Способен сам перемещаться по комнате, объезжать препятствия, а также собирать мусор. Для облегчения конструкции и простоты сборки в качестве материала для основы используется картон.
Материалы и инструменты для изготовления:
- плотный картон (нужно много кусков);
- arduino (автор использовал аналог за 210 р.);
- небольшая макетка стоимостью 80 р.;
- два ультразвуковых дальномера (стоимость 300 р.);
- контроллер моторчиков (80 р.);
- два мотор-редуктора с колесами (300 р.);
- блок аккумуляторов с контроллером заряда на 18 В;
- несколько метров витой пары;
- турбина от старого пылесоса;
- кулер от компьютера.
Процесс изготовления:
Шаг первый. Создаем поворотную платформу для робота
Для своей первой самоделки автор использовал танк из игры "Танковый бой", из игрушки были выброшены все лишние детали, остался только корпус, а также двигатели и колеса. После этого был установлен Arduino UNO, драйвер двигателей и ультразвуковой дальномер. В качестве источника питания использовались три литиевые батареи по 3.7 В.
Такая конструкция имела ряд минусов. К примеру, из-за того, что колеса находились сзади платформы, у робота возникали проблемы при повороте, робот часто буксовал.
Также из-за очень большой скорости передвижения робот порой не успевал реагировать на сигналы дальномера и врезался.
Все проблемы были решены путем сборки новой платформы из картона. Для этого нужно вырезать 2 круга диаметром 30 см, а затем склеить их поперек волокон. В итоге получается довольно прочная конструкция на изгиб. Что касается моторчиков и редукторов, то они были взяты из предыдущей самоделки.
Шаг второй. Создаем сенсоры
Изначально робот ориентировался за счет дальномеров, но автору их работа не понравилась и в итоге было решено от их избавиться. На их смену пришли контактные бампера, при этом робот стал вести себя адекватнее, да и вложений при этом требуется меньше.
Контактные бампера изготавливаются очень просто. Нужно взять картон и на одну его сторону приклеить фольгу, это будет первым контактом. К этой фольге нужно подать напряжение +5 В. Напротив платформы нужно установить изогнутый проводок от витой пары, он подключается через резистор, благодаря этому ложных срабатываний будет меньше. Когда робот будет во что-то врезаться, то будут замыкаться контакты, и затем электроника будет разворачивать робота в другом случайном направлении.
Шаг третий. Делаем пылесос и пылесборник
Благодаря таким материалам как картон и скотч можно быстро собрать практически любой макет. Для работы турбины используется источник питания в 18 Вольт, напрямую от батареи. При такой нагрузке кулеры греются, но работают.
Для изготовления турбины берется кулер от компьютера и затем от него отламываются все лопасти. Далее на кулер крепится турбина от пылесоса, ее нужно приклеить суперклеем. Самое главное здесь - приклеить точно, не должно быть дисбаланса. Без нагрузки и питании 18 Вольт кулер выдает порядка 2600 RPM, что создает отличную тягу. В заключении вся конструкция собирается так, как можно увидеть на фото и после этого робота можно испытывать.
Что касается алгоритма работы, то он очень простой. Если робот во что-то врезается, он затем разворачивается на случайный угол.
В будущем автор планирует сделать платформу из фанеры, чтобы она была прочнее. Еще в планах установка двух щеток спереди для более эффективной сборки мусора. Выдуваемый воздух можно направить под платформу, чтобы пыль собиралась эффективнее.
Уборка дело хлопотное и иногда может занять очень много времени, но каждому хочется, чтобы его квартира или дом, был чистым ухоженным и опрятным . Часто бывают ситуации, когда только приберёшь во всех комнатах, пропылесосишь, положишь всё на свои места, но потом через пару часов на полу появляются первые крошки, пыль и прочий мусор, и не всегда хочется повторять эту процедуру по новой. Именно для таких случаем миру был представлен робот пылесос .
Робот, полностью в автоматическом режиме , прекрасно справляется с небольшим мусором, который так часто надоедает. Однако стоимость устройства иногда бывает оскорбительно большая, но это совсем не проблема, робот пылесос своими руками, отлично справляет с поставленными задачами .
Основные требования при создании
- Созданный пылесос должен быть цилиндрической формы, и не очень высоким (ему необходимо попадать под тумбочки, столы, прочее).
- Диаметр колес выбирать с учетом возможности саморазворота.
- Колесо ответственное за «подруливание» обходится без мотора.
- Контактный бампер очень важная составляющая, без него не обойтись, также необходимо учитывать, что он должен занимать не менее половины периметра всего робота.
- У робота, идеального сцепления можно достичь если центр тяжести буде совпадать с колёсами.
- Максимальная практичность мусоросборника, он должен вынимать одним движением.
Основные алгоритмы движения:
будет выполнять свою работу на отлично , только с правильным алгоритмом движения. Основных алгоритмов (те, которые показали максимальное КПД) всего два: движение по спирали, увеличивающей из центра комнаты до её краёв, либо зигзагообразные движения из одной стороны комнаты в другую.Идеальная траектория этих движения построена в идеальных условиях, не учитывая препятствия. Следовательно, что для каждого помещения следует выбирать один из дух представленных вариантов движения.
Робот пылесос своими руками — качество уборки
Робот сделанный собственными руками, конечно, не сравнится с полноценным пылесосом по качеству уборки, однако, такое устройство прекрасно справляется с мелким и надоедливым мусором, особенно если дополнительно оборудовать пылесос щетками и специальными насадками, которые смогу всасывать грязь из углов и других труднодоступных мест.
Мощность такого агрегата
Робот настраивается самостоятельно, скорость и мощность двигателя зависит от вас. Оптимальная скорость такого агрегата находится в пределах 25-30 см/сек, она не слишком высокая, но и не медленная для сбора мусора и батареи хватает на большую площадь работы.
Для работы лучше всего использовать шаговые двигатели, они не будут «забирать» лишнюю мощность у двигателей и заряд у батареи, с такими двигателями передача вращательного момента может быть прямая или через специальные ремни.
Датчики
Любой робот пылесос оборудован разными датчиками, также не отходит от этих догм. На таком устройстве обязательно должен быть инфракрасный датчик, он не даст роботу поцарапать стены или упасть с лестницы, даже если они по какой-то причине не сработают, то всегда есть датчики на бампере, останавливающие устройство за несколько сантиметров от преграды. Далее датчики прекращения работы, устанавливаются они на колёса, так при подъёме робот от отключится автоматически. Более сложных моделях можно использовать датчики возврата на базу, для подзарядки батареи.
Эта статья о том, как я собираю свой робот-пылесос. Здесь много фото и видео для тех, кто тоже горит такой идеей.
19 декабря 2014. Интересоваться роботами-пылесосами я начал пять лет назад в 2009 году, наверное после знакомства с Робофорумом. Все эти годы были попытки что-то начать, но так ничего и не было сделано. Пару месяцев назад я активно читал статьи про робот-пылесос и решил окончательно что куплю Керхер RC 4.000. Прошло время, жена часто стала убираться в кухне и в коридоре, меня это начало раздражать, мысль о роботе всё крепчала. Пару вечеров я опять провёл в картинках и форумах о роботах-пылесосах. Наконец решил, что сделаю робота сам!
Цель создать робот-пылесос не хуже промышленно-изготовленного и избавиться от слоя пыли и мелкого мусора в доме. В процессе изучения устройства роботов выяснилось, что они очень шумные, около 60 дБ, в то время как стационарный домашний моющий пылесос шумит около 80 дБ. Мой самодельный робот должен работать максимально тихо, его габариты не должны превышать габаритов заводских роботов и он должен убирать быстро и качественно.
Первым делом надо было решить вопрос со всасывающей турбиной. У меня уже был опыт построения турбин, но все они работали плохо. Для гаража я сделал самодельный пылесос из турбины от старого пылесоса "Ракета". Для робота нужна маленькая турбина, поэтому я начал поиски сначала. Совершенно случайно нашёл на Робофоруме сообщения пользователя Vovan, он поделился чертежом своей турбинки . Не долго мысля я перечертил чертёж и склеил свою турбину.
Турбину я вырезал и склеил из плотного картона при помощи супер-клея за 20 минут. Первые испытания прошли успешно!
20 декабря 2014. Купил сегодня пиллинг для тела:) вобщем-то мне нужна только прозрачная банка с закручивающейся крышкой, содержимое отдал жене. Также купил щетку для одежды с жёстким ворсом, разобрал её, завтра сделаю из неё щётку для своего робота.
В Автокаде сделал наброски расположения элементов в корпусе. Остановился на размерах тазика диаметром 25 см и высотой около 9 см. Пока не понятно влезут ли все элементы, места реально мало, но делать корпус больше не хочется. Поставил сам для себя рамки:)
Вчера в Интернете выписал размеры заводских роботов-пылесосов:
диаметр * высота (см)
36 * 9
32 * 8
32 * 10
30 * 5
22 * 8
Я задумал сделать свой пылесос с циклонным фильтром, поэтому высоту маленькой не сделаешь, её определяет банка для сбора мусора, а вот в диаметре можно выиграть. За циклон конечно спасибо Дайсону, давно пересматриваю его изобретения и даже гаражный пылесос сделал по принципу циклона. Мой фильтр будет простым, без всяких конусов и бешеной мощности всасывания, для первого раза сойдёт.
21 декабря 2014. От половой щётки в гараже отпилил 15 см круглого черенка и сделал из него круглую щётку. Диаметр получился около 70 мм. Размер нереально большой и очень жесткая щетина, не знаю как она себя поведёт, но наверное придётся или переделывать или утяжелять пылесос, потому что щетина будет его подкидывать. Щетину просто вставлял в отверстия без клея, получилось надёжно. Всю конструкцию закрепил на шпильке диаметром 6 мм и по краям два подшипника.
Нашёл в гараже два колеса, не поверите, от пылесоса! Тот самый ручной пылесос в котором не было ничего электрического, только 4 колеса и две щётки приводимые в движение этими колесами. Колёса ждали своего часа около 15 лет:)
Сейчас в Автокаде сделаю очередной чертёж для нескольких деталей, завтра всё вырежу из фанеры и попробую что-нибудь собрать уже на основе.
22 декабря 2014. Очень хочется сделать робот-пылесос своими руками и закончить его до нового года 2015. Вчера ночью на Ютубе посмотрел снова несколько роликов про роботов-пылесосов и в частности два ролика про Дайсон 360 Eye и Fluffy:
После первого видео с роботом Дайсона я понял, что делая своего робота диаметром 25 см и щётку длиной 15 см я буду оставлять грязные места вдоль плинтуса на ширину 5 см. После второго видео мозг вообще перезагрузился и подумал не сделать ли щётку впереди робота?! Что буду делать дальше пока не знаю, тесты покажут.
Итак, сегодня купил новый совок и две щётки с более мягкой щетиной. Совок купил из-за резинки, которая приклеена по краю, она прекрасно подойдёт для моей конструкции.
Геометрию корпуса немного изменил исходя из новых мыслей и новой щётки. Размер робота по прежнему 25 см, но теперь это половина круга и половина квадрата. Ширина щётки 21 см, диаметр около 6 см. Выпилил основание из фанеры 8 мм, прикрепил колёса и щетку, завтра сделаю редуктор и попробую что-нибудь подмести:)
23 декабря 2014. Прикрутил к щётке шестерню и рядом прикрепил редуктор, в качестве пассика использовал резинку для денег, для теста прикрутил шурупом мотор. Ниже на видео тест на 6-ти и 9-ти вольтах.
Скорее всего щётку снова переделаю, слишком короткий ворс и слишком жёстко. Ворс должен быть без пропусков, потому что остаются полосы грязи. В целом зрелищно получилось:)
Прикинул хватит ли мне места на три мотора в корпусе. Два мотора будут крутить два колеса и один щётку. Плюс ко всему много места займут редукторы. Пришла идея заменить шестерёночные редукторы на червячный, может быть сделаю пару тестов.
Всасывающую турбину покрыл два раза слоем эпоксидной смолы, стала как пластиковая. Картон больше не гнётся и если попадёт вода всё будет хорошо. Центрировать не пришлось, крутится идеально. Между тем готовлю основу для мусоросборной банки. Сделал фильтр тонкой очистки из горлышка и крышки от бутылки из под кефира. В качестве фильтрующей ткани взял одноразовый мешок от пылесоса. Пока всё клеится, через пару дней прикручу на основу и снова всё протестирую.
На протяжении работы над роботом постоянно приходит в голову мысль обзавестись 3D-принтером. С трёхмерным принтером было бы куда проще создавать такие детали как мне нужно и с высокой точностью. Когда дрелью сверлишь фанеру сверло может увести или наклон не точно 90 градусов, тут о высокой точности можно только мечтать. К тому же детали из фанеры очень громоздкие, на 3D-принтере всё было бы аккуратненько.
24 декабря 2014. С утра протестировал турбину и банку для сбора мусора, днём повторил эксперимент с более высоким напряжением. Результаты не впечатляют. Фильтр тонкой очистки пришлось пока открутить, потому как через него мощность сильно падает. В банке мусор крутится очень эффектно, но реально мощности всасывания не хватает.
Тест турбины с высоким напряжением.
В эти моменты появилось желание на всё забить, зачем я вообще за это взялся. Сейчас очень легко всё бросить и забыть - так проще всего.
Вечером взял бесколлекторный мотор и начал клеить для него новую турбину по тем же чертежам.
25 декабря 2014. Доклеил вторую турбину для бесколлекторного мотора, хотел протестировать, оказалось мотор вращается не в ту сторону. Завтра пойду в гараж перепаивать провода, а пока всё отложил в сторонку.
26 декабря 2014. Перепаял провода между контроллером и двигателем, получил вращение в нужном направлении. Турбина начала работать, но пару тестов на коленке получились снова печальными. Может быть даже переделаю конструкцию турбины, добавив немного конусности, но об этом позже.
Последние два дня очень мало уделил времени разработкам, постараюсь завтра выделить 4-5 часов.
27 декабря 2014. Решил попробовать собрать червячную передачу для ходовой части робота-пылесоса. На фотках ранее я показывал, что сделать червяка можно из гвоздя и отрезка медной проволоки. Проблема оказалась в процессе припаивания проволоки к гвоздю. Паяльник у меня не очень мощный, поэтому дополнительно гвоздь прогревал на газовой горелке. Однако качественно припаять проволоку так и не получилось, поэтому взял круглый кусок деревяшки и намотал на него проволоку, витки пролил супер-клеем. Червяк получился вполне сносный. Не обращая внимания на овальность деревянной основы и вообще всего блока из фанеры механизм работал нормально, но блин очень медленно.
Было бы неплохо раздобыть готовые пластиковые червячные передачи, а пока отложим это всторонку.
Касаемо будущего потребления энергии моим роботом. Сейчас загвоздка с турбиной, что-то не хочет она сосать как положено даже при снятом фильтре тонкой очистки. Если для турбины использовать обычный коллекторный мотор и питать его напряжением в 12 вольт, то потреблять он будет около 0.6 ампера. Если использовать бесколекторный мотор, то он будет потреблять около одного ампера. Плюс для движения робота будет использовано два колекторых мотора и для щётки ещё один, каждый будет потреблять около 0.3 ампера. Электроника будет тоже что-то потреблять. Итого робот будет "кушать" примерно от 1.6 до 2 ампер, в пиках наверное до 2.5 ампер. Не знаю много это или нет, вроде как промышленные роботы потребляют три и более ампер.
Снова пересмотрел кучу видео и фото по запросу "принцип работы робота-пылесоса". Нашел классную фотку турбины от обычного бытового пылесоса. Прочитал на каком-то форуме, что чем длинее лопасти турбины, тем больший вакуум она может создать за счёт центробежной силы.
28 декабря 2014. Склеил сегодня ещё две турбины, отличаются только толщиной. Лопасти сделал как можно длинее. На фото ниже первая тонкая (5мм высота лопасти) турбина, в работе она очень тихая, но нифига не сосёт:)
Вторая турбина толще (15мм высота лопасти).
Ещё раз в гараже попробовал потаскать щетку по полу, мотор часто затыкается от нагрузки, щетина всё равно получилась очень жесткой, да и диаметр щётки не мешало бы уменьшить. Завтра при любой погоде иду покупать щетку с самой мягкой щетиной, также зайду в магазин с игрушками поищу машинки с червячным редуктором для ходовой части робота.
В гараже протестировал новую турбину с напряжением 12 вольт, подумал что 9 лопастей возможно мало. Дома склеил третью за день турбину с длинными лопастями и количеством 15 штук, фото прилагаю:
Закончился ещё один день. До нового года сделать пылесос уже не успею как планировал, однако хочется верить что всё будет хорошо:)
29 декабря 2014. Пошел сегодня в магазин с игрушками в поисках червячной передачи. По дороге вспомнил про игрушку дочери - конь. Этот конь дочери не очень нравился да и вобщем-то и мне он не очень:) Но зато у него внутри целых два червяка и 4+4 шестерни.
В магазин игрушек я всё таки заглянул, потом во второй и купил там машинку-перевёртыш. Машинку купил не столько за механизм, сколько за её колёса, они взбираются на любые поверхности. Внутри у машинки червячной передачи не оказалось. Колёса вполне возможно я использую для самодельного робота, а пока машинку отдал дочери - она в восторге:)
Днём пришла в голову мысль сделать робот-электровеник, т.е. конструкция та же что и сейчас, только отсутствует турбина, мусор просто собирается в отсек. Когда в магазине искал новую щетку с более мягким ворсом (её так и не купил) случайно увидел это:
Эту крышку я разумеется сразу купил. Это уже готовый корпус робота, по современному прозрачный и даже нет лишних элементов. А на самом деле это "Крышка для микроволновой печи" (диаметр 24.5 см), что ей накрывать и зачем не знаю, но робот должен получиться красивый:) Но об этом уже в другой статье.
Вечером разломал коника, вынул шестерни и прикрутил к своему роботу, получилось классно! Механизм занимает минимум пространства и достаточно силён для передвижения платфомы. Пока собрал не всё, поэтому фотки будут позже. А пока вынашиваю идею как сделать новую щётку, уменьшить её диаметр до 3-4 см и заменить редуктор с шестернями на червячный.
Кстати на заметку, червяка можно вынуть и из других игрушек. Так у нас валялся поломанный слон, но в принципе это не важно, главное это механизм, который во многих игрушках (машинках, танках и других) такой же, смотрите фотки:
Ах да, забыл написать про новую турбину, она оказалась заметно производительнее всех остальных. Для лучшего прохождения воздуха я ещё добавил конус в середину турбины.
05 января 2015. Несмотря на новогодние праздники все предыдущие дни я старался как-то продвинуться в работе. Очень много информации перечитал про 3D-принтеры, если бы был такой принтер в моём арсенале, то давно уже напечатал большую часть деталей. Пока в голове строю планы на будущее как собрать 3D-принтер своими руками.
На сегодняшний день я сделал новую щётку. Взял деревянную палочку диаметром 10 мм и насверлил по спирали отверстий. В отверстия вставлял щетинки и запаивал их с обратной стороны выжигателем по дереву.
Собрал ходовую часть, пока не тестировал, сохнет клей. Новую щётку тоже поставил на место, получилось много косяков, без них никак, всё таки это мой первый робот. Кстати, я отказался от прямоугольной задней части и сделал основу под круглый корпус. Связано моё решение с переосмыслением движения робота, если представить что робот движется вдоль стены и во что-то упирается, то чтобы повернуть ему придётся сделать манёвр с движением назад, потому что квадратный зад будет заносить на стену.
Много времени я потратил на поиск решения для "зрения" робота. Механический бампер меня не очень устраивает, он портит внешний хоть и является самой простой схемой определения препятствий. Я остановился на инфракрасном датчике. Пока нет возможности собрать датчик из-за отсутствия инфракрасных фототранзисторов.
07 января 2015. Вчера до часа ночи собирал робота чтобы хоть как-то его протестировать, поиграться:) В качестве "мозга" используется плата Arduino Pro Mini + моторшилд на микросхемах L293E с обвязкой (эту плату я использовал в своём первом проекте по управлению моторами онлайн через Интернет). Управление осуществляется с пульта от телевизора. Короткое видео:
Конструкция выглядит жидко, на самом деле так и есть, почти все механизмы еле дышат. Сегодня я понял на сколько казалось бы простой робот так сложно сделать. На текущий момент почти во всех узлах у меня проблемы, требуется глобальная переделка почти всего.
Привод колёс на червячной передаче по скорости получился что надо, но его исполнение оставляет желать лучшего. Часть привода размещается в отсеке, где будет движение воздуха с мусором, это долго работать не будет. На колёсах я хотел просверлить отверстия, которые служили бы дополнительным датчиком движения. С одной стороны колеса будет располагаться ИК-светодиод, с другой ИК-фототранзистор. Эта схема при движении робота будет пульсировать, если импульсов нет, значит робот упёрся во что-то и не движется.
Для датчиков приближения я купил ИК-светодиоды и ИК-фототранзисторы, но после тестирования такого ИК-бампера стало ясно, что идея плохая. Датчик реагирует на солнечный свет, а чёрные предметы вовсе не видит. Конструкция имеет право на жизнь, но в более простых самоделках. Кому интересна схема делюсь:
Если к датчику близко поднести руку, то на макетной плате загорается светодиод.
Также я попробовал ультразвуковой датчик. Он прекрасно измеряет расстояние, но только методом "в лоб", если плоскость объекта находится под углом, то показания искажаются. Вобщем даже с таким датчиком бампер у робота нормально работать не будет.
Для управления с пульта использован ИК-приёмник TSOP, какой маркировки не знаю, в принципе можно использовать любой попавшийся. Управлять можно с любого пульта, даже с мобильного телефона, но перед этим необходимо узнать коды нажимаемых кнопок на пульте. В скетче простая схема, которая отправляет код кнопки в монитор порта при нажатии на пульте. Пример подключения и скетч ниже:
Что касается щётки для подметания, получилась она отлично, ширина почти 21 см, при корпусе 25 см. Есть нюансы: ворсинки не восстанавливаются, если их примять. Приводной механизм ничем не закрыт, намотает волос за 3 минуты работы и застопорит. Щётка несъёмная. Мотор очень слабый, но количество оборотов очень даже подходящее, на столе метёт очень эффектно.
Сейчас этот робот-пылесос будет разобран и переосмыслен. Скорее всего диаметр корпуса увеличится на 3 см. Изначально колёса я думал сделать на независимой подвеске, чтобы прятались если вдруг кто-то наступит на робота. Привод колёс всё таки сделаю на шестернях, вместо червяка. Ворс для щётки нужно поискать другой, более эластичный и чтобы держал свою форму. Бампер видимо придётся делать механический. Много вопросов по всасывающей турбине.
Несмотря на все недоработки робот понравился жене, а дочь вообще в восторге:)
Продолжение следует. Так часто писать про робота больше не буду, но фото и видео отчёты хотя бы раз в месяц постараюсь публиковать.
Март 2015. Купил электровеник.
Робот пылесос ещё в проекте!
Как аппетит просыпается во время еды, так и желание создавать растет с количеством реализованных проектов. А последовательное использование изученных технологий повышает интерес и качество. Эта история началась с того, что я собрал 3D-принтер 3D MC3 Мастер v1.1 и сделал подвижные ушки с реакцией на звук .
А вот дальше захотелось не просто создать что-то занимательное, но и полезное. Поэтому я начал работу над созданием своего робота пылесоса и призываю все Хабрасообщество подключиться и помочь где-то советом, а где-то логикой и опытом.
Ну а поскольку у меня уже есть 3D-принтер, то максимум возможных частей я буду печатать сам. А контроллер Arduino Mega 2560 и исполнительные механизмы я успешно нашел на сайте МАСТЕР КИТ. Но к железу мы вернемся позже, а сначала надо разобраться с логикой движения и действий робота пылесоса.
Опытным путем (не моим) были установлены правила создания роботов-пылесосов:
1. Робот должен быть круглой формы, невысокий цилиндр.
2. Колеса должны быть по диаметру, чтоб мог разворачиваться на месте.
3. Подруливающее колесо не нуждается в моторе
4. Главное, чтобы робот мог собирать внутрь себя мусор
5. Без контактного бампера нельзя, он должен охватывать не менее половины периметра робота
6. Центр тяжести робота должен быть рядом с колесами, в идеале совпадать с ними - для лучшего сцепления.
7. Робот должен заряжаться от зарядной станции без вынимания аккумуляторов
8. Мусоросборник должен быть легко вынимаемым.
Алгоритм движения
Существуют два основных способа перемещения роботов-пылесосов и до сих пор ни один из методов не доказал свое полное превосходство. Первый заключается в движении по раскручивающейся спирали. Второй метод заключается в движении зигзагами. 
Здесь не учитывается построение карты помещения по снимкам, а все перемещение происходит исключительно исходя из показаний датчиков. Далее, что нужно учесть - это преодоление и обход препятствий. Для этого лучше всего использовать именно бамперы и контактные датчики. Потому что, если по пути следования будет стоять тонкая ножка стула, то лучи нескольких датчиков могут пройти мимо. При столкновении с большим бампером, контроллер понимает с какой стороны находится препятствие и объезжает его.
Уборка
Если обычный пылесос берет свое за счет мощного насоса и большой силы всасывания, то такой же мощности добиться на маленьком пылесосе с автономным питанием невозможно. Опыт подсказал, что наибольшей эффективностью обладает сочетание небольшой щетки и всасывающей турбины. Кроме того, поскольку устройство представляет собой шайбу, то для того, чтобы забирать мусор из углов, в передней части ставятся две вращающиеся щетки, подбрасывающие мусор к основной большой щетке.
Движущая сила
Наилучшей скоростью перемещения будет 25-35 см в секунду. Это не слишком быстро, чтобы все собрать и не слишком медленно, чтобы заряда батареи хватило на сколько-нибудь достаточное пространство. Чаще всего используются подпружиненные редукторы с двигателями. Делается это для того, чтобы остановить движение, если пылесос упадет, повиснет или его поднимут. Я полагаю, что будет правильным использовать шаговые двигатели, так как это позволит задавать скорость движения програмно, не используя редукторы, отбирающие мощность. Передача на колеса будет прямая или ременная. В пылесосе будет всего 5 двигателей: 2 на колеса, один на основную щетку, один на две вращающиеся щетки по бокам, один на втягивающую турбину.
Питание
Планируется питание всей системы от гелевого аккумулятора с напряжением 12В и емкостью 7 Ач. То есть стандартный аккумулятор от ИБП. Преимущество его в том, что он имеет достаточную емкость для обеспечения работы, он дешев и доступен, он обладает достаточным весом, чтобы прижимать пылесос к полу. Основных методов зарядки два: индукционный и прямой контакт. Несмотря на все преимущества прямого контакта, я решил сыграть в пользу беспроводной зарядки: отчасти от того, что это безопаснее (а у меня есть любопытные кошки), отчасти потому что я не хочу потом решать проблему окислившихся или разболтавшихся контактов. К счастью, я нашел отличный комплект для беспроводного зарядного устройства на 12 Вольт PW-WL-12 . Ток в 350 мА зарядит аккумулятор при полном разряде за 10 часов, чего многовато, да и аккумулятор так высаживать нельзя. Поэтому я решил обзавестись двумя такими зарядками и установить их снизу и сверху корпуса, обеспечивая двойной ток заряда в 700 мА.
Датчики
Чтобы робот мог ориентироваться в пространстве, не падал со ступенек и не упирался в стены, требуется обратная связь. Реализовано это будет с большим количеством датчиков. К примеру, инфракрасные датчики расстояния не позволят вплотную приблизиться к стене и поцарапать ее. В случае если на пути попадется какой-то небольшой объект, который не попадает в поле зрения датчиков, срабатывают контактные датчики в бамперах. Кроме того, инфракрасные датчики на нижней кромке предотвратят падение робота, если под передним краем окажется пустое пространство. Также пару датчиков потребуется поставить на колеса, чтобы при отрыве от пола устройство прекращало работу.
Датчики будут использоваться такие: ИК - для измерения расстояния, контактные - для бамперов и колес.
Возврат на базу
Одна из самых сложных задач, которые пытаются реализовать все создатели роботов - это возврат к собственной базе для зарядки. И хорошо, когда комната строго квадратная или прямоугольная. В этом случае достаточно установить базу в углу или придвинуть к стенке и механизм возврата на базу становится крайне простым: одной стороной идти вдоль стенки до момента, пока робот не упрется в базу. Но стоит добавить мебели или иметь несколько проемов в другие помещения и задача сразу усложняется. Я решил использовать радиомаяк , чтобы определять расстояние до базы. При отдалении сигнал затихает, а при приближении становится громче. На этом будет основан мой метод поиска базы.
Программирование и пайка
Я изначально не хотел заниматься пайкой и самостоятельной сборкой обвязки контроллера. Поскольку платформа Arduino уже имеет массу стандартных шилдов для подключения датчиков и исполнительных устройств, я буду использовать именно их и постараюсь сделать проект максимально простым и доступным для повторения. Пайке будут подвергаться только контакты датчиков в случае, если они не имеют стандартных проводов подключения. Программировать я буду в стандартном исполнении для Arduino, поскольку это: 1 - просто, 2 - легко повторить. Даже я, знакомый с азами программирования, смог справиться с изучением языка и запрограммировать контроллер для автоматизации системы отопления и вентиляции. Поэтому расчет именно на простоту повторения и исполнения.
Этапы
Все работы над роботом-пылесосом будут разделены на несколько этапов:
1. Создание корпуса, шасси, блока сбора пыли и создание нормального пылесборника с турбиной
2. Распределение датчиков по контуру корпуса и согласование их работы
3. Программирование простейших функций движения и уборки
4. Обход препятствий и логика движения при уборке
5. Поиск базы и правильный подход к ней для полноценной зарядки
Эталон и последователь
Как и в любом эксперименте, должна быть экспериментальная группа и эталонная, чтобы сравнивать полученные результаты. В качестве эталона было решено взять
Автоматизированный пылесос с автономным источником питания, конечно же, не развивает такую , как ручной вариант. Практические испытания показали большую эффективность использования маленькой щетки совместно с всасывающей турбиной. Для уборки по углам передняя часть пылесоса оснащается 2 щетками, которые при работе подгребают мусор к главной.
Питание роботизированной системы можно осуществлять от нескольких аккумуляторов, напряжение на клеммах которых – 12 V (18 V), а его емкость равняется 7 А*ч. Зарядка осуществляется при прямом контакте либо беспроводным способом. Применение последнего увеличивает расходы на комплектующие детали.
Самостоятельный возврат робота к месту зарядки – сложная задача, которую можно решить установкой передающего маяка.
Любая автоматизированная модель собирается на базе контроллера (мозга системы). Поэтому следует изучить язык его программирования для занесения алгоритма команд. Следует также учитывать интуитивную направленность командного интерфейса, что значительно облегчает процесс. Как микроконтроллер, так и используемые датчики часто имеют стандартизированные разъемы для подсоединений, поэтому пайка требуется редко.
Подготовка к практической реализации проекта
Рассмотрим применение вышеизложенных принципов на базе платформы Arduino Mega 2560. Процесс создания будет состоять из нескольких этапов:
- подготовка инструментов и материалов;
- изготовление корпуса с колесами и отделом под мусор, пылесборника и турбины;
- монтаж датчиков и микроконтроллера, моторов с редукторами, аккумулятора, щеток;
- выполнение электрических подключений;
- введение программы в Arduino, определение согласованности датчиков;
- проверка работоспособности робота-пылесоса и его способности заряжаться самостоятельно.
Идея реализуется с помощью следующих материалов и инструментов:
- контроллер Arduino – 1 шт, с драйверами;
- лист фанеры (либо плотный картон) – 1 м.кв;
- колеса – 3 шт;
- провод сечением не более 0,75 мм.кв (подойдет витая пара) – около 2 м;
- блок питания – 4 аккумулятора по 18 V, индикатор заряда к ним, зарядное устройство;
- инфракрасные датчики – 4 шт, контактные – 2 шт;
- электродвигатели: для турбины – 1 шт, вращающий щетку – 1 шт, 2 мотора с редуктором обеспечивают передвижение;
- поливинилхлоридный корпус – 1 шт;
- клей – 1 упаковка, саморезы – 10 шт, скотч – 1 шт, набор магнитов;
- набор отверток и сверл, плоскогубцы, нож канцелярский, карандаш, линейка, шуруповерт, электролобзик.
Сборка робота-пылесоса
Подготовив все необходимое можно приступать к сборке. Она заключается в прохождении вышеописанных этапов.
Важным моментом работы является возвращение бампера в исходное положение после удара о препятствие, то есть достаточная его упругость.
Все детали закрепляются на имеющиеся для этих целей у них разъемы саморезами либо клеем, скотчем. Полученный результат представлен на фотографии:
