Самодельные роботы в домашних условиях

Сделать робота можно, используя лишь одну микросхему драйвера моторов и пару фотоэлементов. В зависимости от способа соединения моторов, микросхемы и фотоэлементов робот будет двигаться на свет или, наоборот, прятаться в темноту, бежать вперед в поисках света или пятиться, как крот, назад. Если добавить в схему робота пару ярких светодиодов, то можно добиться, чтобы он бегал за рукой и даже следовал по темной или светлой линии.

Принцип поведения робота основывается на "фоторецепции" и является типичным для целого класса BEAM-роботов. В живой природе, которой будет подражать наш робот, фоторецепция — одно из основных фотобиологических явлений, в котором свет выступает как источник информации.

В качестве первого опыта обратимся к устройству BEAM-робота, двигающегося вперед, когда на него падает луч света, и останавливающегося, когда свет перестает его освещать. Поведение такого робота называется фотокинезисом — ненаправленным увеличением или уменьшением подвижности в ответ на изменения уровня освещённости.

В устройстве робота, кроме микросхемы драйвера моторов L293D , будет использоваться только один фотоэлемент и один электромотор. В качестве фотоэлемента можно применить не только фототранзистор, но и фотодиод или фоторезистор.
В конструкции робота мы используем фототранзистор n-p-n структуры в качестве фотосенсора. Фототранзисторы на сегодняшний день являются, пожалуй, одним из самых распространенных видов оптоэлектронных приборов и отличаются хорошей чувствительностью и вполне приемлемой ценой.

На рисунке приведены монтажная и принципиальная схемы робота, и если Вы еще не очень хорошо знакомы с условными обозначениями, то, исходя из двух схем, несложно понять принцип обозначения и соединения элементов. Провод, соединяющий различные части схемы с "землей" (отрицательным полюсом источника питания), обычно не изображают полностью, а на схеме рисуют небольшую черточку, обозначающую, что это место соединяется с "землей". Иногда рядом с такой черточкой пишут три буквы "GND", что означает "землю" (ground). Vcc обозначает соединение с положительным полюсом источника питания. Вместо букв Vcc часто пишут +5V, показывая тем самым напряжение источника питания.

Принцип действия схемы робота очень простой. Когда на фототранзистор PTR1 упадет луч света, то на входе INPUT1 микросхемы драйвера двигателей появится положительный сигнал и мотор M1 начнет вращаться. Когда фототранзистор перестанут освещать, сигнал на входе INPUT1 исчезнет, мотор перестанет вращаться и робот остановится. Более подробно о работе с драйвером двигателей можно прочитать в предыдущей статье "Драйвер двигателей L293D".

Чтобы скомпенсировать проходящий через фототранзистор ток, в схему введен резистор R1, номинал которого можно выбрать около 200 Ом. От номинала резистора R1 будет зависеть не только нормальная работа фототранзистора, но и чувствительность робота. Если сопротивление резистора будет большим, то робот будет реагировать только на очень яркий свет, если — небольшим, то чувствительность будет более высокой. В любом случае не следует использовать резистор с сопротивлением менее 100 Ом, чтобы предохранить фототранзистор от перегрева и выхода из строя.

Сделать робота, реализующего реакцию фототаксиса (направленного движения к свету или от света), можно с использованием двух фотосенсоров.

Когда на один из фотосенсоров такого робота попадает свет, включается соответствующий сенсору электромотор и робот поворачивает в сторону света до тех пор, пока свет не осветит оба фотосенсора и не включится второй мотор. Когда оба сенсора освещены, робот движется навстречу источнику света. Если один из сенсоров перестает освещаться, то робот снова поворачивает в сторону источника света и, достигнув положения, при котором свет падает на оба сенсора, продолжает свое движение на свет. Если свет перестает падать на фотосенсоры, робот останавливается.

Схема робота симметричная и состоит из двух частей, каждая из которых управляет соответствующим электромотором. По сути, она является как бы удвоенной схемой предыдущего робота. Фотосенсоры следует располагать крест-накрест по отношению к электромоторам так, как показано на рисунке робота выше. Также можно расположить моторы крест-накрест относительно фотосенсоров так, как показано на монтажной схеме ниже.

Если мы расположим сенсоры в соответствии с левым рисунком, то робот будет избегать источников света и его реакции будут похожи на поведение крота, прячущегося от света.

Сделать поведение робота более живым можно, подав на входы INPUT2 и INPUT3 положительный сигнал (подключить их к плюсу источника питания): робот будет двигаться при отсутствии падающего на фотосенсоры света, а "увидев" свет, будет поворачивать в сторону его источника. Когда свет будет падать на оба сенсора, робот остановится.

Дорогой Бобот, а можно ли использовать в приводимой схеме простейшего робота какие-либо другие микросхемы, например L293DNE?

Конечно, можно, но видишь ли, в чем дело, дружище Бибот. Настоящая L293D выпускается только группой компаний ST Microelectronics. Все остальные подобные микросхемы являются лишь заменителями или аналогами L293D . К таким аналогам относятся L293DNE американской компании Texas Instruments, SCP-3337 от Sensitron Semiconductor. Естественно, что, как и многие аналоги, эти микросхемы имеют свои отличия, которые тебе будет необходимо учитывать, когда ты будешь делать своего робота.

Читайте также:  Проведение газа в частный дом что необходимо

А не мог бы ты рассказать об отличиях, которые мне необходимо будет учесть при использовании L293DNE.

С удовольствием, старина Бибот. Все микросхемы линейки L293D имеют входы, совместимые с TTL-уровнями*, но лишь совместимостью уровней некоторые из них не ограничиваются. Так, L293DNE имеет не только совместимость с TTL по уровням напряжения, но и обладает входами с классической TT-логикой. То есть на неподключенном входе присутствует логическая "1".

Прости, Бобот, но я не совсем понимаю: как же мне это учитывать?

Если на неподключенном входе у L293DNE присутствует высокий уровень (логическая "1"), то и на соответствующем выходе мы будем иметь сигнал высокого уровня. Если мы теперь подадим на рассматриваемый вход сигнал высокого уровня, говоря по другому — логическую "1" (соединим с "плюсом" питания), то на соответствующем выходе ничего не изменится, так как на входе у нас и до этого была "1". Если же мы подадим на наш вход сигнал низкого уровня (соединим с "минусом" питания), то состояние выхода изменится и на нем будет напряжение низкого уровня.

То есть получается все наоборот: L293D мы управляли с помощью положительных сигналов, а L293DNE нужно управлять с помощью отрицательных.

L293D и L293DNE можно управлять как в рамках отрицательной логики, так и в рамках положительной*. Для того чтобы управлять входами L293DNE с помощью положительных сигналов, нам будет необходимо подтянуть эти входы к "земле" подтягивающими резисторами.

Тогда, при отсутствии положительного сигнала, на входе будет присутствовать логический "0", обеспечиваемый подтягивающим резистором. Хитроумные янки называют такие резисторы pull-down, а при подтягивании высокого уровня — pull-up.

Насколько я понял, все, что нам нужно будет добавить в схему простейшего робота, — так это подтягивающие резисторы на входы микросхемы драйвера моторов.

Ты совершенно правильно понял, дорогой Бибот. Номинал этих резисторов можно выбрать около 4,7 кОм. Тогда схема простейшего робота будет выглядеть следующим образом.

Причем от номинала резистора R1 будет зависеть чувствительность нашего робота. Чем сопротивление R1 будет меньше, тем чувствительность робота будет ниже, а чем оно будет больше, тем чувствительность будет выше.

А так как в данном случае нам нет необходимости управлять мотором в двух направлениях, то второй вывод мотора мы можем подключить напрямую к "земле". Что даже несколько упростит схему.

И последний вопрос. А в тех схемах роботов, которые ты привел в рамках нашей беседы, может быть использована классическая микросхема L293D?

Конечно, может. И я бы даже добавил, что использование pull-down резисторов для L293D будет вполне оправдано.

Чтобы сделать робота, "бегающего" за рукой, нам понадобятся два ярких светодиода (на схеме LED1 и LED2). Подключим их через резисторы R1 и R4, чтобы скомпенсировать протекающий через них ток и предохранить от выхода из строя. Расположим светодиоды рядом с фотосенсорами, направив их свет в ту же сторону, в которую ориентированы фотосенсоры, и уберем сигнал с входов INPUT2 и INPUT3.

Задача получившегося робота — реагировать на отраженный свет, который излучают светодиоды. Включим робота и поставим ладонь перед одним из фотосенсоров. Робот повернет в сторону ладони. Переместим ладонь немного в сторону так, чтобы она скрылась из поля "зрения" одного из фотосенсоров, в ответ робот послушно, как собачка, повернет за ладонью.
Светодиоды следует подбирать достаточно яркие, чтобы отраженный свет устойчиво улавливался фототранзисторами. Хороших результатов можно достичь при использовании красных или оранжевых светодиодов с яркостью более 1000 мКд.

Если робот реагирует на вашу руку только тогда, когда она почти касается фотосенсора, то можно попробовать поэкспериментировать с листочком белой бумаги: отражающие способности белого листа намного выше, чем у человеческой руки, и реакция робота на белый листок будет намного лучше и устойчивее.

Белый цвет обладает самыми высокими отражающими свойствами, черный — наименьшими. Основываясь на этом, можно сделать робота, следующего по линии. Сенсоры при этом следует расположить так, чтобы они были направлены вниз. Расстояние между сенсорами должно быть немного больше, чем ширина линии.

Cхема робота, следующего по черной линии, идентична предыдущей. Чтобы робот не терял черную линию, нарисованную на белом поле, ее ширина должна быть около 30 мм или шире. Алгоритм поведения робота достаточно прост. Когда оба фотосенсора улавливают отраженный от белого поля свет, робот движется вперед. Когда один из сеносоров заезжает на черную линию, соответствующий электромотор останавливается и робот начинает поворачиваться, выравнивая свое положение. После того как оба сенсора снова находятся над белым полем, робот продолжает свое движение вперед.

Примечание:
На всех рисунках роботов микросхема драйвера двигателей L293D показана условно (только управляющие входы и выходы).

Обычно мы рассказываем о роботах, созданных различными научно-исследовательскими центрами или компаниями. Однако роботов с разной степенью успеха по всему миру собирают обычные люди. Итак, сегодня мы представляем вам десять самодельных роботов.

Читайте также:  Растение живые камни фото

Немецкий студент-нейробиолог собрал андроида по имени Адам. Его имя расшифровывается как Advanced Dual Arm Manipulator или «усовершенствованный двуручный манипулятор». Руки робота обладают пятью степенями свободы. Их приводят в действие суставы Robolink немецкой компании Igus. Для вращения суставов Адама используются внешние тросы. Кроме того, на голове Адама установлено две видеокамеры, громкоговоритель, синтезатор речи, а также ЖК-панель, имитирующая движения губ робота.

Робот MPR-1 примечателен тем, что он сконструирован не из железа или пластика, как большинство его собратьев, а из бумаги. Как утверждает создатель робота художник Kikousya, материалы для MPR-1 – бумага, несколько дюбелей и пара резиновых лент. При этом робот уверенно двигается, хотя его механические элементы также сделаны из бумаги. Кривошипно-шатунный механизм обеспечивает движение ног робота, а его ступни созданы так, что их поверхность всегда находится параллельно полу.

Робот-папарацци Boxie

Робот Boxie создан американским инженером Александром Ребеном из Массачусетского технологического института. Boxie, похожий чем-то на героя известного всем мультфильма Валл-И, должен помочь сотрудникам средств массовой информации. Маленький и юркий папарацци полностью сделан из картона, передвигается он при помощи гусениц, а ориентируется на улице посредством ультразвука, что помогает ему преодолевать разнообразные препятствия. Интервью робот берет забавным детским голосом, а респондент в любой момент может прервать беседу, нажав на специальную кнопку. Boxie может записать около шести часов видео и отправить снятое своему хозяину, используя ближайшую точку Wi-Fi.

Morphex

Норвежский инженер Каре Халворсен создал шестиногого робота Morphex, который умеет превращаться в мяч и обратно. Кроме того, робот способен передвигаться. Движение робота происходит за счет двигателей, толкающих его вперед. Робот движется по дуге, а не по прямой линии. В силу своего дизайна Morphex не может самостоятельно исправить траекторию своего движения. В данный момент Халворсен работает над тем, чтобы решить данный вопрос. Ожидается любопытное обновление: создатель робота хочет добавить 36 светодиодов, которые позволили бы Morphex менять цвета.

Truckbot

Американцы Тим Хис и Райан Хикмен решили создать небольшого робота, в основе которого находится телефон Android. Созданный ими робот Truckbot довольно прост в плане его конструкции: телефон HTC G1 находится на верхушке робота, являясь его «мозгом». На данный момент робот умеет передвигаться по плоской поверхности, выбирать направления движения и сопровождать всяческими фразами столкновения с препятствиями.

Робот-пайщик

Однажды американец Брайан Дори, занимающийся разработкой плат расширения, столкнулся со следующей проблемой: запаивать двухрядную гребенку пинов своими руками очень сложно. Брайану был необходим помощник, поэтому он решил создать робота, который умел бы паять. На разработку робота у Брайана ушло два месяца. Сделанный робот оборудован двумя паяльниками, которые могут запаивать два ряда контактов одновременно. Управлять роботом можно через ПК и планшет.

Mechatronic Tank

В каждой семье есть своё излюбленное хобби. Например, в семье американского инженера Роберта Битти конструируют роботов. Роберту помогают его дочери-подростки, а супруга и новорожденная дочь оказывают им моральную поддержку. Наиболее внушительное их творение – самоходная установка Mechatronic Tank. Благодаря 20-килограммовой броне этот робот-охранник – гроза любого преступника. Восемь эхолокаторов, установленных на башне робота, позволяют ему рассчитать дистанцию до объектов, находящихся в его поле зрения, с точностью до дюйма. Робот ещё стреляет металлическими пулями со скоростью в тысячу выстрелов в минуту.

Робособака

Американец по имени Макс создал мини-копию знаменитого робота-собаки от Boston Dynamics. Несущую конструкцию робота Макс сделал из обрезков пятимиллиметрового акрилового стекла, а для скрепления всех частей воедино им были использованы обычные резьбовые болты. Кроме того, при создании робота были использованы миниатюрные сервоприводы, отвечающие за движение его конечностей, а также детали из набора Arduino Mega, координирующие двигательный процесс механического пса.

Робот-шар

Робот-колобок был сконструирован Джеромом Демерсом, работает он на солнечных батареях. Внутри робота есть конденсатор, который соединен с деталями питания от солнца. Он нужен для накапливания энергии в непогоду. Когда солнечной энергии достаточно, шар начинает катиться вперед.

Роборука

Изначально преподавателем Технологического института Джорджии Джилом Вайнбергом была сконструирована роборука для барабанщика, которому ампутировали руку. Затем Джил создал автоматизированную технологию синхронизации, благодаря которой двурукий барабанщик мог бы пользоваться роборукой в качестве дополнительной руки. Роборука реагирует на манеру игры барабанщика, создавая свой собственный ритм. Также роборука умеет импровизировать, анализируя при этом ритм, в котором играет барабанщик.

Кому не хотелось бы иметь универсального помощника, готового выполнить любое поручение: помыть посуду, закупить продуктов, поменять колесо в автомобиле, да и отвезти детей в сад, а родителей на работу? Идея создания механизированных ассистентов занимает инженерные умы ещё с древних времён. А Карел Чапек даже придумал слово, обозначающее механического слугу – робота, выполняющего обязанности вместо человека.

К счастью, в нынешнем цифровом веке, такие помощники наверняка вскоре станут реальностью. На самом деле, интеллектуальные механизмы уже помогают человеку в выполнении домашних дел: робот-пылесос уберётся, пока хозяева на работе, мультиварка поможет приготовить еду, не хуже скатерти-самобранки, а игривый щенок Айбо радостно принесёт тапочки или мяч. Сложные роботы используются на производстве, в медицине и космосе. Они позволяют частично, а то и полностью, заменить труд человека в сложных или опасных условиях. Андроиды при этом пытаются внешне походить на людей, тогда как промышленные роботы обычно создаются из экономических и технологических соображений и внешний декор у них отнюдь не в приоритете.

Читайте также:  Расход смеси для кладки кирпича м2

Но, оказывается, можно попытаться сделать робота с помощью подручных средств. Так, можно сконструировать оригинальный механизм из телефонной трубки, компьютерной мышки, зубной щётки, старого фотоаппарата или вездесущей пластиковой бутылки. Разместив на платформе несколько датчиков, можно запрограммировать такого робота на выполнение простых операций: регулировку освещённости, подачу сигналов, движение по комнате. Конечно, это далеко не многофункциональный помощник из фантастических фильмов, зато такое занятие развивает изобретательность и творческое инженерное мышление, и безоговорочно вызывает восхищение у тех, кто считает роботостроение абсолютно не кустарным делом.

Киборг из коробки

Одно из самых простых решений на пути к тому, чтобы сделать робота – приобрести готовый набор для робототехники с пошаговым руководством. Этот вариант подойдёт также тем, кто собирается серьёзно заниматься техническим творчеством, ведь в одном пакете находятся все необходимые детали для механики: от электронных плат и специализированных датчиков, до запаса болтиков и наклеек. Вместе с инструкциями, позволяющими создать довольно сложный механизм. Благодаря множеству аксессуаров такой робот может послужить отличной базой для творчества.

Основных школьных знаний по физике и навыков с уроков труда вполне достаточно для сборки первого робота. Разнообразные сенсоры и моторы подчиняются пультам управления, а специальные среды программирования позволяют создать настоящих киборгов, умеющих выполнять команды.

Например, датчик механического робота может фиксировать наличие или отсутствие поверхности перед прибором, а программный код указывать, в какую сторону следует поворачивать колёсную базу. Такой робот ни за что не упадёт со стола! Кстати, по схожему принципу работают настоящие роботы-пылесосы. Помимо проведения уборки по заданному расписанию и умения вовремя возвращаться на базу для подзарядки, этот интеллектуальный помощник может самостоятельно строить траектории уборки помещения. Поскольку на полу могут располагаться разнообразные препятствия, такие как стулья и провода, роботу приходится постоянно сканировать предлежащий путь и огибать такие помехи.

Для того чтобы собственноручно созданный робот умел выполнять различные команды, производители предусматривают возможность его программирования. Составив алгоритм поведения робота в различных условиях, следует создать код взаимодействия датчиков с окружающим миром. Это осуществимо благодаря наличию микрокомпьютера, являющегося мозговым центром такого механического робота.

Мобильный механизм собственного изготовления

Даже без специализированных, и обычно дорогостоящих, наборов, вполне возможно сделать механический манипулятор подручными средствами. Итак, загоревшись замыслом создания робота, следует внимательно проанализировать запасы домашних закромов на предмет наличия невостребованных запчастей, которые могут быть использованы в этой творческой затее. В ход пойдут:

  • моторчик (например, от старой игрушки);
  • колёса от игрушечных автомобилей;
  • детали конструкторов;
  • картонные коробки;
  • стержни авторучек;
  • скотч разных видов;
  • клей;
  • пуговицы, бусинки;
  • винтики, гайки, скрепки;
  • всевозможные провода;
  • лампочки;
  • батарейка (подходящая моторчику по напряжению).

Совет: «Нелишним навыком при создании робота будет умение обращаться с паяльником, ведь он поможет надёжно скрепить механизм, в особенности электрические компоненты».

С помощью этих общедоступных составляющих можно сотворить настоящее техническое чудо.

Итак, для того чтобы сделать собственного робота из доступных в домашних условиях материалов, следует:

  1. подготовить найденные детали для механизма, проверить их работоспособность;
  2. нарисовать макет будущего робота, учитывая наличное оборудование;
  3. сложить корпус для робота из конструктора или картонных деталей;
  4. приклеить или спаять запчасти, отвечающие за движение механизма (например, скрепить моторчик робота с колёсной базой);
  5. обеспечить электропитание мотора, присоединив его проводником к соответствующим контактам батарейки;
  6. дополнить тематический декор прибора.

Совет: «Бусинки глаз для робота, декоративные рожки-усики из проволоки, ножки-пружинки, диодные лампочки помогут одушевить даже самый скучный механизм. Эти элементы можно крепить при помощи клея или скотча».

Сделать механизм такого робота можно за несколько часов, после чего остаётся придумать роботу имя и представить восхищенным зрителям. Наверняка некоторые из них подхватят новаторскую задумку и смогут смастерить собственных механических персонажей.

Известные умные автоматы

Милый робот Валл-И располагает к себе зрителя одноимённого фильма, заставляя сопереживать его драматическим приключениям, тогда как Терминатор демонстрирует мощь бездушной непобедимой машины. Персонажи Звёздных войн – верные дроиды R2D2 и C3PO, сопровождают в путешествиях по далёкой-далёкой Галактике, а романтический Вертер даже жертвует собой в схватке с космическими пиратами.

За пределами кинематографа также существуют механические роботы. Так, мир восхищается умениями робота-гуманоида Асимо, который умеет ходить по лестнице, играть в футбол, подавать напитки и вежливо здороваться. Марсоходы Спирит и Кьюриосити оборудованы автономными химическими лабораториями, позволившими сделать анализ образцов марсианских почв. Беспилотные автомобили-роботы могут передвигаться без участия человека, даже по сложным городским улицам с высокими рисками непредвиденных событий.

Возможно, именно из домашних проб создания первых интеллектуальных механизмов, вырастут изобретения, которые изменят техническую панораму будущего и жизнь человечества.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector