Creiamo un robot a casa. Risorse utili per creare un robot con le tue mani

Come realizzare un robot a casa in modo che tutto funzioni? Devi iniziare in modo semplice e complicarlo gradualmente! Le istruzioni per creare robot con le tue mani a casa hanno letteralmente inondato Internet. L'autore dell'articolo non rimarrà estraneo a questo. In generale, questo processo può essere diviso in tre parti: assemblaggio teorico, preparatorio e reale. Nell'ambito dell'articolo, tutti saranno considerati e anche descritti schema generale sviluppo più pulito.

Creare un robot a casa

Per sviluppare da zero, è necessaria la conoscenza di corrente, tensione, funzionamento vari elementi come trigger, condensatori, resistori, transistor. Dovresti anche imparare a saldare tutto questo sui circuiti e utilizzare i cavi di collegamento. È necessario elaborare ogni aspetto del movimento e dell'esecuzione delle azioni, ottenendo il massimo dettaglio nelle azioni per raggiungere il tuo obiettivo. E questa conoscenza è necessaria se sei veramente interessato a come realizzare un robot in casa, e non solo a una curiosità oziosa.

Processi preparatori

Prima di iniziare a capire come realizzare un robot in casa, devi prenderti cura delle condizioni in cui verrà assemblato. Per prima cosa devi preparare un posto di lavoro in cui verrà creato il dispositivo desiderato. È necessario posizionare da qualche parte la struttura stessa e le sue parti costitutive. Dovresti anche considerare la questione del posizionamento conveniente del saldatore, della colofonia e della saldatura. Posto di lavoro dovrebbe essere ottimizzato il più possibile in modo che offra comodità durante l'interazione con la struttura.

Assemblea

È necessario riflettere sulla “spina dorsale” della struttura su cui verrà costruito tutto. Di solito viene selezionata una parte e tutte le altre vengono saldate ad essa. Parlando della qualità della saldatura, va detto che i luoghi in cui verrà eseguita devono essere puliti. Inoltre, a seconda dello spessore dei fili e dei piedini utilizzati, è necessario selezionare una quantità sufficiente di saldatura in modo che gli elementi non cadano durante il funzionamento. Per semplificare i processi di trasmissione del segnale ed evitare la possibilità di un cortocircuito, è possibile inciderlo, quindi applicarvi tutti gli elementi necessari, collegare la struttura risultante a una fonte di alimentazione e, se necessario, modificare il dispositivo.

Robot semplice

Come fare qualcosa di facile a casa? E anche utile? È necessario mantenere la casa pulita ed è consigliabile automatizzare questo processo. Naturalmente, è difficile creare un robot di pulizia a tutti gli effetti, ma è del tutto possibile un design minimale che garantisca la raccolta della polvere dai pavimenti delle stanze. Ad essere onesti, ne prenderemo in considerazione uno che funzioni in un punto e allo stesso tempo rimuova i piccoli detriti situati nella zona della dislocazione. Per creare un tale disegno, devi disporre dei seguenti materiali:

  1. Piatto di plastica.
  2. Tre piccole spazzole che servono per pulire le scarpe o i pavimenti.
  3. Due ventole che possono essere prese da computer obsoleti.
  4. Batteria da 9 V e relativo connettore.
  5. Una fascetta o dei morsetti che possono scattare in posizione.
  6. Bulloni e dadi.

Praticare i fori per le spazzole a distanze uguali. Attaccateli. È auspicabile che tutte le spazzole siano posizionate ad uguale distanza dalle altre e dal centro della piastra. Usando bulloni e dadi, a ciascuno di essi dovrebbe essere fissato un dispositivo di fissaggio di regolazione e loro stessi vengono fissati con il loro aiuto. I cursori di regolazione del dispositivo di fissaggio devono essere impostati nella posizione centrale. Utilizzeremo i ventilatori per il movimento. Li colleghiamo alla batteria e li posizioniamo in parallelo in modo che garantiscano la rotazione del robot in cerchio. Questo disegno verrà utilizzato come motore di vibrazione. Basta gettare i terminali e la struttura è pronta per l'uso. Se il robot si sposta lateralmente durante il processo di pulizia, agire con gli elementi di fissaggio di regolazione. Il progetto presentato nell'articolo non richiede costi finanziari significativi o competenze ed esperienza. Durante la creazione del robot sono stati utilizzati materiali poco costosi, il cui ottenimento non rappresenta un problema significativo. Se vuoi complicare il design e farlo muovere in modo mirato, avrai bisogno di miglioramenti sotto forma di motori e microcontrollori aggiuntivi. Ecco come realizzare un robot a casa. Pensa solo quanto puoi migliorare qui! Il campo più ampio per le attività di progettazione.

Costruisci un robot molto semplice Scopriamo cosa serve creare un robot a casa, per comprendere le basi della robotica.

Sicuramente, dopo aver visto abbastanza film sui robot, avrai spesso desiderato costruire il tuo compagno di battaglia, ma non sapevi da dove cominciare. Ovviamente non sarai in grado di costruire un Terminator bipede, ma non è quello che stiamo cercando di ottenere. Chiunque sappia come tenere correttamente un saldatore tra le mani può assemblare un semplice robot e questo non richiede una conoscenza approfondita, anche se non farà male. La robotica amatoriale non è molto diversa dalla progettazione di circuiti, solo molto più interessante, perché coinvolge anche ambiti come la meccanica e la programmazione. Tutti i componenti sono facilmente reperibili e non sono così costosi. Quindi il progresso non si ferma e lo useremo a nostro vantaggio.

introduzione

COSÌ. Cos'è un robot? Nella maggior parte dei casi questo dispositivo automatico, che reagisce a qualsiasi azione ambiente. I robot possono essere controllati da esseri umani o eseguire azioni preprogrammate. In genere, il robot è dotato di una varietà di sensori (distanza, angolo di rotazione, accelerazione), videocamere e manipolatori. La parte elettronica del robot è costituita da un microcontrollore (MC) - un microcircuito che contiene un processore, un generatore di orologio, varie periferiche, RAM e memoria permanente. Esistono numerosi microcontrollori diversi nel mondo per diverse applicazioni e sulla base è possibile assemblare potenti robot. I microcontrollori AVR sono ampiamente utilizzati per gli edifici amatoriali. Sono di gran lunga i più accessibili e su Internet puoi trovare molti esempi basati su questi MK. Per lavorare con i microcontrollori è necessario saper programmare in assembler o C e avere conoscenze di base di elettronica digitale e analogica. Nel nostro progetto utilizzeremo C. La programmazione per MK non è molto diversa dalla programmazione su un computer, la sintassi del linguaggio è la stessa, la maggior parte delle funzioni non sono praticamente diverse e quelle nuove sono abbastanza facili da imparare e comode da usare.

Cosa ci serve

Per cominciare, il nostro robot potrà semplicemente evitare gli ostacoli, cioè ripetere il comportamento normale della maggior parte degli animali in natura. Tutto ciò di cui abbiamo bisogno per costruire un robot del genere può essere trovato nei negozi di radio. Decidiamo come si muoverà il nostro robot. Penso che i più riusciti siano i cingoli che vengono utilizzati nei carri armati; questa è la soluzione più comoda, perché i cingoli hanno una maggiore manovrabilità rispetto alle ruote di un veicolo e sono più comodi da controllare (per girare è sufficiente ruotare i cingoli in direzioni diverse). Pertanto, avrai bisogno di qualsiasi carro armato giocattolo i cui cingoli ruotino indipendentemente l'uno dall'altro; puoi acquistarne uno in qualsiasi negozio di giocattoli a un prezzo ragionevole. Da questo serbatoio hai solo bisogno di una piattaforma con cingoli e motori con riduttori, il resto puoi tranquillamente svitarlo e buttarlo via. Abbiamo bisogno anche di un microcontrollore, la mia scelta è caduta su ATmega16: ha abbastanza porte per il collegamento di sensori e periferiche e in generale è abbastanza conveniente. Dovrai inoltre acquistare alcuni componenti radio, un saldatore e un multimetro.

Realizzare una tavola con MK

Nel nostro caso, il microcontrollore eseguirà le funzioni del cervello, ma non inizieremo con esso, ma con l’alimentazione del cervello del robot. Nutrizione appropriata- una garanzia di salute, quindi inizieremo con come nutrire correttamente il nostro robot, perché è qui che i costruttori di robot alle prime armi di solito commettono errori. E affinché il nostro robot funzioni normalmente, dobbiamo utilizzare uno stabilizzatore di tensione. Preferisco il chip L7805: è progettato per produrre una tensione di uscita stabile di 5 V, che è ciò di cui ha bisogno il nostro microcontrollore. Ma poiché la caduta di tensione su questo microcircuito è di circa 2,5 V, è necessario fornirgli un minimo di 7,5 V. Insieme a questo stabilizzatore, i condensatori elettrolitici vengono utilizzati per attenuare le ondulazioni di tensione e nel circuito è necessariamente incluso un diodo per proteggere dall'inversione di polarità.

Ora possiamo passare al nostro microcontrollore. Il case dell'MK è DIP (è più conveniente saldare) e ha quaranta pin. A bordo è presente un ADC, PWM, USART e molto altro che per ora non utilizzeremo. Diamo un'occhiata ad alcuni nodi importanti. Il pin RESET (9a gamba del MK) viene tirato su dal resistore R1 al "più" della fonte di alimentazione: questo deve essere fatto! Altrimenti, il tuo MK potrebbe ripristinarsi involontariamente o, più semplicemente, presentare problemi. Un'altra misura auspicabile, ma non obbligatoria, è collegare RESET attraverso il condensatore ceramico C1 a terra. Nello schema puoi anche vedere un elettrolita da 1000 uF; ti evita cali di tensione quando i motori sono in funzione, il che avrà anche un effetto benefico sul funzionamento del microcontrollore. Il risonatore al quarzo X1 e i condensatori C2, C3 dovrebbero essere posizionati il ​​più vicino possibile ai pin XTAL1 e XTAL2.

Non parlerò di come eseguire il flashing di MK, poiché puoi leggerlo su Internet. Scriveremo il programma in C; ho scelto CodeVisionAVR come ambiente di programmazione. Questo è un ambiente abbastanza user-friendly ed è utile per i principianti perché ha una procedura guidata di creazione del codice integrata.

Controllo del motore

Un componente altrettanto importante nel nostro robot è il driver del motore, che ci rende più facile controllarlo. Mai e in nessun caso i motori devono essere collegati direttamente al MK! In generale, i carichi potenti non possono essere controllati direttamente dal microcontrollore, altrimenti si brucerà. Usa transistor chiave. Nel nostro caso esiste un chip speciale: L293D. In simile progetti semplici cerca sempre di utilizzare questo particolare chip con l'indice "D", poiché ha diodi incorporati per la protezione da sovraccarico. Questo microcircuito è molto facile da controllare ed è facile da trovare nei negozi di radio. È disponibile in due pacchetti: DIP e SOIC. Utilizzeremo il DIP nella confezione per la facilità di montaggio sulla scheda. L293D dispone di alimentazione separata per motori e logica. Pertanto, alimenteremo il microcircuito stesso dallo stabilizzatore (ingresso VSS) e i motori direttamente dalle batterie (ingresso VS). L293D può sopportare un carico di 600 mA per canale e ha due di questi canali, ovvero è possibile collegare due motori a un chip. Ma per sicurezza uniremo i canali e quindi avremo bisogno di un micra per ciascun motore. Ne consegue che l'L293D sarà in grado di sopportare 1,2 A. Per ottenere ciò è necessario unire le gambe Micra, come mostrato nello schema. Il microcircuito funziona come segue: quando uno "0" logico viene applicato a IN1 e IN2 e uno "0" logico a IN3 e IN4, il motore ruota in una direzione e, se i segnali sono invertiti, viene applicato uno zero logico, quindi il motore inizierà a ruotare nella direzione opposta. I pin EN1 e EN2 sono responsabili dell'attivazione di ciascun canale. Li colleghiamo e li colleghiamo al "più" dell'alimentatore dallo stabilizzatore. Poiché il microcircuito si surriscalda durante il funzionamento e l'installazione dei radiatori su questo tipo di custodia è problematica, la rimozione del calore è assicurata dalle gambe GND: è meglio saldarle su un'ampia tampone di contatto. Questo è tutto ciò che devi sapere sui macchinisti per la prima volta.

Sensori di ostacoli

Affinché il nostro robot possa navigare e non schiantarsi contro tutto, ne installeremo due sensore a infrarossi. Maggior parte il sensore più sempliceè costituito da un diodo IR che emette nello spettro infrarosso e da un fototransistor che riceverà il segnale dal diodo IR. Il principio è questo: quando non c'è alcun ostacolo davanti al sensore, i raggi IR non colpiscono il fototransistor e questo non si apre. Se c'è un ostacolo davanti al sensore, i raggi vengono riflessi da esso e colpiscono il transistor: si apre e la corrente inizia a fluire. Lo svantaggio di tali sensori è che possono reagire in modo diverso alle diverse superfici e non sono protetti dalle interferenze: il sensore può essere attivato accidentalmente da segnali estranei provenienti da altri dispositivi. La modulazione del segnale può proteggerti dalle interferenze, ma per ora non ci preoccuperemo di questo. Per cominciare, è abbastanza.


Firmware del robot

Per dare vita al robot, è necessario scrivere un firmware, ovvero un programma che acquisisca letture dai sensori e controlli i motori. Il mio programma è il più semplice, non contiene strutture complesse e tutti capiranno. Le due righe successive includono file di intestazione per il nostro microcontrollore e comandi per generare ritardi:

#includere
#includere

Le seguenti righe sono condizionali perché i valori PORTC dipendono da come hai collegato il driver del motore al microcontrollore:

PORTAC.0 = 1; PORTA.1 = 0; PORTA.2 = 1; PORTAC.3 = 0; Il valore 0xFF significa che l'output sarà log. "1" e 0x00 è il registro. "0". Con la seguente costruzione controlliamo se c'è un ostacolo davanti al robot e da che parte si trova: if (!(PINB & (1<

Se la luce proveniente da un diodo IR colpisce il fototransistor, viene installato un registro sulla gamba del microcontrollore. “0” e il robot inizia a muoversi all'indietro per allontanarsi dall'ostacolo, poi si gira per non scontrarsi nuovamente con l'ostacolo e poi avanza nuovamente. Poiché abbiamo due sensori, controlliamo la presenza di un ostacolo due volte, a destra e a sinistra, e quindi possiamo scoprire da che parte si trova l'ostacolo. Il comando "delay_ms(1000)" indica che passerà un secondo prima che inizi l'esecuzione del comando successivo.

Conclusione

Ho trattato la maggior parte degli aspetti che ti aiuteranno a costruire il tuo primo robot. Ma la robotica non finisce qui. Se assembli questo robot, avrai molte opportunità per espanderlo. Puoi migliorare l'algoritmo del robot, ad esempio cosa fare se l'ostacolo non si trova da qualche parte, ma proprio di fronte al robot. Inoltre, non sarebbe male installare un codificatore, un semplice dispositivo che ti aiuterà a posizionare e conoscere con precisione la posizione del tuo robot nello spazio. Per chiarezza, è possibile installare un display a colori o monocromatico in grado di mostrare informazioni utili: livello di carica della batteria, distanza dagli ostacoli, varie informazioni di debug. Non sarebbe male migliorare i sensori installando TSOP (questi sono ricevitori IR che percepiscono un segnale solo di una certa frequenza) invece dei fototransistor convenzionali. Oltre ai sensori a infrarossi, esistono anche i sensori a ultrasuoni, che sono più costosi e presentano anche degli svantaggi, ma che recentemente stanno guadagnando popolarità tra i costruttori di robot. Affinché il robot possa rispondere al suono, sarebbe una buona idea installare dei microfoni con un amplificatore. Ma quello che penso sia davvero interessante è installare la telecamera e programmare la visione artificiale basata su di essa. C'è una serie di librerie speciali OpenCV con cui puoi programmare il riconoscimento facciale, il movimento secondo i fari colorati e molte altre cose interessanti. Tutto dipende solo dalla tua immaginazione e abilità.

Elenco dei componenti:

    ATmega16 nel pacchetto DIP-40>

    L7805 nel pacchetto TO-220

    L293D in custodia DIP-16 x2 pz.

    resistori con una potenza di 0,25 W con valori nominali: 10 kOhm x 1 pz., 220 Ohm x 4 pz.

    condensatori ceramici: 0,1 µF, 1 µF, 22 pF

    condensatori elettrolitici: 1000 µF x 16 V, 220 µF x 16 V x 2 pz.

    diodo 1N4001 o 1N4004

    Risonatore al quarzo da 16 MHz

    Diodi IR: due qualsiasi di loro andranno bene.

    fototransistor, anche qualsiasi, ma che rispondono solo alla lunghezza d'onda dei raggi infrarossi

Codice firmware:

/************************************************ * *** Firmware per il robot tipo MK: ATmega16 Frequenza orologio: 16.000000 MHz Se la frequenza del quarzo è diversa, è necessario specificarla nelle impostazioni dell'ambiente: Progetto -> Configura -> Scheda "Compilatore C" ****** ***********************************************/ #includere #includere void main(void) ( //Configura le porte di ingresso //Attraverso queste porte riceviamo segnali dai sensori DDRB=0x00; //Accendi le resistenze di pull-up PORTB=0xFF; //Configura le porte di uscita //Attraverso queste porte controlliamo i motori DDRC =0xFF; //Loop principale del programma. Qui leggiamo i valori​​dai sensori //e controlliamo i motori mentre (1) ( //Vai avanti PORTC.0 = 1; PORTC. 1 = 0; PORTA.2 = 1; PORTA.3 = 0; if (!(PINB & (1<Riguardo il mio robot

Al momento il mio robot è quasi completo.


È dotato di una telecamera wireless, un sensore di distanza (sia la telecamera che questo sensore sono installati su una torre rotante), un sensore di ostacoli, un codificatore, un ricevitore di segnale dal telecomando e un'interfaccia RS-232 per il collegamento a un computer. Funziona in due modalità: autonoma e manuale (riceve segnali di controllo dal telecomando), la fotocamera può anche essere accesa/spenta da remoto o dal robot stesso per risparmiare la carica della batteria. Sto scrivendo firmware per la sicurezza dell'appartamento (trasferimento di immagini su un computer, rilevamento di movimenti, passeggiata nei locali).

Oggi ti diremo come realizzare un robot con i materiali disponibili. Il risultante “androide high-tech”, anche se di piccole dimensioni e difficilmente utile nelle faccende domestiche, divertirà sicuramente sia i bambini che gli adulti.

Materiali necessari
Per creare un robot con le tue mani, non hai bisogno della conoscenza della fisica nucleare. Questo può essere fatto a casa con materiali ordinari che hai sempre a portata di mano. Quindi cosa ci serve:

  • 2 pezzi di filo
  • 1 motore
  • 1 batteria AA
  • 3 puntine
  • 2 pezzi di pannello in schiuma o materiale simile
  • 2-3 testine di vecchi spazzolini da denti o qualche graffetta

1. Collegare la batteria al motore
Utilizzando una pistola per colla, attaccare un pezzo di cartone espanso all'alloggiamento del motore. Quindi incolliamo la batteria.



2. Destabilizzatore
Questo passaggio può sembrare confuso. Tuttavia, per realizzare un robot, è necessario farlo muovere. Mettiamo un piccolo pezzo oblungo di cartone espanso sull'asse del motore e lo fissiamo con una pistola per colla. Questo design darà al motore uno squilibrio, che metterà in movimento l'intero robot.

Alla fine del destabilizzatore, lascia cadere un paio di gocce di colla o attacca qualche elemento decorativo: questo aggiungerà individualità alla nostra creazione e aumenterà l'ampiezza dei suoi movimenti.

3. Gambe
Ora devi dotare il robot degli arti inferiori. Se usi le testine dello spazzolino per questo, incollale sul fondo del motore. Puoi utilizzare lo stesso pannello in schiuma come strato.







4. Fili
Il prossimo passo è collegare i nostri due pezzi di filo ai contatti del motore. Puoi semplicemente avvitarli, ma sarebbe ancora meglio saldarli, questo renderà il robot più durevole.

5. Collegamento della batteria
Usando una pistola termica, incolla il filo a un'estremità della batteria. Puoi scegliere uno qualsiasi dei due fili e uno qualsiasi dei lati della batteria: in questo caso la polarità non ha importanza. Se sei bravo a saldare, puoi anche usare la saldatura invece della colla per questo passaggio.



6. Occhi
Un paio di perline, che attacchiamo con la colla a caldo a un’estremità della batteria, sono ideali come occhi del robot. A questo punto, puoi mostrare la tua immaginazione e inventare l'aspetto degli occhi a tua discrezione.

7. Lancio
Ora diamo vita al nostro prodotto fatto in casa. Prendi l'estremità libera del cavo e fissala al terminale non occupato della batteria utilizzando del nastro adesivo. Non dovresti usare la colla a caldo per questo passaggio perché ti impedirà di spegnere il motore se necessario.

Il robot è pronto!

Ed ecco come potrebbe apparire il nostro robot fatto in casa se mostri più immaginazione:


E infine il video:

Basato su materiali di techcult

Nell’era dell’innovazione, i robot non sono più macchine stravaganti. Ma probabilmente rimarrai sorpreso: È davvero possibile realizzare un robot in casa?

Indubbiamente, è piuttosto difficile creare un robot con un design complesso, microelementi, circuiti e programmi. E non puoi fare a meno della conoscenza di fisica, meccanica, elettronica e programmazione. Tuttavia, il robot più semplice può essere realizzato con le tue mani.

Robot– una macchina che dovrebbe eseguire automaticamente qualsiasi azione. Ma per un robot fatto in casa il compito è più semplice: muoversi.

Consideriamo le 2 opzioni più semplici per creare un robot.

1. Creiamo un piccolo bug che vibrerà. Avremo bisogno:

  • motore di un'auto per bambini,
  • batteria al litio CR2032 (tablet);
  • portabatteria,
  • graffette,
  • nastro isolante,
  • saldatore,
  • Diodo ad emissione luminosa.


Avvolgiamo il LED con nastro isolante, lasciando le sue estremità libere. Usando un saldatore, saldare l'estremità del LED e la parete posteriore del portabatteria. Saldiamo l'altro filo LED ai contatti del motore. Apriamo le graffette, saranno le zampe dell'insetto. Saldare le gambe al motore. Le gambe possono essere avvolte con nastro isolante, quindi lo scarafaggio robot sarà più stabile. I cavi del portabatterie devono essere collegati ai cavi del motore. Non appena la batteria al litio verrà installata nel supporto, lo scarafaggio inizierà a vibrare e a muoversi. Guarda il video su come creare un robot così semplice qui sotto.

2. Creare un artista robot. Avremo bisogno:

  • plastica o cartone,
  • motore di un'auto per bambini,
  • batteria al litio CR2032,
  • 3 marcatori,
  • nastro isolante, pellicola,
  • colla.

Dalla plastica o dal cartone devi ritagliare una forma per il futuro robot: un triangolo tridimensionale. Al centro viene tagliato un foro in cui è inserito il motore. Dai 3 bordi vengono tagliati 3 fori in cui vengono inseriti i segnapunti. Una batteria è fissata al cavo del motore mediante colla con pezzi di pellicola. Il motore viene inserito in un foro nel corpo del robot e fissato lì con colla o nastro adesivo. Il secondo filo del motore è collegato alla batteria. E il robot artista comincia a muoversi!

Puoi realizzare un robot utilizzando solo un chip del driver del motore e una coppia di fotocellule. A seconda di come sono collegati motori, microcircuiti e fotocellule, il robot si sposterà verso la luce o, al contrario, si nasconderà nell'oscurità, correrà in avanti alla ricerca della luce o indietreggerà come una talpa. Se aggiungi un paio di LED luminosi al circuito del robot, puoi farlo correre dietro alla tua mano e persino seguire una linea scura o chiara.

Il comportamento del robot si basa sulla "fotoricezione" ed è tipico di tutta la classe Robot BEAM. Nella natura vivente, che il nostro robot imiterà, la fotoricezione è uno dei principali fenomeni fotobiologici in cui la luce funge da fonte di informazione.

Come prima esperienza, passiamo al dispositivo Robot FASCIO, avanzando quando un raggio di luce lo colpisce, e fermandosi quando la luce smette di illuminarlo. Il comportamento di un robot di questo tipo è chiamato fotocinesi: un aumento o una diminuzione non direzionale della mobilità in risposta ai cambiamenti nei livelli di luce.

Il dispositivo robot, oltre al chip del driver del motore, utilizzerà solo una fotocellula e un motore elettrico. Come fotocellula è possibile utilizzare non solo un fototransistor, ma anche un fotodiodo o una fotoresistenza.
Nella progettazione del robot, utilizziamo un fototransistor con struttura npn come fotosensore. I fototransistor oggi sono forse uno dei tipi più comuni di dispositivi optoelettronici e sono caratterizzati da una buona sensibilità e da un prezzo molto ragionevole.


Circuito robotico con un fototransistor

Dalle conversazioni tra Bibot e Bobot

Caro Bobot, è possibile utilizzarlo nel dato schema di un semplice robot qualche altro chip, ad esempio L293DNE?

Certo che puoi, ma vedi qual è il problema, amico mio Bibot. Questo è prodotto solo dal gruppo di società ST Microelectronics. Tutti gli altri microcircuiti simili sono solo sostituti o analoghi L293D. Tali analoghi includono la società americana Texas Instruments, di Sensitron Semiconductor... Naturalmente, come molti analoghi, questi microcircuiti hanno le loro differenze, di cui dovrai tenere conto quando realizzi il tuo robot.

Potresti parlarmi delle differenze di cui dovrò tenere conto quando utilizzo l'L293DNE.

Con piacere, vecchio Bibot. Tutti i microcircuiti della linea L293D dispongono di ingressi compatibili con i livelli TTL*, ma alcuni di essi non si limitano solo alla compatibilità dei livelli. COSÌ, L293DNE Non solo è compatibile con TTL nei livelli di tensione, ma dispone anche di ingressi con la classica logica TT. Cioè, c'è un "1" logico all'ingresso non connesso.

Scusa Bobot, ma non capisco bene: come posso tenerne conto?

Se su un ingresso non connesso L293DNE Se è presente un livello alto ("1" logico), all'uscita corrispondente avremo un segnale di livello alto. Se ora applichiamo un segnale di alto livello all'ingresso in questione, per dirla in altro modo - un "1" logico (collegalo al "più" dell'alimentatore), allora nulla cambierà sull'uscita corrispondente, poiché avevamo già un "1" in ingresso. Se applichiamo un segnale di basso livello al nostro ingresso (collegalo al “meno” dell'alimentatore), lo stato dell'uscita cambierà e su di esso ci sarà una tensione di basso livello.

Cioè, tutto risulta al contrario: abbiamo controllato L293D utilizzando segnali positivi e L293DNE deve essere controllato utilizzando segnali negativi.

L293D E L293DNE può essere controllato sia nel quadro della logica negativa che nel quadro della logica positiva*. Per controllare gli ingressi L293DNE Con l'aiuto di segnali positivi, dovremo mettere a terra questi ingressi utilizzando resistori di pull-up.


Quindi, in assenza di segnale positivo, all'ingresso sarà presente uno "0" logico, fornito da una resistenza di pull-up. Gli astuti yankee chiamano tali resistori pull-down e, quando si tirano su ad un livello elevato, pull-up.

Per quanto ho capito, tutto ciò che dovremo aggiungere schema di un semplice robot, - questi sono resistori di pull-up agli ingressi del microcircuito del driver del motore.

Hai capito perfettamente, caro Bibot. Il valore di questi resistori può essere selezionato nell'intervallo da 4,7 kOhm a 33 KOhm. Quindi il diagramma del robot più semplice sarà simile a questo.

Inoltre, la sensibilità del nostro robot dipenderà dal valore del resistore R1. Quanto più bassa è la resistenza R1, tanto minore sarà la sensibilità del robot, quanto più alta è, tanto maggiore sarà la sensibilità.

E poiché in questo caso non abbiamo bisogno di controllare il motore in due direzioni, possiamo collegare la seconda uscita del motore direttamente a terra. Il che semplificherà anche un po’ lo schema.

E l'ultima domanda. E in quelli diagrammi dei robot, di cui hai parlato durante la nostra conversazione, è possibile utilizzare il classico microcircuito L293D?


La figura mostra gli schemi elettrici e circuitali del robot e, se non hai ancora molta familiarità con i simboli, sulla base dei due schemi non è difficile comprendere il principio di designazione e connessione degli elementi. Il filo che collega varie parti del circuito a terra (il polo negativo della fonte di alimentazione) solitamente non è mostrato per intero, ma sul diagramma viene disegnato un piccolo trattino per indicare che questo punto è collegato a terra. A volte accanto a questo trattino scrivono tre lettere "GND", che significa "terra". Vcc indica il collegamento al terminale positivo dell'alimentatore.$L293D=($_GET["l293d"]); if($L293D) include($L293D);?> Invece delle lettere Vcc, spesso scrivono +5V, indicando così la tensione dell'alimentatore.


Il fototransistor ha un emettitore
(sul diagramma con una freccia)
più lungo del collezionista.

Il principio di funzionamento del circuito del robot è molto semplice. Quando un raggio di luce cade sul fototransistor PTR1, un segnale positivo apparirà sull'ingresso INPUT1 del chip del driver del motore e il motore M1 inizierà a ruotare. Quando il fototransistor smette di accendersi, il segnale all'ingresso INPUT1 scomparirà, il motore smetterà di ruotare e il robot si fermerà. Puoi leggere ulteriori informazioni sul lavoro con il driver del motore nell'articolo precedente.


Conducente del motore
prodotto da SGS-THOMSON Microelectronics
(STMicroelettronica).

Per compensare la corrente che passa attraverso il fototransistor, nel circuito viene introdotto un resistore R1, il cui valore può essere selezionato su circa 200 Ohm. Non solo il normale funzionamento del fototransistor, ma anche la sensibilità del robot dipenderà dal valore del resistore R1. Se la resistenza del resistore è grande, il robot risponderà solo alla luce molto intensa, se è piccola, la sensibilità sarà maggiore. In ogni caso, non utilizzare un resistore con una resistenza inferiore a 100 ohm per proteggere il fototransistor da surriscaldamento e guasti.

Costruisci un robot, che implementa la reazione di fototassi (movimento diretto verso o lontano dalla luce), può essere effettuato utilizzando due fotosensori.

Quando la luce colpisce uno dei fotosensori di tale robot, il motore elettrico corrispondente si accende e il robot gira verso la luce finché la luce non illumina entrambi i fotosensori e si accende il secondo motore. Quando entrambi i sensori sono illuminati, il robot si muove verso la fonte di luce. Se uno dei sensori smette di essere illuminato, il robot si gira nuovamente verso la fonte luminosa e, raggiunta una posizione in cui la luce cade su entrambi i sensori, continua il suo movimento verso la luce. Se la luce smette di colpire i fotosensori, il robot si ferma.


Rappresentazione schematica di un robot con due fototransistor


Il circuito del robot è simmetrico ed è composto da due parti, ciascuna delle quali controlla un corrispondente motore elettrico. In effetti, è come un circuito raddoppiato del robot precedente. I fotosensori devono essere posizionati trasversalmente rispetto ai motori elettrici come mostrato nell'immagine del robot sopra. È possibile anche disporre i motori trasversalmente rispetto ai fotosensori come indicato nello schema elettrico sottostante.

Schema elettrico di un semplice robot con due fototransistor

Se disponiamo i sensori secondo l'immagine a sinistra, il robot eviterà le fonti di luce e le sue reazioni saranno simili al comportamento di una talpa che si nasconde dalla luce.

Crea comportamenti robotici Puoi essere più vivo applicando un segnale positivo agli ingressi INPUT2 e INPUT3 (collegali al positivo della fonte di alimentazione): il robot si muoverà in assenza di luce che cade sui fotosensori, e quando “vede” la luce , si volgerà verso la sua fonte.

A creare un robot“correndo” dietro la mano, avremo bisogno di due LED luminosi (LED1 e LED2 nello schema). Li colleghiamo tramite i resistori R1 e R4 per compensare la corrente che li attraversa e proteggerli dai guasti. Posizioniamo i LED accanto ai fotosensori, indirizzando la loro luce nella stessa direzione in cui sono orientati i fotosensori, e togliamo il segnale dagli ingressi INPUT2 e INPUT3.


Schema di un robot che si muove verso la luce riflessa

Il compito del robot risultante è quello di rispondere alla luce riflessa emessa dai LED. Accendiamo il robot e posizioniamo il palmo della mano davanti a uno dei fotosensori. Il robot si girerà verso il palmo. Spostiamo leggermente il palmo di lato in modo che scompaia dal campo visivo di uno dei fotosensori, in risposta il robot obbedientemente, come un cane, si girerà dietro il palmo.
I LED dovrebbero essere selezionati sufficientemente luminosi in modo che la luce riflessa venga catturata stabilmente dai fototransistor. Buoni risultati possono essere ottenuti utilizzando LED rossi o arancioni con una luminosità superiore a 1000 mCd.

Se il robot reagisce alla tua mano solo quando quasi tocca il fotosensore, puoi provare a sperimentare con un pezzo di carta bianca: il potere riflettente del foglio bianco è molto più alto di quello di una mano umana e la risposta del robot al bianco il foglio sarà molto migliore e più stabile.

Il colore bianco ha le proprietà riflettenti più elevate, il nero le minori. Sulla base di questo, puoi creare un robot che segua la linea. I sensori devono essere posizionati in modo tale da essere rivolti verso il basso. La distanza tra i sensori dovrebbe essere leggermente maggiore della larghezza della linea.

Lo schema del robot che segue la linea nera è identico al precedente. Per evitare che il robot perda la linea nera tracciata sul campo bianco, la sua larghezza dovrebbe essere di circa 30 mm o maggiore. L'algoritmo di comportamento del robot è abbastanza semplice. Quando entrambi i fotosensori catturano la luce riflessa dal campo bianco, il robot avanza. Quando uno dei sensori raggiunge la linea nera, il motore elettrico corrispondente si ferma e il robot inizia a girare, livellando la sua posizione. Una volta che entrambi i sensori si trovano nuovamente sopra il campo bianco, il robot continua ad avanzare.

Nota:
In tutti i disegni del robot, il chip del driver del motore L293D viene mostrato in modo condizionato (solo ingressi e uscite di controllo).