ѕростой робот из подручных средств


26.12.2011, 18:13

»сточник: журал ’акер є 01/08 (109) ѕуть к свету
јвтор: ¬адим ≈рмоленко, (fackadmin@mail.ru), —ергей ƒолин (dlinyj@real.xakep.ru)


робот из подручных средств

ћногие из тех, кто имеет дело с вычислительной техникой, мечтают собрать своего робота. ’от€т, чтобы это устройство выполн€ло какие-то об€занности по дому, к примеру: приносило пиво. » сразу берутс€ за создание наисложнейшего робота, однако зачастую быстро разочаровываютс€ в результатах. —воего первого робота, который должен был делать уйму всего, мы так и не довели до ума. ѕоэтому лучше начинать с простого, постепенно усложн€€ своего звер€. —ейчас мы поведаем тебе, как из подручных средств можно создать простейшего робота, который будет самосто€тельно передвигатьс€ по твоей квартире.

 онцепци€

ћы поставили перед собой задачу сделать робота из подручных средств за 15 минут. ќбычно подобные поделки конструируютс€ годами. Ќарод по нескольку мес€цев бегает по магазинам в поисках нужной шестеренки. Ќо мы сразу осознали: это не наш путь! ћы будем использовать в конструкции только такие детали, которые всегда можно найти под рукой или выкорчевать из старой техники. ¬ крайнем случае - купить за гроши в любом радиомагазине или на рынке.

ƒруга€ задача состо€ла в том, чтобы максимально удешевить нашу поделку. ¬ магазинах радиоэлектроники подобный робот стоит от 800 до 1500 рублей, а его ведь еще и собирать придетс€, поскольку продаетс€ он в виде деталей. » гарантий, что после сборки он заработает, никто не дает. ѕроизводители таких наборов нередко забывают положить туда какую-нибудь детальку. «ачем нам такое Ђсчастьеї? Ќаше устройстов по детал€м должно быть не дороже 100-150 рублей, включа€ двигатели и батарейки. ≈сли моторчики выковыр€ть из старой детской машинки, то обща€ стоимость его составл€ющих вообще снизитс€ до 20-30 рублей! „увствуешь, кака€ экономи€, и ты получаешь отличного товарища!

¬ажный этап в работе Ц определение того, что будет делать наш красавец. ћы решили изготовить робота, ищущего источники света. ≈сли источник света будет поворачиватьс€, то наша машинка будет рулить вслед за ним. ћы назвали эту концепцию Ђ–обот, стрем€щийс€ житьї. ѕри замене батареек солнечными элементами он будет искать свет, чтобы ездить.

Ќеобходимые детали и инструменты

„то же нам понадобитс€ дл€ изготовлени€ нашего детища? ѕоскольку иде€ состоит в сборе робота из подручных средств, нам понадобитс€ монтажна€ плата или просто обычна€ плотна€ картонка. ¬ картонке шилом можно проделать дырочки дл€ креплени€ всех деталей. ћы же будем использовать монтажку, поскольку под рукой оказалась именно она, а картонку в моем доме днем с огнем не сыщешь. ќна сыграет роль шасси, на которое мы будем монтировать весь остальной обв€з робота, крепить двигатели и датчики. ¬ качестве движущий силы мы используем трех- или п€тивольтовые моторчики, которые можно выковыр€ть из старой машинки.  олесики мы сделаем из крышек от пластиковых бутылок, например от сосасола :).

собираем робота

ƒетали. »сходники.

¬ качестве датчиков мы задействуем трехвольтовые фототранзисторы или фотодиоды. »х можно вынуть из старой оптомеханической мышки. ¬ ней сто€т инфракрасные датчики (в нашем случае они черненькие). ќни там спарены, то есть два фотоэлемента - в одном флаконе. ѕри наличии тестера ничего не мешает вы€снить, кака€ ножка дл€ чего предназначена. ”правл€ющим элементом у нас будут отечественные транзисторы 816√. ¬ качестве источников питани€ заюзаем три пальчиковых батарейки, спа€нных между собой. ћожно вз€ть батарейный отсек от старой машинки, как это сделали мы. ƒл€ монтажа нужны будут проводочки. ƒл€ этих целей идеально подход€т провода из витой пары, которых в доме любого уважающего себ€ хакера должно быть завались. ƒл€ закреплени€ всех деталей удобно использовать термоклей с термопистолетом. Ёто прекрасное изобретение быстро плавитс€ и так же быстро схватываетс€. Ўтука идеально подходит дл€ таких поделок, и dlinyj не раз использовал ее в своих стать€х. ≈ще нам понадобитс€ жестка€ проволока, на роль последней вполне сгодитс€ обычна€ канцел€рска€ скрепка.

ћонтируем схему

“ы подготовил все детали и сложил их на своем столе? “вой па€льник уже тлеет канифолью и ты потираешь руки, жажд€ сборки? Ќу что ж, тогда приступим.

Ѕерем кусок монтажки и обрезаем его по размерам будущего макета. ƒл€ резки текстолита используй ножницы по металлу. ћы сделали квадрат со стороной примерно 4-5 см. √лавное, чтобы на нем уместилась наша крохотна€ схемка, батарейки питани€, два двигател€ и крепеж дл€ переднего колеса. „тобы плата не лохматилась и была ровной, можно обработать ее напильником и убрать острые кра€.

—ледующим нашим шагом будет запайка датчиков. ”чти, фототранзисторы и фотодиоды имеют плюс и минус. Ќужно соблюдать пол€рность их включени€, что несложно сделать при помощи простейшего тестера. ¬ случае если ты ошибешьс€, ничего не сгорит, но робот ездить не будет. ƒатчики впаивай по углам монтажной платы с одного кра€, чтобы они смотрели в стороны. Ќе запаивай их в плату полностью, оставь где-то полтора сантиметра выводов, чтобы их легко можно было изгибать в любую сторону Ц в дальнейшем нам это понадобитьс€ при настройке нашего робота. Ёто будут глаза, они должны находитьс€ на одной стороне шасси, котора€ в будущем станет передом робота. —разу можно отметить, что мы собираем две управл€ющие схемы: одну дл€ управлени€ правым, вторую - левым двигателем.

па€ем

¬ид снизу.

„уть поодаль переднего кра€ шасси р€дом с нашими датчиками нужно впа€ть транзисторы. ƒл€ удобства запайки и дальнейшей сборки схемы оба транзистора мы запа€ли Ђсмотр€щимиї своей маркировкой в сторону правого колеса. —разу надо отметить расположение ножек у транзистора. ≈сли вз€ть транзистор в руки и повернуть металлической подложкой к себе, а маркировкой к лесу (как в сказке), ножки будут направлены вниз, то ножки слева направо - база, коллектор и эмиттер. ≈сли ты посмотришь на схему, где изображен наш транзистор, то база Ц палочка, перпендикул€рна€ толстому отрезку в кружке, эмиттер - палочка со стрелочкой, коллектор - така€ же палочка, только без стрелки. «десь вроде все пон€тно.

ѕодготовим батарейки и приступим непосредственно к сборке электрической схемы. »значально мы просто вз€ли три пальчиковых батарейки и спа€ли их последовательно. »х можно сразу вставить в специальный держатель дл€ батареек, который, как мы уже говорили, вытаскиваетс€ из старой детской машинки. “еперь подпа€й провода к батарейкам и определи у себ€ на плате две ключевые точки, куда будут сходитьс€ все провода. Ёто будет плюс и минус. ћы поступили просто: продели витую пару в кра€ платы, запа€ли концы к транзисторам и фотодатчикам, сделали скрученную петельку и туда подпа€ли батарейки. ¬озможно, это не самый лучший вариант, но зато самый удобный.

¬па€нные транзисторы и датчики

¬па€нные транзисторы и датчики.

Ќу что ж, теперь готовь провода, и приступим к сборке электрики нашего робота. Ѕудем идти от отрицательного полюса батарейки к положительному контакту по всей электрической схеме. Ѕерем кусок витой пары и начинаем идти: припаиваем отрицательный контакт обоих фотодатчиков к минусу батареек, в то же место запаиваем коллекторы транзисторов. ¬торую ножку фотоэлемента припаиваем небольшим куском провода к базе транзистора. ќставшиес€ ножки транзюков припаиваем к двигател€м. ¬торой контакт моторчиков можно подпа€ть к батарейке через выключатель. Ќо мы, как истинные фрикеры, решили включать/выключать нашего робота подпаиванием/отпаиванием провода, так как выключател€ подход€щих размеров в моих закромах не обнаружилось.

ќтладка электрики

¬се, электрическую часть мы собрали, теперь приступим к тестированию схемы. ¬ключаем нашу схему и подносим ее к зажженной настольной лампе, поворачива€ по очереди то одним, то другим фотоэлементом. ≈сли двигатели начинают вращатьс€ по очереди с разной скоростью в зависимости от освещени€, значит все в пор€дке. ≈сли нет, то ищи кос€ки в сборке. Ёлектроника Ц наука о контактах, а это значит, что если что-то не работает, то где-то нет контакта.

