Самодельный Робот Пылесос На Ардуино



самодельный робот пылесос на ардуино

Робот пылесос - Часть1: Механика

Наверное, каждый, кто только начинает по-настоящему увлекаться робототехникой, электроникой или программирование, проходя сложный путь изучения сопутствующих технологий, надеется в будущем применить накопленные знания для работы над серьёзным и интересным проектом.

Я вот, например, почитав робофорум. решил собрать робот пылесос. Причина такого выбора не столько в полезности данного устройства, сколько в том что, разрабатывая его, можно сконцентрироваться на конкретной задаче: робот способный автономно убирать мусор при минимальном обслуживании.

Данная статья не является подробным описанием по сборке и настройке робота. В ней я, главным образом, хотел бы изложить свой опыт, полученный во время выполнения данной работы.

Механика:

Из всей механики робота пылесоса особую сложность в проектировании и изготовлении представляет мусороуборочный узел.

Он должен:

-Занимать как можно меньше места, но при этом иметь вместительный контейнер для мусора.

-Хорошо убирать загрязнения на любых поверхностях, но при этом обладать низким энергопотреблением и уровнем шума.

Прежде чем удалось добиться выполнения всех этих запросов, было перепробовано множество различных вариаций компоновки узла.

Макеты мусороуборочных узлов.

В конце — концов, остановился на схеме: широкая боковая щётка + пылесос. Радиальная щётка, расположенная с правой стороны, загребает мусор к жерлу пылесоса, расположенному по центру. Горизонтально-цилиндрическую щётку, как у Румбы, решил не ставить, так – как она лишь незначительно увеличивает качество уборки, но при этом сильно осложняет конструкцию жерла пылесоса. Устройство пылесосящего узла представлено на фото ниже.

Снаружи.

Внутри.

Контейнер.

Сборка.

Однако возникает вопрос: Где взять турбину и двигатель для пылесоса?

Можно спаять турбину из стеклотекстолита и жести

Турбина из жести.

Можно взять готовую турбину от большого пылесоса, предварительно обрезав её на токарном станке.

Готовая турбина, обрезанная на токарном станке до нужного диаметра(вентилятор от компьютера для сравнения).

А ещё её можно купить, в виде дешёвого китайского автомобильного пылесоса.

Пылесос.

Не сочтите за рекламу, но рекомендую брать именно этот пылесос(kioki), так как в нём гарантировано правильная турбина с мощным двигателем и удобным краплением (при цене, в среднем, 500р). Хотя, что касается двигателя – то его лучше заменить. У стандартного потребление порядка 3А, при замене на двигатель QX-RS-385-2073 с потреблением 1.2А, мощность всасывания падает незначительно, зато робот начинает меньше шуметь и дольше бегает без подзарядки. Что касается самодельных турбин, они хоть и хорошо всасывают, но их довольно сложно отцентрировать так чтобы не было вибрации.

Боковая щётка собрана из двигателя от магнитофона, подключённого к оси с трещоткой (вынул из игрушечного шуруповёрта) через червячную передачу. Кисточки вынуты из половой швабры, и закреплены на диске из стеклотекстолита с помощью секундного клея.

Радиальная щётка.

В качестве приводных моторов служат два 25милиметровых моторредуктора, наверное, здесь нужно что-то более подходящее, например переделанные под постоянное вращение сервоприводы, но я поставил то что было под рукой.

Готовых колёс нужного размера не нашлось, поэтому пришлось вырезать их 10милеметровой фанеры и обклеить теплоизоляционной лентой, для лучшего сцепления с поверхностью. Отверстия в колесе – для энкодеров, хотя в конечном счёте я отказался от их применения из-за низкой точности.

Мотоблок.

Мотоблоки желательно ставить на независимую подвеску. В данной модификации робота я решил проверить, действительно ли она нужна, установив двигатели без подвески, в результате возникли проблемы при заезде на толстый ковёр. Оси двигателей должны совпадать диаметром окружности робота, так будет проще реализовать развороты на месте.

Подруливающее колесико.

Датчик соударений(далее бампер), сделан из двух переключателей и подвешенной на них полоске из пластмассы согнутой полукругом.

Переключатели

Бампер.

По нормальному бампер должен закрывать собой всю морду робота снизу доверху, но так-так вся мебель у меня одной высоты, то я с этим заморачиваться не стал.

Механика робота в собранном виде.

Для проверки механической части робота была собрана следующая, простая, схема управления:

Робот пылесос - Часть2: Электроника и программа

В конце первой части статьи была представлена электронная схема простого управляющего алгоритма. В этой части будет рассмотрена электронная и программная составляющая системы управления робота, на основе микроконтроллера.

Электроника:

Плата управления построена на микроконтроллере atmega16, изначально она разрабатывалась, как универсальный модуль, поэтому оказалось плохо защищена от помех электродвигателя турбины. Проблема решилась экранированием проводов двигателя и установкой на него конденсатора в 0.1мкф, также необходимо кинуть вывод RESET контроллера прямо (без резистора) на +5v, это позволяет избавиться от произвольно сброса.

Плата контроллера.

Драйвер двигателей собран на микросхеме L298, по стандартной схеме.

Плата драйвера двигателей.

Остальная электроника и органы управления собраны на макетной плате.

Макетная плата.

Общая электронная схема.

Как вы можете видеть, на схеме нет устройства для контроля заряда аккумулятора и сенсоров для поиска зарядной станции. Всё это было в прошлой модификации робота и достаточно неплохо работало, но так-так получилось всё немного кривовато и требует доработки, то описывать в данной статье эти недостающие элементы я не буду. Однако, чтобы не быть голословным, вот вам видео поиска ЗС, роботом прошлой модификации.

Программа:

Наверное, самая интересная часть всей работы – это создание алгоритма и написание программы управления роботом.

Алгоритм уборки разделён на 4 режима:

•Режим ожидания

•Спираль

•Движение вдоль стены

•“Газонокосилка”

Разберём каждый из них по отдельности.

Режим ожидания

Здесь всё просто, приводные двигатели выключены, турбина и щётка тоже, индикатор мигает с низкой частотой, никакой реакции на срабатывание бампера, по нажатию кнопки — переход на следующий режим.

Спираль

Данный алгоритм хорош для комнат с минимальным количеством мебели. После обнаружения препятствия робот переходит на следующий режим, так как этим препятствием, скорее всего, окажется стена, логично было бы сделать переход на режим движения вдоль стены.

На блок-схеме, проверка наличия препятствий дана условно, в программе же она производится постоянно, а не один раз за итерацию.

Движение вдоль стены

По-моему это самый нужный алгоритм в роботе уборщике, так как большая часть мусора и пыли скапливается именно около стен. На первом этапе робот двигается вперед, до тех пор, пока не обнаружит препятствие, а затем переходит к движению возле него. Так как этим препятствием может оказаться не только стена, а вообще что угодно (например ножка стула), то работа режима, дабы исключить зацикливание, должна быть ограничена по времени.

“Газонокосилка”

Алгоритм был предложен на робофоруме и опробован в среде logo. Является хорошей заменой случайному блужданию, в чём можно убедиться, прогнав алгоитм в logo на модели своей комнаты:

Конечно, в реальных условиях всё не так идеально, но зато из сенсоров, для данного алгоритма уборки, нужны только датчики соударений.

Приводить блок-схему этого алгоритма не буду, на робофоруме, есть код на logo.

Программа писалась на чистом С без asm вставок.

Код распилен на несколько частей:

main.c -документ с main функцией и главным циклом.

Periphery.с -аппаратные зависимости, настройка периферии контролера.

Action.c -функциональная часть программы

util/drivers.c -функции управления устройствами

util/timer.c -служба таймеров

Periphery.c

Содержит только одну функцию — Periphery() в которой прописывается настройка периферии контроллера. Функция вызывается единожды, из главной функции программы.

Содержит макросы для управления уборочным узлом:

А также функцию управления приводными двигателями:

*_vector – направление вращение двигателя: 1-вперед, 0-стоп, -1-назад

*_speed – скорость вращения, число от 0 до 10

util/timer.c

Внутри две функции:

Функция управления временными задержками. Вызывается только по прерыванию с таймера-счётчика2, каждую 1/1000сек.

Единственным параметром передаётся указатель на переменную, от которой будет отсчитываться время. Переменная должна быть заранее инициализирована некоторым, отличным от нуля значением. Как только значение переменной станет равно нулю указатель на неё будет удалён из очереди таймеров. Длину очереди таймеров можно задать с помощью макроса SIZE_ARRAY_HOURS. Обратите внимание что функция Timer_Task не является аналогом функции _delay(), так-как отдаёт управление сразу же, проверять дотикал ли таймер необходимо вручную. Например, вот так выглядит организация задержек в функции управления индикатором:

Action.c

Функциональная часть кода разбита на модули, для каждого физического или программного устройства пишется свой модуль. Физические устройства:

-Привод

-Кнопка управления

-Индикатор

-Пылесос

Программное устройство:

-Управление циклом уборки.

Модули выполняют разную работу в зависимости от текущего режима. Программа внутри них организована по типу конечного автомата, с помощью конструкции switch – case. Модули могут взаимодействовать с помощью глобальных переменных или изменяя счётчики конечного автомата друг друга.

Вызов функций модулей производится из главного цикла программы:

Не буду описывать работу каждого модуля, в коде достаточно комментариев, кто захочет тот разберётся.

В Action.c так же есть функция util_mode(char _mode), она используется для смены режима работы. Помимо присваивания нового значения переменной Mode, в определении функции прописано обнуление счётчиков конечных автоматов и переменных-таймеров.

Проект собирается с помощью компилятора avrGCC, Makefile присутствует.

Заключение:

Робот в собранном виде:

Испытания:

Источники: http://robocraft.ru/blog/3114.html, http://robocraft.ru/blog/3115.html






Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением