Как сделать робот-пылесос своими руками: алгоритм производства домашнего помощника

Как собрать робот пылесос. Как сделать робот-пылесос своими руками: алгоритм производства домашнего помощника Это и вовсе режим Party Hard.

Как сделать робот-пылесос своими руками: алгоритм производства домашнего помощника

Робот-пылесос – нужная машина. Но у нее есть один существенный недостаток – цена.

Хорошая модель стоит недешево, а дешевая модель больше напоминает игрушку, но за нее тоже нужно заплатить определенную сумму.

Поэтому народные умельцы предпочитают собирать такие системы самостоятельно, благо в продаже для этого есть все комплектующие.

Многие из них охотно рассказывают, как сделать пылесос-робот своими руками.

Самое важное в этом деле, кроме необходимой базы запчастей, — почувствовать себя настоящим конструктором и не бояться экспериментировать. А получившуюся модель всегда можно улучшить.

Материалы для сборки робота-пылесоса в домашних условиях

Перед тем, как сделать робот-пылесос, нужно подготовить все необходимое.

1. Ножницы;
2. Циркуль;
3. Простой карандаш;
4. Линейка;
5. Пистолет для термоклея;
6. Две трубки термоклея.

• Гофрированный картон размером 1.5х1.0 м;
• Марля размером 0.3х0.3 м;
• Резинка для банкнот.

1. Два блока колес;
2. Плата ARDUINO UNO;
3. Драйвер двигателя L298N;
4. Два мотора на метелки по 12 В;
5. Датчик приближенности для Ардуино ультразвуковой;
6. Блок аккумуляторов;
7. Кулер от компьютера из системного блока;
8. Опорное колесо.

Как сделать робот-пылесос своими руками в домашних условиях

Когда все комплектующие и материалы в наличии, следует преступить к сборке.

Общий план таков:

• Вначале собирают корпус – здесь каждая деталь оригинальна и изготавливается отдельно;
• Следующий этап – установка Ардуино для робота-пылесоса своими руками и другой электроники, блока аккумуляторов и коммутация их проводами;
• В корпус устанавливают приводы – это колеса и моторы боковых щеток;
• Далее изготавливают всасывающий узел и крепят его к корпусу;
• Крепят самодельные боковые метелки;
• Программируют устройство и проводят полевые испытания;
• Если все работает, закрывают корпус верхней панелью.

Сборка корпуса из картона и установка Ардуино

Как сделать робот-пылесос, начиная с корпуса:

1. Из картона вырезают два круга диаметром 46 см. Один круг – это нижнее основание корпуса, другой – верхняя панель;
2. В нижней части посередине вырезают отверстие, равное диаметру крыльчатки компьютерного кулера;
3. Впереди нижней части по бокам вырезают два прямоугольника под моторы боковых щеток (ориентир – как у любого промышленного аппарата);
4. Сзади по бокам вырезают пазы под ведущие колеса – чем ближе к краю корпуса, тем лучше. Строго впереди – паз под опорное колесо;
5. Из картона вырезают прямоугольник размером 20 см на 146 см;
6. Гофрированный картон надрезают по одной плоскости через каждые 2 см. Режут поперек длинной стороны;
7. Полученную заготовку сворачивают в цилиндр и приклеивают к основанию термоклеем. Таким же способом приклеивают блоки колес, моторы на метелки, опорное колесо;
8. Блок Ардуино, соединенный с драйвером колес, крепят в передней части внутри корпуса, не закрывая среднее отверстие под турбину;
9. В торцовой части впереди вырезают два отверстия под датчик приближения.

Изготовление всасывающего модуля с турбиной

• Из картона делают прямоугольный канал без торцовых частей, размер которых равен размеру основания кулера. Высота канала 25 см;
• Посередине канала под наклоном 30 градусов вклеивают перегородку. С верхней стороны наклона должен быть зазор шириной 2 см между перегородкой и стенкой канала;
• Изготавливают маленькую коробочку без крышки с размером сторон равным размеру перегородки и высотой бортов 5 см и устанавливают ее на перегородку;
• Под перегородку в низ основания канала вставляют и вклеивают кулер так, чтобы он дул на перегородку;
• На верхнюю часть канала надевают кусок марли, и свободные концы фиксируют резинкой для банкнот вокруг канала;
• Канал стороной кулера приклеивают напротив отверстия в середине основания пылесоса;
• В верхней панели вырезают прямоугольник под канал и надевают сверху.

