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
Кому не хотелось бы иметь универсального помощника, готового выполнить любое поручение: помыть посуду, закупить продуктов, поменять колесо в автомобиле, да и отвезти детей в сад, а родителей на работу? Идея создания механизированных ассистентов занимает инженерные умы ещё с древних времён. А Карел Чапек даже придумал слово, обозначающее механического слугу – робота, выполняющего обязанности вместо человека.
К счастью, в нынешнем цифровом веке, такие помощники наверняка вскоре станут реальностью. На самом деле, интеллектуальные механизмы уже помогают человеку в выполнении домашних дел: робот-пылесос уберётся, пока хозяева на работе, мультиварка поможет приготовить еду, не хуже скатерти-самобранки, а игривый щенок Айбо радостно принесёт тапочки или мяч. Сложные роботы используются на производстве, в медицине и космосе. Они позволяют частично, а то и полностью, заменить труд человека в сложных или опасных условиях. Андроиды при этом пытаются внешне походить на людей, тогда как промышленные роботы обычно создаются из экономических и технологических соображений и внешний декор у них отнюдь не в приоритете.
Но, оказывается, можно попытаться сделать робота с помощью подручных средств. Так, можно сконструировать оригинальный механизм из телефонной трубки, компьютерной мышки, зубной щётки, старого фотоаппарата или вездесущей пластиковой бутылки. Разместив на платформе несколько датчиков, можно запрограммировать такого робота на выполнение простых операций: регулировку освещённости, подачу сигналов, движение по комнате. Конечно, это далеко не многофункциональный помощник из фантастических фильмов, зато такое занятие развивает изобретательность и творческое инженерное мышление, и безоговорочно вызывает восхищение у тех, кто считает роботостроение абсолютно не кустарным делом.
Одно из самых простых решений на пути к тому, чтобы сделать робота – приобрести готовый набор для робототехники с пошаговым руководством. Этот вариант подойдёт также тем, кто собирается серьёзно заниматься техническим творчеством, ведь в одном пакете находятся все необходимые детали для механики: от электронных плат и специализированных датчиков, до запаса болтиков и наклеек. Вместе с инструкциями, позволяющими создать довольно сложный механизм. Благодаря множеству аксессуаров такой робот может послужить отличной базой для творчества.
Основных школьных знаний по физике и навыков с уроков труда вполне достаточно для сборки первого робота. Разнообразные сенсоры и моторы подчиняются пультам управления, а специальные среды программирования позволяют создать настоящих киборгов, умеющих выполнять команды.
Например, датчик механического робота может фиксировать наличие или отсутствие поверхности перед прибором, а программный код указывать, в какую сторону следует поворачивать колёсную базу. Такой робот ни за что не упадёт со стола! Кстати, по схожему принципу работают настоящие роботы-пылесосы. Помимо проведения уборки по заданному расписанию и умения вовремя возвращаться на базу для подзарядки, этот интеллектуальный помощник может самостоятельно строить траектории уборки помещения. Поскольку на полу могут располагаться разнообразные препятствия, такие как стулья и провода, роботу приходится постоянно сканировать предлежащий путь и огибать такие помехи.
Для того чтобы собственноручно созданный робот умел выполнять различные команды, производители предусматривают возможность его программирования. Составив алгоритм поведения робота в различных условиях, следует создать код взаимодействия датчиков с окружающим миром. Это осуществимо благодаря наличию микрокомпьютера, являющегося мозговым центром такого механического робота.
Даже без специализированных, и обычно дорогостоящих, наборов, вполне возможно сделать механический манипулятор подручными средствами. Итак, загоревшись замыслом создания робота, следует внимательно проанализировать запасы домашних закромов на предмет наличия невостребованных запчастей, которые могут быть использованы в этой творческой затее. В ход пойдут:
Совет: «Нелишним навыком при создании робота будет умение обращаться с паяльником, ведь он поможет надёжно скрепить механизм, в особенности электрические компоненты».
С помощью этих общедоступных составляющих можно сотворить настоящее техническое чудо.
Итак, для того чтобы сделать собственного робота из доступных в домашних условиях материалов, следует:
Совет: «Бусинки глаз для робота, декоративные рожки-усики из проволоки, ножки-пружинки, диодные лампочки помогут одушевить даже самый скучный механизм. Эти элементы можно крепить при помощи клея или скотча».
Сделать механизм такого робота можно за несколько часов, после чего остаётся придумать роботу имя и представить восхищенным зрителям. Наверняка некоторые из них подхватят новаторскую задумку и смогут смастерить собственных механических персонажей.
Милый робот Валл-И располагает к себе зрителя одноимённого фильма, заставляя сопереживать его драматическим приключениям, тогда как Терминатор демонстрирует мощь бездушной непобедимой машины. Персонажи Звёздных войн – верные дроиды R2D2 и C3PO, сопровождают в путешествиях по далёкой-далёкой Галактике, а романтический Вертер даже жертвует собой в схватке с космическими пиратами.
За пределами кинематографа также существуют механические роботы. Так, мир восхищается умениями робота-гуманоида Асимо, который умеет ходить по лестнице, играть в футбол, подавать напитки и вежливо здороваться. Марсоходы Спирит и Кьюриосити оборудованы автономными химическими лабораториями, позволившими сделать анализ образцов марсианских почв. Беспилотные автомобили-роботы могут передвигаться без участия человека, даже по сложным городским улицам с высокими рисками непредвиденных событий.
Возможно, именно из домашних проб создания первых интеллектуальных механизмов, вырастут изобретения, которые изменят техническую панораму будущего и жизнь человечества.
Обычно мы рассказываем о роботах, созданных различными научно-исследовательскими центрами или компаниями. Однако роботов с разной степенью успеха по всему миру собирают обычные люди. Итак, сегодня мы представляем вам десять самодельных роботов.
Немецкий студент-нейробиолог собрал андроида по имени Адам. Его имя расшифровывается как Advanced Dual Arm Manipulator или «усовершенствованный двуручный манипулятор». Руки робота обладают пятью степенями свободы. Их приводят в действие суставы Robolink немецкой компании Igus. Для вращения суставов Адама используются внешние тросы. Кроме того, на голове Адама установлено две видеокамеры, громкоговоритель, синтезатор речи, а также ЖК-панель, имитирующая движения губ робота.
Робот MPR-1 примечателен тем, что он сконструирован не из железа или пластика, как большинство его собратьев, а из бумаги. Как утверждает создатель робота художник Kikousya, материалы для MPR-1 – бумага, несколько дюбелей и пара резиновых лент. При этом робот уверенно двигается, хотя его механические элементы также сделаны из бумаги. Кривошипно-шатунный механизм обеспечивает движение ног робота, а его ступни созданы так, что их поверхность всегда находится параллельно полу.
Робот Boxie создан американским инженером Александром Ребеном из Массачусетского технологического института. Boxie, похожий чем-то на героя известного всем мультфильма Валл-И, должен помочь сотрудникам средств массовой информации. Маленький и юркий папарацци полностью сделан из картона, передвигается он при помощи гусениц, а ориентируется на улице посредством ультразвука, что помогает ему преодолевать разнообразные препятствия. Интервью робот берет забавным детским голосом, а респондент в любой момент может прервать беседу, нажав на специальную кнопку. Boxie может записать около шести часов видео и отправить снятое своему хозяину, используя ближайшую точку Wi-Fi.
Норвежский инженер Каре Халворсен создал шестиногого робота Morphex, который умеет превращаться в мяч и обратно. Кроме того, робот способен передвигаться. Движение робота происходит за счет двигателей, толкающих его вперед. Робот движется по дуге, а не по прямой линии. В силу своего дизайна Morphex не может самостоятельно исправить траекторию своего движения. В данный момент Халворсен работает над тем, чтобы решить данный вопрос. Ожидается любопытное обновление: создатель робота хочет добавить 36 светодиодов, которые позволили бы Morphex менять цвета.
Американцы Тим Хис и Райан Хикмен решили создать небольшого робота, в основе которого находится телефон Android. Созданный ими робот Truckbot довольно прост в плане его конструкции: телефон HTC G1 находится на верхушке робота, являясь его «мозгом». На данный момент робот умеет передвигаться по плоской поверхности, выбирать направления движения и сопровождать всяческими фразами столкновения с препятствиями.
Однажды американец Брайан Дори, занимающийся разработкой плат расширения, столкнулся со следующей проблемой: запаивать двухрядную гребенку пинов своими руками очень сложно. Брайану был необходим помощник, поэтому он решил создать робота, который умел бы паять. На разработку робота у Брайана ушло два месяца. Сделанный робот оборудован двумя паяльниками, которые могут запаивать два ряда контактов одновременно. Управлять роботом можно через ПК и планшет.
В каждой семье есть своё излюбленное хобби. Например, в семье американского инженера Роберта Битти конструируют роботов. Роберту помогают его дочери-подростки, а супруга и новорожденная дочь оказывают им моральную поддержку. Наиболее внушительное их творение – самоходная установка Mechatronic Tank. Благодаря 20-килограммовой броне этот робот-охранник – гроза любого преступника. Восемь эхолокаторов, установленных на башне робота, позволяют ему рассчитать дистанцию до объектов, находящихся в его поле зрения, с точностью до дюйма. Робот ещё стреляет металлическими пулями со скоростью в тысячу выстрелов в минуту.
Американец по имени Макс создал мини-копию знаменитого . Несущую конструкцию робота Макс сделал из обрезков пятимиллиметрового акрилового стекла, а для скрепления всех частей воедино им были использованы обычные резьбовые болты. Кроме того, при создании робота были использованы миниатюрные сервоприводы, отвечающие за движение его конечностей, а также детали из набора Arduino Mega, координирующие двигательный процесс механического пса.
Робот-колобок был сконструирован Джеромом Демерсом, работает он на солнечных батареях. Внутри робота есть конденсатор, который соединен с деталями питания от солнца. Он нужен для накапливания энергии в непогоду. Когда солнечной энергии достаточно, шар начинает катиться вперед.
Изначально преподавателем Технологического института Джорджии Джилом Вайнбергом была сконструирована роборука для барабанщика, которому ампутировали руку. Затем Джил создал автоматизированную технологию синхронизации, благодаря которой двурукий барабанщик мог бы пользоваться роборукой в качестве дополнительной руки. Роборука реагирует на манеру игры барабанщика, создавая свой собственный ритм. Также роборука умеет импровизировать, анализируя при этом ритм, в котором играет барабанщик.
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.
Поэтому из того, что осталось в памяти об игрушках, было:
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:
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:
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.
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.
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).Заключение