—мотри, теперь важный момент: правый фотодатчик отвечает за левое колесо, а левый - соответственно, за правое. “еперь прикинь, в какую сторону вращаютс€ правый и левый двигатели. ќни оба должны крутитьс€ вперед. ≈сли этого не происходит, помен€й пол€рность включени€ двигател€, который крутитс€ не в ту сторону, просто перепа€в провода на клеммах моторчика наоборот. ќцени еще раз расположение моторчиков на шасси и проверь направление движени€ в сторону. ¬се двигатели должны вращатьс€ так, чтобы робот двигалс€ вперед. ≈сли все в пор€дке, то двигаемс€ дальше. ¬ любом случае ты сможешь это исправить даже после того, как соберешь все окончательно.

—борка девайса

— муторной электрической частью мы разобрались, теперь займемс€ механикой.  олесики, как мы и договаривались, мы будем делать из крышек от пластиковых бутылок. ƒл€ изготовлени€ переднего колеса возьмем две крышки и склеим их между собой. ћы склеивали по периметру полой частью вовнутрь дл€ большей устойчивости колеса.

ƒальше точно по центру просверливаем отверстие в первой и второй крышке. ƒл€ сверлени€ и вс€ких домашних дел очень удобно пользоватьс€ дремелем Ц маленькой дрелью с уймищей насадок: фрезеровальных, отрезных и многих других. ќна незаменима дл€ сверлени€ отверстий меньше одного миллиметра, где обычна€ дрель уже не справл€етс€.

схема дл€ робота из подручных срества

ѕрикрепл€ем моторы к шасси.

ѕосле того как мы просверлим крышки, вдеваем в отверстие предварительно разогнутую скрепку. »згибаем скрепку в форме буквы п, где на верхней планке будет болтатьс€ наше колесо. “еперь закрепл€ем эту скрепку между фотодатчиками спереди нашей машины. —крепка удобна тем, что можно легко подрегулировать высоту переднего колеса, и этой юстировкой мы займемс€ позже.

ѕерейдем к движущим колесам. »х мы тоже будем делать из крышек. јналогично просверливаем каждое колесо строго по центру. ’орошо, если сверло будет диаметром с ось моторчика, а в идеале - на доли миллиметра меньше ее, чтобы ось в отверстие вставл€лась, но с трудом. ќдеваем оба колеса на вал движков и, чтобы они не соскакивали, закрепл€ем их термоклеем. Ёто важно сделать еще и дл€ того, чтобы колеса не проворачивались в месте крепежа.

—ама€ ответственна€ часть Ц крепеж электродвигателей. ћы их ставили в самом конце нашего шасси с противоположной относительно всей остальной электрики стороны монтажной платы. Ќе забудь, что управл€емый двигатель крепитс€ напротив своей управл€ющей фотосистемы. Ёто сделано дл€ того, чтобы робот мог поворачивать на свет. —права фотодатчик, слева двигатель, и наоборот.

ƒл€ начала мы перехватим движки кусочками витой пары, продев их сквозь отверсти€ в монтажке и скрутив сверху. ѕодадим питание и посмотрим, куда у нас будут вращатьс€ движки. Ќе забудь, что в темной комнате вращатьс€ они не будут вообще, желательно направить робота в сторону лампы. ѕровер€ем, все ли двигатели работают. ѕоворачиваем робота и наблюдаем, как двигатели измен€ют свою скорость вращени€ в зависимости от освещени€. ѕоворачиваемс€ правым фотодатчиком - и левый движок должен шустренько закрутитьс€, поворачиваемс€ левым Ц и он должен, наоборот, притормозитьс€. ¬ конце проверь направление вращени€ колес - нам надо, чтобы робот ехал вперед.

≈сли все работает, как мы описали, то можно аккуратно закрепл€ть движки термоклеем. ѕостарайс€ сделать так, чтобы их колеса находились на одной оси. ¬се Ц закрепл€й батарейки на верхней площадке шасси и переходи к настройке и "играм" с роботом.

ѕодводные камни и настройка

 огда мы собрали всю схему и техническую часть, все двигатели прекрасно реагировали на свет, и вроде все было отлично. Ќо поставив нашего робота на пол, мы обнаружили, что он у нас не едет. ќказалось, что попросту не хватает мощности моторчиков. ѕришлось в срочном пор€дке раскурочивать очередную игрушечную машинку, чтобы достать оттуда движки помощнее.  стати, если возьмешь моторчики из таких игрушек, точно не прогадаешь с их мощностью, так как они рассчитаны на то, чтобы возить массу машинок с батарейками.

–азобравшись с двигател€ми, мы перешли к настройке и приведению в пор€док внешнего вида устройства. ƒл€ начала собираем бороды проводов, которые у нас волочатс€ по полу, и укрепл€ем их на шасси термоклеем. ≈сли робот волочитс€ где-то пузом, можно приподн€ть переднее шасси, изогнув креп€щую проволку.

—амое главное Ц это фотодатчики. Ћучше всего их выгнуть так, чтобы они смотрели в сторону под тридцать градусов от основного курса. “огда робот будет улавливать источники света и направл€тьс€ к ним. Ќужный угол изгиба придетс€ подобрать экспериментально.

¬се - вооружайс€ настольной лампой, клади робота на пол, включай и начинай провер€ть и радоватьс€, как твое детище четко следует к источнику света и как он ловко его находит.

”совершенствовани€

Ќет предела совершенству, и расшир€ть функционал нашего робота можно до бесконечности. Ѕыли мысли даже поставить контроллер, но тогда стоимость и сложность изготовлени€ возросли бы в разы, а это не наш метод.

ѕервое усовершенствование Ц сделать так, чтобы робот ездил по заданной траектории. «десь все просто: печатаетс€ на принтере или рисуетс€ черным перманентным маркером на листе ватмана черна€ полоса. ¬ажно, чтобы она была немного уже рассто€ни€ между фотодатчиками. —ами фотоэлементы мы опускаем вниз, чтобы они смотрели в пол. –€дом с каждым нашим глазиком мы устанавливаем последовательно сверхъ€ркий светодиод с сопротивлением в 470 ќм. —ам светодиод с сопротивлением запаиваем напр€мую к батарейке. »де€ проста - свет прекрасно отражаетс€ от белого листа бумаги, попадает на наш датчик, и бот едет пр€мо.  ак только луч падает на темную полосу, на фотоэлемент почти не попадает света (черна€ бумага прекрасно поглощает свет), и, следовательно, один двигатель начинает вращатьс€ медленнее. ƒругой моторчик резво поворачивает робота, выравнива€ курс. ¬ результате он катаетс€ по черной полоске, словно по рельсам. “акую полосу можно начертить на белом полу и, например, посылать бота на кухню за пивом от твоего компутера.

¬тора€ иде€ Ц это усложнить схему, добавив еще два транзистора и два фотодатчика, и сделать так, чтобы робот искал свет не только спереди, но и со всех сторон и, как только находил, устремл€лс€ бы к нему. ƒл€ упрощени€ сборки в этом случае можно использовать микросхему LM293D, однако она стоит пор€дка 100 рублей. — помощью нее можно легко настроить дифференциальное включение направлени€ вращени€ колес, или, проще говор€, направление движени€ вперед-назад.

ƒалее - можно убрать обычные посто€нно сад€щиес€ батарейки и поставить солнечную батарею, котора€ сейчас легко покупаетс€ в магазине аксессуаров к мобильным телефонам. „тобы избежать полной потери дееспособности робота в этом режиме, в случае если он случайно заедет в тень, параллельно солнечной батареи можно подключить электролитический конденсатор очень большой емкости (тыс€чи микрофарад). ѕоскольку напр€жение там у нас не превышает 5 ¬, подойдет конденсатор, рассчитанный на 6,3 ¬. ѕри такой емкости и таком напр€жении он будет достаточно миниатюрен.  ондер можно купить или выкорчевать из старого блока питани€.

Ќу а остальные усовершенствовани€ придумывай сам. ≈сли будет что-то интересное Ц об€зательно напиши нам!

¬ыводы

¬от ты и приобщилс€ к величайшей науке, двигателю прогресса Ц кибернетике. ¬ 70-е годы прошлого века конструирование подобных роботов было очень попул€рно. Ќадо отметить, что в нашем устройстве примен€ютс€ зачатки аналоговой вычислительной техники, котора€ отмерла с по€влением цифровых технологий. Ќо, как мы показали в этой статье, не все потер€но и забыто. ћы надеемс€, ты не остановишьс€ на предложенной нами схеме и будешь придумывать свои оригинальные конструкции. ”дачи в сборке, фрикер, и смотри не обожгись об па€ло!

ќб€зательно пиши нам письма о твоих успехах в сборке робота. ѕредлагай свои идей и усовершенствовани€. ћожет, научишь чему и нас.


 лючевые слова:
ѕростой робот
из подручных средств
двигатель
батарейки
фотодатчик
моторчик
транзистор
робот
шасси
колеса
двигатели
провода
сборка
свет
схема
передний двигатель
робот
робототехника


¬ернутьс€ в рубрику:

—татьи посетителей


≈сли вы хотите видеть на нашем сайте больше статей то кликните ѕоделитьс€ в социальных сет€х! —пасибо!
—мотрите также:

ќбратите внимание полезна€ информаци€.