Умный робот-пылесос своими руками на Arduino

Привет, ребята, вы новичок в мире робототехники или электроники? ИЛИ Вы ищете простой, но мощный проект, чтобы произвести впечатление на ваших друзей и учителей? Тогда это самое место.

В этом проекте мы будем использовать возможности встроенных систем и электроники для создания нашего собственного робота, который поможет нам содержать наш дом или рабочее место в чистоте и порядке. Этот робот представляет собой простой четырехколесный пылесос, который может ловко избегать препятствий и одновременно пылесосить пол. Идея вдохновлена ​​известным пылесосом Robot Roomba, который показан на изображении ниже.

Наша идея - прямо с нуля создать простого робота, который сможет автоматически избегать препятствий при уборке пола. Поверьте мне, люди, это весело !!

Необходимые материалы и компоненты:

Итак, теперь у нас есть идея нашего автоматического робота-уборщика пола, и мы знаем, что делаем. Итак, давайте посмотрим, с чего нам следует начать выполнение. Чтобы построить робота по нашей идее, нам сначала нужно определиться со следующим:

• Тип микроконтроллера
• Требуются датчики
• Требуются двигатели
• Материал шасси робота
• Емкость батареи

Теперь давайте определимся с каждым из вышеупомянутых пунктов. Таким образом, вам будет полезно построить не только этого робота-уборщика, но и любых других роботов, поражающих ваше воображение.

Тип микроконтроллера:

Выбор микроконтроллера - очень важная задача, так как этот контроллер будет работать как мозг вашего робота. Большинство проектов DIY создаются на базе Arduino и Raspberry Pi, но не обязательно должны быть одинаковыми. Нет конкретного микроконтроллера, с которым можно было бы работать. Все зависит от требований и стоимости.

Как планшет не может быть разработан на 8-битном микроконтроллере, и нет смысла использовать ARM cortex m4 для разработки электронного калькулятора.

Выбор микроконтроллера полностью зависит от требований продукта:

1. Во-первых, определены технические требования, такие как количество требуемых контактов ввода / вывода, размер флэш-памяти, количество / тип протоколов связи, любые специальные функции и т. Д.

2. Далее выбирается список контроллеров согласно техническим требованиям. В этом списке представлены контроллеры разных производителей. Доступно множество контроллеров для конкретных приложений.

3. Затем контроллер дорабатывается в зависимости от стоимости, доступности и поддержки от производителя.

Если вы не хотите делать много тяжелой работы и просто хотите изучить основы микроконтроллеров, а затем углубиться в них, тогда вы можете выбрать Arduino. В этом проекте мы будем использовать Arduino. Ранее мы создали множество типов роботов с использованием Arduino:

• Робот, управляемый DTMF с использованием Arduino
• Робот следящего за линией, использующий Arduino
• Робот, управляемый компьютером, использующий Arduino
• Робот, управляемый Wi-Fi, с использованием Arduino
• Робот, управляемый жестами руки, на основе акселерометра с использованием Arduino
• Игрушечная машинка с управлением по Bluetooth и Arduino

Требуемые датчики:

На рынке доступно множество датчиков, каждый из которых используется по-своему. Каждый робот получает ввод через датчик, они действуют как органы чувств робота. В нашем случае наш робот должен уметь обнаруживать препятствия и избегать их.

Есть много других классных датчиков, которые мы будем использовать в наших будущих проектах, но теперь давайте сосредоточимся на ИК-датчике и ультразвуковом датчике, поскольку эти два парня будут обеспечивать видение нашего робо-автомобиля. Проверить работу ИК-датчика можно здесь. Ниже показаны изображения модуля ИК-датчика и ультразвукового датчика:

Ультразвуковой датчик состоит из двух круглых глазков, один из которых используется для передачи американского сигнала, а другой - для приема американских лучей. Время, необходимое лучам для передачи и приема обратно, рассчитывается микроконтроллером. Теперь, когда известны время и скорость звука, мы можем рассчитать расстояние по следующим формулам.

• Расстояние = Время x Скорость звука, деленная на 2

Значение делится на два, поскольку луч движется вперед и назад на одинаковое расстояние. Подробное объяснение использования ультразвукового датчика дано здесь.

Требуются двигатели:

В области робототехники используется довольно много двигателей, наиболее распространенными из которых являются шаговый и серводвигатель. Поскольку в этом проекте нет сложных приводов или поворотных энкодеров, мы будем использовать обычный двигатель постоянного тока с постоянным током. Но наша батарея немного громоздкая и тяжелая, поэтому мы используем четыре двигателя для управления нашим роботом, все четыре из которых являются одинаковыми двигателями PMDC. Но желательно установить шаговые и серводвигатели, когда вы освоитесь с двигателями с постоянным постоянным током.

Материал шасси робота:

Самым сложным при создании робота для студента или любителя является подготовка шасси нашего робота. Проблема в наличии инструментов и материалов. Самым идеальным материалом для этого проекта будет акрил, но для работы с ним требуются сверлильные станки и другие инструменты. Поэтому дерево выбрано так, чтобы каждый мог с легкостью работать с ним.

Эта проблема полностью исчезла с поля зрения после появления 3D-принтеров. Я планирую когда-нибудь напечатать детали на 3D-принтере и сообщить вам то же самое. А пока давайте будем использовать деревянные листы для сборки нашего робота.

Емкость батареи:

Выбор емкости аккумулятора должен быть нашей последней частью работы, потому что он полностью зависит от вашего шасси и двигателей. Здесь наша батарея должна приводить в действие пылесос, который потребляет около 3-5A и четыре двигателя PMDC. Следовательно, нам потребуется тяжелая батарея. Я выбрал 12V 20Ah SLAB (герметичный свинцово-кислотный аккумулятор), и он довольно громоздкий, поэтому у нашего робота есть четыре двигателя PMDC, чтобы тянуть этого громоздкого парня.

Теперь, когда мы выбрали все наши обязательные компоненты, давайте перечислим их.

• Деревянные листы для шасси
• Датчики ИК и США
• Пылесос, работающий от постоянного тока
• Ардуино Уно
• Аккумулятор 12В 20Ач
• Микросхема драйвера двигателя (L293D)
• Рабочие инструменты
• Соединительные провода
• Энергия энтузиазма учиться и работать.

Большинство наших компонентов описано в описании выше, я объясню оставшиеся моменты ниже.

Пылесос постоянного тока:

Поскольку наш робот работает от системы постоянного тока 12 В 20 Ач. Наш пылесос также должен быть пылесосом на 12 В постоянного тока. Если вы не знаете, где его взять, вы можете посетить eBay или Amazon, чтобы купить пылесосы для чистки автомобилей.

Мы будем использовать то же, что показано на картинке выше.

Драйвер двигателя (L293D):

Драйвер двигателя - это промежуточный модуль между Arduino и Motor. Это связано с тем, что микроконтроллер Arduino не сможет обеспечить ток, необходимый для работы двигателя, и может просто подавать 40 мА, поэтому потребление большего тока приведет к необратимому повреждению контроллера. Итак, мы запускаем драйвер двигателя, который, в свою очередь, управляет двигателем.

Мы будем использовать микросхему драйвера двигателя L293D, которая сможет подавать ток до 1А, поэтому этот драйвер будет получать информацию от Arduino и заставлять двигатель работать по желанию.

Это оно!! Я дал большую часть важной информации, но перед тем, как мы начнем строить робота, рекомендуется ознакомиться с таблицей данных L293D и Arduino. Если у вас есть какие-либо сомнения или проблемы, вы можете связаться с нами через раздел комментариев.

Сборка и тестирование робота:

Пылесос - самая важная часть в размещении робота. Он должен располагаться под наклоном, как показано на рисунке, чтобы обеспечить надлежащее действие вакуума. Пылесос не контролируется Arduino. После включения робота включается и пылесос.

Один утомительный процесс сборки нашего робота - это деревянные работы. Нам нужно вырезать дерево и просверлить несколько отверстий, чтобы разместить датчики и пылесос.

После настройки двигателя и драйвера двигателя перед подключением датчиков рекомендуется выполнить тестовую поездку на роботе с помощью следующего кода.

void setup () {Serial.begin (9600); pinMode (9, ВЫХОД); pinMode (10, ВЫХОД); pinMode (11, ВЫХОД); pinMode (12, ВЫХОД); } void loop () {задержка (1000); Serial.print («вперед»); digitalWrite (9, ВЫСОКИЙ); digitalWrite (10, НИЗКИЙ); digitalWrite (11, ВЫСОКИЙ); digitalWrite (12, НИЗКИЙ); задержка (500); Serial.print («назад»); digitalWrite (9, LOW); digitalWrite (10, ВЫСОКИЙ); digitalWrite (11, LOW); digitalWrite (12, ВЫСОКИЙ); }

Если все работает нормально, вы можете подключить датчики к Arduino, как показано на принципиальной схеме, и использовать полный код, указанный в конце. Как видите, я установил ультразвуковой датчик спереди и два ИК-датчика с обеих сторон робота. Радиатор устанавливается на L293D на тот случай, если микросхема быстро нагреется.

Вы также можете добавить несколько дополнительных частей, подобных этой

Это устройство для подметания можно разместить на обоих концах передней части, которое будет выталкивать пыль по бокам в зону всасывания.

Кроме того, у вас также есть возможность сделать меньшую версию этого робота-пылесоса, подобного этому.

Этот робот меньшего размера сделан на картоне и работает на плате разработки ATMega16. Часть пылесоса была сделана с помощью вентилятора BLDC и заключена в коробку. Вы можете принять это, если хотите, чтобы ваш бюджет был небольшим. Эта идея тоже работает, но неэффективна.

Принципиальная электрическая схема:

Код для этого робота-пылесоса можно найти в разделе кода ниже. Как только соединение установлено и программа загружена в Arduino, ваш робот готов приступить к действиям. Работа кода поясняется с помощью комментариев. Если вы хотите увидеть этого робота в действии, посмотрите видео ниже.

Кроме того, я также планирую полностью напечатать детали в 3D в следующей версии. Я также собираюсь добавить несколько интересных функций и сложных алгоритмов, чтобы он покрыл всю площадь ковра, был удобен в обращении и был компактным. Так что следите за обновлениями в будущем.