колёсам. Их тоже будем делать из крышек. Аналогично – просверливаем каждое колесо строго по центру. Лучше всего чтобы сверло было размером с ось моторчика, а идеально - на доли миллиметра меньше, чтобы ось туда вставлялась, но с трудом. Одеваем оба колеса на вал движков, и чтобы они не соскакивали, закрепляем их термоклеем.
Это важно сделать не только для того, чтобы колёса не слетали при движении, и ещё и не проворачивались в месте крепежа.
Самая ответственная часть – крепёж электродвигателей. Мы их ставили в самом конце нашего шасси, с противоположной стороны монтажной платы, относительно всей остальной электроники. Надо помнить, что управляемый двигатель ставится с напротив своей управляющей фотосистемы. Это сделано для того, чтобы робот мог поворачивать на свет. Справа фотодатчик, слева двигатель и наоборот. Для начала мы их перехватим движки кусочками витой пары, продетыми сквозь отверстия в монтажке и скрученными сверху.
Подаём питание, и смотрим куда у нас вращаются движки. В тёмной комнате двигатели вращаться они не будут, желательно направить на лампу. Проверяем - все ли двигатели работают. Поворачиваем робот, и следим, как двигатели изменяют свою скорость вращения в зависимости от освещения. Повернём правым фотодатчиком, и левый движок должен шустренько закрутиться, а другой – наоборот притормозится. Напоследок, проверяем направление вращения колёс, чтобы робот ехал вперёд. Если всё работает, как мы описали, то можно аккуратно закреплять движки термоклеем.
Стараемся сделать так, чтобы их колёса находились на одной оси. Всё – закрепляем батарейки на верхней площадке шасси и переходим к настройке и играм с роботом.
Подводные камни и настройка
Первый подводный камень в нашей поделке был неожиданным. Когда мы собрали всю схему и техническую часть, все двигатели прекрасно реагировали на свет, и вроде всё шло отлично. Но когда мы поставили нашего робота на пол – он у нас не поехал. Оказалось, что мощности моторчиков попросту не хватает. Пришлось в срочном порядке раскурочивать детскую машинку, чтобы достать от туда движки помощнее. Кстати, если брать моторчики из игрушек – точно не прогадаешь с его мощностью, так как они рассчитаны на то, чтобы возить массу машинки с батарейками. Когда мы разобрались с двигателями, то перешли к настройке и приводу косметического вида. Для начала нужно собрать бороды проводов, которые у нас волочатся по полу, и укрепить их на шасси термоклеем.
Если робот волочится где-то пузом, то можно приподнять переднее шасси, изогнув крепящую проволоку. Самое главное фотодатчики. Лучше всего их выгнуть смотрящими в сторону под тридцать градусов от основного курса. Тогда он будет улавливать источники света, и направляться к ним. Нужный угол изгиба придётся подобрать экспериментально. Всё, вооружаемся настольной лампой, кладём робота на пол, включаем и начинай проверять и радоваться тому, как твоё чадо чётко следует источнику света, и как он ловко его находит.
Усовершенствования
Нет предела совершенству и в нашего робота можно добавлять функций до бесконечности. Были мысли даже поставить контроллер, но тогда стоимость и сложность изготовления возросли бы в разы, а это не наш метод.
Первое усовершенствование – сделать робота, который бы ездил по заданной траектории. Здесь всё просто, берётся и на принтере печатается чёрная полоса, или аналогично рисуется чёрным перманентным маркером на листе ватмана. Главное, чтобы полоса была немного уже ширины запаянных фотодатчиков. Сами фотоэлементы мы опускаем вниз, чтобы они смотрели на пол. Рядом с каждым нашим глазиком устанавливаем сверхяркий светодиод последовательно с сопротивлением в 470 Ом. Сам светодиод с сопротивлением запаиваем напрямую к батарейке. Идея проста, от белого листа бумаги свет прекрасно отражается, попадает на наш датчик и робот едет прямо. Как только луч попадает на тёмную полосу, то на фотоэлемент почти не попадает света (чёрная бумага прекрасно поглощает свет), и следовательно один двигатель начинает вращаться медленнее. Другой моторчик резво поворачивает робота, выравнивая курс. В результате робот катается по чёрной полоске, словно по рельсам. Можно такую полосу начертить на белом полу и робота посылать на кухню за пивом от твоего компутера.
Вторая идея – это усложнить схему, добавив ещё два транзистора и два фотодатчика и сделать так, чтобы робот искал свет не только спереди, но и со всех сторон, и как только находил – устремлялся к нему. Всё только будет зависеть с какой стороны появится источник света: если спереди, то поедет вперёд, а коли сзади, то покатится назад. Можно даже в этом случае для упрощения сборки, использовать микросхему LM293D, однако она стоит порядка ста рублей. Но с помощью неё можно легко настроить дифференциальное включение направления вращения колёс или, проще говоря, направление движения робота: вперёд-назад.
Последнее, что можно сделать – вообще убрать постоянно садящиеся батарейки и поставить солнечную батарею, которую можно сейчас купить в магазине аксессуаров к мобильным телефонам (или на диалэкстриме). Чтобы исключить полной потери дееспособности робота в этом режиме, если он случайно заедет в тень, можно подключить параллельно солнечной батареи – электролитический конденсатор очень большой ёмкости (тысячи микрофарад). Поскольку напряжение у нас там не превышает пяти вольт, то конденсатор можно взять рассчитанным на 6,3 вольта. Такой ёмкости и такого напряжения он будет достаточно миниатюрен. Кондёры можно либо купить, или выкорчевать из старых блоков питания.
Остальные возможные вариации, мы думаем, можно придумаешь самому. Если будет что-то интересное – обязательно напишите.
Выводы
Вот мы и приобщились к величайшей науке, движителю прогресса – кибернетике. В семидесятые годы прошлого века было очень популярно конструировать подобных роботов. Надо отметить, что в нашем создании применяются зачатки аналоговой вычислительной техники, которая отмерла с появлением цифровых технологий. Но как я показал в этой статье – не всё потерянно. Надеюсь, мы не остановимся на конструировании такого простого робота, а будем придумывать новые и новые конструкции, и удивишь нас своими интересными поделками. Удачи в сборке!
Авг 27, 2017 Геннадий
Любители электроники, люди интересующиеся робототехникой не упускают возможность самостоятельно сконструировать простого или сложного робота, насладиться самим процессом сборки и результатом.
Не всегда есть время и желание на уборку дома, но современные технологию позволяют создавать роботов уборщиков. К таковым можно отнести робота пылесоса, который ездит часами по комнатам и собирает пыль.
С чего начать если возникло желание создать робота своими руками? Конечно же первые роботы должны быть просты в создании. Робот, о котором пойдет речь в сегодняшней статье, не займет много времени и не требует особых навыков.
Продолжая тему создание роботов своими руками, предлагаю попробовать сделать танцующего робота из подручных средств. Для создания робота своими руками потребуются простые материалы, которые найдутся наверное практически в каждом доме.
Разнообразие роботов не ограничивается конкретными шаблонами, по которым эти роботы создаются. Людям постоянно приходят в голову оригинальные интересные идеи, как сделать робота. Одни создают статичные скульптуры роботов, другие создают динамичные скульптуры роботов, о чем и пойдет речь в сегодняшней статье.
Сделать робота своими руками может любой, даже ребенок. Робот, описание которого пойдет ниже, прост в создании и не требует много времени. Попробую привести описание этапов создания робота своими руками.
Порой идеи создания робота приходят совсем неожиданно. Если поразмышлять на тему, как заставить робота из подручных средств двигаться, возникает мысль о батарейках. Но, что если всё гораздо проще и доступнее? Давайте попробуем сделать робота своими руками используя мобильный телефон в качестве основной детали. Для создания вибро робота своими руками понадобятся следующие материалы:
Создать робота своими руками можно из чего угодно. К примеру, робот Belvedere, автором которого является Andrew Wolff, сделан на основе робота пылесоса. Основное применение робота заключается в том, чтобы робот развлекал семью Andrew и гостей.
Зная принципы создания роботов из подручных средств, любой желающий, даже ребенок сможет смастерить простенького робота. К примеру, робот из компакт диска о котором будет говориться в данной статье, сделан именно ребенком.
Наверняка, насмотревшись фильмов про роботов, тебе не раз хотелось построить своего боевого товарища, но ты не знал с чего начать. Конечно, у тебя не получится построить двуногого терминатора, но мы и не стремимся к этому. Собрать простого робота может любой, кто умеет правильно держать паяльник в руках и для этого не нужно глубоких знаний, хотя они и не помешают. Любительское роботостроение мало чем отличается от схемотехники, только гораздо интереснее, потому что тут так же затронуты такие области, как механика и программирование. Все компоненты легкодоступны и стоят не так уж и дорого. Так что прогресс не стоит на месте, и мы будем его использовать в свою пользу.
Введение
Итак. Что же такое робот? В большинстве случаев это автоматическое устройство, которое реагирует на какие-либо действия окружающей среды. Роботы могут управляться человеком или выполнять заранее запрограммированные действия. Обычно на роботе располагают разнообразные датчики (расстояния, угла поворота, ускорения), видеокамеры, манипуляторы. Электронная часть робота состоит из микроконтроллера (МК) – микросхема, в которую заключён процессор, тактовый генератор, различная периферия, оперативная и постоянная память. В мире существует огромное количество разнообразных микроконтроллеров для разных областей применения и на их основе можно собирать мощных роботов. Для любительских построек широкое применение нашли микроконтроллеры AVR. Они, на сегодняшний день, самые доступные и в интернете можно найти много примеров на основе этих МК. Чтобы работать с микроконтроллерами тебе нужно уметь программировать на ассемблере или на Cи и иметь начальные знания в цифровой и аналоговой электронике. В нашем проекте мы будем использовать Cи. Программирование для МК мало чем отличается от программирования на компьютере, синтаксис языка такой же, большинство функций практически ничем не отличаются, а новые довольно легко освоить и ими удобно пользоваться.Что нам нужно
Для начала наш робот будет уметь просто объезжать препятствия, то есть повторять нормальное поведение большинства животных в природе. Всё что нам потребуется для постройки такого робота можно будет найти в радиотехнических магазинах. Решим, как наш робот будет передвигаться. Самым удачным я считаю гусеницы, которые применяются в танках, это наиболее удобное решение, потому что гусеницы имеют большую проходимость, чем колёса машины и ими удобнее управлять (для поворота достаточно вращать гусеницы в разные стороны). Поэтому тебе понадобится любой игрушечный танк, у которого гусеницы вращаются независимо друг от друга, такой можно купить в любом магазине игрушек по разумной цене. От этого танка тебе понадобится только платформа с гусеницами и моторы с редукторами, остальное ты можешь смело открутить и выкинуть. Так же нам потребуется микроконтроллер, мой выбор пал на ATmega16 – у него достаточно портов для подключения датчиков и периферии и вообще он довольно удобный. Ещё тебе потребуется закупить немного радиодеталей, паяльник, мультиметр.Делаем плату с МК
Схема робота
В нашем случае микроконтроллер будет выполнять функции мозга, но начнём мы не с него, а с питания мозга робота. Правильное питание – залог здоровья, поэтому мы начнём с того, как правильно кормить нашего робота, потому что на этом обычно ошибаются начинающие роботостроители. А для того, чтобы наш робот работал нормально нужно использовать стабилизатор напряжения. Я предпочитаю микросхему L7805 – она предназначена, чтобы на выходе выдавать стабильное напряжение 5В, которое и нужно нашему микроконтроллеру. Но из-за того, что падение напряжения на этой микросхеме составляет порядка 2,5В к нему нужно подавать минимум 7,5В. Вместе с этим стабилизатором используются электролитические конденсаторы, чтобы сгладить пульсации напряжения и в цепь обязательно включают диод, для защиты от переполюсовки.
Теперь мы можем заняться нашим микроконтроллером. Корпус у МК - DIP (так удобнее паять) и имеет сорок выводов. На борту имеется АЦП, ШИМ, USART и много другого, что мы пока использовать не будем. Рассмотрим несколько важных узлов. Вывод RESET (9-ая нога МК) подтянут резистором R1 к «плюсу» источника питания – это нужно делать обязательно! Иначе твой МК может непреднамеренно сбрасываться или, проще говоря – глючить. Так же желательной мерой, но не обязательной является подключение RESET’а через керамический конденсатор C1 к «земле». На схеме ты так же можешь увидеть электролит на 1000 мкФ, он спасает от провалов напряжения при работе двигателей, что тоже благоприятно скажется на работе микроконтроллера. Кварцевый резонатор X1 и конденсаторы C2, C3 нужно располагать как можно ближе к выводам XTAL1 и XTAL2.
О том, как прошивать МК, я рассказывать не буду, так как об этом можно прочитать в интернете. Писать программу мы будем на Cи, в качестве среды программирования я выбрал CodeVisionAVR. Это довольно удобная среда и полезна новичкам, потому что имеет встроенный мастер создания кода.
Плата моего робота
Управление двигателями
Не менее важным компонентом в нашем роботе является драйвер двигателей, который облегчает нам задачу в управлении им. Никогда и ни в коем случае нельзя подключать двигатели напрямую к МК! Вообще мощными нагрузками нельзя управлять с микроконтроллера напрямую, иначе он сгорит. Пользуйтесь ключевыми транзисторами. Для нашего случая есть специальная микросхема – L293D. В подобных несложных проектах всегда старайтесь использовать именно эту микросхему с индексом «D», так как она имеет встроенные диоды для защиты от перегрузок. Этой микросхемой очень легко управлять и её просто достать в радиотехнических магазинах. Она выпускается в двух корпусах DIP и SOIC. Мы будем использовать в корпусе DIP из-за удобства монтажа на плате. L293D имеет раздельное питание двигателей и логики. Поэтому саму микросхему мы будем питать от стабилизатора (вход VSS), а двигатели напрямую от аккумуляторов (вход VS). L293D выдерживает нагрузку 600 мА на каждый канал, а этих каналов у неё два, то есть к одной микросхеме можно подключить два двигателя. Но, чтобы перестраховаться, мы объединим каналы, и тогда потребуется по одной микре на каждый двигатель. Отсюда следует, что L293D сможет выдержать 1.2 А. Чтобы этого добиться нужно объединить ноги микры, как показано на схеме. Микросхема работает следующим образом: когда на IN1 и IN2 подаётся логический «0», а на IN3 и IN4 логическая единица, то двигатель вращается в одну сторону, а если инвертировать сигналы – подать логический ноль, тогда двигатель начнёт вращаться в другую сторону. Выводы EN1 и EN2 отвечают за включение каждого канала. Их мы соединяем и подключаем к «плюсу» питания от стабилизатора. Так как микросхема греется во время работы, а установка радиаторов проблематична на этот тип корпуса, то отвод тепла обеспечивается ногами GND - их лучше распаивать на широкой контактной площадке. Вот и всё, что на первое время тебе нужно знать о драйверах двигателей.Датчики препятствий
Чтобы наш робот мог ориентироваться и не врезался во всё, мы установим на него два инфракрасных датчика. Самый простейший датчик состоит из ик-диода, который излучает в инфракрасном спектре и фототранзистор, который будет принимать сигнал с ик-диода. Принцип такой: когда перед датчиком нет преграды, то ик-лучи не попадают на фототранзистор и он не открывается. Если перед датчиком препятствие, тогда лучи от него отражаются и попадают на транзистор – он открывается и начинает течь ток. Недостаток таких датчиков в том, что они могут по-разному реагировать на различные поверхности и не защищены от помех - от посторонних сигналов других устройств датчик, случайно, может сработать. От помех может защитить модулирование сигнала, но пока мы этим заморачиватся не будем. Для начала, и этого хватит.
Первый вариант датчиков моего робота
Прошивка робота
Чтобы оживить робота, для него нужно написать прошивку, то есть программу, которая бы снимала показания с датчиков и управляла двигателями. Моя программа наиболее проста, она не содержит сложных конструкций и всем будет понятна. Следующие две строки подключают заголовочные файлы для нашего микроконтроллера и команды для формирования задержек:
#include
#include
Следующие строки условные, потому что значения PORTC зависят от того, как ты подключил драйвер двигателей к своему микроконтроллеру:
PORTC.0 = 1;
PORTC.1 = 0;
PORTC.2 = 1;
PORTC.3 = 0;
Значение 0xFF означает, что на выходе будет лог. «1», а 0x00 – лог. «0».
Следующей конструкцией мы проверяем, есть ли перед роботом препятствие и с какой оно стороны:
If (!(PINB & (1<
...
}
Если на фототранзистор попадает свет от ик-диода, то на ноге микроконтроллера устанавливается лог. «0» и робот начинает движение назад, чтобы отъехать от препятствия, потом разворачивается, чтобы снова не столкнуться с преградой и затем опять едет вперёд. Так как у нас два датчика, то мы проверяем наличие преграды два раза – справа и слева и потому можем узнать с какой стороны препятствие. Команда «delay_ms(1000)» указывает на то, что пройдёт одна секунда, прежде чем начнёт выполняться следующая команда.
Заключение
Я рассмотрел большинство аспектов, которые помогут тебе собрать твоего первого робота. Но на этом робототехника не заканчивается. Если ты соберёшь этого робота, то у тебя появится куча возможностей для его расширения. Можно усовершенствовать алгоритм робота, как например, что делать, если препятствие не с какой-то стороны, а прямо перед роботом. Так же не помешает установить энкодер – простое устройство, которое поможет точно располагать и знать расположение твоего робота в пространстве. Для наглядности возможна установка цветного или монохромного дисплея, который может показывать полезную информацию – уровень заряда аккумулятора, расстояние до препятствия, различную отладочную информацию. Не помешает и усовершенствование датчиков – установка TSOP (это ик-приёмники, которые воспринимают сигнал только определённой частоты) вместо обычных фототранзисторов. Помимо инфракрасных датчиков существуют ультразвуковые, стоят подороже, и тоже не лишены недостатков, но в последнее время набирают популярность у роботостроителей. Для того, чтобы робот мог реагировать на звук, было бы неплохо установить микрофоны с усилителем. Но по-настоящему интересным, я считаю, установка камеры и программирование на её основе машинного зрения. Есть набор специальных библиотек OpenCV, с помощью которых можно запрограммировать распознавание лиц, движения по цветным маякам и много всего интересного. Всё зависит только от твоей фантазии и умений.Список компонентов:
- ATmega16 в корпусе DIP-40>
- L7805 в корпусе TO-220
- L293D в корпусе DIP-16 х2 шт.
- резисторы мощностью 0,25 Вт номиналами: 10 кОм х1 шт., 220 Ом х4 шт.
- конденсаторы керамические: 0.1 мкФ, 1 мкФ, 22 пФ
- конденсаторы электролитические: 1000 мкФ х 16 В, 220 мкФ х 16В х2 шт.
- диод 1N4001 или 1N4004
- кварцевый резонатор на 16 МГц
- ИК-диоды: подойдут любые в количестве двух штук.
- фототранзисторы, тоже любые, но реагирующие только на длину волны ик-лучей
Код прошивки:
/*****************************************************Прошивка для робота
Тип МК: ATmega16
Тактовая частота: 16,000000 MHz
Если у тебя частота кварца другая, то это нужно указать в настройках среды:
Project -> Configure -> Закладка "C Compiler"
*****************************************************/
#include
#include
Void main(void)
{
//Настраиваем порты на вход
//Через эти порты мы получаем сигналы от датчиков
DDRB=0x00;
//Включаем подтягивающие резисторы
PORTB=0xFF;
//Настраиваем порты на выход
//Через эти порты мы управляем двигателями
DDRC=0xFF;
//Главный цикл программы. Здесь мы считываем значения с датчиков
//и управляем двигателями
while (1)
{
//Едем вперёд
PORTC.0 = 1;
PORTC.1 = 0;
PORTC.2 = 1;
PORTC.3 = 0;
if (!(PINB & (1<
//Едем назад 1 секунду
PORTC.0 = 0;
PORTC.1 = 1;
PORTC.2 = 0;
PORTC.3 = 1;
delay_ms(1000);
//Заворачиваем
PORTC.0 = 1;
PORTC.1 = 0;
PORTC.2 = 0;
PORTC.3 = 1;
delay_ms(1000);
}
if (!(PINB & (1<
//Едем назад 1 секунду
PORTC.0 = 0;
PORTC.1 = 1;
PORTC.2 = 0;
PORTC.3 = 1;
delay_ms(1000);
//Заворачиваем
PORTC.0 = 0;
PORTC.1 = 1;
PORTC.2 = 1;
PORTC.3 = 0;
delay_ms(1000);
}
};
}
О моём роботе
В данный момент мой робот практически завершён.
На нём установлена беспроводная камера, датчик расстояния (и камера и этот датчик установлены на поворотной башне), датчик препятствия, энкодер, приёмник сигналов с пульта и интерфейс RS-232 для соединения с компьютером. Работает в двух режимах: автономном и ручном (принимает сигналы управления с пульта ДУ), камера также может включаться/выключаться дистанционно или самим роботом для экономии заряда батарей. Пишу прошивку для охраны квартиры (передача изображения на компьютер, обнаружение движений, объезд помещения).
По пожеланиям выкладываю видео:
UPD. Перезалил фотографии и сделал небольшие поправки в тексте.
Ведущий канала “Учебник Мастерства” показал наглядно, как сделать шагающего мини робота. В первую очередь сделаем лапы. Две палочки от мороженого скрепляет вместе, отмеряем 6 сантиметров и сразу ставим две метки, где будут отверстия. Скальпелем удаляем всё лишнее, а место среза обрабатываем наждачкой. Бормашинкой по меткам сверлим два отверстия.
Берем еще две палочки, закрепляем скотчем, отмеряем 6 сантиметров и отрезаем ножовкой.Край закруглить не надо. На эту заготовку делаем отверстие только с одной стороны. Эти заготовки будем клеить прямо посередине полки с закругленными краями. Обратите внимание, они должны быть перпендикулярными. Заранее готовим четыре кусочка деревянные шпажки по 3 сантиметра. Вставляем в нижнее отверстие. При помощи суперклея к шпажке приклеиваем две заготовки по 8 см. Используйте линейку, чтобы соблюдать угол 90 градусов. Посмотрите, что должно получиться. Точно таким же образом делаем вторую лапу. Как видите, все понятно и в домашней обстановке несложно все это делать.
Нам еще понадобится пластиковый шарик из под игрушки. В нижней части шара с помощью ножовки делаем два углубления для деревянной шпажки. Закручиваем верхнюю участие маркером отмечаем где будет начала разреза. По резьбе раскручиваем и ещё раз отмечаем. Аккуратно между метками ножовкой делаем надрезы. Выбираем всё. Когда будем откручивать или закручивать шарик, отверстие всегда будет открытым.
Берем малооборотистый моторчик редуктор. Присоединяем к нему готовый контакт. Можно обойтись обыкновенными проводками. От чупа-чупса отрезаем кусочек ножки. Один конец хорошо нагреваем и сплющиваем. Второй конец тоже греем и одеваем на вал редуктора. В нижней части пластикового шарика отмеряем и клеем кусок палочки из под мороженого. Это будет подставка под мотор редуктор. Даем суперклея чуть-чуть затвердеть и сверху обильно наносим горячий клей. Ставим мотор и корпуса заливаем горячим клеем. Он не должен попадать на редуктор. Оставляем шар с мотором в стороне. Делаем 2 сантиметровые заготовки с отверстием посередине. Чтобы не было заусенцев, край обрабатываем наждачной бумагой. Берем линейку и делаем две отметки на расстоянии 1 см. По меткам сверлим два отверстия, скальпелем срезаем полукругом. Края обрабатываем.
Продолжение на видео с пятой минуты. Здесь детально показано, как в домашних условиях сделать интересного мини робота.
Простейший робот в домашних условиях
Для изготовления простейшего нам понадобится моторчик, два куска провода, прищепка, зарядное устройство от телефона. Сначала нужно присоединить проволоку к двигателю. После этого, как клей затвердел, возьмём плоскогубцы согнем ножки. Теперь можно раздвинуть их, чтобы робот стоял более уверенно. Теперь припаяем контакты на зарядное устройство к плюсу и минусу.
Далее видео канала “Без Чувств”, где показано, как создать эту игрушку робота.
Теперь можно тестировать этого простейшего мини робота. Чтобы он зашевелился, нацепим прищепку на ротор. Вот и всё! Робот бегает.
Мини робот из набора в домашних условиях
На канале Alphadroid рассказали, как сделать в домашних обстоятельствах мини робота.
Для сборки ходячего необходимо большое количество компонентов. Была использована платформа для самостоятельной сборки «Дройдик». Помимо деталей, которые можно приобрести на радио-рынке, в наборе есть дополнительные необходимые элементы.
Смотрите видео канала Alpha Mods.
Комплектация набора: панели с деталями для сборки корпуса, батарейный отсек, 4 полноценных набора сервоприводов, 30 гаек, винты и гайки М 3, 2 самореза, ультразвуковой датчик расстояния, шлейф, намагниченная отвертка, инструкция по сборке.
Корпус робота деревянный, из МДФ. В комплекте 5 пластин с деталями для корпуса, обработанные лазерным гравером. Робот оснащен ультразвуковым датчиком, это поможет ему ориентироваться в пространстве. На первых страницах инструкции нарисованы панели корпуса в масштабе 1:1. Необходимо взять реальные пластины и пронумеровать так, как это сделано на рисунке.
Первым делом необходимо взять деталь D1 и D4, а также пару винтов М3*10. Аккуратно вынимаем детали из пластины и прикручиваем друг к другу. Берем D5 и сервоприводы. Прикручиваем к D5 с помощью саморезов, которые идут в комплекте. Берем первую и вторую заготовки, соединяем с помощью D3. В деревянных деталях есть пазы, и они друг в друга вставляются. Берем гайки и располагаем в отведенные для них места. Это были ноги и ступни робота. Переходим к D2 и рукава для сервоприводов. Рукав фиксируем на планке. Планка надевается.
Проводим калибровку: проворачиваем привод в сторону, вытаскиваем планку, вставляем заново и проворачиваем снова, пока планка не упрется. Еще раз снимаем планки и надеваем в конечное положение: так чтобы D2 касалось D3, либо была максимально близка к ней. Возвращаем привода на исходное положение. На этапе калибровка завершена. Берем опору D10 и устанавливаем ее на D1 и D2. D1 зажимается с помощью контргайки не до упора. То, что сейчас установили является гнездом для сервоприводов, оставшиеся два помещаем на соответствующие гнезда. Есть планка фиксации – D11.
Калибровка: одеваем плечики и проворачиваем до упора, плечи снимаем и устанавливаем в вертикальном положении, задаем угол в 90 градусов, наконец снимаем. Ноги готовы. Для сборки головы: D7, D14 и 4 болта м3*12 мм.
