Создание самодельного робота

Для любителей электроники существуют наборы по сборке роботов в домашних условиях. При наличии минимального опыта можно обойтись и без таких наборов. В этом помогут простые и понятные инструкции, как сделать робота из пылесоса, компакт-диска, куклы или детского конструктора.

Роботы из отходов

Коротко о возможностях самодельных роботов

Собрать робота под силу даже 8-летнему ребенку. Роботостроение поможет получить новые знания в механике и программировании, это тренировка ума в любом возрасте. Все компоненты недорогие, их можно найти в магазинах электроники.

Количество функций, которые будет выполнять самодельный робот, зависит от навыков программирования на С или Assembler. Если таких знаний нет, можно собрать механизм, который будет шагать по столу. Его можно усложнить, установив датчики поворота или расстояния, видеокамеры.

Другие идеи предполагают создание:

  • механизма, двигающегося в ответ на звук;
  • модели, управляемой пультом;
  • машины, едущей за лазерной указкой;
  • механизма, убирающего мусор;
  • говорящего аппарата.

Необходимые детали и инструменты

Сложные роботы оснащаются микроконтроллером — схемой с процессором, памятью и генератором. Для домашних устройств подходят микросхемы AVR. Для работы с ними необходимы навыки программирования на С. Большинство функций такие же, как на компьютере, специальных знаний из робототехники не требуется.

Микроконтроллер картинка

Для создания двигающейся модели, которая умеет объезжать препятствия, понадобятся гусеницы от игрушечного танка. Ими проще управлять, чем колесами. Каждая сторона подключается к своему двигателю. Для езды по прямой 2 мотора должны крутиться вперед, а для поворота один должен крутиться назад, а другой — вперед. Лучше сразу купить игрушку с мотором и редуктором.

У роботостроителей популярны шагающие модели с 2, 4 или 8 ногами. Их сложнее построить, т. к. они должны поворачиваться, изгибаться, двигаться вдоль своей оси.

Для этого робота подойдет микроконтроллер ATmega16, поскольку у него много портов для подключения датчиков. Можно выбрать любой другой.

Главный инструмент — паяльник. Также потребуется мультиметр.

В магазине радиотехники нужно будет приобрести:

  • стабилизатор напряжения L7805;
  • керамические конденсаторы 0,1 мкФ, 1 мкФ, 22 пФ;
  • электрические конденсаторы 1000 мкФ, 220 мкФ;
  • резисторы 0,25 Вт;
  • кварцевый резонатор на 16 МГц;
  • 2 микросхемы L293D;
  • 2 ИК-диода;
  • 2 фототранзистора.

В качестве элемента питания подойдут батарейки АА с корпусом, батарейки «Крона» или аккумуляторы.

Установка платы с микроконтроллером

Первый этап сборки робота — создание электрической схемы. Чертеж платы начинается с питания микроконтроллера. На этом этапе ошибаются многие начинающие мастера. Условие надежной работы механизма — стабилизатор напряжения. Микросхема L7805 подходит для этой задачи, поскольку на выходе выдает 5 В. Чтобы защитить цепь от перепадов, нужно включить конденсаторы, а для защиты от переполюсовки — поставить диод.

Микросхема L7805

Выход Reset нужно подключить через резистор к плюсу питания, чтобы контроллер не сбрасывался сам по себе. Также Reset необходимо заземлить через керамический конденсатор.

Подключение двигателей

Нельзя подключить двигатели напрямую к микроконтроллеру. Для этого нужно взять схему L293D. Она хороша тем, что имеет систему защиты от перегрузки. Преимущество корпуса DIP заключается в том, что его легче паять. Микросхема питается от стабилизатора, а двигатели подключаются к источнику питания. Схема может выдержать 2 двигателя, но лучше взять отдельные.

Датчики и механика

Чтобы робот мог объезжать препятствия, у него должны быть 2 ИК-датчика. Они состоят из диода и фототранзистора, который принимает инфракрасный сигнал. Когда перед датчиком возникает препятствие, луч отражается от него и падает на транзистор. Он открывается, по схеме идет ток. Это примитивный датчик, он может срабатывать ошибочно, но его легко собрать начинающему.

Плату нужно закрепить сверху на гусеничной платформе. Датчики располагаются по бокам — справа и слева. В будущем можно усовершенствовать конструкцию и добавить сверху поворотную площадку с видеокамерой.

Прошивка устройства

Для новичков лучше всего подходит среда CodeVisionAVR. В ней есть помощник создания кода. Можно использовать и базу Arduino. На большинстве из плат уже встроены нужные программы (например, мигание светодиода). Загрузить программу в контроллер можно без программатора. Все подключается через USB — с помощью команды File, затем Upload.

среда CodeVisionAVR

Программирование робота

Настоящему роботу нужна программа, которая бы собирала информацию с датчиков и преобразовывала ее в сигналы для двигателей. Необходимо написать такой код, чтобы при виде препятствия на микроконтроллер подавался логический 0 и гусеницы крутились в обратную сторону. Потом механизм должен развернуться и поехать вперед. Перед началом движения следует проверить, нет ли препятствия с другой стороны. Для этого выставляется задержка в 1 секунду. Когда на контроллер подается логическая 1, двигатели вращаются вперед.

Нужен ли корпус

Корпус необходим для защиты механизма от внешних повреждений. В интернет-магазинах можно найти готовые решения для программирования на Arduino или других платформах. Также их можно сделать самостоятельно из картона, фанеры.

Нужно учитывать, что корпус затрудняет охлаждение процессора и двигателя. Перед постройкой надо подумать, как будут охлаждаться детали.

Готовый каркас пригодится новичкам, т. к. на него нужно просто прикрепить плату и датчики. В качестве основы можно использовать детские игрушки: машины, танки, металлический конструктор.

Движущегося робота можно усовершенствовать, добавив новые функции. Например, установить приспособление для определения положения механизма в пространстве, добавить алгоритм для расчета расстояния до препятствия или дисплей для отображения уровня заряда батареи. Строить и улучшать модель можно бесконечно.

Ссылка на основную публикацию