Коммутация схем и настройка программы

После того, как установлены все элементы, питание колес подключают на драйвер колес на соответствующие управляемые разъемы. Моторы метелок подключают к выводам, где появляется постоянное напряжение при включении тумблера.

Тумблер впаивают между батареей и питанием схемы Ардуино. Схему датчика приближения подсоединяют к Ардуино. При включении тумблера пылесос начнет двигаться по площади, обходя предметы.

Настройка платы заключается в регулировке скорости (величины подачи напряжения на ведущие колеса), которая не должна превышать 30-25 см/с. Чтобы аппарат не ехал куда не нужно, можно подумать, как сделать виртуальную стену для пылесоса-робота своими руками.

Сборка корпуса из пластика и фанеры

Как сделать робот-пылесос не из картона, а, например, из пластика и фанеры? Очень просто.

В этом случае нижнюю часть вырезают из 4 мм фанеры при помощи электролобзика (размеры аналогичны вышеописанным).

В качестве торцовой части корпуса и верхней крышки можно использовать пластиковое ведро из-под фасадной краски (диаметр не должен превышать основания). Его обрезают так, чтобы высота с дном не превышала 20 см.

После того как на нижней части установят все оборудование и на ведре закрепят датчик приближения, ведро переворачивают и прикрепляют к основанию при помощи уголков.

Изготовление системы всасывания пыли

Турбину для робота-пылесоса своими руками в этом варианте конструкции можно изготовить по-иному принципу:

1. В качестве емкости пылесборника берут пластиковую емкость (объем — 1 литр);
2. В дне емкости посередине делают прорез шириной 1 см и длиной 10 см;
3. Из прозрачного файла для бумаги вырезают прямоугольник шириной 3 см и длиной 12 см;
4. Этим прямоугольником накрывают прорезь внутри емкости и фиксируют пленку с одной стороны скотчем на всю длину (12 см);
5. Получается клапан, который при втягивании воздуха внутрь емкости открывается, а при выключении пылесоса перекрывает канал;
6. В крышке от емкости делают отверстие, по диаметру равное диаметру крыльчатки вентилятора;
7. Вентилятор крепят к крышке с внутренней стороны, с наружной – наклеивают мелкую пластиковую москитную сетку;
8. Крышку ставят на место – турбина готова.

Как и в предыдущем варианте робота-пылесоса, после проведения всех работ по коммутации устройств между собой, необходимо провести настройку прибора.

Эта настройка заключается в выборе скорости движения машины. Отвечает за эту функцию драйвер двигателя.

Заключение

Рассмотренные самодельные модели роботов-пылесосов хороши для проведения быстрых уборок, когда нужно подмести полы.

Чтобы подобные аппараты могли хорошо втягивать и пыль – недостаточно обычного вентилятора от компьютера.

Нужно использовать более мощные моторы, например, от фена, и лопасти нужно изготавливать другой конструкции.

В этих же моделях для лучшего эффекта всасывания нужно соблюсти расстояние от дна до пола не более 1 см.

Робот-пылесос самодельной конструкции нельзя использовать в местах, где есть возможность падения его с высоты.

В простой системе не предусмотрены датчики контроля уровня пола. В сети имеются лайфхаки как сделать пылесос-робот моющим.

Робот-пылесос на Arduino для автоматической уборки помещений

Ритм жизни современного человека становится все более насыщенным и в его плотном графике становится все меньше времени на уборку собственного дома. В связи с этим в последнее время появляется все больше устройств, упрощающих наведение порядка в доме, одними из которых являются роботы-пылесосы, позволяющие в автоматическом режиме производить уборку пола в помещениях. У этих роботов-пылесосов достаточно много достоинств, но их существенным недостатком, сдерживающим их широкое распространение, является цена. Поэтому в данной статье мы рассмотрим создание робот-пылесоса на основе платы Arduino, который по функциональности будет мало отличаться от коммерческих моделей роботов-пылесосов, но стоить будет существенно дешевле них.

В составе робота мы будем использовать ультразвуковые датчики и инфракрасный датчик (IR proximity sensor). Ультразвуковые датчики будут помогать роботу избегать столкновения с препятствиями во время уборки помещения, а датчик приближения будет предотвращать падение робота с лестниц.

Ранее на нашем сайте мы уже рассматривали проект чистящего робота пылесоса на основе Arduino, но он был недостаточно совершенным и очень громоздким. Рассматриваемый в данном проекте робот-пылесос значительно более компактный и отличается более интеллектуальным алгоритмом работы. Также на нашем сайте вы поможете посмотреть похожие проекты роботов на основе платы Arduino:

Необходимые компоненты

1. Плата Arduino Pro Mini (купить на AliExpress).
2. Ультразвуковой датчик HC-SR04 – 3 шт. (купить на AliExpress).
3. Драйвер двигателей L293d (купить на AliExpress).
4. Электродвигатели постоянного тока формата N20, работающие от 5 В, с кронштейнами для их установки – 2 шт. (купить на AliExpress — смог найти только на 6 В, на 5 В почему то не удалось найти).
5. Переключатель.
6. Регулятор напряжения LM7805 (купить на AliExpress).
7. Литий-ионная батарея 7.4V (купить на AliExpress).
8. Инфракрасный датчик (купить на AliExpress).
9. Перфорированная плата.
10. Опорный ролик (колесо) для робота.
11. MDF (из него будет делаться корпус робота).
12. Портативный вакуумный пылесос (Vacuum Cleaner).

Внешний вид компонентов, необходимых для сборки данного робота-пылесоса, показан на следующем рисунке:

Портативный пылесос (Portable Vacuum Cleaner)

Для того, чтобы наш робот мог выполнять свою функцию по предназначению (то есть пылесосить помещение), в его составе должен быть портативный пылесос. Внешний вид подобного пылесоса показан на рисунке ниже. Этот пылесос имеет очень простой механизм. Он имеет три части внизу – небольшую камеру для сбора пыли, двигатель постоянного тока и вентилятор. Сверху пылесоса имеется контакт для подключения питания. Двигатель непосредственно запитывается от напряжения 3V (2 батарейки по 1,5 В формата AA) через простой выключатель. Поскольку мы будем запитывать все наше устройство от литий-ионной батареи 7.4V, мы можем отрезать провода пылесоса от его внутреннего источника питания и запитать его от напряжения 5V с нашей схемы. Таким образом, мы удалили все ненужные нам внутренности пылесоса и он стал выглядеть внутри так, как показано на следующем рисунке.

Ультразвуковой датчик HC-SR04

Для обнаружения роботом препятствий в нашем проекте мы будем использовать популярные ультразвуковые датчики HC-SR04. Принцип их работы достаточно прост: передающий модуль датчика излучает ультразвуковую волну, которая распространяется в окружающем пространстве, отражается от препятствия и улавливается (принимается) приемным модулем датчика, в результате чего на выходе датчика формируется импульс, равный времени распространения ультразвуковой волны до препятствия и обратно. Зная скорость распространения звука в воздухе, достаточно просто на основе этого времени определить расстояние до препятствия. Более подробно об определении расстояний с помощью данного ультразвукового датчика и платы Arduino можно прочитать в этой статье. Также на нашем сайте вы можете посмотреть все проекты, в которых для определения расстояния использовался ультразвуковой датчик HC-SR04.

Инфракрасный датчик для обнаружения лестниц

Для того, чтобы наш робот-пылесос мог обнаруживать лестницы и не падать с них, мы будем использовать инфракрасный датчик (IR Sensor). Принцип его действия достаточно прост – он содержит в своем составе излучающий инфракрасный диод (IR LED) и фотодиод. Излучающий инфракрасный диод излучает инфракрасный свет и если на его пути встречается препятствие, то он отражается от него и улавливается (принимается) фотодиодом. Но напряжение на выходе фотодиода достаточно мало, поэтому для его усиления до необходимого уровня в составе датчика содержится компаратор на основе операционного усилителя.

Инфракрасный датчик содержит 3 контакта – Vcc (питающее напряжение), ground (общий провод, земля) и output (выход). Когда вблизи датчика есть препятствие, то на его выходе формируется напряжение низкого уровня (low). Поэтому данный датчик мы можем использовать для обнаружения пола комнаты. Если он передвигается по полу, то на выходе датчика будет low. Если же на выходе датчика мы неожиданно обнаружим напряжение высокого уровня, то мы должны либо остановить робота, либо двигать его в обратном направлении, либо сделать что-либо другое чтобы предотвратить его падение с лестницы.

Схема проекта

Схема робота-пылесоса на основе платы Arduino представлена на следующем рисунке.

Для обнаружения препятствий мы в схеме робота используем три ультразвуковых датчика. Их контакты питания подключены к общему питанию схемы, а земля – к общему проводу схемы. Управляющие (trigger) и выходные контакты (echo pins) датчиков подключены к ШИМ (широтно-импульсная модуляция) платы Arduino. Инфракрасный датчик также запитывается от общих VCC и земли (ground) схемы, а его выходной контакт подключен к цифровому контакту D2 платы Arduino. У драйвера двигателя мы два его контакта, разрешающих его работу (enable pins), подключили к 5 В, также контакт подачи питающего напряжения мы подключили к 5 В поскольку мы используем электродвигатели, работающие от напряжения 5 В. Поскольку наш робот-пылесос запитывается от литий-ионной батареи напряжением 7.4 В, а все компоненты схемы питаются от напряжения 5 В, то для преобразования напряжения 7.4 В в напряжение 5 В мы используем регулятор напряжения LM7805.

Сборка конструкции робота

Для спайки компонентов между собой мы использовали перфорированную плату. Эта часть работы очень проста, но к ней все равно необходимо отнестись с тщательностью. Для подключения платы Arduino pro mini мы использовали два контакта типа «мама» (female headers). После того как мы закончили пайку на перфорированной плате мы использовали соединительные провода для подключения ультразвуковых датчиков.

Изготовление корпуса для робота-пылесоса

Мы решили сделать наш робот-пылесос круглой формы как и большинство современных коммерческих моделей роботов-пылесосов. В качестве материала для изготовления корпуса робота мы решили использовать MDF поскольку он достаточно прочный и имеет неплохую влагозащищенность. Разумеется, вы можете выбрать другой материал, какой вам больше по душе.

Для изготовления корпуса робота мы вырезали из MDF круг радиусом 8 см, а в нем отверстие радиусом 4 см – в него будет вставляться наш портативный пылесос. Также мы вырезали соответствующие отверстия под колеса и три небольшие отверстия для установки опорного валика (колеса). Далее мы установили двигатели с помощью кронштейнов, колеса и опорное колесо. Затем мы установили ультразвуковые датчики слева, справа и спереди робота. Также мы закрепили инфракрасный датчик снизу робота. И не забудьте установить в корпус робота выключатель питания. На следующем рисунке вы можете визуально посмотреть описанную последовательность шагов по сборке корпуса робота.

Для изготовления верхней части робота мы вырезали круг радиусом 11 см. Для скрепления верхней и нижней частей робота и обеспечения необходимого промежутка между ними мы использовали три пластиковых трубы длиной 4 см. Всю конструкцию мы скрепили с помощью клея. При желании боковые стенки робота вы можете изготовить из пластика или какого-нибудь другого материала.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

В коде программы мы не будем использовать никаких внешних библиотек, поскольку взаимодействие с датчиком HC-SR04 осуществляется достаточно просто. Первым делом в программе мы объявим переменные для взаимодействия контактами Echo и Trigger ультразвуковых датчиков. Первый датчик у нас стоит слева робота, второй – спереди, а третий – справа робота.