Сделать робота очень просто Давайте разберемся, что же потребуется чтобы создать робота в домашних условиях, для того чтобы понять основы робототехники .
Наверняка, насмотревшись фильмов про роботов, тебе не раз хотелось построить своего боевого товарища, но ты не знал с чего начать. Конечно, у тебя не получится построить двуногого терминатора, но мы и не стремимся к этому. Собрать простого робота может любой, кто умеет правильно держать паяльник в руках и для этого не нужно глубоких знаний, хотя они и не помешают. Любительское роботостроение мало чем отличается от схемотехники, только гораздо интереснее, потому что тут так же затронуты такие области, как механика и программирование. Все компоненты легкодоступны и стоят не так уж и дорого. Так что прогресс не стоит на месте, и мы будем его использовать в свою пользу.
Введение
Итак. Что же такое робот? В большинстве случаев это автоматическое устройство, которое реагирует на какие-либо действия окружающей среды. Роботы могут управляться человеком или выполнять заранее запрограммированные действия. Обычно на роботе располагают разнообразные датчики (расстояния, угла поворота, ускорения), видеокамеры, манипуляторы. Электронная часть робота состоит из микроконтроллера (МК) - микросхема, в которую заключён процессор, тактовый генератор, различная периферия, оперативная и постоянная память. В мире существует огромное количество разнообразных микроконтроллеров для разных областей применения и на их основе можно собирать мощных роботов. Для любительских построек широкое применение нашли микроконтроллеры AVR. Они, на сегодняшний день, самые доступные и в интернете можно найти много примеров на основе этих МК. Чтобы работать с микроконтроллерами тебе нужно уметь программировать на ассемблере или на Cи и иметь начальные знания в цифровой и аналоговой электронике. В нашем проекте мы будем использовать Cи. Программирование для МК мало чем отличается от программирования на компьютере, синтаксис языка такой же, большинство функций практически ничем не отличаются, а новые довольно легко освоить и ими удобно пользоваться.
Что нам нужно
Для начала наш робот будет уметь просто объезжать препятствия, то есть повторять нормальное поведение большинства животных в природе. Всё что нам потребуется для постройки такого робота можно будет найти в радиотехнических магазинах. Решим, как наш робот будет передвигаться. Самым удачным я считаю гусеницы, которые применяются в танках, это наиболее удобное решение, потому что гусеницы имеют большую проходимость, чем колёса машины и ими удобнее управлять (для поворота достаточно вращать гусеницы в разные стороны). Поэтому тебе понадобится любой игрушечный танк, у которого гусеницы вращаются независимо друг от друга, такой можно купить в любом магазине игрушек по разумной цене. От этого танка тебе понадобится только платформа с гусеницами и моторы с редукторами, остальное ты можешь смело открутить и выкинуть. Так же нам потребуется микроконтроллер, мой выбор пал на ATmega16 - у него достаточно портов для подключения датчиков и периферии и вообще он довольно удобный. Ещё тебе потребуется закупить немного радиодеталей, паяльник, мультиметр.
Делаем плату с МК
В нашем случае микроконтроллер будет выполнять функции мозга, но начнём мы не с него, а с питания мозга робота. Правильное питание - залог здоровья, поэтому мы начнём с того, как правильно кормить нашего робота, потому что на этом обычно ошибаются начинающие роботостроители. А для того, чтобы наш робот работал нормально нужно использовать стабилизатор напряжения. Я предпочитаю микросхему L7805 - она предназначена, чтобы на выходе выдавать стабильное напряжение 5В, которое и нужно нашему микроконтроллеру. Но из-за того, что падение напряжения на этой микросхеме составляет порядка 2,5В к нему нужно подавать минимум 7,5В. Вместе с этим стабилизатором используются электролитические конденсаторы, чтобы сгладить пульсации напряжения и в цепь обязательно включают диод, для защиты от переполюсовки.
Теперь мы можем заняться нашим микроконтроллером. Корпус у МК — DIP (так удобнее паять) и имеет сорок выводов. На борту имеется АЦП, ШИМ, USART и много другого, что мы пока использовать не будем. Рассмотрим несколько важных узлов. Вывод RESET (9-ая нога МК) подтянут резистором R1 к «плюсу» источника питания - это нужно делать обязательно! Иначе твой МК может непреднамеренно сбрасываться или, проще говоря - глючить. Так же желательной мерой, но не обязательной является подключение RESET’а через керамический конденсатор C1 к «земле». На схеме ты так же можешь увидеть электролит на 1000 мкФ, он спасает от провалов напряжения при работе двигателей, что тоже благоприятно скажется на работе микроконтроллера. Кварцевый резонатор X1 и конденсаторы C2, C3 нужно располагать как можно ближе к выводам XTAL1 и XTAL2.
О том, как прошивать МК, я рассказывать не буду, так как об этом можно прочитать в интернете. Писать программу мы будем на Cи, в качестве среды программирования я выбрал CodeVisionAVR. Это довольно удобная среда и полезна новичкам, потому что имеет встроенный мастер создания кода.
Управление двигателями
Не менее важным компонентом в нашем роботе является драйвер двигателей, который облегчает нам задачу в управлении им. Никогда и ни в коем случае нельзя подключать двигатели напрямую к МК! Вообще мощными нагрузками нельзя управлять с микроконтроллера напрямую, иначе он сгорит. Пользуйтесь ключевыми транзисторами. Для нашего случая есть специальная микросхема - L293D. В подобных несложных проектах всегда старайтесь использовать именно эту микросхему с индексом «D», так как она имеет встроенные диоды для защиты от перегрузок. Этой микросхемой очень легко управлять и её просто достать в радиотехнических магазинах. Она выпускается в двух корпусах DIP и SOIC. Мы будем использовать в корпусе DIP из-за удобства монтажа на плате. L293D имеет раздельное питание двигателей и логики. Поэтому саму микросхему мы будем питать от стабилизатора (вход VSS), а двигатели напрямую от аккумуляторов (вход VS). L293D выдерживает нагрузку 600 мА на каждый канал, а этих каналов у неё два, то есть к одной микросхеме можно подключить два двигателя. Но, чтобы перестраховаться, мы объединим каналы, и тогда потребуется по одной микре на каждый двигатель. Отсюда следует, что L293D сможет выдержать 1.2 А. Чтобы этого добиться нужно объединить ноги микры, как показано на схеме. Микросхема работает следующим образом: когда на IN1 и IN2 подаётся логический «0», а на IN3 и IN4 логическая единица, то двигатель вращается в одну сторону, а если инвертировать сигналы - подать логический ноль, тогда двигатель начнёт вращаться в другую сторону. Выводы EN1 и EN2 отвечают за включение каждого канала. Их мы соединяем и подключаем к «плюсу» питания от стабилизатора. Так как микросхема греется во время работы, а установка радиаторов проблематична на этот тип корпуса, то отвод тепла обеспечивается ногами GND — их лучше распаивать на широкой контактной площадке. Вот и всё, что на первое время тебе нужно знать о драйверах двигателей.
Датчики препятствий
Чтобы наш робот мог ориентироваться и не врезался во всё, мы установим на него два инфракрасных датчика. Самый простейший датчик состоит из ик-диода, который излучает в инфракрасном спектре и фототранзистор, который будет принимать сигнал с ик-диода. Принцип такой: когда перед датчиком нет преграды, то ик-лучи не попадают на фототранзистор и он не открывается. Если перед датчиком препятствие, тогда лучи от него отражаются и попадают на транзистор - он открывается и начинает течь ток. Недостаток таких датчиков в том, что они могут по-разному реагировать на различные поверхности и не защищены от помех — от посторонних сигналов других устройств датчик, случайно, может сработать. От помех может защитить модулирование сигнала, но пока мы этим заморачиватся не будем. Для начала, и этого хватит.
Прошивка робота
Чтобы оживить робота, для него нужно написать прошивку, то есть программу, которая бы снимала показания с датчиков и управляла двигателями. Моя программа наиболее проста, она не содержит сложных конструкций и всем будет понятна. Следующие две строки подключают заголовочные файлы для нашего микроконтроллера и команды для формирования задержек:
#include
#include
Следующие строки условные, потому что значения PORTC зависят от того, как ты подключил драйвер двигателей к своему микроконтроллеру:
PORTC.0 = 1;
PORTC.1 = 0;
PORTC.2 = 1;
PORTC.3 = 0;
Значение 0xFF означает, что на выходе будет лог. «1», а 0x00 - лог. «0».
Следующей конструкцией мы проверяем, есть ли перед роботом препятствие и с какой оно стороны:
if (!(PINB & (1< Если на фототранзистор попадает свет от ик-диода, то на ноге микроконтроллера устанавливается лог. «0» и робот начинает движение назад, чтобы отъехать от препятствия, потом разворачивается, чтобы снова не столкнуться с преградой и затем опять едет вперёд. Так как у нас два датчика, то мы проверяем наличие преграды два раза - справа и слева и потому можем узнать с какой стороны препятствие. Команда «delay_ms(1000)» указывает на то, что пройдёт одна секунда, прежде чем начнёт выполняться следующая команда. Я рассмотрел большинство аспектов, которые помогут тебе собрать твоего первого робота. Но на этом робототехника не заканчивается. Если ты соберёшь этого робота, то у тебя появится куча возможностей для его расширения. Можно усовершенствовать алгоритм робота, как например, что делать, если препятствие не с какой-то стороны, а прямо перед роботом. Так же не помешает установить энкодер - простое устройство, которое поможет точно располагать и знать расположение твоего робота в пространстве. Для наглядности возможна установка цветного или монохромного дисплея, который может показывать полезную информацию - уровень заряда аккумулятора, расстояние до препятствия, различную отладочную информацию. Не помешает и усовершенствование датчиков - установка TSOP (это ик-приёмники, которые воспринимают сигнал только определённой частоты) вместо обычных фототранзисторов. Помимо инфракрасных датчиков существуют ультразвуковые, стоят подороже, и тоже не лишены недостатков, но в последнее время набирают популярность у роботостроителей. Для того, чтобы робот мог реагировать на звук, было бы неплохо установить микрофоны с усилителем. Но по-настоящему интересным, я считаю, установка камеры и программирование на её основе машинного зрения. Есть набор специальных библиотек OpenCV, с помощью которых можно запрограммировать распознавание лиц, движения по цветным маякам и много всего интересного. Всё зависит только от твоей фантазии и умений. Список компонентов: ATmega16 в корпусе DIP-40> L7805 в корпусе TO-220 L293D в корпусе DIP-16 х2 шт. резисторы мощностью 0,25 Вт номиналами: 10 кОм х1 шт., 220 Ом х4 шт. конденсаторы керамические: 0.1 мкФ, 1 мкФ, 22 пФ конденсаторы электролитические: 1000 мкФ х 16 В, 220 мкФ х 16В х2 шт. диод 1N4001 или 1N4004 кварцевый резонатор на 16 МГц ИК-диоды: подойдут любые в количестве двух штук. фототранзисторы, тоже любые, но реагирующие только на длину волны ик-лучей Код прошивки: В данный момент мой робот практически завершён. На нём установлена беспроводная камера, датчик расстояния (и камера и этот датчик установлены на поворотной башне), датчик препятствия, энкодер, приёмник сигналов с пульта и интерфейс RS-232 для соединения с компьютером. Работает в двух режимах: автономном и ручном (принимает сигналы управления с пульта ДУ), камера также может включаться/выключаться дистанционно или самим роботом для экономии заряда батарей. Пишу прошивку для охраны квартиры (передача изображения на компьютер, обнаружение движений, объезд помещения). Как создать робота?
Когда речь заходит о роботах, мы представляем себе гигантскую машину с искусственным интеллектом, как в фильмах про Робокопа и т. д. Однако робот не обязательно должен быть большим и технически сложно сделанным устройством. В этой статье мы расскажем, как создать робота в домашних условиях. Сотворив собственного мини-робота, вы убедитесь, что никаких специальных знаний и инструментов для этого не потребуется. Итак, создаем робота своими руками, подготовив следующие материалы для конструирования: Теперь перейдем к поэтапному описанию, как создать робота: Такой робот прослужит ровно столько, на сколько хватит заряда батарейки. Как видите, создание роботов в домашних условиях — это довольно увлекательный процесс, в котором нет ничего сложного. Безусловно, вы можете впоследствии попробовать создать и более сложные, программируемые модели. Однако для их создания вам потребуются определенные знания и дополнительные материалы, которые продаются в магазине электротехники. Такой же игрушечный мини-робот можно легко сделать вместе с ребенком за считанные минуты. В век инноваций роботы — уже не диковинные машины. Но всё же Вы наверняка удивитесь: неужели робота можно сделать в домашних условиях?
Несомненно, робота со сложной конструкцией, микроэлементами, схемами и программами создать довольно сложно. И без знаний физики, механики, электроники и программирования тут не обойтись. Однако простейшего робота можно изготовить своими руками.
Робот
– машина, которая должна автоматизировано выполнять какие-либо действия. Но для самодельного робота стоит более лёгкая задача – двигаться.
Рассмотрим 2 простейших варианта создания робота.
1. Смастерим маленького жучка, который будет вибрировать. Нам понадобится:
2. Делаем робота-художника. Нам понадобится:
Из пластика или картона необходимо вырезать форму для будущего робота – объемный треугольник. По центру вырезается отверстие, в которое вставляется мотор. С 3-ёх краёв вырезаются 3 отверстия, куда вставляются фломастеры. К проводу мотора при помощи клея с кусочками фольги прикрепляется батарейка. Мотор вставляется в отверстие в тело робота, закрепляется там клеем или изолентой. Второй провод мотора присоединяется к батарейке. И робот-художник начинает двигаться!
Одним из очень трудоёмких и увлекательных занятий является постройка собственного робота.
Каждый, от подростка до взрослого, мечтает сделать или маленького и симпатичного, или большого и многофункционального робота, сколько людей столько различных модификаций робототехники. А вы хотите сделать робота? Перед таким серьёзным проектом следует прежде убедиться в своих возможностях. Построение робота занятие не из дешевых и не самых простых. Подумайте, какого робота вы хотите сделать, какие функции он должен выполнять, возможно, это будет просто декоративный робот из старых деталей или это будет полнофункциональный робот со сложными, двигающимися механизмами. Я встречал много народных умельцев, создающих декоративных роботов из старых, отработавших свой век механизмов, таких как часы, будильники, телевизоры, утюги, велосипеды, компьютеры и даже автомобили. Эти роботы делаются просто для красоты, они, как правило, оставляют очень яркие впечатления, особенно они, нравятся детям. Подросткам вообще интересны роботы как нечто загадочное, ещё неизведанное. Детали декоративных роботов крепятся различными способами: на клею, сваркой, на винтах. В таком занятии лишних деталей не бывает в ход идут любые детали, от маленькой пружинки до самого большого болта. Роботы могут быть маленькими, настольными, а некоторые умельцы умудряются сделать декоративных роботов в человеческий рост. Намного сложнее и не менее интересно сделать действующего робота. Не обязательно робот должен быть похож на человека, это может быть консервная банка с рожками и гусеницами:) тут можно проявлять фантазию до бесконечности. Раньше роботы были в основном механические, все движения контролировались сложными механизмами. Сегодня большинство грубых механических узлов можно заменить на электрические схемы, а «мозгом» робота может быть всего одна микросхема, в которую через компьютер вводят нужные данные. Сегодня компания «Лего» выпускает специальные наборы для конструирования роботов, пока такие конструкторы стоят дорого и доступны не всем. Лично мне интересно сделать робота своими руками из подручных материалов. Самая большая проблема, возникающая при строительстве, это нехватка знаний в области электрики. Если по механике можно ещё что-то сделать без проблем, то с электрическими схемами дела обстоят сложнее, часто требуется совместить несколько разных электрических узлов, тут и начинаются сложности, но всё это поправимо. При создании робота могут возникнуть проблемы с электродвигателями, хорошие моторчики стоят дорого, приходится разбирать старые игрушки, это не очень удобно. Так же стали дефицитными многие радиодетали, всё больше техники делается на сложных микросхемах, а тут нужны серьёзные знания. Несмотря на все трудности многие из нас продолжают создавать удивительных роботов для самых разных целей. Роботы могут стирать, убирать пыль, чертить, двигать предметы, веселить нас или просто украшать рабочий стол. На сайте я периодически буду публиковать фотографии своих новых роботов, если вас тоже интересует эта тема, то обязательно присылайте свои истории с фотографиями или напишите о своих изобретениях на форуме. Сделать самый простой робот под силу даже тем, кто только взял в руки паяльник. Преимущественно наш робот (в зависимости от конструкции) будет бегать на свет либо наоборот убегать от него, бежать вперед в поисках луча света или же пятиться как крот назад. Для нашего будущего «искусственного интеллекта» понадобятся:
Если в конструкцию добавить еще парочку ярких светодиодов, то легко можно добиться, того, что робот просто будет бегать за рукой или даже следовать по светлой или темной линии. Наше создание будет типичным представителем роботов класса BEAM. Принцип поведения таких роботов заключается на «фоторецепции», то есть свет, в данном случае, будет выступать в качестве источника информации. Наш робот будет двигаться вперед, при попадании на него луча света. Такое поведение устройства называется «фотокинезисом» – ненаправленное увеличение или уменьшение подвижности в ответ на изменение уровня освещенности. В нашем устройстве, как было сказано выше, использовался фототранзистор n-p-n структуры – PTR-1 в качестве фотосенсора. Здесь можно использовать не только фототранзистор, но и фоторезистор или фотодиод, так как принцип работы у всех элементов одинаковый. На рисунке сразу приведена монтажная схема робота. Если Вы еще не достаточно хорошо знакомы с техническими условными обозначениями, то, здесь исходя из этой схемы, несложно будет понять принципы обозначения и подсоединения элементов друг к другу. GND
.
Провода, соединяющие различные элементы схемы с «землей» (отрицательный полюс источника питания), обычно на схемах не отображают полностью. Вместо этого рисуют маленькую черточку, обозначающую соединение с «землей». Иногда, рядом с черточкой пишут «GND» – от анг. слова «ground» – земля. Vcc
.
Данное обозначение показывает, что через эту часть схема соединена с источником питания – Положительный полюс! Иногда на схемах вместо этих букв часто пишут номинал тока. В данном случае +5V. Принцип действия робота. При попадании на фототранзистор (на схеме он указан как PRT1) луча света, на выходе микросхемы INPUT1 появляется положительный сигнал, который заставляет мотор М1 – работать. И наоборот, когда луч света перестает освещать фототранзистор – сигнал на выходе микросхемы INPUT1 исчезает, следовательно, и мотор останавливается. Резистор R1 в данной схеме предназначен компенсации, проходящего тока через фототранзистор. Номинал резистора 200 Ом – конечно можно сюда припаять резисторы и с другими показателями номиналов, но следует помнить, что от номинала будет зависеть чувствительность фототранзистора, а значит и работоспособность самого робота. Если номинал резистора будет большим, то робот станет реагировать только на очень яркий луч света, а если небольшим – то и чувствительность будет намного выше. Коротко говоря – не следует использовать в данной схеме резисторы с сопротивлением менее 100 Ом, иначе фототранзистор может просто-напросто перегреться и выйти из строя. Цифровой и аналоговый мультиметры Проведение замеров
Чтение схем: экранирование, заземление
Чтение схем: лампы и фотоэлементы
Ремонт электрического чайника
Часы с проецированием изображения своими руками
Заключение
Материалы для работы
Инструкция по созданию робота
Светодиод обматываем изолентой, оставляя свободным его концы. При помощи паяльника спаять конец светодиода и заднюю стенку батарейного держателя. Другой провод светодиода припаиваем к контактам мотора. Скрепки разгибаем, они будут лапками жучка. Припаиваем лапки к мотору. Лапки можно обмотать изолентой, так жук-робот будет более устойчив. Провода батарейного держателя необходимо соединить с проводами мотора. Как только литиевая батарейка будет установлена в держатель, жук начнёт вибрировать, двигаться. Смотрите видео по созданию такого простого робота ниже.
