Γεια σας παιδιά, είστε αρχάριος στον κόσμο της Ρομποτικής ή του Ηλεκτρονικού; Ή Ψάχνετε για ένα απλό αλλά ισχυρό έργο για να κάνετε τους φίλους και τους δασκάλους σας εντυπωσιασμένους; Τότε αυτό είναι το μέρος.
Σε αυτό το έργο θα χρησιμοποιήσουμε τη δύναμη των Ενσωματωμένων Συστημάτων και Ηλεκτρονικών για να φτιάξουμε το δικό μας ρομπότ που θα μπορούσε να μας βοηθήσει να διατηρούμε το σπίτι ή το χώρο εργασίας μας καθαρό και τακτοποιημένο. Αυτό το ρομπότ είναι απλή τετρακίνητη ηλεκτρική σκούπα που θα μπορούσε έξυπνα να αποφύγει εμπόδια και να καθαρίσει το πάτωμα ταυτόχρονα. Η ιδέα είναι εμπνευσμένη από τη διάσημη ηλεκτρική σκούπα Robot Roomba που φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
Η ιδέα μας είναι να φτιάξουμε ένα απλό ρομπότ από το μηδέν, το οποίο μπορεί να αποφύγει αυτόματα τα εμπόδια κατά τον καθαρισμό του δαπέδου. Πίστεψέ με, άνθρωποι είναι διασκεδαστικό !!
Απαιτούμενο υλικό και συστατικά:
Εντάξει, λοιπόν τώρα έχουμε την ιδέα του ρομπότ αυτόματου καθαριστή δαπέδου και γνωρίζουμε τι έχουμε να κάνουμε. Ας δούμε λοιπόν πού πρέπει να ξεκινήσουμε την εκτέλεση. Για να φτιάξουμε ένα ρομπότ της ιδέας μας θα πρέπει πρώτα να αποφασίσουμε για τα εξής:
- Τύπος μικροελεγκτή
- Απαιτούνται αισθητήρες
- Απαιτούνται κινητήρες
- Υλικό πλαισίου ρομπότ
- Χωρητικότητα μπαταρίας
Τώρα, ας αποφασίσουμε για καθένα από τα παραπάνω σημεία. Με αυτόν τον τρόπο θα σας βοηθήσει να δημιουργήσετε όχι μόνο αυτό το ρομπότ οικιακού καθαρισμού αλλά και άλλα ρομπότ που χτυπά τη φαντασία σας.
Τύπος μικροελεγκτή:
Η επιλογή του Μικροελεγκτή είναι μια πολύ σημαντική εργασία, καθώς αυτός ο ελεγκτής θα λειτουργήσει ως ο εγκέφαλος του ρομπότ σας. Τα περισσότερα από τα έργα DIY κατασκευάζονται γύρω από Arduino και Raspberry Pi, αλλά δεν πρέπει να είναι το ίδιο. Δεν υπάρχει συγκεκριμένος μικροελεγκτής στον οποίο μπορείτε να εργαστείτε. Όλα εξαρτώνται από την απαίτηση και το κόστος.
Όπως ένα Tablet δεν μπορεί να σχεδιαστεί σε μικροελεγκτή 8 bit και δεν αξίζει να χρησιμοποιήσετε το ARM cortex m4 για να σχεδιάσετε μια ηλεκτρονική αριθμομηχανή.
Η επιλογή μικροελεγκτή εξαρτάται πλήρως από τις απαιτήσεις του προϊόντος:
1. Καταρχάς προσδιορίζονται οι τεχνικές απαιτήσεις όπως ο αριθμός των ακίδων I / O, το μέγεθος φλας, ο αριθμός / τύπος πρωτοκόλλων επικοινωνίας, τυχόν ειδικά χαρακτηριστικά κ.λπ.
2. Στη συνέχεια επιλέγεται λίστα ελεγκτών σύμφωνα με τις τεχνικές απαιτήσεις. Αυτή η λίστα περιέχει ελεγκτές από διαφορετικούς κατασκευαστές. Πολλοί ελεγκτές για συγκεκριμένες εφαρμογές είναι διαθέσιμοι.
3. Στη συνέχεια, ο ελεγκτής οριστικοποιείται με βάση το κόστος, τη διαθεσιμότητα και την υποστήριξη από τον κατασκευαστή.
Εάν δεν θέλετε να κάνετε πολύ βαριά ανύψωση και απλά θέλετε να μάθετε τα βασικά των μικροελεγκτών και στη συνέχεια να μπείτε βαθιά σε αυτό, τότε μπορείτε να επιλέξετε το Arduino. Σε αυτό το έργο θα χρησιμοποιήσουμε ένα Arduino. Έχουμε δημιουργήσει προηγουμένως πολλούς τύπους ρομπότ χρησιμοποιώντας το Arduino:
- DTMF ελεγχόμενο ρομπότ χρησιμοποιώντας Arduino
- Line Follower Robot χρησιμοποιώντας το Arduino
- Ρομπότ ελεγχόμενο από υπολογιστή χρησιμοποιώντας το Arduino
- Ρομπότ ελεγχόμενο με WiFi χρησιμοποιώντας το Arduino
- Ρομπότ ελεγχόμενης χειρονομίας με βάση το επιταχυνσιόμετρο χρησιμοποιώντας το Arduino
- Bluetooth Car Controlled Toy Car χρησιμοποιώντας το Arduino
Απαιτούνται αισθητήρες:
Υπάρχουν πολλοί αισθητήρες διαθέσιμοι στην αγορά ο καθένας έχει τη δική του χρήση. Κάθε ρομπότ εισέρχεται μέσω ενός αισθητήρα, ενεργούν ως αισθητήρια όργανα για το ρομπότ. Στην περίπτωσή μας, το ρομπότ μας πρέπει να μπορεί να ανιχνεύει εμπόδια και να τα αποφεύγει.
Υπάρχουν πολλοί άλλοι δροσεροί αισθητήρες που θα χρησιμοποιούμε στα μελλοντικά μας έργα, αλλά τώρα ας παραμείνουμε επικεντρωμένοι στον αισθητήρα υπερύθρων και στις ΗΠΑ (αισθητήρας υπερήχων), καθώς αυτοί οι δύο τύποι θα προσφέρουν το όραμα για το ρομπότ μας. Δείτε εδώ τη λειτουργία του αισθητήρα υπερύθρων. Παρακάτω εμφανίζονται εικόνες της μονάδας αισθητήρα υπερύθρων και αισθητήρα υπερήχων:
Ο αισθητήρας υπερήχων αποτελείται από δύο κυκλικά μάτια από τα οποία το ένα χρησιμοποιείται για τη μετάδοση του σήματος των ΗΠΑ και το άλλο για τη λήψη των ακτίνων των ΗΠΑ. Ο χρόνος που απαιτείται από τις ακτίνες για μετάδοση και λήψη πίσω υπολογίζεται από τον μικροελεγκτή. Τώρα, αφού είναι γνωστή η ώρα και η ταχύτητα του ήχου, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση με τους ακόλουθους τύπους.
- Απόσταση = Χρόνος x Ταχύτητα ήχου διαιρούμενη με 2
Η τιμή διαιρείται με δύο αφού η ακτίνα κινείται προς τα εμπρός και προς τα πίσω καλύπτοντας την ίδια απόσταση. Λεπτομερής επεξήγηση της χρήσης αισθητήρα υπερήχων δίνεται εδώ.
Απαιτούνται κινητήρες:
Υπάρχουν πολλοί κινητήρες που χρησιμοποιούνται στον τομέα της ρομποτικής, οι πιο χρησιμοποιούμενοι είναι ο κινητήρας Stepper και Servo. Επειδή αυτό το έργο δεν έχει περίπλοκους ενεργοποιητές ή περιστροφικό κωδικοποιητή, θα χρησιμοποιούμε έναν κανονικό κινητήρα PMDC. Αλλά η μπαταρία μας είναι λίγο ογκώδης και βαρύς, επομένως χρησιμοποιούμε τέσσερις κινητήρες για να οδηγήσουμε το ρομπότ μας και οι τέσσερις να είναι οι ίδιοι κινητήρες PMDC. Συνιστάται, ωστόσο, να τοποθετείτε κινητήρες stepper και servo μόλις εξοικειωθείτε με τους κινητήρες PMDC.
Υλικό πλαισίου ρομπότ:
Ως μαθητής ή χόμπι, το πιο δύσκολο κομμάτι κατά τη δημιουργία ενός ρομπότ είναι να προετοιμάσουμε το πλαίσιο του ρομπότ μας. Το πρόβλημα είναι με τη διαθεσιμότητα εργαλείων και υλικού. Το πιο ιδανικό υλικό για αυτό το έργο θα είναι το Ακρυλικό, αλλά απαιτεί τη χρήση τρυπανιών και άλλων εργαλείων. Ως εκ τούτου, το ξύλο επιλέγεται ώστε ο καθένας να μπορεί να δουλεύει εύκολα.
Αυτό το πρόβλημα εξαφανίστηκε τελείως από το πεδίο μετά την εισαγωγή των τρισδιάστατων εκτυπωτών. Σκοπεύω να τρισδιάστατα μέρη εκτύπωσης κάποια μέρα και να σας ενημερώσω με τα ίδια. Ας χρησιμοποιήσουμε λοιπόν ξύλινα φύλλα για να φτιάξουμε το ρομπότ μας.
Χωρητικότητα μπαταρίας:
Η επιλογή της χωρητικότητας της μπαταρίας πρέπει να είναι το τελευταίο κομμάτι της δουλειάς μας, επειδή εξαρτάται αποκλειστικά από το σασί και τους κινητήρες σας. Εδώ η μπαταρία μας πρέπει να οδηγεί μια ηλεκτρική σκούπα που αντλεί περίπου 3-5A και τέσσερις κινητήρες PMDC. Επομένως, θα χρειαστούμε μια βαριά μπαταρία. Έχω επιλέξει 12V 20Ah SLAB (σφραγισμένη μπαταρία μολύβδου οξέος) και είναι αρκετά ογκώδες, κάνοντας το ρομπότ μας να πάρει τέσσερις κινητήρες PMDC για να τραβήξει αυτόν τον ογκώδη τύπο.
Τώρα που έχουμε επιλέξει όλα τα Απαιτούμενα συστατικά μας, αφήστε τα να τα καταγράψουν
- Ξύλινα φύλλα για σασί
- Αισθητήρες υπερύθρων και ΗΠΑ
- Ηλεκτρική σκούπα που λειτουργεί με ρεύμα DC
- Arduino Uno
- Μπαταρία 12V 20Ah
- IC οδηγού κινητήρα (L293D)
- Εργαλεία εργασίας
- Σύνδεση καλωδίων
- Ενθουσιώδης ενέργεια για μάθηση και εργασία.
Τα περισσότερα από τα συστατικά μας καλύπτονται στην παραπάνω περιγραφή, θα εξηγήσω τα αριστερά παρακάτω.
Ηλεκτρική σκούπα DC:
Δεδομένου ότι το ρομπότ μας λειτουργεί σε σύστημα 12V 20Ah DC. Η ηλεκτρική σκούπα μας πρέπει επίσης να είναι ηλεκτρική σκούπα 12V DC. Εάν είστε μπερδεμένοι σχετικά με το πού να πάρετε ένα, τότε μπορείτε να επισκεφθείτε το eBay ή το Amazon για ηλεκτρικές σκούπες καθαρισμού αυτοκινήτων.
Θα χρησιμοποιήσουμε το ίδιο όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα.
Οδηγός κινητήρα (L293D):
Ένας οδηγός κινητήρα είναι μια ενδιάμεση μονάδα μεταξύ Arduino και Motor. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο μικροελεγκτής Arduino δεν θα είναι σε θέση να τροφοδοτήσει το απαιτούμενο ρεύμα για να λειτουργήσει ο κινητήρας και μπορεί να τροφοδοτήσει μόνο 40mA, επομένως η λήψη περισσότερου ρεύματος θα βλάψει μόνιμα τον ελεγκτή. Έτσι ενεργοποιούμε τον οδηγό κινητήρα ο οποίος με τη σειρά του ελέγχει τον κινητήρα.
Θα χρησιμοποιήσουμε το L293D Motor Driver IC που θα μπορεί να παρέχει έως και 1Α, επομένως αυτός ο οδηγός θα λάβει τις πληροφορίες από το Arduino και θα κάνει τον κινητήρα να λειτουργεί όπως επιθυμείται.
Αυτό είναι!! Έχω δώσει τις περισσότερες από τις κρίσιμες πληροφορίες, αλλά προτού αρχίσουμε να κατασκευάζουμε το ρομπότ, συνιστάται να διαβάσετε το φύλλο δεδομένων L293D και Arduino. Αν έχετε αμφιβολίες ή προβλήματα, μπορείτε να επικοινωνήσετε μαζί μας μέσω της ενότητας σχολίων.
Δημιουργία και δοκιμή του ρομπότ:
Η ηλεκτρική σκούπα είναι το πιο σημαντικό μέρος στην τοποθέτηση του ρομπότ. Πρέπει να τοποθετηθεί σε κεκλιμένη γωνία όπως φαίνεται στην εικόνα, έτσι ώστε να μπορεί να παρέχει σωστή δράση κενού. Η ηλεκτρική σκούπα δεν ελέγχεται από το Arduino. Μόλις ενεργοποιήσετε το ρομπότ, ενεργοποιείται επίσης το κενό.
Μια κουραστική διαδικασία κατασκευής του ρομπότ μας είναι τα ξύλινα έργα. Πρέπει να χαράξουμε το ξύλο μας και να τρυπήσουμε μερικές τρύπες για να τοποθετήσουμε τους αισθητήρες και την ηλεκτρική σκούπα.
Συνιστάται να δοκιμάσετε να οδηγήσετε το ρομπότ σας με τον ακόλουθο κωδικό μόλις ρυθμίσετε το πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα και κινητήρα, πριν συνδέσετε τους αισθητήρες.
άκυρη ρύθμιση () {Serial.begin (9600); pinMode (9, ΕΞΟΔΟΣ); pinMode (10, ΕΞΟΔΟΣ); pinMode (11, ΕΞΟΔΟΣ); pinMode (12, ΕΞΟΔΟΣ); } άκυρος βρόχος () {καθυστέρηση (1000); Serial.print ("προς τα εμπρός"); digitalWrite (9, ΥΨΗΛΟΣ); digitalWrite (10, LOW); digitalWrite (11, ΥΨΗΛΟΣ); digitalWrite (12, LOW); καθυστέρηση (500) Serial.print ("πίσω"); digitalWrite (9, ΧΑΜΗΛΗ); digitalWrite (10, ΥΨΗΛΟΣ); digitalWrite (11, LOW); digitalWrite (12, ΥΨΗΛΟΣ); }
Εάν όλα λειτουργούν καλά, μπορείτε να συνδέσετε τους αισθητήρες με το Arduino όπως φαίνεται στο Διάγραμμα κυκλώματος και να χρησιμοποιήσετε τον πλήρη κωδικό που δίνεται στο τέλος. Όπως μπορείτε να δείτε, έχω τοποθετήσει έναν αισθητήρα υπερήχων στο μπροστινό μέρος και δύο αισθητήρες υπερύθρων και στις δύο πλευρές του ρομπότ. Η ψύκτρα είναι τοποθετημένη στο L293D μόνο σε περίπτωση που το IC θερμαίνεται γρήγορα.
Μπορείτε επίσης να προσθέσετε μερικά επιπλέον μέρη όπως αυτό
Αυτό είναι μια ρύθμιση σάρωσης που μπορεί να τοποθετηθεί και στα δύο άκρα του μπροστινού μέρους που θα ωθήσουν τη σκόνη κατά μήκος των πλευρών στην περιοχή αναρρόφησης.
Επιπλέον, έχετε επίσης την επιλογή να δημιουργήσετε μια μικρότερη έκδοση αυτού του ρομπότ ηλεκτρικής σκούπας ως εξής
Αυτό το μικρότερο ρομπότ είναι κατασκευασμένο από χαρτόνι και τρέχει στον πίνακα ανάπτυξης ATMega16 Το τμήμα της ηλεκτρικής σκούπας έγινε χρησιμοποιώντας έναν ανεμιστήρα BLDC και περικλείονταν σε ένα κουτί. Μπορείτε να το εγκρίνετε εάν θέλετε να διατηρήσετε τον προϋπολογισμό σας χαμηλό. Αυτή η ιδέα λειτουργεί επίσης, αλλά δεν είναι αποτελεσματική.
Διάγραμμα κυκλώματος:
Ο κωδικός για αυτό το ρομπότ ηλεκτρικής σκούπας βρίσκεται στην ενότητα κώδικα παρακάτω. Μόλις ολοκληρωθεί η σύνδεση και το πρόγραμμα πετάξει στο Arduino, το ρομπότ σας είναι έτοιμο να δράσει. Η εργασία του κώδικα εξηγείται χρησιμοποιώντας τα σχόλια. Αν θέλετε να δείτε αυτό το ρομπότ σε δράση, δείτε το παρακάτω βίντεο.
Επιπλέον, σκοπεύω επίσης να εκτυπώσω πλήρως τα τρισδιάστατα μέρη στην επόμενη έκδοση. Θα προσθέσω επίσης λίγα δροσερά χαρακτηριστικά και πολύπλοκους αλγόριθμους, ώστε να καλύπτει ολόκληρη την περιοχή του χαλιού και να είναι εύκολο να χειριστεί και να είναι συμπαγής σε μέγεθος. Επομένως, μείνετε συντονισμένοι για μελλοντικές ενημερώσεις.