Изготовление робота

Итак, вы выбрали все основные компоненты для сборки робота. Производство роботов начинается со следующего шага — нужно спроектировать и построить основу или раму. Рама удерживает их все вместе и придает вашему роботу законченный вид и форму.

Сборка робота

Создание каркаса

Не существует «идеального» способа создания скелета. Практически всегда требуется компромисс. Возможно, вам нужна легкая рама. Но вам может понадобиться использовать дорогие материалы или материалы, которые слишком хрупкие.

Возможно, вы захотите сделать прочное или большое шасси. Хотя вы понимаете, что это будет дорого, тяжело или сложно в производстве. Ваш «идеальный» скелет или каркас может быть очень сложным. Создание скелета робота может занять слишком много времени.

В то же время простая рама может быть не менее хороша. Идеальная форма встречается редко, но некоторые дизайны могут выглядеть более элегантно благодаря своей простоте. Возможно, другие конструкции могут привлечь внимание из-за их сложности.

Материалы

Существует множество материалов, которые можно использовать для создания основы. Вы используете множество материалов для создания не только роботов, но и других устройств. Это поможет вам определить, что лучше всего подходит для вашего проекта.

Следующий список предлагаемых строительных материалов охватывает только самые распространенные из них. После того, как вы воспользуетесь некоторыми из них, вы сможете поэкспериментировать с теми, которых нет в списке, или комбинировать их вместе.

Использовать существующие коммерческие продукты

Вы, наверное, видели школьные проекты, основанные на существующих продуктах массового производства. В первую очередь, таких как бутылки, картонные коробки и т.п. Это фактически «повторное использование» продукта.

Это может сэкономить вам много времени и денег. Хотя это может вызвать дополнительные хлопоты и головную боль. Есть много очень хороших примеров того, как перепрофилировать материалы и сделать из них очень хорошую работу.

Основной строительный материал

Например, сделать робота из картона. Некоторые из самых основных строительных материалов могут быть использованы для изготовления отличных рам. Одним из самых дешевых и доступных материалов является картон. Часто можно найти картон бесплатно и его легко резать, гнуть, склеивать и складывать.

Картонный робот

Может быть, вы сможете создать коробку из армированного картона, которая будет выглядеть намного красивее. И он соответствует размеру вашего робота. Затем вы можете нанести эпоксидную смолу или клей, чтобы сделать его более прочным. В завершение можно дополнительно его украсить.

Плоский материал для конструкции

Одним из самых распространенных способов изготовления каркаса является использование стандартных материалов, таких как фанера, пластик или металл. И просверлить отверстия для подключения всех приводов и электроники. Прочный кусок фанеры может быть довольно толстым и тяжелым. В то время как тонкий листовой металл может быть слишком гибким.

Например, цельную деревянную доску или фанеру можно легко пилить, сверлить (безбоязненно ломать), красить, шлифовать и т д. Это позволяет устанавливать устройства с обеих сторон. Например, подсоедините колесные моторы и колеса к нижней части, а электронику и аккумулятор — к верхней. В этом случае древесина останется неподвижной и твердой.

Лазерная резка, изогнутый пластик или металл

Если вы находитесь на этапе, когда вам нужен наружный блок, прецизионная лазерная резка деталей будет вашим лучшим вариантом. Любая ошибка в расчетах будет стоить дорого и приведет к ухудшению качества материала. Чтобы сделать робота, вам понадобится собственная мастерская. Возможно, вам нужно найти компанию, производящую роботов такого типа. Может быть, он предлагает много других услуг, включая слесарные работы и покраску.

3D-печать

Каркасный или каркасный 3D-принтер редко бывает самым разумным решением (потому что печатает слоями). В результате этого процесса получаются очень сложные формы. Такие формы было бы невозможно (или очень трудно) произвести другими способами.

3д принтер

Одна напечатанная на 3D-принтере деталь может содержать все необходимые точки крепления для всех электрических и механических компонентов. Благодаря такому способу изготовления каркаса сохраняется малый вес изделия. Исполнение робота потребует дополнительной обработки и полировки.

По мере роста популярности 3D-печати цены на детали также падают. Дополнительное преимущество 3D-печати заключается не только в том, что ваш дизайн легко воссоздать, но и в том, что им легко поделиться. Все инструкции по проектированию и файлы САПР доступны с помощью нескольких щелчков мыши.

Полиморф

При комнатной температуре полиморф представляет собой твердый пластик. При нагревании (например, в горячей воде) он становится пластичным и из него можно формировать сложные детали. Затем они остывают и затвердевают, образуя прочные пластиковые детали.

Мультиформный робот

Как правило, пластиковые детали требуют высоких температур, и для их изготовления необходимы различные пресс-формы. Создавая робота таким образом, они недоступны большинству любителей. Например, вы можете комбинировать различные формы (цилиндры, плоские листы и т д).

Это создает сложные пластиковые структуры, которые, кажется, были созданы в результате промышленного процесса. Вы также можете экспериментировать с различными формами и многого добиться с этим материалом.

Изготовление робота

Проектирование и исполнение робота должно осуществляться с учетом выбранных материалов и методов. Следуйте приведенным ниже инструкциям, чтобы создать аккуратный, простой и конструктивно прочный корпус робота меньшего размера.

Рамка робота

• Для начала нужно сделать прототип конструкции из бумаги, картона или металла.
• Получите все детали, необходимые для сборки робота (электрические и механические), и измерьте их.
• Если у вас нет всех деталей под рукой, вы можете обратиться к размерам, предоставленным производителем.
• Проведите мозговой штурм и набросайте несколько различных дизайнов рамок. Не будьте слишком конкретными.
• После того, как вы выбрали дизайн, убедитесь, что ваши компоненты хорошо поддерживаются.
• Нарисуйте каждую часть робота на бумаге или картоне в масштабе 1:1 (реальный размер). Вы также можете нарисовать их с помощью программного обеспечения САПР и распечатать.
• Проверьте свой дизайн в САПР и в реальной жизни с помощью бумажных прототипов, проверяя каждую деталь и соединение.
• Если вы абсолютно уверены в правильности своего дизайна, приступайте, наконец, к созданию каркаса из выбранных вами материалов. Помните, дважды отмерьте и только один раз отрежьте!
• Перед сборкой каркаса проверьте пригодность каждого элемента и при необходимости доработайте его.
• Соберите свою раму с помощью горячего клея, шурупов, гвоздей или чего-то еще, что вы выберете, чтобы создать своего робота.
• Установите все компоненты на раму. Итак, вы только что построили робота с нуля!

Сборка компонентов робота из списка выше заслуживает отдельного рассмотрения.

Сборка компонентов робота

На предыдущих уроках вы выбрали электрические компоненты и приводы. Теперь вам нужно, чтобы они все работали вместе. Как всегда, технические описания и руководства — ваши друзья, когда вы понимаете, как должно работать ваше роботизированное оборудование.

Рамка робота

Подключение двигателей к контроллерам двигателей

Двигатель постоянного тока или линейный привод постоянного тока, скорее всего, имеет два провода: красный и черный. Подключите красный провод к клемме M + на контроллере двигателя постоянного тока, а черный провод к клемме M-.

При перепутывании проводов двигатель будет вращаться только в противоположном направлении. Серводвигатель имеет три провода: черный (земля), красный (от 4,8 до 6 В) и желтый (сигнал положения). Контроллер серводвигателя имеет контакты, соответствующие этим проводам, поэтому сервопривод можно подключить напрямую к нему.

Подключение аккумуляторов к контроллеру двигателя или к микроконтроллеру

Робот производится путем подключения источника питания. Большинство контроллеров моторов имеют две винтовые клеммы для аккумуляторных кабелей, обозначенные B+ и B-. Если у батареи есть разъем, а контроллер использует винтовые клеммы, вы можете найти разъем для подключения к проводам.

Вы можете подключить провода к винтовому соединению. Хотя вам может понадобиться найти другой способ подключения аккумулятора к контроллеру мотора, возможно, что не все электромеханические устройства, выбранные для вашего робота, могут работать при одинаковом напряжении.

Следовательно, может потребоваться несколько цепей управления батареями или напряжением. Типичные уровни напряжения, используемые в популярных компонентах платформы роботов, следующие:

• двигатели постоянного тока — от 3 до 24 В
• стандартные серводвигатели — от 4,8В до 6В
• специальные серводвигатели — от 7,4 до 12 В
• шаговые двигатели — от 6 до 12 В
• микроконтроллеры обычно содержат стабилизаторы напряжения — от 3 до 12 вольт
• датчики — 3,3В, 5В и 12В
• драйверы постоянного тока — от 3 до 48 В
• стандартные батареи: 3,7В, 4,8В, 6В, 7,4В, 9В, 11,1В и 12В.

Если вы строите робота с двигателями постоянного тока, микроконтроллером и, возможно, сервоприводом или двумя, легко понять, что одна батарея не может напрямую управлять всем. Прежде всего, мы рекомендуем выбирать аккумулятор, который можно напрямую подключить к как можно большему количеству устройств.

Аккумулятор с наибольшей емкостью должен быть подключен к гребным двигателям. Например, если выбраны моторы на 12 В, основная батарея тоже должна быть на 12 В. Дополнительно можно использовать регулятор для питания микроконтроллера на 5 В.

Техника безопасности при работе с аккумуляторами

Примечание. Батареи являются мощными устройствами и могут легко сжечь цепи при неправильном подключении. Во-первых, всегда трижды проверяйте правильность полярности и способность устройства работать с энергией, подаваемой аккумулятором.

Если вы не уверены, не гадайте. Электричество намного быстрее вас, и к тому времени, когда вы поймете, что что-то не так, ваше устройство уже будет испускать волшебный синий дым.

Говорящий робот

Подключение контроллеров двигателя к микроконтроллеру

Микроконтроллер может взаимодействовать с драйверами двигателей различными способами:

1. Стандарт: Контроллер имеет два контакта, помеченных как Rx (прием) и Tx (передача). Подключите вывод Rx драйвера двигателя к выводу Tx микроконтроллера и наоборот.
2. I2C: Драйвер двигателя будет иметь четыре контакта: SDA, SCL, V, GND. Ваш микроконтроллер будет иметь те же четыре контакта, но не обязательно с маркировкой. Просто подключите их один за другим.
3. ШИМ (широтно-импульсная модуляция): Контроллер двигателя будет иметь как вход ШИМ, так и цифровой вход для каждого двигателя. Подключите входной контакт ШИМ драйвера двигателя к выходному контакту ШИМ на микроконтроллере. Соедините каждый цифровой входной контакт контроллера мотора с цифровым выходным контактом микроконтроллера.
4. R / C: чтобы подключить микроконтроллер к контроллеру двигателя R / C, подключите сигнальный контакт к цифровому выходу на микроконтроллере.

Независимо от метода связи, логика драйвера двигателя и микроконтроллер должны иметь одинаковую точку заземления. Это достигается подключением GND.

В первую очередь нужно соединить контакты одного высокого логического уровня. Этого можно добиться, используя один и тот же контакт V + для питания обоих устройств. Переключатель логического уровня требуется, если устройства используют разные логические уровни (например, 3,3 В и 5 В)

Подключение датчиков к микроконтроллеру

При производстве робота необходимы сенсорные устройства — в первую очередь датчики. Датчики могут быть подключены к микроконтроллерам аналогично контроллерам двигателей. Сенсоры (сенсоры) могут использовать следующие виды связи:

1. Цифровой: датчик имеет выход цифрового сигнала, который подключается непосредственно к цифровому выходу микроконтроллера. Простой переключатель можно рассматривать как цифровой датчик.
2. Аналоговый: Аналоговые датчики генерируют аналоговый сигнал напряжения, который необходимо считывать через аналоговый выход. Если ваш микроконтроллер не имеет аналоговых контактов, вам понадобится отдельная схема аналого-цифрового (АЦП). Дополнительно некоторые датчики с требуемым питанием обычно имеют три контакта: V+, GND и Signal. Например, если датчик представляет собой простой переменный резистор, вам потребуется создать делитель напряжения для считывания результирующего напряжения переменного тока.
3. Стандарт или I2C: здесь применяются те же правила связи, что и для контроллеров моторов.

Устройство связи с микроконтроллером

Большинство коммуникационных устройств (например, XBee, Bluetooth) используют последовательную связь. Следовательно, требуются одинаковые соединения RX, TX, GND и V+. Следует отметить, что, хотя несколько последовательных соединений могут использоваться на одних и тех же контактах RX и TX, требуется надежный контроль для предотвращения перекрестных помех, ошибок и сбоев в целом.

Если у вас очень мало последовательных устройств, зачастую проще использовать один последовательный порт для каждого из них.

Колеса для двигателей

В идеале вы выбрали шестерни или рейки, предназначенные для установки на вал двигателя. Возможно, вам потребуется совместить отверстия, чтобы соединить моторы, рулевое управление и различную проводку в единый проект.

Электрические компоненты для рамы

При сборке робота электронные компоненты могут быть установлены на раме робота различными способами. Прежде всего, убедитесь, что ваши крепления надежны. Основные способы крепления: болты, гайки, двухсторонний скотч, липучки, клей, стяжки и тд

Практическая часть

В нашем случае мы будем использовать набор Lego EV3 и для создания каркаса робота нам понадобятся только стандартные детали, которые уже входят в набор. Собрать робота на основе набора Lego, прежде всего, относительно просто и достаточно быстро.