A opět vám předkládáme článek věnovaný nejjednodušším robotům. Tentokrát jste zváni i na sestavení robota, který pomůže dát věci do pořádku v bytě. A pokud hrdina předchozího článku sbíral odpadky, pak robotický leštič podlah, jak už jeho název napovídá, důkladně vytírá podlahy od nečistot. Pohybuje se však docela rychle. Zájem? No, pojďme začít!
K sestavení našeho asistenta budete potřebovat:
1 servomotor upravený pro přímý pohon (1 ks)
2 držák baterie 3xAA (1 ks)
3 přepínač DPDT (1 ks)
4 pevné kartáče pro domácnost s dlouhou rukojetí (4 ks.)
5 malých plastových nádob (1 ks)
6 kuličkových per (1 ks)
7 Kovový roh se čtyřmi otvory (1 ks)
8 Stahovací pásky.
Na všech koncích ramene servomotoru vyvrtejte čtyři otvory o průměru 3 mm.
Protáhněte dvě svorky dvěma otvory v kolébce. Potom provlékněte konce těchto spojek dvěma otvory v kovovém držáku, které jsou nejblíže k sobě a ke středu držáku. Nyní provlékněte svorky otvory v rukojeti kartáče. Nakonec pevně utáhněte svorky a pevně spojte všechny prvky dohromady.
Pomocí dvou zbývajících nepoužitých otvorů v rohu jako vodítek udělejte značky na rukojeti kartáče. Poté vyvrtejte kartáče v místech, kde se nacházejí značky.
Rukojeti kartáčů pevně připojte k rohu pomocí svorek. Pro pevnější spojení můžete svorku protáhnout nevyužitými otvory v rameni servomotoru a následně otvorem v kartáči.
Umístěte servo zadním povrchem na středovou osu víka plastové nádoby a přisuňte jej blíže k jedné z jeho kratších stran. Obkreslete motor fixem a poté řežte podél čáry ostrým nožem nebo čepelí. Nyní protáhněte vodiče motoru otvorem a vložte servo do víka nádoby.
Do krytu vyvrtejte otvory o průměru 3 mm tak, aby lícovaly s montážními otvory motoru. Motor bezpečně upevněte pomocí svorek. Ořízněte přebytečnou délku svorek, pokud jste tak již neučinili.
Vycentrujte držák baterie na plastové nádobě a pomocí montážních otvorů držáku jako vodítek pro vrtání vyvrtejte dva otvory o průměru 3 mm.
Umístěte držák baterie do kontejneru a upevněte oba prvky k sobě pomocí šroubů a matic.
Vezměte dva zbývající štětce a ve vzdálenosti 2,5 cm od okraje udělejte značky na jejich rukojeti. V místech, kde jste udělali značky, vyvrtejte otvory o průměru 3 mm.
Otočte plastovou nádobu dnem vzhůru. Udělejte si značky, navrtejte a upněte kartáče na nádobu tak, aby na sebe navazovaly pod úhlem 90° a rozbíhaly se rovnoměrně dolů ve směru otevírání nádoby. Jinými slovy, udělejte svému mycímu robotu dvě stejně dlouhé končetiny.
Vyvrtejte otvor o průměru 6 mm a umístěte jej podél osy víka nádoby na jeho druhé krátké straně. Vložte spínač DPDT tak, aby byl pákový spínač na straně nohou robota, a zajistěte jej maticí.
Propojte protilehlé rohové kontakty drátovými propojkami. Připájejte červený drát z držáku baterie k jednomu ze středových kolíků, černý drát k druhému středovému kolíku. Otočte vypínačem tak, aby na vás koukaly dva kontakty (ale ne tři, tedy otočte jej koncovkou směrem k sobě). Nyní připájejte černý drát vycházející ze servomotoru na kolík, který je vám nejblíže na pravé straně. Připájejte červený vodič z motoru ke kontaktu vlevo. Pokud se motor po zapnutí přepínače nepohybuje tam a zpět, vyjměte baterie. Poté odpojte vodiče motoru od spínacích kolíků a připájejte je zpět v opačném směru.
Rozeberte kuličkové pero a odřízněte část těla o velikosti 3-4 cm od jeho konce.
Ujistěte se, že přepínač je mezi dvěma kartáči. Naplňte řezanou část rukojeti horkým lepidlem a rychle ji nasuňte na přepínač. Dávejte pozor, aby se na vypínač nedostalo lepidlo – mohlo by dojít k jeho poškození. Držte tubu, dokud lepidlo nezačne tuhnout.
Vložte baterie do držáku a „nohy“ robota se začnou pohybovat.
Nádobu rychle uzavřete víkem a nechte robota na leštění podlah vyčistit.
Roboti nahrazují lidi v práci i doma, pracují v nebezpečných podmínkách. Androidi podobní lidem obvykle fungují jako propagátoři, zatímco průmyslové stroje jsou vyladěny tak, aby vykonávaly přesné funkce. Vyvíjejí je odborníci.
Domácí řemeslníci se zajímají o otázku, jak vyrobit robota z improvizovaných prostředků. Originální mechanismy mohou být navrženy samostatně a naprogramovány pro realizaci jednoduchých úkolů.
Robot, který reaguje na světelný zdroj
K rychlému sběru mechanismů se používají předměty, které lze nalézt doma. Jedná se o motory a baterie z dětských hraček, drát, solární baterie ze starých kalkulaček, LED. Dále budete potřebovat svorky (lepidlo, elektro pásku), šroubovák a další nářadí z domácí dílny.
Před zahájením práce byste měli určit, jaké funkce bude mít hotový mechanismus. Za 15 minut můžete sestavit robota, který hledá zdroj světla. Když je lampa zapnutá, bude se pohybovat směrem k ní, a když je lampa posunuta, bude sledovat proud paprsků.
Potřebné nástroje a díly
Při sestavování návrhu jednoduchého robota vlastníma rukama budete potřebovat:
- základna – obvodová deska nebo hustý materiál (karton);
- hnací síla – miniaturní motory s výkonem 3 nebo 5 V (ze staré hračky);
- kola – uzávěry z plastových lahví;
- snímače – 3 V fototranzistory;
- napájení – 3 pájené baterie AA (prstové);
- ovládací prvky – tranzistory 816G (vyrobeno v Rusku);
- montážní hardware – kroucené dvoulinky.
K vytvoření otvorů na kartonu budete potřebovat šídlo a jako fixátor prvků poslouží termoplastické lepidlo (z termo pistole). Pro práci budete potřebovat také páječku a tvrdý drát, který nahradí narovnaná kancelářská sponka.
Samostatně sestavený robot, který reaguje na světelný zdroj, by mohl být prototypem HEHA sadebního robota, který bude „pronásledovat“ sluneční světlo, které je pro pokojové rostliny tak nezbytné.
Proces montáže
Hotové díly by měly být rozloženy na pracovní plochu a zapnout páječku. Nejprve sestaví desku, pro kterou připraví textolitový nebo kartonový základ se stranami od 4 do 5 cm, na který by měl pasovat obvod, baterie, motory a úchyty předních kol.
Zpočátku jsou snímače připájeny s ohledem na polaritu připojení fotodiod a fototranzistorů. Jsou umístěny v rozích desky od jednoho okraje, umístěny tak, aby vypadaly různými směry. Toto je přední část robota, jeho „oči“.
Směrem od přední hrany jsou tranzistory upevněny pájením tak, aby označení bylo umístěno na straně pravého kola.
Vodiče jsou připájeny ke 3 připojeným bateriím a na desce jsou určeny 2 body jejich konvergence (plus a mínus). Do okrajů desky je vhodné navléknout kroucený pár, konce připájet k tranzistorům a snímačům, vytáhnout smyčku a připájet k ní baterie.
Motory jsou instalovány na konci šasi na opačné straně desky. Řídicí motor je namontován naproti řízenému systému. To je nutné, aby se robot otočil směrem ke světlu.
Montáž elektrikářů začíná od záporného pólu baterie ke kladnému kontaktu v celém obvodu. Vezmeme-li část kroucené dvoulinky, připájeme záporný kontakt snímačů na mínus baterií a na stejné místo se přidají tranzistorové kolektory.
Konfigurace „světlomilného“ robota může být libovolná a závisí na dostupnosti potřebných materiálů, preferencích a představivosti tvůrce.
Druhá fotobuňka je připájena malým kouskem drátu k základně tranzistoru. Zbytek nohou je připevněn k motorům. Pro kontrolu správné montáže použijte zkoušečku polarity napětí.
Po sestavení se provede testování. Chcete-li to provést, zapněte obvod a přiveďte jej ke zdroji světla, přičemž nejprve otočte jedním a poté dalším citlivým prvkem.
Při správném provedení se motory na desce otáčejí a mění rychlost v závislosti na stupni osvětlení.
Pokud zařízení nefunguje, zkontrolujte správné připojení kontaktů. Ve schématu je každý ze snímačů zodpovědný za provoz kol – pravý za levý a naopak. Pokud tomu tak není, opravte polaritu motorů.
Dále je zařízení sestaveno. Nejprve jsou vyrobena boční kola slepením krytů s dutým dílem uvnitř. Chcete-li je opravit, vyvrtejte malé otvory pomocí miniaturního vrtáku s tryskami. Do kolečka je navlečen drát (bývalá kancelářská sponka) a jeho konce jsou upevněny mezi fotosenzory na desce.
V poslední fázi je funkce mechanismu kontrolována pomocí světelných zdrojů různé intenzity. Kola robota se musí pohybovat dopředu. Pokud systém funguje, jsou motory a baterie upevněné na desce fixovány horkým lepidlem.
Poté začnou studovat schopnosti robota a rozšiřovat jeho funkčnost. Například mu dali za úkol cestovat po dané trajektorii.
Robot, který rozlišuje překážky
Před sestavením chytrého zařízení se zamyslete nad jeho vzhledem a principem pohybu. Nejlepší možností je použít housenkový řetěz (jako v nádrži).
Tyto roboty se snáze ovládají a mohou se pohybovat na jakémkoli typu povrchu. Z nádrže na hračky můžete vyjmout pásy, motor a převodovku.
Nářadí a náhradní díly
Před vytvořením robota byste měli připravit:
- mikrokontrolér (ATmega 16 v balení Dip-40);
- keramické kondenzátory 0,1uF, 1uF, 22pF;
- rezistory 25 W s jmenovitou hodnotou 10 kOhm (1 jednotka) a 220 Ohm (4 kusy);
- dioda 1N4004;
- L7805 v pouzdře TO-220;
- páječka;
- infračervené diody (2 ks);
- fototranzistory schopné reagovat na délku infračervených paprsků;
- 16 MHz křemenný rezonátor;
- multimetr;
- rádiové komponenty;
- housenky a motor z hračkářského bagru, nádrže.
Práce s deskou
Pro napájení mikrokontroléru je vybrán regulátor napětí. Optimální volbou je mikroobvod L7805, který dává stabilní výstup 5 V. Kromě něj jsou zde ještě kondenzátory pro vyhlazování napětí a diody chránící proti přepólování.
Dále je zkontrolováno pouzdro ovladače MK-Dip a jsou identifikovány součásti v něm:
- Reset výstupu, vytažený odporem do “plus” zdroje energie;
- elektrolyt při 1000 mikrofaradech pro ochranu proti přepětí;
- křemenný rezonátor a kondenzátory, které musí být umístěny v blízkosti kolíků Xtal1 a Xtal2.
Ovládání motoru
Zařízení využívá čip L293D s vestavěnými diodami, které chrání systém před přetížením. Má 2 kanály, což umožňuje připojit 2 motory najednou. Motory na desce je zakázáno připojovat přímo k MK. Kontakt je zajištěn pomocí klíčových tranzistorů.
Během provozu se může mikroelektronické zařízení zahřívat. Pro odvod tepla jsou k dispozici nožičky GND, které by měly být na podložce připájeny.
Instalace snímačů překážek
Orientaci robota v prostoru zajišťuje jednoduchý infračervený senzor. Skládá se z diody schopné vyzařovat v infračervené oblasti a fototranzistoru pro příjem paprsků. Při nepřítomnosti překážky před mechanismem je tranzistor uzavřen.
Když se přiblíží k nábytku, stěně, prvky zachycují teplo. Tranzistor se otevře, což aktivuje tok proudu obvodem a přiměje zařízení ke změně trajektorie pohybu.
Senzory jsou instalovány na přední straně desky a spojují je vodiči s hlavním obvodem. Po stranách základny je umístěn housenkový mechanismus.
Firmware robota
Pro provoz zařízení je nutný program, který vám umožní odečítat údaje ze senzorů a řídicích motorů. Pro jednoduché roboty je napsán pomocí programovacího jazyka C. Je to soubor funkcí, které se navzájem volají, aby se doplňovaly.
Při psaní příkazů je třeba si uvědomit, že podle návodu má robot 2 senzory. Pokud 1 z fototranzistorů přijme světlo z infračervené diody, mechanismus se začne pohybovat dozadu a vzdalovat se od překážky. Otočí se a znovu jede vpřed.
Přítomnost překážek by měla být kontrolována vpravo a vlevo, což je předepsáno pomocí příkazů. Algoritmus práce lze vylepšit nastavením příkazového řádku, co dělat v případě přímé hrozby kolize.
Kodér, který rozpozná polohu robota v prostoru, umožní vylepšit hotový mechanismus. Pro informační obsah je v budoucnu instalován displej, který bude zobrazovat ladicí informace, vzdálenost k překážkám a další potřebné informace.
Nejlepší způsob, jak přiblížit dětem svět robotiky, je stavět a programovat Lego roboty (EV3 a Boost).
Roboti pro děti
Robotika umožňuje studentům rozvíjet kreativní dovednosti a zavádět odborné termíny. Po zvládnutí principů stavby robotů lego (ve školách robotiky se zpravidla používají k výuce platformy lego), děti se učí rozumět novým technologiím a zvládají základy žádané profese.
Pro kluky bude zajímavé samostatně stavět nebo se účastnit shromáždění:
- mechanický hmyz, který se pohybuje a svítí ve tmě;
- quadropod (4nohý chodec) podle speciálních výkresů;
- chytrá robotická zvířata, která se mohou pohybovat po dané trajektorii;
- robot-kolobok pro akumulaci solární energie;
- skutečné robotické rameno pro bubnování a další manipulace.
Užitečná robotická zařízení pro začátečníky
První kroky v robotice lze zahájit:
- se seznámením se sadami pro navrhování a programování Lego BOOST (7-12 let) a Lego EV3 (od 10 let);
- od konstrukce vibračních robotů určených pro dětské hry;
- z tříd s elektronickými stavebnicemi „Znatok“;
- od sestavování jednoduchých konstruktorů pro začátečníky založených na Arduinu;
- z konstrukce modelů prezentovaných konstruktéry učení Engino.
Požadované dovednosti
K výrobě robotů budou začátečníci potřebovat následující dovednosti:
- schopnost navrhovat, vytvářet mechanismy;
- znalost toho, jak je zajištěna interakce malých pomocníků s vnějším prostředím;
- studium tématu, protože vyrobit chodícího robota vlastníma rukama není snadný úkol;
- počáteční porozumění programování – proměnné, algoritmy, moderní jazyky.
Po seznámení se základy programování můžete přistoupit k vytváření domácích robotických vysavačů, čističů bazénů a oken v domě. Roboti se dají využít i v jiných oblastech života.
