Πώς να φτιάξετε μόνοι σας μια ηλεκτρική σκούπα ρομπότ – 2 ιδέες συναρμολόγησης

Στον σημερινό γρήγορο τρόπο ζωής, η διατήρηση της καθαριότητας του σπιτιού σας δεν είναι πάντα εύκολη. Η σύγχρονη τεχνολογία μπορεί να βοηθήσει. Οι ρομποτικές ηλεκτρικές σκούπες υπάρχουν εδώ και πάνω από 15 χρόνια. Συνήθως μοιάζουν με ένα μεγάλο δίσκο που κινείται στο δωμάτιο σύμφωνα με ένα προκαθορισμένο μοτίβο ή τυχαία (μέχρι να χτυπήσει σε κάτι) και να μαζεύει υπολείμματα. Προσφέρουμε δύο οδηγίες βήμα προς βήμα για το πώς να φτιάξετε τη δική σας ρομποτική ηλεκτρική σκούπα.

Υλικά για συναρμολόγηση

Έτσι, για να συναρμολογήσετε μια ρομποτική ηλεκτρική σκούπα, πρέπει να κατανοήσετε τα εξαρτήματά της. Ας τα δούμε βήμα προς βήμα. Πρέπει να κινείται μόνο του στο δωμάτιο, επομένως χρειάζεται κινητήρες—δύο έως τέσσερις, ανάλογα με το τελικό σχέδιο—καθώς και τη δυνατότητα αλλαγής της κατεύθυνσης περιστροφής και της ταχύτητας, πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζεστε μια πλακέτα ελέγχου κινητήρα. Εάν χρησιμοποιείτε κινητήρες συνεχούς ρεύματος, θα χρειαστείτε μια πλακέτα με τέσσερα τρανζίστορ (γέφυρα H).

Μια αυτοσχέδια ρομποτική ηλεκτρική σκούπα πρέπει να ανιχνεύει συγκρούσεις με τοίχους και έπιπλα. Αυτό απαιτεί αισθητήρες εμποδίων και διακόπτες ορίου στον "προφυλακτήρα". Απαιτείται επίσης το στοιχείο λειτουργίας - η ηλεκτρική σκούπα. Πρέπει να έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί με χαμηλή τάση συνεχούς ρεύματος (π.χ., 12V).

Εκτός από μια ηλεκτρική σκούπα, χρειάζεστε μια περιστρεφόμενη βούρτσα που θα καθαρίζει την επιφάνεια, θα σηκώνει το σωρό από χαλιά και θα σκουπίζει τα υπολείμματα. Αυτό απαιτεί έναν ή δύο ακόμη κινητήρες.

Ένα σύστημα που θα ελέγχει όλα αυτά. Η απλούστερη επιλογή είναι μια πλακέτα Arduino. Οποιαδήποτε πλακέτα είναι κατάλληλη για αυτήν την εργασία. Οι πλακέτες Nano ή Pro mini έχουν το σωστό μέγεθος για την εργασία.

Ιδέα #1: Μια ρομποτική ηλεκτρική σκούπα από χαρτόνι

Η βάση του ρομπότ είναι φτιαγμένη από χοντρό χαρτόνι. Είναι καλύτερο να την κολλήσετε σε δύο στρώσεις, με τις ίνες να είναι κάθετα ευθυγραμμισμένες. Για τα τεχνικά του εξαρτήματα, θα χρειαστείτε το ακόλουθο σετ εξαρτημάτων:

1. Οποιαδήποτε πλακέτα Arduino.
2. Breadboard ή ένα απλό breadboard, κατ 'αρχήν μπορείτε να το κάνετε χωρίς αυτό, απλώς κολλήστε τα πάντα.
3. 2 υπερηχητικοί αισθητήρες απόστασης (αποστασιόμετρο).
4. Τουρμπίνα ηλεκτρικής σκούπας.
5. Ένα μικρό μοτέρ ή ψυγείο από έναν υπολογιστή.
6. Κινητήρες με κιβώτια ταχυτήτων και τροχούς.
7. Ελεγκτής κινητήρα.
8. Καλώδια για συνδέσεις κυκλωμάτων.
9. Μπαταρίες και ελεγκτής φόρτισης.

Το ρομπότ απαιτεί τρεις μπαταρίες λιθίου για την τροφοδότησή του. Η καθεμία έχει τάση 3,7 V. Απαιτείται ένας ελεγκτής για τη φόρτισή τους, όπως αυτός στη φωτογραφία:

Για τον έλεγχο των κινητήρων κίνησης του ρομπότ, είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε μια μονάδα που βασίζεται σε ένα μικροτσίπ L298. Πρόκειται για ένα κύκλωμα γέφυρας H και μπορείτε να το κατασκευάσετε μόνοι σας από μεμονωμένα εξαρτήματα, αλλά η αγορά μιας έτοιμης πλακέτας είναι πιο αξιόπιστη. Σας επιτρέπει να ρυθμίσετε την ταχύτητα της ηλεκτρικής σκούπας ρομπότ και να αλλάξετε την κατεύθυνσή της.

Για τη ρύθμιση της ταχύτητας, εφαρμόζεται ένα σήμα PWM στον ακροδέκτη ENA ή ENB και για να οριστεί η κατεύθυνση περιστροφής, εφαρμόζονται αντίθετα σήματα στον ακροδέκτη IN1 και IN2 για τον έναν κινητήρα και στον ακροδέκτη IN3 και IN4 για τον άλλο κινητήρα. Εάν ο ακροδέκτης IN1 βρίσκεται σε λογική τιμή 1 και ο ακροδέκτης IN2 σε λογική τιμή 0, ο κινητήρας περιστρέφεται προς μία κατεύθυνση. Για να αλλάξετε την κατεύθυνση, αντικαταστήστε τα 1 με τα 0. Θα πρέπει να συναρμολογηθεί με ένα Arduino χρησιμοποιώντας το ακόλουθο διάγραμμα (μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιεσδήποτε ακροδέκτες· τις καθορίζετε στο σκίτσο).

Στη συνέχεια, πρέπει να φτιάξετε μια βάση από χαρτόνι και να στερεώσετε τους τροχούς σε αυτήν. Θα πρέπει να έχετε κάτι σαν αυτό:

Ορίστε μια άποψη από κάτω. Δύο κινητήριοι τροχοί με γωνιακό κιβώτιο ταχυτήτων και τροχό με ροδάκια:

Τώρα πρέπει να συναρμολογήσετε το κύκλωμα που θα τοποθετηθεί στη βάση. Η βάση πρέπει να έχει διάμετρο περίπου 30 cm για να χωράει τόσο τα ηλεκτρονικά όσο και την ίδια τη μονάδα ηλεκτρικής σκούπας.

Αντί για αποστασιόμετρα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα σύστημα τοποθετημένο στον προφυλακτήρα που συνδέεται με διακόπτες ορίου. Σε περίπτωση σύγκρουσης με ένα εμπόδιο, το σύστημα ελέγχου θα σηματοδοτήσει αλλαγή κατεύθυνσης.

Μπορείτε επίσης να φτιάξετε μόνοι σας προφυλακτήρες επαφής. Θα χρειαστείτε ένα λεπτό αλλά άκαμπτο καλώδιο, όπως ένα καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους. Για να το κάνετε αυτό, δημιουργήστε ένα μαξιλαράκι επαφής στο εσωτερικό του προφυλακτήρα χρησιμοποιώντας αλουμινόχαρτο και ασφαλίστε το καλώδιο όπως φαίνεται παρακάτω. Όταν η ηλεκτρική σκούπα ρομπότ συγκρούεται με έπιπλα ή τοίχους, θα έρθουν σε επαφή. Ρυθμίστε την απόσταση από το καλώδιο στο αλουμινόχαρτο για να επιτύχετε την επιθυμητή ευαισθησία και να αποτρέψετε ψευδείς συναγερμούς. Εφαρμόζονται 5V στο αλουμινόχαρτο και το καλώδιο πηγαίνει στην είσοδο Arduino, έλκεται στο αρνητικό μέσω μιας αντίστασης αρκετών κιλοώμ.

Η συσκευή τροφοδοτείται από μπαταρίες. Γραμμικοί σταθεροποιητές όπως ο l7805 μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία του συστήματος ελέγχου. Ένας μετατροπέας βηματισμού, όπως ο LM2596, είναι κατάλληλος για τη ρύθμιση της ταχύτητας του κινητήρα.

Το πιο δύσκολο κομμάτι είναι ο σχεδιασμός και η συναρμολόγηση της ηλεκτρικής σκούπας. Ακολουθεί ένα πρόχειρο σχέδιο:

Σπάμε τα αρχικά πτερύγια του ανεμιστήρα και προσαρμόζουμε μια τουρμπίνα ηλεκτρικής σκούπας στον ρότορά της. Είναι σημαντικό να ασφαλίσετε την τουρμπίνα με ακρίβεια στο κέντρο, διαφορετικά θα δημιουργήσετε ανισορροπίες και κραδασμούς.

Έτσι φαίνεται το πίσω μέρος της τουρμπίνας όταν είναι προσαρτημένη στον ρότορα του ψυγείου. Μπορεί να στερεωθεί με ζεστή κόλλα ή superglue.

Αυτό είναι όλο, ένας οδηγός βήμα προς βήμα για τη συναρμολόγηση μιας ηλεκτρικής σκούπας ρομπότ από άχρηστα υλικά. Ο αλγόριθμος λειτουργίας της έχει ως εξής: η ηλεκτρική σκούπα ρομπότ κινείται προς τα εμπρός μέχρι να συναντήσει ένα εμπόδιο. Μετά τη σύγκρουση (ή την προσέγγιση, αν χρησιμοποιείτε υπερηχητικά αποστασιόμετρα), σταματά, κινείται προς τα πίσω σε μια προκαθορισμένη απόσταση, στρίβει σε τυχαία γωνία και συνεχίζει να κινείται.

Ιδέα #2: Ένα σχεδόν εργοστασιακό ρομπότ

Σας παρουσιάζουμε ένα απλούστερο έργο ρομποτικής ηλεκτρικής σκούπας. Δείτε πώς μοιάζει όταν συναρμολογείται:

Το σύστημα πλοήγησης αποτελείται από ένα σετ έξι αισθητήρων εμποδίων υπερύθρων. Σε περίπτωση που δεν ενεργοποιηθεί κανένας από αυτούς, παρέχονται δύο αισθητήρες επαφής (διακόπτες ορίου). Το σύστημα ελέγχου κινητήρα χρησιμοποιεί τον ίδιο οδηγό με ένα μικροτσίπ L298N. Για να το συναρμολογήσετε, θα χρειαστείτε:

1. Χρησιμοποιήθηκε πλακέτα Arduino, αρχικά Pro-mini.
2. Ένας προσαρμογέας USB-TTL για τον προγραμματισμό αυτού του μοντέλου Arduino. Εάν χρησιμοποιείτε Arduino Nano, δεν θα τον χρειαστείτε, καθώς υποστηρίζει προγραμματισμό μέσω USB.
3. Πρόγραμμα οδήγησης για κινητήρες l298n.
4. Κινητήρες για τροχούς με κιβώτιο ταχυτήτων.
5. 6 αισθητήρες υπερύθρων.
6. Κινητήρες για τον στρόβιλο (αν είναι δυνατόν, πιο ισχυροί).
7. Πτερωτή τουρμπίνας ηλεκτρικής σκούπας.
8. Οι κινητήρες με ψήκτρες μπορούν να είναι οτιδήποτε.
9. 2 αισθητήρες σύγκρουσης.

Συναρμολογήστε όλα αυτά σύμφωνα με το ακόλουθο σχέδιο:

Για να συναρμολογήσετε το κύκλωμα τροφοδοσίας μιας ηλεκτρικής σκούπας ρομπότ, θα χρειαστείτε:

1. 4 μπαταρίες λιθίου, τύπου 18650 είναι κατάλληλες.
2. 2 μετατροπείς DC/DC (ανύψωση και καθοδική λειτουργία).
3. Ένας ελεγκτής για τη φόρτιση και την εκφόρτιση δύο μπαταριών (αναζητήστε στο διαδίκτυο "ελεγκτής ιόντων λιθίου 2s"). Το κύκλωμα χρησιμοποιεί μια σειριακή σύνδεση δύο παράλληλα συνδεδεμένων στοιχείων, με αποτέλεσμα μια τάση εξόδου μεγαλύτερη από 7,4 V. Το παράλληλο κύκλωμα χρησιμοποιείται για την αύξηση της χωρητικότητας και της διάρκειας ζωής της μπαταρίας.

Ακολουθεί το διάγραμμα τροφοδοσίας για αυτό το ρομπότ:

Επιπλέον, θα χρειαστείτε πλαστικό (PVC) ή οποιοδήποτε άλλο υλικό για το σώμα του ρομπότ · μπορείτε να το εκτυπώσετε σε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή εάν έχετε τέτοια ευκαιρία.

Αυτό το έργο DIY απαιτεί υλικολογισμικό. Ακολουθεί ένα παράδειγμα αλγορίθμου τυχαίου καθαρισμού που βρήκαμε στο διαδίκτυο. Κατεβάστε το σκίτσο εδώ: υλικολογισμικό για ηλεκτρική σκούπα ρομπότ.

Αυτό το άρθρο συζήτησε δύο σχέδια ρομποτικής ηλεκτρικής σκούπας που μπορείτε να αναπαράγετε και να κατασκευάσετε μόνοι σας. Μπορείτε να κατασκευάσετε μια αυτόματη ηλεκτρική σκούπα δωματίου για 30 έως 100 δολάρια. Τα πιο ακριβά εξαρτήματα είναι οι μπαταρίες, οι κινητήρες και οι πλακέτες Arduino. Εάν έχετε κατασκευάσει με επιτυχία μια αυτοσχέδια ρομποτική ηλεκτρική σκούπα ή έχετε σκεφτεί ένα διαφορετικό σχέδιο, μοιραστείτε τα παραδείγματά σας στα σχόλια. Καλωσορίζουμε την ανοιχτή επικοινωνία!

Τέλος, σας προτείνουμε να παρακολουθήσετε αυτά τα βίντεο, τα οποία δείχνουν ξεκάθαρα μερικές ακόμη ιδέες για την κατασκευή μιας ηλεκτρικής σκούπας ρομπότ στο σπίτι: