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 .
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
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.
