Как сделать робота в домашних условиях для ребенка? Маленький самодельный робот Как сделать робота подручных материалов.
Сейчас уже мало кто помнит, к сожалению, что в 2005 году были Chemical Brothers и у них был замечательный клип - Believe, где роботизированная рука гонялась по городу за героем видео.
Тогда у меня появилась мечта. Несбыточная на тот момент, т. к. ни малейшего понятия об электронике у меня не было. Но мне хотелось верить - believe. Прошло 10 лет, и буквально вчера мне удалось впервые собрать своего собственного робота-манипулятора, запустить его в работу, затем сломать, починить, и снова запустить в работу, а попутно найти друзей и обрести уверенность в собственных силах.
Внимание, под катом спойлеры!
Всё началось с (привет, Мастер Кит, и спасибо, что разрешили написать в вашем блоге!), который был почти сразу найден и выбран после этой статьи на Хабре. На сайте говорится, что собрать робота - под силу даже 8-летнему ребёнку - чем я хуже? Я точно так же только пробую свои силы.
Сначала была паранойя
Как истинный параноик, сразу выскажу опасения, которые у меня изначально были относительно конструктора. В моём детстве сперва были добротные советские конструкторы, потом рассыпающиеся в руках китайские игрушки… а потом детство кончилось:(Поэтому из того, что осталось в памяти об игрушках, было:
- Пластмасса будет ломаться и крошиться в руках?
- Детали будут неплотно подходить друг к другу?
- В наборе будут не все детали?
- Собранная конструкция будет непрочной и недолговечной?
- Часть деталей придётся допиливать напильником
- А части деталей просто не будет в наборе
- И ещё часть будет изначально не работать, её придётся менять
Детали конструктора не только отлично подходят друг к другу, но также продуман тот момент, что детали почти что невозможно перепутать . Правда, с немецкой педантичностью создатели отложили винтиков ровно столько сколько нужно , поэтому терять винтики по полу или путать «какой куда» при сборке робота нежелательно.
Технические характеристики:
Длина:
228 мм
Высота:
380 мм
Ширина:
160 мм
Вес в сборке:
658 гр.
Питание:
4 батарейки типа D
Вес поднимаемых предметов:
до 100 гр
Подсветка:
1 светодиод
Тип управления:
проводной дистанционный пульт
Примерное время сборки:
6 часов
Движение:
5 коллекторных моторов
Защита конструкции при движении:
храповик
Подвижность:
Механизм захвата:
0-1,77""
Движение запястья:
в пределах 120 градусов
Движение локтя:
в пределах 300 градусов
Движение плеча:
в пределах 180 градусов
Вращение на платформе:
в пределах 270 градусов
Вам понадобятся:
- удлинённые плоскогубцы (не получится обойтись без них)
- боковые кусачки (можно заменить на нож для бумаги, ножницы)
- крестовая отвёртка
- 4 батарейки типа D
Важно! О мелких деталях
Кстати о «винтиках». Если вы сталкивались с подобной проблемой, и знаете, как сделать сборку ещё удобнее - добро пожаловать в комментарии. Пока что поделюсь своим опытом.Одинаковые по функции, но разные по длине болты и шурупы достаточно чётко прописаны в инструкции, например, на средней фото внизу мы видим болты P11 и P13. А может P14 - ну, то есть, вот опять, я снова их путаю. =)
Различить их можно: в инструкции прописано, какой из них сколько миллиметров. Но, во-первых, не будешь же сидеть со штангенциркулем (особенно если тебе 8 лет и\или у тебя его попросту нет), а, во-вторых, различить их в итоге можно только, если положить рядом, что может не сразу прийти на ум (мне не пришло, хе-хе).
Поэтому заранее предупрежу, если надумаете собирать этого или похожего робота сами, вот вам подсказка:
- либо заранее присмотритесь к крепёжным элементам;
- либо купите себе побольше мелких винтов, саморезов и болтов, чтобы не париться.
Также, ни в коем случае не выбрасывайте ничего, пока не закончите сборку. На нижней фотографии в середине, между двумя деталями от корпуса «головы» робота - небольшое кольцо, которое чуть не полетело в мусор вместе с прочими «обрезками». А это, между прочим, держатель для светодиодного фонарика в «голове» механизма захвата.
Процесс сборки
К роботу прилагается инструкция без лишних слов - только изображения и чётко каталогизированные и промаркированные детали.Детали достаточно удобно откусываются и зачистки не требуют, но мне понравилась идея каждую деталь обработать ножом для картона и ножницами, хотя это и не обязательно.
Сборка начинается с четырёх из пяти входящих в конструкцию моторов, собирать которые настоящее удовольствие: я просто обожаю шестерёночные механизмы.
Моторчики мы обнаружили аккуратно упакованными и «прилипшими» друг к другу - готовьтесь ответить на вопрос ребёнка, почему коллекторные моторчики магнитятся (можно сразу в комментариях! :)
Важно: в 3 из 5 корпусов моторчиков нужно утопить гайки по бокам - на них в дальнейшем мы посадим корпуса при сборке руки. Боковые гайки не нужны только в моторчике, который пойдёт в основу платформы, но чтобы потом не вспоминать, какой корпус куда, лучше утопите гайки в каждом из четырёх жёлтых корпусов сразу. Только для этой операции будут нужны плоскогубцы, в дальнейшем они не понадобятся.
Примерно через 30-40 минут каждый из 4х моторов оказался снабжён своим шестереночным механизмом и корпусом. Собирается всё не сложнее, чем в детстве собирался «Киндер-сюрприз», только гораздо интереснее. Вопрос на внимательность по фото выше: три из четырёх выходных шестерёнок черные, а где белая? Из её корпуса должны выходить синий и чёрный провод. В инструкции это всё есть, но, думаю, обратить на это внимание ещё раз стоит.
После того, как у вас на руках оказались все моторы, кроме «головного», вы приступите к сборке платформы, на которой будет стоять наш робот. Именно на этом этапе ко мне пришло понимание, что с шурупами и винтами надо было поступать более вдумчиво: как видно на фото выше, двух винтов для скрепления моторчиков вместе за счет боковых гаек мне не хватило - они уже были где-то мною же вкручены в глубине уже собранной платформы. Пришлось импровизировать.
Когда платформа и основная часть руки собраны, инструкция предложит вам перейти к сбору механизма захвата, где полно мелких деталей и подвижных частей - самое интересное!
Но, надо сказать, что на этом спойлеры закончатся и начнутся видео, так как мне нужно было ехать на встречу с подругой и робота, которого не удалось успеть закончить, пришлось захватить с собой.
Как стать душой компании при помощи робота
Легко! Когда мы продолжили сборку вместе, стало понятно: собирать робота самостоятельно - очень приятно. Работать над конструкцией вместе - приятно вдвойне. Поэтому смело могу рекомендовать этот набор для тех, кто не хочет сидеть в кафе за скучными разговорами, но хочет повидаться с друзьями и хорошо провести время. Более того, мне кажется, и тимбилдинг с таким набором - например, сборка двумя командами, на скорость - практически беспроигрышный вариант.Робот ожил в наших руках сразу, как только мы закончили сборку. Передать вам наш восторг, я, к сожалению, не могу словами, но, думаю, многие меня здесь поймут. Когда конструкция, которую ты сам собрал вдруг начинает жить полноценной жизнью - это кайф!
Мы поняли, что жутко проголодались и пошли поесть. Идти было недалеко, поэтому робота мы донесли в руках. И тут нас ждал ещё один приятный сюрприз: робототехника не только увлекательна. Она ещё и сближает. Как только мы сели за столик, нас окружили люди, которые хотели познакомиться с роботом и собрать себе такого же. Больше всего ребятам понравилось здороваться с роботом «за щупальца», потому что ведёт он себя действительно как живой, да и в первую очередь это же рука! Словом, основные принципы аниматроники были освоены пользователями интуитивно . Вот как это выглядело:
Troubleshooting
По возвращении домой меня ждал неприятный сюрприз, и хорошо, что он случился до публикации этого обзора, потому что теперь мы сразу обговорим troubleshooting.Решив попробовать подвигать рукой по максимальной амплитуде, удалось добиться характерного треска и отказа функциональности механизма мотора в локте. Сначала это меня огорчило: ну вот, новая игрушка, только собрана - и уже больше не работает.
Но потом меня осенило: если ты сам её только что собрал, за чем же дело стало? =) Я же прекрасно знаю набор шестерёнок внутри корпуса, а чтобы понять, сломался ли сам мотор, или просто недостаточно хорошо был закреплён корпус, можно не вынимая моторчика из платы дать ему нагрузку и посмотреть, продолжатся ли щелчки.
Вот тут-то мне и удалось почувствовать себя настоящим робо-мастером!
Аккуратно разобрав «локтевой сустав», удалось определить, что без нагрузки моторчик работает бесперебойно. Разошёлся корпус, внутрь выпал один из шурупов (потому что его примагнитил моторчик), и если бы мы продолжили эксплуатацию, то шестерёнки были бы повреждены - в разобранном виде на них была обнаружена характерная «пудра» из стёршейся пластмассы.
Очень удобно, что робота не пришлось разбирать целиком. И классно на самом деле, что поломка произошла из-за не совсем аккуратной сборки в этом месте, а не из-за каких-то заводских трудностей: их в моём наборе вообще обнаружено не было.
Совет: первое время после сборки держите отвёртку и плоскогубцы под рукой - могут пригодиться.
Что можно воспитать благодаря данному набору?
Уверенность в себе!Мало того, что у меня нашлись общие темы для общения с совершенно незнакомыми людьми, но мне также удалось самостоятельно не только собрать, но и починить игрушку! А значит, я могу не сомневаться: с моим роботом всегда всё будет ок. И это очень приятное чувство, когда речь идёт о любимых вещах.
Мы живём в мире, где мы страшно зависим от продавцов, поставщиков, сотрудников сервиса и наличия свободного времени и денег. Если ты почти ничего не умеешь делать, тебе за всё придётся платить, и скорее всего - переплачивать. Возможность починить игрушку самому, потому что ты знаешь, как у неё устроен каждый узел - это бесценно. Пусть у ребёнка такая уверенность в себе будет.
Итоги
Что понравилось:- Собранный по инструкции робот не потребовал отладки, запустился сразу
- Детали почти невозможно перепутать
- Строгая каталогизация и наличие деталей
- Инструкция, которую не надо читать (только изображения)
- Отсутствие значимых люфтов и зазоров в конструкциях
- Лёгкость сборки
- Лёгкость профилактики и починки
- Last but not least: свою игрушку собираешь сам, за тебя не трудятся филиппинские дети
- Ещё крепёжных элементов, прозапас
- Детали и запчасти к нему, чтобы можно было заменить при необходимости
- Ещё роботов, разных и сложных
- Идеи, что можно улучшить\приделать\убрать - словом, на сборке игра не заканчивается! Очень хочется, чтобы она продолжалась!
Собирать робота из этого конструктора - не сложнее, чем паззл или «Киндер-сюрприз», только результат гораздо масштабнее и вызываЛ бурю эмоций у нас и окружающих. Отличный набор, спасибо,
Сделать робота очень просто Давайте разберемся, что же потребуется чтобы создать робота в домашних условиях, для того чтобы понять основы робототехники .
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
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.
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.
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. 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: 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). Одним из очень трудоёмких и увлекательных занятий является постройка собственного робота.
Каждый, от подростка до взрослого, мечтает сделать или маленького и симпатичного, или большого и многофункционального робота, сколько людей столько различных модификаций робототехники. А вы хотите сделать робота? Перед таким серьёзным проектом следует прежде убедиться в своих возможностях. Построение робота занятие не из дешевых и не самых простых. Подумайте, какого робота вы хотите сделать, какие функции он должен выполнять, возможно, это будет просто декоративный робот из старых деталей или это будет полнофункциональный робот со сложными, двигающимися механизмами. Я встречал много народных умельцев, создающих декоративных роботов из старых, отработавших свой век механизмов, таких как часы, будильники, телевизоры, утюги, велосипеды, компьютеры и даже автомобили. Эти роботы делаются просто для красоты, они, как правило, оставляют очень яркие впечатления, особенно они, нравятся детям. Подросткам вообще интересны роботы как нечто загадочное, ещё неизведанное. Детали декоративных роботов крепятся различными способами: на клею, сваркой, на винтах. В таком занятии лишних деталей не бывает в ход идут любые детали, от маленькой пружинки до самого большого болта. Роботы могут быть маленькими, настольными, а некоторые умельцы умудряются сделать декоративных роботов в человеческий рост. Намного сложнее и не менее интересно сделать действующего робота. Не обязательно робот должен быть похож на человека, это может быть консервная банка с рожками и гусеницами:) тут можно проявлять фантазию до бесконечности. Раньше роботы были в основном механические, все движения контролировались сложными механизмами. Сегодня большинство грубых механических узлов можно заменить на электрические схемы, а «мозгом» робота может быть всего одна микросхема, в которую через компьютер вводят нужные данные. Сегодня компания «Лего» выпускает специальные наборы для конструирования роботов, пока такие конструкторы стоят дорого и доступны не всем. Лично мне интересно сделать робота своими руками из подручных материалов. Самая большая проблема, возникающая при строительстве, это нехватка знаний в области электрики. Если по механике можно ещё что-то сделать без проблем, то с электрическими схемами дела обстоят сложнее, часто требуется совместить несколько разных электрических узлов, тут и начинаются сложности, но всё это поправимо. При создании робота могут возникнуть проблемы с электродвигателями, хорошие моторчики стоят дорого, приходится разбирать старые игрушки, это не очень удобно. Так же стали дефицитными многие радиодетали, всё больше техники делается на сложных микросхемах, а тут нужны серьёзные знания. Несмотря на все трудности многие из нас продолжают создавать удивительных роботов для самых разных целей. Роботы могут стирать, убирать пыль, чертить, двигать предметы, веселить нас или просто украшать рабочий стол. На сайте я периодически буду публиковать фотографии своих новых роботов, если вас тоже интересует эта тема, то обязательно присылайте свои истории с фотографиями или напишите о своих изобретениях на форуме. Робот – самостоятельное и, часто, автономное устройство, работающее по внутренней программе. Почти живое существо, только с электронными мозгами. Роботы могут многое, но, все-таки не более того, что в них заложено их создателем. Насмотревшись видео про роботов, решил сам попробовать сделать робота из простой игрушки. Что для этого нужно? Для начала сама игрушка. (отберите у вашего ребенка, пока не сломал). От самой игрушки зависит то, как будет выглядеть робот и что он сможет делать. Я взял простой трактор с дистанционным управлением King Force 300 ( при изготовлении робота ни один ребенок не пострадал) Конечно, это будет не человеко-подобный робот, но трактор все-таки должен самостоятельно ездить и еще радостно пищать по поводу и без повода. Видео в конце. Рожденный ездить – летать не может. Т.е. наш робот будет перемещаться вперед-назад, вправо-влево. И еще дрыгать ковшом в качестве бонуса. Изначально у King Force 300 есть еще и плуг, но он управляется тем же мотором, что и ковш и к тому же занимает ценное пространство сзади, куда я планировал поставить инфракрасный бампер, поэтому плуг пришлось зверски ампутировать. Но шурупы пошли на прикручивание выключателя, что тоже хорошо. Т.е в машинке всег три мотора и и нам нужно управлять двумя двигателями на движение, каждый из которых должен вращаться вперед и назад и одним двигателем на подъем ковша, который должен вращаться только в одну сторону. Вместо покупки инфракрасного датчика рублей эдак за 500 можно спаять на простейшей макетной плате пару транзисторов и светодиодов и получить тоже самое только в десять раз дешевле, особенно, если датчиков хотите сделать несколько. В итоге я купил этот драйвер двигателей и этот ультразвуковой дальномер HC-SR04, а материнскую плату робота и инфракрасный бампер спаял на простой макетной плате просто проводками без использования травления хлорным железом и т.п. радостей. Единственное, что паяльник должен быть с тонким жалом, чтобы паять колодки микросхемы. Сначала хотел использовать беспаечную макетную плату, но все-таки решил запаять, чтобы меньше отваливались провода. Остался главный вопрос – насчет мозгов робота. Всеми этими моторчиками нужно как-то управлять. Компьютер великоват, да и не влезет он в трактор. Поэтому берем максимально простой вариант. Один из клонов Ардуино. Их много разных по цене и размеру. Это хотя это и не лучший контроллер, не самый быстрый и в нем не слишком много возможностей, но программируется легко, много примеров как что сделать, есть готовые библиотеки работы с дальномером и инфракрасным приемником, поэтому для нашей задачи Ардуино вполне достаточен. Питание. Ардуино питается от +5 вольт. У нас двигатели воспринимают что-то около 6 вольт, если быть абсолютно точными, то в пульте у нас четыре батарейки AA, они по 1.5 вольта, никаких дополнительных схем не увидел, следовательно на двигатели подается прямиком 6 вольт – это радует, поскольку не нужно уменьшать-увеличивать напряжение с батареек. Я планирую питать схему от четырех аккумуляторов. Они 1.2 вольта, следовательно в итоге на схему пойдет 4.8 – достаточно для нормального питания Ардуино без дополнительных стабилизаторов и ограничителей, для двигателей тоже пойдет. Для простого управления подключил приемник инфракрасного излучения фактически теперь у трактора есть инфракрасный пульт дистанционного управления и куча кнопок. Всякие гребенки, батарейные отсеки, конденсаторы-резисторы покупал в чип-дипе Если заказывать через Интернет, то цена в общем нормальная, но в розницу там совершенно безумные цены. Но можно купить практически все детали в одном месте. А вот здесь купил макетную плату. После распайки основная проблема была в том, что Ардуина очень чувствительна к помехам. Поскольку двигатели явно щеточные, то создают сильные помехи при работе, пришлось дополнительно паять большое количество конденсаторов 0.1 мкф везде, где только можно. При этом двигатель ковша сильно влиял на дальномер, пришлось даже ставить дополнительную катушку-фильтр на двигатель ковша (выпаял из сгоревшей энергосберегающей лампы), а на дальномер кроме конденсаторов поставить ферритовый фильтр на питающий провод. У меня изначально была идея использовать дальномер как датчик поднятия и опускания ковша. Поскольку ковш заслоняет дальномер в нижнем состоянии и открывает в поднятом, то можно останавливать подъем когда дальномер резко изменил показатели. Поэтому пришлось бороться с помехами. Дальномер уж слишком близко стоит рядом с двигателем, да и разводка проводами способствует наводкам проводов друг на друга. Двигатели колес сильно влияли вообще на все. При старте вперед Ардуина зависала. Кстати, назад ехала нормально. Что очень похоже на помеху по питанию в одну сторону двигатели мало влияли, а в другую все зависало. Пришлось в итоге от двигателей к драйверу двигателей провода заменить на экранированные, экран присоединить к минусу питания. Питание и землю сделать звездой и дополнительно на питание инфракрасного датчика поставить резистор 100 ом, который тоже немного экранирует помехи, конечно, не так как катушка, но все-таки. По хорошему каждый вывод двигателя нужно через конденсатор выводить на землю, чтобы сбрасывать помехи, но у меня просто места небыло для дополнительных конденсаторов, просто стоят параллельно. Но экранированный провод значительно уменьшил влияние двигателей на схему. Ниже схема того что получилось. Как это все работает можно посмотреть на видео.
Заключение
При выборе игрушки для роботизации важно уточнить сколько у нее двигателей на колесах. У некоторых дешевых моделей обе гусеницы управляются одним мотором, что не позволит трактору маневрировать, а езда вперед-назад – не интересна. Китайцы как всегда сделали одноразовую вещь, поэтому для нормальной работы игрушку пришлось пришлось немного после чего не страшно уже ее роботизировать. Есть уверенность, что она не отбросит колеса прямо сразу, а немного поездит на радость мне и детям.
Если нужно включить-выключить двигатель – это реализуется просто на мощном транзисторе, но если нужно менять его полярность, то здесь без специальной схемы не обойтись. Либо реализовывать самому так называемый H-bridge, либо купить готовый драйвер двигателей.
Магазины деталей для роботов изобилуют разными готовыми платами (шилдами), который можно купить и быстро собрать в единое устройство, но здесь нужно соблюдать баланс между ценой и трудоемкостью изготовления такой платы.
Кстати, отлично для разводки такой платы подходят провода от витой пары. Медные, в меру жесткие и хороши для пайки. Думаю, у каждого найдется метр-другой остатков витой пары для такого рода развлечений. Материнскую плату готовую не брал, чтобы сэкономить место внутри трактора. Туда много не поместится, поэтому максимально неаккуратно распаял сам. Душераздирающее зрелище перепутанных проводов можно посмотреть на видео. В последствие оказалось, что провода еще и помехи друг другу дают, особенно те, которые идут к двигателям.
Чтобы можно было собирать-разбирать устройство пришлось сделать все датчики на разъемах.
Arduino Nano очень даже компактный вариант, чтобы поставить внутрь трактора. У меня был клон Carduino Nano V.7 поэтому использовал его, кстати, у этой платки есть особенность – выход SPK, куда можно подключить наш ковш прямо без всяких драйверов двигателей и дополнительных транзисторов. При этом он завязан внутри через транзистор на 11 цифровой порт. Так что посмотрите по схеме транзистор нарисован снаружи, а на самом деле двигатель подключен к выходу SPK и использует внутренний транзистор.
И еще несколько деталек.