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.
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
Современному человеку бывает сложно поддерживать чистоту в доме. Однако техника ушла далеко вперёд; появились роботы-пылесосы, выполняющие уборку в квартире самостоятельно. Они стоят немалых денежных средств, но можно попробовать создать такое приспособление самостоятельно.
Особенности изготовления робота-пылесоса дома
Для изготовления вам нужны хотя бы любительские навыки, потому что процесс производства робота-пылесоса требует затрат времени и терпения. Но готовый прибор поможет вам сэкономить сначала деньги, а потом время и силы, затрачиваемые на уборку.
Теоретические аспекты
Чтобы успешно изготовить робот-пылесос своими руками, необходимо понимать суть его работы изнутри. Давайте рассмотрим несколько правил, соблюдение которых обеспечит правильное функционирование техники:
- Робот должен иметь форму шайбы, диска для правильного хода движения;
- Колесики размещаются по диаметру пылесоса, чтобы он мог осуществлять развороты;
- Центр тяжести наиболее оптимален на колёсах, но может находиться и рядом с ними;
- Средняя скорость аппарата 25–35 см/сек;
- Контактный бампер размером минимум 0,5 от окружности — обязательная составляющая робота-пылесоса;
- Зарядка самодельного роботы должны выполняться от зарядного устройства, нет необходимости в разборке аппарата;
- Пыль и мусор должна собираться в отдельную ёмкость, которую можно вынуть и прочистить.
Как сделать чертёж
Современные интернет-ресурсы позволяют провести сборку робота-пылесоса без чертежей и иных схем. Однако для понимания вами строения аппарата, советуем такой чертёж составить, чтобы наглядно представить внутреннее устройство. Дело в том, что подобрать детали для робота проще, чем грамотно расположить их внутри. Представим вам примерный чертёж будущего чуда техники:
Совет! отметьте на чертеже все составляющего будущего пылесоса и их примерными габаритами. Стрелками укажите направления воздуха и засасывания частиц пыли. Наглядность - один из шагов к успеху будущей сборки.
Для составления схемы давайте определимся, какие составляющие понадобятся в работе:
- Плата Arduino - «головной мозг» будущего робота;
- Турбина от старого пылесоса;
- Двигатель маленького размера (можно взять старый компьютерный кулер);
- Дальномеры — 2 штуки;
- Колёса (желательно 2 обычных и 1 поворотное), двигатели с редукторами;
- Контроллер (для двигателя);
- 3 литиевых аккумулятора;
- Контроллер заряда;
- Провода;
- Плотный картон.
Важно! Если не сможете найти старую турбину - её можно сделать самому из плотного картона. Схема прилагается.
Особенности проведения сборки
Собирая робот пылесос своими руками в домашних условиях, начните работу с организации электропитания. Для этого аккумуляторы зарядите при помощи контролёра. Дальше вам необходимо создать управление двигателями привода аппарата. Лучше всего использовать модуль на микросхеме типа L298. Для регулировки скорости на пин ENA или ENB нужно подать сигнал ШИМ. Чтобы изменить направление вращения, то подайте разноимённые сигналы на IN1 и IN2 для одного, и на IN2 и IN3 для второго двигателя.
Затем двигатель нужно соединить с Arduino. Из картона сделайте круг, затем присоедините к нему колёса (диаметр рассчитывайте под «начинку» - около 30–35 см). С двух сторон используйте обычные колёса, но с угловыми редукторами, а между ними сзади - поворачивающееся колесо для манёвренности.
На изготовленное основание вмонтируйте всю электронику и блок пылесоса. Дальномеры прикрепляем спереди.
Дальнейшим шагом необходимо соорудить турбину, поэтому лопасти компьютерного кулера убираем и приклеиваем в него на термоклей турбину от старого пылесоса. Закрепляйте её точно по центру: нам не нужен дисбаланс.
Боковые стенки пылесоса можете соорудить самостоятельно. Главное, не забывайте: он должен иметь цилиндрическую форму.
Тестирование аппарата
После сборки пылесоса обязательно проверьте его работу. Он должен будет выполнять следующие действия: ехать вперёд до препятствия. Если на пути встречается преграда, то робот отъезжает назад, делает разворот под неопределённым углом и едет в ту сторону. А также не забудьте проверить всасывающую силу аппарата. Если всё работает - вы успешно справились с задачей!
- Попробуйте собрать платформу робота из фанеры Можно использовать и небольшой дискообразный пластиковый таз или контейнер.
- При выборе колёс не нужно брать слишком большие, иначе ваш робот будет ездить на слишком большой скорости.
- Если захотите усовершенствовать пылесос - прикрепите спереди две щётки, которые будут загонять мусор в мусоросборник.
- Вместо дальномеров можно использовать систему бамперов, соединённых с концевыми выключателями.
Стал топом продаж и держится в нём долгое время, облегчив жизнь многим людям.
Правда, незаменимый помощник - дорогое удовольствие. Поэтому находчивые инженеры собирают роботы-пылесосы самостоятельно, причём оснащают их дополнительными функциями и апгрейдят дизайн.
Для тех, кому лень убирать в квартире, но не лень собрать робот-пылесос , мы подготовили подробную инструкцию для этого.
Необходимые материалы
- гофрированный картон из-под старого пылесоса, ведь он вам больше не понадобится;
- линейка и маркер - семь раз отмерять и прочертить;
- канцелярский нож, ножницы и клей - один раз отрезать и многократно склеить;
- лист фетра - щетина щётки, способной собрать 99,9% пыли и мусора в вашем доме;
- китайская палочка - ось той самой щётки;
- кнопка «вкл./выкл.» из-под настольной лампы - она будет включать устройство (лампу придётся принести в жертву богам чистоты и робототехники);
- мотор-редуктор Arduino с проводами питания - чтобы щётка вращалась самостоятельно, а не с помощью ваших рук;
- аккумулятор или батарейка «Крона», которая придаст сил мотору-редуктору вращать щётку;
- крышечки из-под пластиковых бутылок Coca-Cola/Fanta/Sprite или любого другого любимого напитка (8 шт.) - нет, это не акция, а способ передвижения робота-пылесоса;
- обёрточная бумага, фломастеры, краски и т. д. - для нестандартных дизайнерских решений.
Собираем робот-пылесос. Home Edition
Итак, если все материалы у вас под рукой, пора приступить к сборке робота-пылесоса. Перед началом рекомендуем посмотреть данное : в нём наглядно демонстрируется процесс.
А теперь пропишем все этапы для большей ясности.
1. Берём картон и чертим линии изгиба и прорезки согласно размерам, указанным в видеоролике.
2. Сгибаем и режем. Поздравляем - основа робота-пылесоса готова!
3. Берём лист фетра и нарезаем короткими полосками. Нужно постараться сделать их одинакового размера. Собираем их в кучу и откладываем в сторону, но недалеко.
4. Срезаем острый край китайской палочки, тем самым превращаем её в обычную палочку. Точнее, в ось вращения щётки пылесоса.
5. Возвращаемся к куче нарезанных кусочков фетра и аккуратно наклеиваем их по одной к полученной оси.
6. Делаем неглубокое отверстие в одном конце оси.
7. Берём мотор-редуктор, смазываем остриё клеем и вставляем его в проделанное отверстие в бывшей китайской палочке.
8. Поздравляем ещё раз - щётка готова! Аккуратно покрываем клеем микросхему и прикрепляем её к картонной основе.
9. С помощью на всякий случай приготовленной витой пары соединяем провода питания мотора с кнопкой включения и батарейкой. Кладём это в специальный отсек, как показано на видео.
Итак, мы можем поздравить вас в третий раз, так как робот-пылесос фактически готов! Осталось приделать ему колёсики и украсить по своему желанию.
Для колёсиков понадобятся крышки из-под напитков. Сделать из них колёса очень просто: две крышки - одно колесо. Просто склеиваем их вместе и получаем вращающийся элемент. В центре крышек-колёс нужно сделать отверстие и продеть туда заготовленные гвоздики, а затем прикрепить их к конструкции. Этот этап также показан на видео.
Осталось украсить вашего помощника. Здесь вместо инструкции вы получите от нас лишь напутственное слово: просто дайте полёт вашей фантазии! Робот в стиле hi-tech, с логотипом Samsung или со щенячьими глазами? Отлично! Ведь это ваш персональный помощник для уборки дома!
P. S. Мы не уверены, что после прочтения статьи вы таки соберете свой робот-пылесос. Но мы надеемся, что вы получили массу позитивных эмоций. Однако если задаться целью, у вас непременно получится сконструировать реального сверхмощного уничтожителя любого вида грязи - ведь модель из видео действительно .
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:
