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.
В современном ритме жизни не всегда получается поддерживать в доме чистоту. В этом деле поможет современные технологии. Робот-пылесос появился более 15 лет назад. Его типовой внешний вид напоминает крупную шайбу, которая передвигается по комнате по заданному алгоритму или случайным образом (пока на что-нибудь не наткнется) и собирает мусор. Предлагаем вам изучить 2 пошаговые инструкции, позволяющие сделать робот-пылесос своими руками.
Материалы для сборки
Итак, для сборки робота-пылесоса нужно разобраться с его составными частями, пойдем по порядку. Он должен сам передвигаться по комнате, поэтому нужны двигатели, в зависимости от конечной конструкции их должно быть от 2-х до 4-х, а также возможность переключения направления вращения и скорость, значит, нужна плата для управления двигателями. Если вы используете двигатели постоянного тока, то нужна плата с 4-мя транзисторами (H-мост).
Самодельный робот-пылесос должен определять столкновения со стенами и мебелью. Для этого нужно предусмотреть датчики препятствия и концевые выключатели на «бампере». Также нужен сам рабочий орган – пылесос. При этом он должен быть рассчитан на работу от постоянного тока низкого напряжения (например, 12В).
Кроме пылесоса нужна подвижная (вращающаяся) щетка, которая будет отчищать поверхность, поднимать ворс половика, сметать мусор. Для этого нужен еще один или два моторчика.
Система, которая будет всем этим управлять. Простейший вариант на Arduino. Для такой задачи подойдет любая из плат, по размерам удобно разместить вариант Nano или Pro mini.
Идея №1: робот-пылесос из картона
Основа робота делается из плотного картона. Его лучше склеить в пару слоев, а волокна разместить перпендикулярно. Для его технической начинки нужен такой набор деталей:
- Любая плата Arduino.
- Breadboard или простая макетная плата, в принципе можно и без неё, всё просто спаять.
- 2 ультразвуковых датчика расстояния (дальномер).
- Турбина от пылесоса.
- Небольшой двигатель или кулер от компьютера.
- Двигатели с редукторами и колеса.
- Контроллер для двигателя.
- Провода для соединений схемы.
- Аккумуляторы и контроллер заряда.
В качестве питания для робота нужно использовать 3 литиевых аккумулятора. Напряжение каждого из них 3,7 В. Для их заряда нужен контроллер. Например, такой как на фото:
Для управления двигателями привода робота удобно использовать модуль на L298-микросхеме. Схемотехнически это H-мост, вы можете его собрать своими руками из отдельных компонентов, но купить готовую плату будет надежнее. С его помощью вы можете задавать скорость движения робота-пылесоса и изменять направление вращения.
Для регулировки скорости на пин ENA или ENB подаётся ШИМ сигнал, а для задания направления вращения подают разноименные сигналы на IN1 и IN2 для одного двигателя и IN3, IN4 для другого двигателя. При этом если на пине IN1 у нас логическая единица, а на пине IN2 – логический ноль, двигатель крутится в одну сторону, чтобы сменить направление нужно поменять местами 1 с 0. Его нужно собрать с ардуино по такой схеме (пины можно использовать любые, это вы укажете в скетче).
Вот вид с нижней стороны. Два ведущих колеса с угловым редуктором и поворотное колесо:
Теперь нужно собрать схему, которая монтируется на основание. Диаметр основания должен быть около 30 см, чтобы туда влезла и электроника и сам блок пылесоса.
Вместо дальномеров можно использовать вариант с бамперами, которые соединены с концевыми выключателями. При столкновении с препятствием система управления даст сигнал о смене направления движения.
Контактные бампера можно сделать и своими руками, для этого нужен тонкий, но жесткий провод, например от витой пары. Для этого формирует контактную площадку на внутренней стороне бампера из фольги, и закрепляем проводник как это показано ниже. При столкновениях робота-пылесоса с мебелью и стенами они будут соприкасаться. Вам остается отрегулировать расстояние от проволоки до фольги, чтобы добиться нужной чувствительности и исключить ложные срабатывания. На фольгу подается 5В, а провод идёт на вход Ардуино, подтянутый к минусу через резистор на несколько кОм.
Устройство питается от аккумуляторов, для питания системы управления можно применить линейные стабилизаторы типа l7805. Чтобы отрегулировать скорость вращения моторов подойдет понижающий преобразователь, например LM2596.
Самое сложное — это сконструировать и собрать пылесос. Вот его приблизительный чертеж:
Отламываем родные лопасти от кулера, и закрепляем на его роторе турбину от пылесоса. Важно закрепить турбину точно в центре, иначе вы получите дисбаланс и вибрации.
Вот так выглядит обратная сторона турбины, закрепленной на роторе кулера. Закрепить её можно на термоклей или на суперклей
Вот и вся пошаговая инструкция по сборке робота-пылесоса, сделанного из подручных материалов. Алгоритм его работы такой: робот-пылесос едет вперед, пока не встретит препятствие. После столкновения (или приближения, если вы используете УЗ дальномеры) останавливается, отъезжает назад на заданное расстояние, разворачивается на произвольный угол и едет дальше.
Идея №2: почти заводской робот
Предлагаем вашему вниманию не более сложный проект робота-пылесоса. Вот его внешний вид в собранном состоянии:
Система навигации в нем собрана из комплекта 6-ти ИК-датчиков препятствия. На случай, если не сработал ни один из них, то предусмотрены два контактных датчика (концевых выключателя). Система управления двигателями на таком же драйвере с микросхемой L298N. Для его сборки вам понадобится:
- Плата Ардуино, в оригинале использовалась Pro-mini.
- USB-TTL переходник для прошивки этой модели ардуино. Если вы будете использовать Arduino Nano, то он не нужен, т.к. в ней есть возможность прошивки по USB.
- Драйвер для моторчиков L298N.
- Моторчики для колес с редуктором.
- 6 ИК-датчиков.
- Моторчики для турбины (по возможности помощнее).
- Крыльчатка турбины пылесоса.
- Моторчики для щеток могут быть любыми.
- 2 датчика столкновения.
Всё это собрать по такой схеме:
Для сборки цепи питания робота-пылесоса нужны:
- 4 литиевых аккумулятора, подойдут типа 18650.
- 2 преобразователя постоянного напряжения (повышающий и понижающий).
- Контроллер для заряда и разряда 2-х аккумуляторов (искать в интернете по запросу 2s li-ion controller). В схеме используется последовательное включение двух параллельно включенных банок, в итоге их выходное напряжение получается больше 7,4В, а параллельная цепочка нужна для повышения ёмкости и автономности работы.
Вот схема питания этого робота:
Кроме этого нужен пластик (ПВХ) или любой другой материал для корпуса робота, можно его распечатать на 3D-принтере, если у вас есть такая возможность.
Для работы самоделки нужна прошивка, вот пример алгоритма хаотичной уборки, мы взяли его с сети. Ссылка для скачивания скетча: .
В этой статье были рассмотрены 2 конструкции робота-пылесоса, которые можно повторить и собрать своими руками. Сделать автоматическое средство для уборки помещения можно, вложившись в бюджет от 30 до 100 долларов. Самыми дорогими деталями являются аккумуляторы, двигатели и платы ардуино. Если у вас получилось собрать самодельный робот-пылесос или вы придумали другую конструкцию, присылайте примеры в комментарии, будем рады открытому общению!
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.
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:
