Изготовление робота-пылесоса в домашних условиях своими руками

Чтобы создать робот-пылесос своими руками, достаточно приобрести необходимый минимум теоретических знаний и набор легкодоступных комплектующих. Такой помощник будет поддерживать полы помещений в чистоте, экономить время на уборке. Благодаря наличию специальных датчиков, механизм самостоятельно не только перемещается по комнате, но и ориентируется в ней. Процесс изготовления в домашних условиях потребует затрат времени и терпения, но схема создания достаточно проста и доступна даже любителям, а затраченные на это средства гораздо ниже цены рыночных аппаратов.

Теоретические аспекты проблемы

Домашние умельцы вывели практическим путем требования к роботам-пылесосам, которых следует придерживаться при их создании. Результатом соблюдения будет механизм, пригодный к дальнейшей эксплуатации. Перечень основных правил следующий:

• рекомендуется изготавливать робот в форме небольшого цилиндра;
• для того, чтобы автомат мог осуществлять развороты на месте – колеса следует размещать по диаметру;
• дополнительному рулевому колесу привод не требуется;
• механизм должен собирать мусор в легко вынимаемый мусороприемник;
• робот обязательно должен быть оснащен контактным бампером, занимающим минимум половину его окружности;
• зарядку аппарата следует проводить от зарядного устройства, без его разборки;
• наилучшим местом размещения центра тяжести у робота являются колеса, также допускается располагать его рядом с ними;
• оптимальная скорость движения – от 25 до 35 см/с;
• двигатели работают совместно с редукторами, оснащенными пружинами.

Выделяются модели с шаговыми двигателями, что позволяет программно управлять ими без применения редукторов.

Способы обеспечения движения, уборки и питания робота-пылесоса

Движение роботизированного устройства в общем случае осуществляется двумя способами: по спирали (с центра наружу) и зигзагами. В микроконтроллеры можно также занести и схемы комнат по отдельности.

Пространственную ориентацию, объезд препятствия на пути следования пылесос осуществляет благодаря встроенным контактным и инфракрасным датчикам — они образуют систему обратной связи. Инфракрасные регулируют движение, определяя расстояние до стен, предметов, перепады высот. Контактные датчики срабатывают в бамперах при ударах о препятствия (подробнее о том, как работает прибор — в статье принципы работы роботов пылесосов).

Автоматизированный пылесос с автономным источником питания, конечно же, не развивает такую мощность всасывания, как ручной вариант. Практические испытания показали большую эффективность использования маленькой щетки совместно с всасывающей турбиной. Для уборки по углам передняя часть пылесоса оснащается 2 щетками, которые при работе подгребают мусор к главной.

Питание роботизированной системы можно осуществлять от нескольких аккумуляторов, напряжение на клеммах которых – 12 V (18 V), а его емкость равняется 7 А*ч. Зарядка осуществляется при прямом контакте либо беспроводным способом. Применение последнего увеличивает расходы на комплектующие детали.

Самостоятельный возврат робота к месту зарядки – сложная задача, которую можно решить установкой передающего маяка.

Любая автоматизированная модель собирается на базе контроллера (мозга системы). Поэтому следует изучить язык его программирования для занесения алгоритма команд. Следует также учитывать интуитивную направленность командного интерфейса, что значительно облегчает процесс. Как микроконтроллер, так и используемые датчики часто имеют стандартизированные разъемы для подсоединений, поэтому пайка требуется редко.

Подготовка к практической реализации проекта

Рассмотрим применение вышеизложенных принципов на базе платформы Arduino Mega 2560. Процесс создания будет состоять из нескольких этапов:

• подготовка инструментов и материалов;
• изготовление корпуса с колесами и отделом под мусор, пылесборника и турбины;
• монтаж датчиков и микроконтроллера, моторов с редукторами, аккумулятора, щеток;
• выполнение электрических подключений;
• введение программы в Arduino, определение согласованности датчиков;
• проверка работоспособности робота-пылесоса и его способности заряжаться самостоятельно.

Идея реализуется с помощью следующих материалов и инструментов:

• контроллер Arduino – 1 шт, с драйверами;
• лист фанеры (либо плотный картон) – 1 м.кв;
• колеса – 3 шт;
• провод сечением не более 0,75 мм.кв (подойдет витая пара) – около 2 м;
• блок питания – 4 аккумулятора по 18 V, индикатор заряда к ним, зарядное устройство;
• инфракрасные датчики – 4 шт, контактные – 2 шт;
• электродвигатели: для турбины – 1 шт, вращающий щетку – 1 шт, 2 мотора с редуктором обеспечивают передвижение;
• поливинилхлоридный корпус – 1 шт;
• клей – 1 упаковка, саморезы – 10 шт, скотч – 1 шт, набор магнитов;
• набор отверток и сверл, плоскогубцы, нож канцелярский, карандаш, линейка, шуруповерт, электролобзик.

Сборка робота-пылесоса

Подготовив все необходимое можно приступать к сборке. Она заключается в прохождении вышеописанных этапов.

1. Создаем корпус цилиндрической формы из картона либо поливинилхлорида: диаметр – 30 см, высота – 9 см, толщина стенок – 0,6 см. Дно лучше вырезать из фанеры.
2. Закрепляем на корпусе поливинилхлоридный бампер при помощи скотча, предварительно установив в него датчики инфракрасные и реагирующие на удар.
   

   Датчик соударений

   

   Прикрепленный бампер

3. Изготавливаем из картона или поливинилхлорида отсек для мусора с крышкой, закрепляемой магнитами.
   
4. Делаем фильтр из тканевых салфеток.
   
5. Делаем турбину из поливинилхлорида и компьютерных дисков, устанавливаем.
6. Подключаем датчики к контроллеру: обычный рабочий режим соответствует логической единице, а срабатывание – нулю.
7. Двигатель передней щетки подключаем к arduino mega 2560 через транзистор mosfet, что обеспечивает быстрое ее вращение по углам и довольно медленное по основной площади комнаты.
8. Устанавливаем 4 аккумулятора (соединяем их попарно, каждую пару — последовательно) и зарядное устройство, подключаем их.
9. Монтируем щетки, изготовленные самостоятельно из лески, и колеса (купленные либо снятые с подходящей игрушки) на дно.
   

   Радиальная щетка

10. Устанавливаем на arduino необходимые программы при помощи компьютера, которые можно найти в сети интернет.
11. Проверяем закрепление всех компонентов к дну и стенкам корпуса.
12. Вырезаем из картона или поливинилхлорида крышку, закрепляем ее саморезами.

Важным моментом работы является возвращение бампера в исходное положение после удара о препятствие, то есть достаточная его упругость.

Все детали закрепляются на имеющиеся для этих целей у них разъемы саморезами либо клеем, скотчем. Полученный результат представлен на фотографии: