Cách tự chế tạo máy hút bụi robot – 2 ý tưởng lắp ráp

Trong nhịp sống hối hả ngày nay, việc giữ nhà cửa sạch sẽ không phải lúc nào cũng dễ dàng. Công nghệ hiện đại có thể giúp ích. Máy hút bụi robot đã xuất hiện hơn 15 năm nay. Chúng thường có hình dạng giống một chiếc đĩa lớn di chuyển quanh phòng theo một mô hình được lập trình sẵn hoặc ngẫu nhiên (cho đến khi va chạm với vật gì đó) và thu gom rác thải. Chúng tôi cung cấp hai hướng dẫn từng bước về cách tự làm máy hút bụi robot của riêng bạn.

Vật liệu để lắp ráp

Vì vậy, để lắp ráp một robot hút bụi, bạn cần hiểu rõ các thành phần của nó, hãy cùng tìm hiểu từng bước một. Robot cần tự di chuyển quanh phòng, vì vậy nó cần động cơ—từ hai đến bốn động cơ, tùy thuộc vào thiết kế cuối cùng—cũng như khả năng thay đổi hướng quay và tốc độ, điều này có nghĩa là bạn cần một bo mạch điều khiển động cơ. Nếu bạn sử dụng động cơ DC, bạn sẽ cần một bo mạch có bốn bóng bán dẫn (mạch cầu H).

Một robot hút bụi tự chế phải có khả năng phát hiện va chạm với tường và đồ nội thất. Điều này đòi hỏi các cảm biến vật cản và công tắc giới hạn trên "bộ phận giảm chấn". Bộ phận hoạt động – máy hút bụi – cũng rất cần thiết. Nó phải được thiết kế để hoạt động bằng nguồn điện một chiều điện áp thấp (ví dụ: 12V).

Ngoài máy hút bụi, bạn cần một bàn chải xoay để làm sạch bề mặt, nâng sợi thảm và quét sạch bụi bẩn. Điều này đòi hỏi thêm một hoặc hai động cơ nữa.

Một hệ thống sẽ điều khiển tất cả những điều này. Lựa chọn đơn giản nhất là một bo mạch Arduino. Bất kỳ bo mạch nào cũng có thể dùng được cho nhiệm vụ này; bo mạch Nano hoặc Pro mini có kích thước phù hợp.

Ý tưởng #1: Một robot hút bụi làm từ bìa cứng

Phần đế của robot được làm bằng bìa cứng dày. Tốt nhất là nên dán các lớp lại với nhau, sao cho các thớ bìa thẳng hàng theo chiều vuông góc. Về các bộ phận kỹ thuật, bạn sẽ cần những linh kiện sau:

1. Bất kỳ bo mạch Arduino nào.
2. Hoặc một bảng mạch thử nghiệm đơn giản, về nguyên tắc bạn có thể không cần đến nó, chỉ cần hàn tất cả các linh kiện lại với nhau.
3. 2 cảm biến khoảng cách siêu âm (máy đo khoảng cách).
4. Tuabin máy hút bụi.
5. Một động cơ nhỏ hoặc bộ tản nhiệt từ máy tính.
6. Động cơ có hộp số và bánh xe.
7. Bộ điều khiển động cơ.
8. Dây dẫn dùng để kết nối mạch điện.
9. Pin và bộ điều khiển sạc.

Robot này cần ba viên pin lithium để hoạt động. Mỗi viên pin có điện áp 3,7 V. Cần có bộ điều khiển để sạc pin, như bộ điều khiển trong ảnh:

Để điều khiển động cơ dẫn động của robot, nên sử dụng một mô-đun dựa trên vi mạch L298. Đây là một mạch cầu H, bạn có thể tự lắp ráp từ các linh kiện riêng lẻ, nhưng mua một bo mạch готовый sẽ đáng tin cậy hơn. Nó cho phép bạn thiết lập tốc độ và thay đổi hướng di chuyển của robot hút bụi.

Để điều chỉnh tốc độ, tín hiệu PWM được cấp vào chân ENA hoặc ENB, và để thiết lập hướng quay, các tín hiệu ngược chiều được cấp vào IN1 và IN2 cho một động cơ và IN3 và IN4 cho động cơ còn lại. Nếu IN1 ở mức logic 1 và IN2 ở mức logic 0, động cơ sẽ quay theo một hướng. Để thay đổi hướng, hãy đổi chỗ các giá trị 1 với các giá trị 0. Mạch này nên được lắp ráp với Arduino theo sơ đồ sau (bạn có thể sử dụng bất kỳ chân nào; bạn chỉ định chúng trong chương trình).

Tiếp theo, bạn cần làm một cái đế bằng bìa cứng và gắn bánh xe vào đó. Bạn sẽ có được một cái đế trông giống như thế này:

Đây là hình ảnh nhìn từ phía dưới. Hai bánh xe dẫn động với hộp số góc và một bánh xe xoay:

Bây giờ bạn cần lắp ráp mạch điện sẽ được gắn lên đế. Đế nên có đường kính khoảng 30 cm để chứa cả các linh kiện điện tử và thân máy hút bụi.

Thay vì sử dụng cảm biến khoảng cách, bạn có thể sử dụng hệ thống gắn trên cản xe kết nối với các công tắc giới hạn. Khi va chạm với chướng ngại vật, hệ thống điều khiển sẽ phát tín hiệu thay đổi hướng.

Bạn cũng có thể tự làm các miếng đệm tiếp xúc. Bạn sẽ cần một sợi dây mỏng nhưng cứng cáp, chẳng hạn như dây xoắn đôi. Để làm điều này, hãy tạo một miếng đệm tiếp xúc ở bên trong miếng đệm bằng giấy bạc và cố định dây như hình bên dưới. Khi robot hút bụi va chạm với đồ nội thất hoặc tường, chúng sẽ tiếp xúc với nhau. Điều chỉnh khoảng cách từ dây đến giấy bạc để đạt được độ nhạy mong muốn và tránh báo động sai. Cấp điện 5V vào giấy bạc, và dây được nối vào đầu vào của Arduino, kéo xuống cực âm thông qua một điện trở vài kiloôm.

Thiết bị này được cấp nguồn bằng pin; các bộ ổn định tuyến tính như I7805 có thể được sử dụng để cấp nguồn cho hệ thống điều khiển. Bộ chuyển đổi hạ áp, chẳng hạn như LM2596, thích hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ.

Phần khó nhất là thiết kế và lắp ráp máy hút bụi. Đây là bản vẽ phác thảo:

Chúng ta bẻ gãy các cánh quạt nguyên bản và gắn tuabin của máy hút bụi vào rôto của nó. Điều quan trọng là phải cố định tuabin chính xác ở tâm, nếu không sẽ tạo ra sự mất cân bằng và rung động.

Đây là hình ảnh mặt sau của tuabin khi được gắn vào rôto làm mát. Có thể cố định nó bằng keo nóng hoặc keo siêu dính.

Vậy là xong, đây là hướng dẫn từng bước để lắp ráp một robot hút bụi từ vật liệu phế thải. Thuật toán hoạt động của nó như sau: robot hút bụi di chuyển về phía trước cho đến khi gặp chướng ngại vật. Sau khi va chạm (hoặc tiếp cận, nếu bạn sử dụng cảm biến khoảng cách siêu âm), nó dừng lại, lùi lại một khoảng cách đã định trước, xoay một góc ngẫu nhiên và tiếp tục di chuyển.

Ý tưởng #2: Một robot gần giống như robot trong nhà máy

Chúng tôi xin giới thiệu đến các bạn một dự án robot hút bụi đơn giản. Đây là hình ảnh sau khi lắp ráp:

Hệ thống định vị được lắp ráp từ một bộ sáu cảm biến vật cản hồng ngoại. Trong trường hợp không có cảm biến nào được kích hoạt, hai cảm biến tiếp xúc (công tắc giới hạn) sẽ được cung cấp. Hệ thống điều khiển động cơ sử dụng cùng một bộ điều khiển với vi mạch L298N. Để lắp ráp, bạn sẽ cần:

1. Bo mạch Arduino, ban đầu là loại Pro-mini.
2. Bộ chuyển đổi USB-TTL dùng để lập trình cho mẫu Arduino này. Nếu bạn đang sử dụng Arduino Nano, bạn sẽ không cần đến nó, vì nó hỗ trợ lập trình qua USB.
3. Bộ điều khiển cho động cơ L298N.
4. Động cơ cho bánh xe có hộp số.
5. 6 cảm biến hồng ngoại.
6. Động cơ cho tuabin (nếu có thể, nên dùng loại mạnh hơn).
7. Cánh quạt tuabin của máy hút bụi.
8. Động cơ chổi than có thể là bất cứ loại nào.
9. 2 cảm biến va chạm.

Hãy lắp ráp tất cả các bộ phận theo sơ đồ sau:

Để lắp ráp mạch nguồn của máy hút bụi robot, bạn sẽ cần:

1. Sử dụng 4 pin lithium, loại 18650 là phù hợp.
2. 2 bộ chuyển đổi DC/DC (tăng áp và giảm áp).
3. Mạch điều khiển sạc và xả hai pin (tìm kiếm trực tuyến "bộ điều khiển pin li-ion 2s"). Mạch sử dụng kết nối nối tiếp của hai cell mắc song song, tạo ra điện áp đầu ra lớn hơn 7,4 V. Mạch song song được sử dụng để tăng dung lượng và tuổi thọ pin.

Đây là sơ đồ nguồn điện cho robot này:

Ngoài ra, bạn sẽ cần nhựa (PVC) hoặc bất kỳ vật liệu nào khác để làm thân robot; bạn có thể in bằng máy in 3D nếu có điều kiện.

Dự án tự làm này cần có phần mềm nhúng (firmware). Dưới đây là một ví dụ về thuật toán làm sạch ngẫu nhiên mà chúng tôi tìm thấy trên mạng. Tải xuống mã nguồn tại đây: phần mềm điều khiển cho máy hút bụi robot.

Bài viết này đã thảo luận về hai thiết kế robot hút bụi mà bạn có thể sao chép và tự chế tạo. Bạn có thể chế tạo một chiếc máy hút bụi tự động với chi phí từ 30 đến 100 đô la. Các bộ phận đắt tiền nhất là pin, động cơ và bo mạch Arduino. Nếu bạn đã chế tạo thành công một chiếc robot hút bụi tự chế hoặc nghĩ ra một thiết kế khác, vui lòng chia sẻ ví dụ của bạn trong phần bình luận. Chúng tôi hoan nghênh sự trao đổi cởi mở!

Cuối cùng, chúng tôi khuyên bạn nên xem những video này, chúng sẽ minh họa rõ ràng thêm một vài ý tưởng để tự chế tạo máy hút bụi robot tại nhà: