Издательский дом ООО "Гейм Лэнд"ЖУРНАЛ ХАКЕР 109, ЯНВАРЬ 2008 г.

Путь к свету

Вадим Ермоленко

Хакер, номер #109, стр. 126

(fackadmin@mail.ru), Сергей Долин (dlinyj@real.xakep.ru)

Простейший робот из подручных средств

Многие из тех, кто имеет дело с вычислительной техникой, мечтают собрать своего робота. Хотят, чтобы это устройство выполняло какие-то обязанности по дому, к примеру: приносило пиво. И сразу берутся за создание наисложнейшего робота, однако зачастую быстро разочаровываются в результатах. Своего первого робота, который должен был делать уйму всего, мы так и не довели до ума. Поэтому лучше начинать с простого, постепенно усложняя своего зверя. Сейчас мы поведаем тебе, как из подручных средств можно создать простейшего робота, который будет самостоятельно передвигаться по твоей квартире.

Концепция

Мы поставили перед собой задачу сделать робота из подручных средств за 15 минут. Обычно подобные поделки конструируются годами. Народ по нескольку месяцев бегает по магазинам в поисках нужной шестеренки. Но мы сразу осознали: это не наш путь! Мы будем использовать в конструкции робота только такие детали, которые всегда можно найти под рукой или выкорчевать из старой техники. В крайнем случае - купить за гроши в любом радиомагазине или на рынке.

Другая задача состояла в том, чтобы максимально удешевить нашу поделку. В магазинах радиоэлектроники подобный робот стоит от 800 до 1500 рублей, а его ведь еще и собирать придется, поскольку продается он в виде деталей. И гарантий, что после сборки он заработает, никто не дает. Производители таких наборов нередко забывают положить туда какую-нибудь детальку. Зачем нам такое «счастье»? Наш робот по деталям должен быть не дороже 100-150 рублей, включая двигатели и батарейки. При этом если моторчики выковырять из старой детской машинки, то общая стоимость его составляющих вообще снизится до 20-30 рублей! Чувствуешь, какая экономия, и при этом ты получаешь отличного товарища!

Важный этап в работе – определение того, что будет делать наш красавец. Мы решили изготовить робота, ищущего источники света. Если источник света будет поворачиваться, то наша машинка будет рулить вслед за ним. Мы назвали эту концепцию «Робот, стремящийся жить». При замене батареек солнечными элементами робот будет искать свет, чтобы ездить.

Необходимые детали и инструменты

Что же нам понадобится для изготовления нашего детища? Поскольку идея состоит в сборе робота из подручных средств, нам понадобится монтажная плата или просто обычная плотная картонка. В картонке шилом можно проделать дырочки для крепления всех деталей. Мы же будем использовать монтажку, поскольку под рукой оказалась именно она, а картонку в моем доме днем с огнем не сыщешь. Она сыграет роль шасси, на которое мы будем монтировать весь остальной обвяз робота, крепить двигатели и датчики. В качестве движущий силы мы используем трех- или пятивольтовые моторчики, которые можно выковырять из старой машинки. Колесики мы сделаем из крышек от пластиковых бутылок, например от сосасола :).

Детали. Исходники.

В качестве датчиков мы задействуем трехвольтовые фототранзисторы или фотодиоды. Их можно вынуть из старой оптомеханической мышки. В ней стоят инфракрасные датчики (в нашем случае они черненькие). Они там спарены, то есть два фотоэлемента - в одном флаконе. При наличии тестера ничего не мешает выяснить, какая ножка для чего предназначена. Управляющим элементом у нас будут отечественные транзисторы 816Г. В качестве источников питания заюзаем три пальчиковых батарейки, спаянных между собой. Можно взять батарейный отсек от старой машинки, как это сделали мы. Для монтажа нужны будут проводочки. Для этих целей идеально подходят провода из витой пары, которых в доме любого уважающего себя хакера должно быть завались. Для закрепления всех деталей удобно использовать термоклей с термопистолетом. Это прекрасное изобретение быстро плавится и так же быстро схватывается. Штука идеально подходит для таких поделок, и dlinyj не раз использовал ее в своих статьях. Еще нам понадобится жесткая проволока, на роль последней вполне сгодится обычная канцелярская скрепка.

Монтируем схему

Ты подготовил все детали и сложил их на своем столе? Твой паяльник уже тлеет канифолью и ты потираешь руки, жаждя сборки? Ну что ж, тогда приступим.

Берем кусок монтажки и обрезаем его по размерам будущего робота. Для резки текстолита используй ножницы по металлу. Мы сделали квадрат со стороной примерно 4-5 см. Главное, чтобы на нем уместилась наша крохотная схемка, батарейки питания, два двигателя и крепеж для переднего колеса. Чтобы плата не лохматилась и была ровной, можно обработать ее напильником и убрать острые края.

Следующим нашим шагом будет запайка датчиков. Учти, фототранзисторы и фотодиоды имеют плюс и минус. Нужно соблюдать полярность их включения, что несложно сделать при помощи простейшего тестера. В случае если ты ошибешься, ничего не сгорит, но робот ездить не будет. Датчики впаивай по углам монтажной платы с одного края, чтобы они смотрели в стороны. Не запаивай их в плату полностью, оставь где-то полтора сантиметра выводов, чтобы их легко можно было изгибать в любую сторону – в дальнейшем нам это понадобиться при настройке нашего робота. Это будут глаза, они должны находиться на одной стороне шасси, которая в будущем станет передом робота. Сразу можно отметить, что мы собираем две управляющие схемы: одну для управления правым, вторую - левым двигателем.

Вид снизу.

Чуть поодаль переднего края шасси рядом с нашими датчиками нужно впаять транзисторы. Для удобства запайки и дальнейшей сборки схемы оба транзистора мы запаяли «смотрящими» своей маркировкой в сторону правого колеса. Сразу надо отметить расположение ножек у транзистора. Если взять транзистор в руки и повернуть металлической подложкой к себе, а маркировкой к лесу (как в сказке), и при этом ножки будут направлены вниз, то ножки слева направо - база, коллектор и эмиттер. Если ты посмотришь на схему, где изображен наш транзистор, то база – палочка, перпендикулярная толстому отрезку в кружке, эмиттер - палочка со стрелочкой, коллектор - такая же палочка, только без стрелки. Здесь вроде все понятно.

Подготовим батарейки и приступим непосредственно к сборке электрической схемы. Изначально мы просто взяли три пальчиковых батарейки и спаяли их последовательно. Их можно сразу вставить в специальный держатель для батареек, который, как мы уже говорили, вытаскивается из старой детской машинки. Теперь подпаяй провода к батарейкам и определи у себя на плате две ключевые точки, куда будут сходиться все провода. Это будет плюс и минус. Мы поступили просто: продели витую пару в края платы, запаяли концы к транзисторам и фотодатчикам, сделали скрученную петельку и туда подпаяли батарейки. Возможно, это не самый лучший вариант, но зато самый удобный.

Впаянные транзисторы и датчики.

Ну что ж, теперь готовь провода, и приступим к сборке электрики нашего робота. Будем идти от отрицательного полюса батарейки к положительному контакту по всей электрической схеме. Берем кусок витой пары и начинаем идти: припаиваем отрицательный контакт обоих фотодатчиков к минусу батареек, в то же место запаиваем коллекторы транзисторов. Вторую ножку фотоэлемента припаиваем небольшим куском провода к базе транзистора. Оставшиеся ножки транзюков припаиваем к двигателям. Второй контакт моторчиков можно подпаять к батарейке через выключатель. Но мы, как истинные фрикеры, решили включать/выключать нашего робота подпаиванием/отпаиванием провода, так как выключателя подходящих размеров в моих закромах не обнаружилось.

Отладка электрики

Все, электрическую часть мы собрали, теперь приступим к тестированию схемы. Включаем нашу схему и подносим ее к зажженной настольной лампе, поворачивая по очереди то одним, то другим фотоэлементом. Если двигатели начинают вращаться по очереди с разной скоростью в зависимости от освещения, значит все в порядке. Если нет, то ищи косяки в сборке. Электроника – наука о контактах, а это значит, что если что-то не работает, то где-то нет контакта.

Смотри, теперь важный момент: правый фотодатчик отвечает за левое колесо, а левый - соответственно, за правое. Теперь прикинь, в какую сторону вращаются правый и левый двигатели. Они оба должны крутиться вперед. Если этого не происходит, поменяй полярность включения двигателя, который крутится не в ту сторону, просто перепаяв провода на клеммах моторчика наоборот. Оцени еще раз расположение моторчиков на шасси и проверь направление движения в сторону. Все двигатели должны вращаться так, чтобы робот двигался вперед. Если все в порядке, то двигаемся дальше. В любом случае ты сможешь это исправить даже после того, как соберешь все окончательно.

Сборка девайса

С муторной электрической частью мы разобрались, теперь займемся механикой. Колесики, как мы и договаривались, мы будем делать из крышек от пластиковых бутылок. Для изготовления переднего колеса возьмем две крышки и склеим их между собой. Мы склеивали по периметру полой частью вовнутрь для большей устойчивости колеса.

Дальше точно по центру просверливаем отверстие в первой и второй крышке. Для сверления и всяких домашних дел очень удобно пользоваться дремелем – маленькой дрелью с уймищей насадок: фрезеровальных, отрезных и многих других. Она незаменима для сверления отверстий меньше одного миллиметра, где обычная дрель уже не справляется.

Прикрепляем моторы к шасси.

После того как мы просверлим крышки, вдеваем в отверстие предварительно разогнутую скрепку. Изгибаем скрепку в форме буквы п, где на верхней планке будет болтаться наше колесо. Теперь закрепляем эту скрепку между фотодатчиками спереди нашей машины. Скрепка удобна тем, что можно легко подрегулировать высоту переднего колеса, и этой юстировкой мы займемся позже.

Перейдем к движущим колесам. Их мы тоже будем делать из крышек. Аналогично просверливаем каждое колесо строго по центру. Хорошо, если сверло будет диаметром с ось моторчика, а в идеале - на доли миллиметра меньше ее, чтобы ось в отверстие вставлялась, но с трудом. Одеваем оба колеса на вал движков и, чтобы они не соскакивали, закрепляем их термоклеем. Это важно сделать еще и для того, чтобы колеса не проворачивались в месте крепежа.

Самая ответственная часть – крепеж электродвигателей. Мы их ставили в самом конце нашего шасси с противоположной относительно всей остальной электрики стороны монтажной платы. Не забудь, что управляемый двигатель крепится напротив своей управляющей фотосистемы. Это сделано для того, чтобы робот мог поворачивать на свет. Справа фотодатчик, слева двигатель, и наоборот.

Для начала мы перехватим движки кусочками витой пары, продев их сквозь отверстия в монтажке и скрутив сверху. Подадим питание и посмотрим, куда у нас будут вращаться движки. Не забудь, что в темной комнате вращаться они не будут вообще, желательно направить робота в сторону лампы. Проверяем, все ли двигатели работают. Поворачиваем робота и наблюдаем, как двигатели изменяют свою скорость вращения в зависимости от освещения. Поворачиваемся правым фотодатчиком - и левый движок должен шустренько закрутиться, поворачиваемся левым – и он должен, наоборот, притормозиться. В конце проверь направление вращения колес - нам надо, чтобы робот ехал вперед.

Если все работает, как мы описали, то можно аккуратно закреплять движки термоклеем. Постарайся сделать так, чтобы их колеса находились на одной оси. Все – закрепляй батарейки на верхней площадке шасси и переходи к настройке и играм с роботом.

Подводные камни и настройка

Когда мы собрали всю схему и техническую часть, все двигатели прекрасно реагировали на свет, и вроде все было отлично. Но поставив нашего робота на пол, мы обнаружили, что он у нас не едет. Оказалось, что попросту не хватает мощности моторчиков. Пришлось в срочном порядке раскурочивать очередную игрушечную машинку, чтобы достать оттуда движки помощнее. Кстати, если возьмешь моторчики из таких игрушек, точно не прогадаешь с их мощностью, так как они рассчитаны на то, чтобы возить массу машинок с батарейками.

Разобравшись с двигателями, мы перешли к настройке и приведению в порядок внешнего вида устройства. Для начала собираем бороды проводов, которые у нас волочатся по полу, и укрепляем их на шасси термоклеем. Если робот волочится где-то пузом, можно приподнять переднее шасси, изогнув крепящую проволку.

Самое главное – это фотодатчики. Лучше всего их выгнуть так, чтобы они смотрели в сторону под тридцать градусов от основного курса. Тогда робот будет улавливать источники света и направляться к ним. Нужный угол изгиба придется подобрать экспериментально.

Все - вооружайся настольной лампой, клади робота на пол, включай и начинай проверять и радоваться тому, как твое детище четко следует к источнику света и как он ловко его находит.

Усовершенствования

Нет предела совершенству, и расширять функционал нашего робота можно до бесконечности. Были мысли даже поставить контроллер, но тогда стоимость и сложность изготовления возросли бы в разы, а это не наш метод.

Первое усовершенствование – сделать так, чтобы робот ездил по заданной траектории. Здесь все просто: печатается на принтере или рисуется черным перманентным маркером на листе ватмана черная полоса. Важно, чтобы она была немного уже расстояния между фотодатчиками. Сами фотоэлементы мы опускаем вниз, чтобы они смотрели в пол. Рядом с каждым нашим глазиком мы устанавливаем последовательно сверхъяркий светодиод с сопротивлением в 470 Ом. Сам светодиод с сопротивлением запаиваем напрямую к батарейке. Идея проста - свет прекрасно отражается от белого листа бумаги, попадает на наш датчик, и робот едет прямо. Как только луч падает на темную полосу, на фотоэлемент почти не попадает света (черная бумага прекрасно поглощает свет), и, следовательно, один двигатель начинает вращаться медленнее. Другой моторчик резво поворачивает робота, выравнивая курс. В результате робот катается по черной полоске, словно по рельсам. Такую полосу можно начертить на белом полу и, например, посылать робота на кухню за пивом от твоего компутера.

Вторая идея – это усложнить схему, добавив еще два транзистора и два фотодатчика, и сделать так, чтобы робот искал свет не только спереди, но и со всех сторон и, как только находил, устремлялся бы к нему. Для упрощения сборки в этом случае можно использовать микросхему LM293D, однако она стоит порядка 100 рублей. С помощью нее можно легко настроить дифференциальное включение направления вращения колес, или, проще говоря, направление движения робота вперед-назад.

Далее - можно убрать обычные постоянно садящиеся батарейки и поставить солнечную батарею, которая сейчас легко покупается в магазине аксессуаров к мобильным телефонам. Чтобы избежать полной потери дееспособности робота в этом режиме, в случае если он случайно заедет в тень, параллельно солнечной батареи можно подключить электролитический конденсатор очень большой емкости (тысячи микрофарад). Поскольку напряжение там у нас не превышает 5 В, подойдет конденсатор, рассчитанный на 6,3 В. При такой емкости и таком напряжении он будет достаточно миниатюрен. Кондер можно купить или выкорчевать из старого блока питания.

Ну а остальные усовершенствования придумывай сам. Если будет что-то интересное – обязательно напиши нам!

Выводы

Вот ты и приобщился к величайшей науке, двигателю прогресса – кибернетике. В 70-е годы прошлого века конструирование подобных роботов было очень популярно. Надо отметить, что в нашем устройстве применяются зачатки аналоговой вычислительной техники, которая отмерла с появлением цифровых технологий. Но, как мы показали в этой статье, не все потеряно и забыто. Мы надеемся, ты не остановишься на предложенной нами схеме и будешь придумывать свои оригинальные конструкции. Удачи в сборке, фрикер, и смотри не обожгись об паяло!

Обязательно пиши нам письма о твоих успехах в сборке робота. Предлагай свои идей и усовершенствования. Может, научишь чему и нас.

Содержание
загрузка...
Журнал Хакер #151Журнал Хакер #150Журнал Хакер #149Журнал Хакер #148Журнал Хакер #147Журнал Хакер #146Журнал Хакер #145Журнал Хакер #144Журнал Хакер #143Журнал Хакер #142Журнал Хакер #141Журнал Хакер #140Журнал Хакер #139Журнал Хакер #138Журнал Хакер #137Журнал Хакер #136Журнал Хакер #135Журнал Хакер #134Журнал Хакер #133Журнал Хакер #132Журнал Хакер #131Журнал Хакер #130Журнал Хакер #129Журнал Хакер #128Журнал Хакер #127Журнал Хакер #126Журнал Хакер #125Журнал Хакер #124Журнал Хакер #123Журнал Хакер #122Журнал Хакер #121Журнал Хакер #120Журнал Хакер #119Журнал Хакер #118Журнал Хакер #117Журнал Хакер #116Журнал Хакер #115Журнал Хакер #114Журнал Хакер #113Журнал Хакер #112Журнал Хакер #111Журнал Хакер #110Журнал Хакер #109Журнал Хакер #108Журнал Хакер #107Журнал Хакер #106Журнал Хакер #105Журнал Хакер #104Журнал Хакер #103Журнал Хакер #102Журнал Хакер #101Журнал Хакер #100Журнал Хакер #099Журнал Хакер #098Журнал Хакер #097Журнал Хакер #096Журнал Хакер #095Журнал Хакер #094Журнал Хакер #093Журнал Хакер #092Журнал Хакер #091Журнал Хакер #090Журнал Хакер #089Журнал Хакер #088Журнал Хакер #087Журнал Хакер #086Журнал Хакер #085Журнал Хакер #084Журнал Хакер #083Журнал Хакер #082Журнал Хакер #081Журнал Хакер #080Журнал Хакер #079Журнал Хакер #078Журнал Хакер #077Журнал Хакер #076Журнал Хакер #075Журнал Хакер #074Журнал Хакер #073Журнал Хакер #072Журнал Хакер #071Журнал Хакер #070Журнал Хакер #069Журнал Хакер #068Журнал Хакер #067Журнал Хакер #066Журнал Хакер #065Журнал Хакер #064Журнал Хакер #063Журнал Хакер #062Журнал Хакер #061Журнал Хакер #060Журнал Хакер #059Журнал Хакер #058Журнал Хакер #057Журнал Хакер #056Журнал Хакер #055Журнал Хакер #054Журнал Хакер #053Журнал Хакер #052Журнал Хакер #051Журнал Хакер #050Журнал Хакер #049Журнал Хакер #048Журнал Хакер #047Журнал Хакер #046Журнал Хакер #045Журнал Хакер #044Журнал Хакер #043Журнал Хакер #042Журнал Хакер #041Журнал Хакер #040Журнал Хакер #039Журнал Хакер #038Журнал Хакер #037Журнал Хакер #036Журнал Хакер #035Журнал Хакер #034Журнал Хакер #033Журнал Хакер #032Журнал Хакер #031Журнал Хакер #030Журнал Хакер #029Журнал Хакер #028Журнал Хакер #027Журнал Хакер #026Журнал Хакер #025Журнал Хакер #024Журнал Хакер #023Журнал Хакер #022Журнал Хакер #021Журнал Хакер #020Журнал Хакер #019Журнал Хакер #018Журнал Хакер #017Журнал Хакер #016Журнал Хакер #015Журнал Хакер #014Журнал Хакер #013Журнал Хакер #012Журнал Хакер #011Журнал Хакер #010Журнал Хакер #009Журнал Хакер #008Журнал Хакер #007Журнал Хакер #006Журнал Хакер #005Журнал Хакер #004Журнал Хакер #003Журнал Хакер #002Журнал Хакер #001