Science Vetal
Viser hvordan man lager en robotstøvsuger. Den unngår automatisk hindringer og støvsuger, mens den samler opp papirbiter og smuler av ulik opprinnelse.
Du trenger et standardsett for en arduino-maskin. Vi tar en arduino uno, l298n motordriver, nærhetssensor, gammel vifte og datasystemenhet. Først tok jeg en tykk bølgepapp, rev ut et bilde av en sirkel, installerte en vifte, størrelse. Begynte å kutte. Størrelsen på åttekanten skal være litt mindre enn viften. Så tok jeg viften og prøvde å sette den inn i hullet. Jeg trodde omrisset ville strekke seg litt. Men det skjedde ikke. Jeg trimmet den litt og først etter det kunne jeg installere viften. Høyden på viften over bordet skal være liten, ca 0,5 cm Først da suger den godt opp støv. Så monterte jeg motorene og limte alt på plass med varmt lim. Inkludert en vifte. Det må limes etter at motorene er installert for å se ønsket høyde. Praksis har vist at rusk vil bli sugd godt inn hvis høyden over bordet er fra 0,5 til 1 cm. Så begynte jeg å montere et annet hjul slik at systemet skulle stå på tre hjul. Det tredje hjulet vil ikke rotere.
Alle elementer i støvsugeren er festet med smeltelim. For en slik enhet er denne styrken tilstrekkelig.
Cachaça suging av rusk avhenger av hastigheten på arbeidet, bør det ikke være høy. Øyne må settes inn. Vi bruker en ultralydsensor for arduino.
Knappen ble installert på siden, men praksis har vist at dette ikke er helt riktig løsning, fordi roboten slo seg av flere ganger. Han traff veggen med akkurat den knappen. I prinsippet er ikke dette en helt klassisk støvsuger, fordi det vanligvis brukes en boks. Og her står det direkte for sug. Men dette forringer ikke ytelsen. Vær oppmerksom på at mesteren tok en vanlig vifte, ikke beregnet for å suge. Han bare blåser luft. Derfor, hvis du vil lage en støvsuger som ikke bare suger papir, må du installere en kraftigere motor. Og gi bladene den konfigurasjonen som er nødvendig for støvsugeren. Hele prosessen med å lage roboten tok omtrent 3 timer. Som du kan se, er det ikke noe komplisert. Det vanskeligste i denne saken er programmering. I dette tilfellet, masterprogrammene bare litt. Han tok bilen sin, som unngår hindringer, og modifiserte den litt for å begrense robotens hastighet. For å gjøre dette brukte jeg PWM-pinner på arduinoen og koblet dem til den tilsvarende pinnen på motordriveren. Det er forresten ikke en så liten radiatorberegning. Men den har en stor fordel sammenlignet med andre motorførere. Utgangen er nemlig 50. De er veldig praktiske for servoer og også arduino. Hvis du ikke liker den store størrelsen på denne driveren, kan du ganske enkelt fjerne kjøleribben derfra. Faktum er at når du bruker disse to motorene, varmes det ikke mye opp. Temperaturen kommer ikke over 40 grader. Kretsen mottar strøm fra batteriet via en bryter og en nanomotordriver. En vifte er også tilkoblet her.
Akkurat som appetitten våkner mens man spiser, vokser lysten til å skape med antall fullførte prosjekter. Og konsekvent bruk av lærte teknologier øker interessen og kvaliteten. Denne historien begynte med at jeg satte sammen en 3D-skriver 3D MC3 Master v1.1 og laget bevegelige ører med en reaksjon på lyd.
Men så ville jeg ikke bare skape noe underholdende, men også nyttig. Derfor begynte jeg å jobbe med å lage min egen robotstøvsuger, og jeg oppfordrer hele Habra-fellesskapet til å koble seg til og hjelpe et sted med råd, og et sted med logikk og erfaring.
Vel, siden jeg allerede har en 3D-printer, vil jeg skrive ut så mange deler som mulig selv. Og jeg fant Arduino Mega 2560-kontrolleren og aktuatorene på MASTER KIT-nettstedet. Men vi kommer tilbake til maskinvaren senere, men først må vi forstå logikken i bevegelsen og handlingene til støvsugerroboten.
Reglene for å lage robotstøvsugere ble etablert empirisk (ikke mine):
1. Roboten må være rund form, lav sylinder.
2. Hjulene må ha en diameter slik at de kan snu på stedet.
3. Ratt trenger ikke motor
4. Hovedsaken er at roboten kan samle søppel i seg selv
5. Du kan ikke klare deg uten en kontaktstøtfanger, den må dekke minst halvparten av robotens omkrets
6. Robotens tyngdepunkt bør være nær hjulene, ideelt sett sammenfalle med dem - for bedre trekkraft.
7. Roboten må lades fra ladestasjonen uten å ta ut batteriene
8. Søppelbeholderen skal være lett å fjerne.
Bevegelsesalgoritme
Det er to hovedmåter å flytte robotstøvsugere på, og så langt har ingen av metodene vist seg helt overlegne. Den første er å bevege seg i en avviklingsspiral. Den andre metoden er å bevege seg i et sikksakkmønster. 
Dette tar ikke hensyn til konstruksjonen av et kart over rommet fra bilder, og all bevegelse skjer utelukkende basert på sensoravlesninger. Det neste som må tas i betraktning er å overvinne og unngå hindringer. For dette er det best å bruke støtfangere og kontaktsensorer. For hvis det er et tynt stolben langs ruten, kan strålene fra flere sensorer passere. Når du kolliderer med en stor støtfanger, forstår kontrolleren hvilken side hindringen er på og går rundt den.
Rengjøring
Hvis en konvensjonell støvsuger krever sitt på grunn av en kraftig pumpe og høy sugekraft, kan samme kraft oppnås med en liten støvsuger med autonom strømforsyning er ikke mulig. Erfaring har vist at kombinasjonen av en liten børste og en sugeturbin er mest effektiv. I tillegg, siden enheten er en vaskemaskin, for å plukke opp rusk fra hjørnene, er to roterende børster plassert i den fremre delen, og kaster rusk mot den store hovedbørsten.
Drivkraft
Den beste bevegelseshastigheten vil være 25-35 cm per sekund. Det er ikke for raskt å få alt sammen og ikke for tregt til at batteriet varer i et meningsfylt rom. De mest brukte er fjærbelastede girkasser med motorer. Dette gjøres for å stoppe bevegelsen hvis støvsugeren faller, henger eller løftes. Jeg tror at det ville være riktig å bruke trinnmotorer, siden dette lar deg stille inn bevegelseshastigheten programmatisk, uten å bruke girkasser som tar strøm. Overføringen til hjulene vil være direkte eller belte. Støvsugeren vil kun ha 5 motorer: 2 for hjulene, en for hovedbørsten, en for de to roterende børstene på sidene, en for sugeturbinen.
Ernæring
Det er planlagt å drive hele systemet fra et gelbatteri med en spenning på 12V og en kapasitet på 7 Ah. Det vil si et standard batteri fra en UPS. Den har fordelen av å ha nok kapasitet til å få jobben gjort, den er billig og lett tilgjengelig, og den er tung nok til å holde støvsugeren mot gulvet. Det er to hovedlademetoder: induksjon og direkte kontakt. Til tross for alle fordelene med direkte kontakt, bestemte jeg meg for å spille for trådløs lading: dels fordi det er tryggere (og jeg har nysgjerrige katter), dels fordi jeg ikke ønsker å håndtere problemet med oksiderte eller løse kontakter senere. Heldigvis fant jeg et flott trådløst sett lader for 12 Volt PW-WL-12. En strøm på 350 mA vil lade batteriet helt utladet på 10 timer, noe som er litt mye, og batteriet kan ikke tømmes slik. Derfor bestemte jeg meg for å skaffe to av disse laderne og installere dem på bunnen og toppen av dekselet, noe som gir en dobbel ladestrøm på 700 mA.
Sensorer
For at roboten skal kunne navigere i rommet, ikke falle ned trappetrinn og ikke kjøre inn i vegger, kreves det Tilbakemelding. Dette vil bli implementert med et stort antall sensorer. f.eks. infrarøde sensorer avstandene vil ikke tillate deg å komme nær veggen og skrape den. Hvis det er en liten gjenstand på vei som ikke faller inn i synsfeltet til sensorene, utløses kontaktsensorer i støtfangerne. I tillegg vil infrarøde sensorer på underkanten hindre roboten i å falle hvis det er tomt under forkanten. Dessuten må et par sensorer plasseres på hjul, slik at enheten slutter å fungere når den løftes opp fra gulvet.
Følgende sensorer vil bli brukt: IR - for måling av avstand, kontakt - for støtfangere og hjul.
Gå tilbake til basen
En av de vanskeligste oppgavene som alle robotskapere prøver å oppnå, er å gå tilbake til sin egen ladebase. Og det er bra når rommet er strengt firkantet eller rektangulært. I dette tilfellet er det nok å installere basen i et hjørne eller flytte den til veggen, og mekanismen for å gå tilbake til basen blir ekstremt enkel: gå langs veggen med den ene siden til roboten treffer basen. Men så snart du legger til møbler eller har flere åpninger til andre rom, blir oppgaven umiddelbart mer komplisert. Jeg bestemte meg for å bruke et radiofyr for å bestemme avstanden til basen. Når du beveger deg bort, tones signalet ut, og når du kommer nærmere, blir det høyere. Min metode for å søke etter en base vil være basert på dette.
Programmering og lodding
Jeg ønsket i utgangspunktet ikke å gjøre lodding og selvmontering kontroller stropper. Siden Arduino-plattformen allerede har mange standard skjold for tilkobling av sensorer og aktuatorer, vil jeg bruke dem og prøve å gjøre prosjektet så enkelt og lett å gjenta som mulig. Kun sensorkontakter vil bli loddet dersom de ikke har standard tilkoblingsledninger. Jeg vil programmere i standardversjonen for Arduino, siden den er: 1 - enkel, 2 - lett å gjenta. Selv jeg, som var kjent med det grunnleggende innen programmering, klarte å lære språket og programmere kontrolleren til å automatisere varme- og ventilasjonssystemet. Derfor er beregningen nettopp på enkel repetisjon og utførelse.
Stadier
Alt arbeid på robotstøvsugeren vil bli delt inn i flere stadier:
1. Lage et hus, chassis, støvoppsamlingsenhet og lage en vanlig støvsamler med en turbin
2. Fordeling av sensorer langs kroppskonturen og koordinering av deres drift
3. Programmering av de enkleste bevegelses- og rengjøringsfunksjonene
4. Unngå hindringer og bevegelseslogikk ved rengjøring
5. Søk etter base og riktig tilnærming til den for full lading
Standard og følger
Som i ethvert forsøk, må det være en forsøksgruppe og en referansegruppe for å sammenligne resultatene som er oppnådd. Det ble besluttet å ta som en standard
Automatisert støvsuger med autonom kilde ernæring utvikler seg selvfølgelig ikke som f.eks manuelt alternativ. Praktiske prøver har vist større effektivitet ved hjelp av en liten børste i forbindelse med en sugeturbin. Til rengjøring av hjørner Den fremre delen av støvsugeren er utstyrt med 2 børster, som under drift øser opp rusk til den viktigste.
Robotsystemet kan drives fra flere batterier, spenningen på terminalene er 12 V (18 V), og kapasiteten er 7 Ah. Lading utføres ved direkte kontakt eller trådløst. Bruken av sistnevnte øker kostnadene for komponenter.
Å returnere en robot til ladestedet på egen hånd er en vanskelig oppgave som kan løses ved å installere et sendesignal.
Enhver automatisert modell er satt sammen kontroller basert(systemets hjerne). Derfor bør du studere programmeringsspråket for å angi kommandoalgoritmen. Du bør også ta hensyn til den intuitive naturen til kommandogrensesnittet, noe som i stor grad forenkler prosessen. Både mikrokontrolleren og sensorene som brukes har ofte standardiserte tilkoblinger, så lodding er sjelden nødvendig.
Forberedelse til praktisk gjennomføring av prosjektet
La oss vurdere anvendelsen av prinsippene ovenfor basert på Arduino Mega 2560-plattformen. Opprettingsprosessen vil bestå av flere stadier:
- forberedelse av verktøy og materialer;
- produksjon av et hus med hjul og et rom for søppel, en støvsamler og en turbin;
- installasjon av sensorer og mikrokontroller, motorer med girkasser, batterier, børster;
- lage elektriske tilkoblinger;
- introdusere et program i Arduino, bestemme sensorkonsistens;
- kontrollere ytelsen til robotstøvsugeren og dens evne til å lade uavhengig.
Ideen implementeres ved hjelp av følgende materialer og verktøy:
- Arduino-kontroller – 1 stk, med drivere;
- ark av kryssfiner (eller tykk papp) - 1 kvm;
- hjul - 3 stk;
- ledning med et tverrsnitt på ikke mer enn 0,75 mm2 (tvinnet par er egnet) - ca 2 m;
- strømforsyning – 4 18 V-batterier, ladeindikator for dem, lader;
- infrarøde sensorer – 4 stk., kontaktsensorer – 2 stk.;
- elektriske motorer: for turbinen – 1 stykke, roterende børsten – 1 stykke, 2 motorer med girkasse gir bevegelse;
- polyvinylklorid kropp - 1 stk;
- lim – 1 pakke, skruer – 10 stk, tape – 1 stk, sett med magneter;
- et sett med skrutrekkere og bor, tang, en skrivesakskniv, blyant, linjal, skrutrekker, stikksag.
Montering av en robotstøvsuger
Etter å ha forberedt alt du trenger, kan du begynne å montere. Den består av å gå gjennom stadiene beskrevet ovenfor.
Et viktig punkt i arbeidet er tilbakeføringen av støtfangeren til sin opprinnelige posisjon etter å ha truffet en hindring, det vil si dens tilstrekkelige elastisitet.
Alle deler er festet til kontaktene som er tilgjengelige for disse formålene med selvskruende skruer eller lim eller tape. Resultatet som ble oppnådd vises på bildet:
