หุ่นยนต์ดูดฝุ่นอัจฉริยะ DIY โดยใช้ Arduino

สวัสดีพวกคุณเป็นมือใหม่ในโลกของ Robotics หรือ Electronic? หรือคุณกำลังมองหาโครงการที่เรียบง่าย แต่ทรงพลังที่จะทำให้เพื่อนและครูประทับใจหรือไม่? แล้วนี่คือสถานที่

ในโครงการนี้เราจะใช้พลังของ Embedded Systems และ Electronics เพื่อสร้างหุ่นยนต์ของเราเองซึ่งจะช่วยเราในการดูแลบ้านหรือสถานที่ทำงานของเราให้เป็นระเบียบเรียบร้อย หุ่นยนต์ตัวนี้เป็นเครื่องดูดฝุ่นแบบสี่ล้อแบบธรรมดาซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวางและดูดฝุ่นได้อย่างชาญฉลาดในเวลาเดียวกัน ไอเดียนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากRobot Roombaเครื่องดูดฝุ่นชื่อดังซึ่งแสดงในภาพด้านล่าง

ความคิดของเราคือการทำให้ง่ายหุ่นยนต์ที่ถูกต้องจากรอยขีดข่วนที่สามารถโดยอัตโนมัติหลีกเลี่ยงอุปสรรคในขณะที่ทำความสะอาดพื้นเชื่อคนมันสนุก !!

วัสดุและส่วนประกอบที่ต้องการ:

เอาล่ะตอนนี้เรามีแนวคิดเกี่ยวกับหุ่นยนต์ทำความสะอาดพื้นอัตโนมัติอยู่ในใจและเรารู้ว่าเรากำลังทำอะไรอยู่ ลองมาดูว่าเราควรเริ่มต้นการดำเนินการอย่างไร ในการสร้างหุ่นยนต์ตามความคิดของเราก่อนอื่นเราต้องตัดสินใจเกี่ยวกับสิ่งต่อไปนี้:

• ประเภทไมโครคอนโทรลเลอร์
• ต้องใช้เซนเซอร์
• ต้องใช้มอเตอร์
• วัสดุตัวถังหุ่นยนต์
• ความจุแบตเตอรี่

ตอนนี้ให้เราตัดสินใจเกี่ยวกับประเด็นที่กล่าวถึงข้างต้น วิธีนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับคุณไม่เพียง แต่สร้างหุ่นยนต์ทำความสะอาดบ้านตัวนี้ แต่ยังรวมถึงหุ่นยนต์ตัวอื่น ๆ ที่ทำให้คุณต้องจินตนาการอีกด้วย

ประเภทไมโครคอนโทรลเลอร์:

การเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นงานที่สำคัญมากเนื่องจากตัวควบคุมนี้จะทำหน้าที่เป็นสมองของหุ่นยนต์ของคุณ โครงการ DIY ส่วนใหญ่ทำขึ้นรอบ ๆ Arduino และ Raspberry Pi แต่ไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน ไม่มีไมโครคอนโทรลเลอร์เฉพาะที่คุณสามารถใช้งานได้ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับความต้องการและค่าใช้จ่าย

เช่นเดียวกับแท็บเล็ตไม่สามารถออกแบบบนไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตได้และไม่มีมูลค่าที่จะใช้ ARM cortex m4 เพื่อออกแบบเครื่องคิดเลขอิเล็กทรอนิกส์

การเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์ขึ้นอยู่กับความต้องการของผลิตภัณฑ์:

1. ข้อกำหนดทางเทคนิคประการแรกจะระบุเช่นจำนวนพิน I / O ที่ต้องการขนาดแฟลชจำนวน / ประเภทของโปรโตคอลการสื่อสารคุณสมบัติพิเศษใด ๆ เป็นต้น

2. จากนั้นเลือกรายชื่อตัวควบคุมตามข้อกำหนดทางเทคนิค รายการนี้มีตัวควบคุมจากผู้ผลิตที่แตกต่างกัน มีตัวควบคุมเฉพาะแอพพลิเคชั่นมากมาย

3. จากนั้นตัวควบคุมจะถูกสรุปตามต้นทุนความพร้อมใช้งานและการสนับสนุนจากผู้ผลิต

หากคุณไม่ต้องการยกของหนักมากและแค่ต้องการเรียนรู้พื้นฐานของไมโครคอนโทรลเลอร์จากนั้นจึงลงลึกในเรื่องนี้คุณสามารถเลือก Arduino ในโครงการนี้เราจะใช้Arduinoก่อนหน้านี้เราได้สร้างหุ่นยนต์หลายประเภทโดยใช้ Arduino:

• หุ่นยนต์ควบคุม DTMF โดยใช้ Arduino
• Line Follower Robot โดยใช้ Arduino
• หุ่นยนต์ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์โดยใช้ Arduino
• หุ่นยนต์ควบคุม WiFi โดยใช้ Arduino
• หุ่นยนต์ควบคุมด้วยท่าทางด้วยมือ Accelerometer โดยใช้ Arduino
• รถของเล่นที่ควบคุมด้วยบลูทู ธ โดยใช้ Arduino

เซนเซอร์ที่ต้องการ:

มีเซ็นเซอร์จำนวนมากในตลาดซึ่งแต่ละตัวมีการใช้งานของตัวเอง ทุกหุ่นยนต์ได้รับการป้อนข้อมูลผ่านเซ็นเซอร์ที่พวกเขาทำหน้าที่เป็นอวัยวะประสาทสัมผัสสำหรับหุ่นยนต์ในกรณีของเราหุ่นยนต์ของเราควรสามารถตรวจจับสิ่งกีดขวางและหลีกเลี่ยงได้

มีเซ็นเซอร์เจ๋ง ๆ อีกมากมายที่เราจะใช้ในโครงการในอนาคตของเรา แต่ตอนนี้ให้เรามุ่งเน้นไปที่เซ็นเซอร์ IR และ US (เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก) เนื่องจากทั้งสองคนนี้จะให้วิสัยทัศน์สำหรับรถโบ - คาร์ของเรา ตรวจสอบการทำงานของเซ็นเซอร์ IR ที่นี่ ด้านล่างแสดงภาพของโมดูลเซ็นเซอร์ IR และเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก:

อัลตราโซนิกเซนเซอร์ประกอบด้วยดวงตากลมสองดวงซึ่งใช้ในการส่งสัญญาณของสหรัฐฯและอีกดวงหนึ่งเพื่อรับรังสีของสหรัฐฯ เวลาที่รังสีรับส่งและรับกลับคำนวณโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ ตอนนี้เนื่องจากทราบเวลาและความเร็วของเสียงแล้วเราสามารถคำนวณระยะทางโดยใช้สูตรต่อไปนี้

• ระยะทาง = เวลา x ความเร็วของเสียงหารด้วย 2

ค่านี้หารด้วยสองเนื่องจากรังสีเดินทางไปข้างหน้าและข้างหลังซึ่งครอบคลุมระยะทางเท่ากัน คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับการใช้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกมีอยู่ที่นี่

ต้องใช้มอเตอร์:

มีมอเตอร์จำนวนมากที่ใช้ในด้านหุ่นยนต์มอเตอร์ที่ใช้กันมากที่สุดคือ Stepper และ Servo motor เนื่องจากโครงการนี้ไม่ได้มีตัวกระตุ้นความซับซ้อนใด ๆ หรือการเข้ารหัสแบบหมุนเราจะใช้ตามปกติPMDC มอเตอร์ แต่แบตเตอรี่ของเรามีขนาดใหญ่และหนักเล็กน้อยดังนั้นเราจึงใช้มอเตอร์สี่ตัวในการขับเคลื่อนหุ่นยนต์ของเราทั้งสี่ตัวเป็นมอเตอร์ PMDC เดียวกัน แต่ขอแนะนำให้ตั้งค่าเป็นสเต็ปเปอร์และเซอร์โวมอเตอร์เมื่อคุณคุ้นเคยกับมอเตอร์ PMDC แล้ว

วัสดุตัวถังหุ่นยนต์:

ในฐานะนักเรียนหรือนักทำงานอดิเรกส่วนที่ยากที่สุดในการสร้างหุ่นยนต์คือการเตรียมโครงเครื่องของหุ่นยนต์ของเรา ปัญหาคือความพร้อมของเครื่องมือและวัสดุ วัสดุที่เหมาะที่สุดสำหรับโครงการนี้คืออะคริลิก แต่ต้องใช้สว่านและเครื่องมืออื่น ๆ ในการทำงาน ดังนั้นจึงเลือกไม้ที่ทุกคนสามารถทำงานได้อย่างสบายใจ

ปัญหานี้ได้หายไปโดยสิ้นเชิงหลังจากการเปิดตัวเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ฉันวางแผนที่จะพิมพ์ชิ้นส่วน 3 มิติในสักวันหนึ่งและอัปเดตให้คุณเป็นคนเดียวกัน ตอนนี้เรามาใช้แผ่นไม้สร้างหุ่นยนต์ของเรากัน

ความจุแบตเตอรี่:

การเลือกความจุของแบตเตอรี่ควรเป็นส่วนสุดท้ายในการทำงานของเราเนื่องจากขึ้นอยู่กับแชสซีและมอเตอร์ของคุณ ที่นี่แบตเตอรี่ของเราควรขับเคลื่อนเครื่องดูดฝุ่นซึ่งใช้มอเตอร์ประมาณ 3-5A และสี่ PMDC ดังนั้นเราจะต้องใช้แบตเตอรี่หนัก ฉันเลือก12V 20Ah SLAB (แบตเตอรี่ตะกั่วกรดปิดผนึก)และมันค่อนข้างใหญ่ทำให้หุ่นยนต์ของเรามีมอเตอร์ PMDC สี่ตัวเพื่อดึงผู้ชายตัวใหญ่คนนี้

ตอนนี้เราได้เลือกส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมดของเราแล้วให้ลงรายการ

• แผ่นไม้สำหรับแชสซี
• เซ็นเซอร์ IR และ US
• เครื่องดูดฝุ่นที่ทำงานโดยใช้กระแสไฟฟ้ากระแสตรง
• Arduino Uno
• แบตเตอรี่ 12V 20Ah
• IC ขับมอเตอร์ (L293D)
• เครื่องมือในการทำงาน
• การเชื่อมต่อสายไฟ
• มีพลังกระตือรือร้นในการเรียนรู้และทำงาน

ส่วนประกอบส่วนใหญ่ของเราอยู่ในคำอธิบายด้านบนฉันจะอธิบายด้านซ้ายด้านล่าง

เครื่องดูดฝุ่น DC:

เนื่องจากหุ่นยนต์ของเราทำงานบนระบบ DC 12V 20Ah เครื่องดูดฝุ่นของเราควรเป็นเครื่องดูดฝุ่น 12V DC หากคุณสับสนว่าจะซื้อที่ไหนดีคุณสามารถไปที่ eBay หรือ Amazon สำหรับเครื่องดูดฝุ่นทำความสะอาดรถยนต์

เราจะใช้เช่นเดียวกับที่แสดงในภาพด้านบน

ตัวขับมอเตอร์ (L293D):

ไดรเวอร์มอเตอร์เป็นโมดูลกลางระหว่าง Arduino และมอเตอร์ เนื่องจากไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino จะไม่สามารถจ่ายกระแสที่จำเป็นเพื่อให้มอเตอร์ทำงานได้และสามารถจ่ายกระแสได้เพียง 40mA ดังนั้นการดึงกระแสมากขึ้นจะทำให้คอนโทรลเลอร์เสียหายอย่างถาวร ดังนั้นเราจึงเรียกตัวขับมอเตอร์ซึ่งจะควบคุมมอเตอร์

เราจะใช้L293D Motor Driver ICซึ่งสามารถจ่ายได้ถึง 1A ดังนั้นไดรเวอร์นี้จะได้รับข้อมูลจาก Arduino และทำให้มอเตอร์ทำงานตามที่ต้องการ

แค่นั้นแหละ!! ฉันได้ให้ข้อมูลที่สำคัญส่วนใหญ่แล้ว แต่ก่อนที่เราจะเริ่มสร้างหุ่นยนต์ขอแนะนำให้อ่านแผ่นข้อมูลของ L293D และ Arduino หากคุณมีข้อสงสัยหรือปัญหาใด ๆ คุณสามารถติดต่อเราผ่านทางส่วนความคิดเห็น

การสร้างและทดสอบหุ่นยนต์:

เครื่องดูดฝุ่นเป็นส่วนสำคัญที่สุดในการจัดวาง Robot จะต้องวางในมุมเอียงดังแสดงในภาพเพื่อให้สามารถดูดฝุ่นได้อย่างเหมาะสม เครื่องดูดฝุ่นไม่ได้ถูกควบคุมโดยArduinoเมื่อคุณเปิดหุ่นยนต์เครื่องดูดฝุ่นก็จะเปิดขึ้นด้วย

ขั้นตอนที่น่าเบื่ออย่างหนึ่งในการสร้างหุ่นยนต์ของเราคืองานไม้ เราต้องแกะไม้ของเราและเจาะรูบางส่วนเพื่อวางเซ็นเซอร์และเครื่องดูดฝุ่น

ขอแนะนำให้ทดสอบขี่หุ่นยนต์ของคุณด้วยรหัสต่อไปนี้เมื่อคุณจัดเรียงมอเตอร์และไดรเวอร์มอเตอร์ก่อนที่จะเชื่อมต่อเซ็นเซอร์

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () {Serial.begin (9600); PinMode (9, เอาท์พุท); PinMode (10, เอาท์พุท); pinMode (11, เอาท์พุท); PinMode (12, เอาท์พุท); } void loop () {delay (1000); Serial.print ("ไปข้างหน้า"); digitalWrite (9, สูง); digitalWrite (10, ต่ำ); digitalWrite (11, สูง); digitalWrite (12, ต่ำ); ล่าช้า (500); Serial.print ("ย้อนกลับ"); digitalWrite (9, ต่ำ); digitalWrite (10, สูง); digitalWrite (11, ต่ำ); digitalWrite (12, สูง); }

หากทุกอย่างทำงานได้ดีคุณสามารถเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับArduinoดังที่แสดงใน Circuit Diagram และใช้Full Code ที่ระบุในตอนท้าย อย่างที่คุณเห็นฉันติดตั้งเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกไว้ที่ด้านหน้าและเซ็นเซอร์ IR สองตัวที่ด้านข้างของหุ่นยนต์ ชุดระบายความร้อนติดตั้งบน L293D ในกรณีที่ IC ร้อนเร็ว

คุณยังสามารถเพิ่มชิ้นส่วนพิเศษบางส่วนเช่นนี้ได้

นี่คือSweeping Arrangementสามารถวางไว้ที่ปลายทั้งสองข้างของส่วนหน้าซึ่งจะดันฝุ่นตามด้านข้างเข้าสู่พื้นที่ดูด

นอกจากนี้คุณยังมีตัวเลือกในการสร้างหุ่นยนต์ดูดฝุ่นรุ่นที่เล็กกว่านี้ เช่นนี้

หุ่นยนต์ขนาดเล็กนี้ทำจากกระดาษแข็งและทำงานบนบอร์ดพัฒนา ATMega16 ชิ้นส่วนเครื่องดูดฝุ่นทำโดยใช้พัดลม BLDC และอยู่ในกล่อง คุณสามารถใช้สิ่งนี้ได้หากคุณต้องการรักษางบประมาณให้ต่ำ แนวคิดนี้ใช้ได้เช่นกัน แต่ไม่มีประสิทธิภาพ

แผนภูมิวงจรรวม:

รหัสสำหรับหุ่นยนต์ดูดฝุ่นนี้สามารถพบได้ในส่วนรหัสด้านล่าง เมื่อการเชื่อมต่อเสร็จสิ้นและโปรแกรมถูกทิ้งลงใน Arduino หุ่นยนต์ของคุณก็พร้อมที่จะดำเนินการ การทำงานของรหัสอธิบายโดยใช้ความคิดเห็น หากคุณต้องการเห็นหุ่นยนต์ตัวนี้ใช้งานได้โปรดดูวิดีโอด้านล่าง

นอกจากนี้ฉันยังวางแผนที่จะพิมพ์ชิ้นส่วนแบบ 3 มิติทั้งหมดในเวอร์ชันถัดไป ฉันจะเพิ่มคุณสมบัติเจ๋ง ๆ และอัลกอริทึมที่ซับซ้อนเพื่อให้ครอบคลุมพื้นที่พรมทั้งหมดและง่ายต่อการจัดการและมีขนาดกะทัดรัด ดังนั้นโปรดติดตามการอัปเดตในอนาคต