Дмитрий Мамичев - Простые роботы своими руками или несерьёзная электроника

• Название: Простые роботы своими руками или несерьёзная электроника
• Автор: Дмитрий Мамичев
• Издательство: "СОЛОН-Пресс"
• Жанр: Радиотехника
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-91359-185-2

Книга состоит из описаний простых конструкций, содержащих электронные компоненты. Тематика изделий — электронные игрушки и сувениры.

Содержание книги является логическим продолжением содержания двух первых книг — «Роботы своими руками. Игрушечная электроника» и «Игрушечная электроника NEXT», опубликованных в издательстве СОЛОН-ПРЕСС.

Книга будет полезна начинающим электронщикам разного возраста, как пособие по изготовлению практических изделий.

---

Ее крепят к двигателю, для чего вывинчивают из его статора 2 винта (по диагонали) и заменяют более длинными. Их вставляют в отверстия платы, надевают втулки и ввинчивают обратно в статор (рис. 24). Выводы обмоток припаивают: к плате предварительно «прозвонив» их омметром. Общий вывод (в авторском варианте провод коричневого цвета) соединяют с минусовым выводом конденсатора С2 а два остальных — с анодами диодов VD1,VD2. Кнопку SB1 и светодиод HL1 монтируют на плате или лицевой панели в зависимости от конструкции корпуса. В его роли можно использовать, например пластиковую банку от геля. Ручку делают из винта М3 длиной 40–50 мм.

После крепления двигателя в корпусе винт ввинчиваю в боковую резьбу головки ротора и затем с помощью двух пассатижей изгибают буквой «Г»(рис. 25).

В устройстве можно применить конденсаторы К50-35 или аналогичные импортные, резисторы MЛT, С2 -23. Транзистор КТ315В можно заменить на любой серий КТ315, K.T3I02, а КТ814В — на транзисторы серий КТ814, КТ816 с любым буквенным индексом. Диоды VD1, VD2 — маломощные например серий КД522, КД521. Светодиод — любой малогабаритный красного цвета свечения, например АЛ307БМ КИПД24А-К. Правильно смонтированное из исправных деталей устройство в налаживании не нуждается.

Глава 3 ПРАКТИЧЕСКОЕ ЭКСПЕРИМЕНТИРОВАНИЕ

В этой скромной главе на двух примерах-конструкциях описаны различные вариации применения простых схем при решении различных практических задач «игрушечного конструирования».

Тренировочный робот

Описание назначения конструкции

Конструкция (рис. 1) предназначена для отработки первичных навыков начинающего роботостроителя, и никаких иных функций, кроме обучающих, в себе не несёт. Движение робота линейное, обеспечиваемое одним единственным двигателем. Датчики (их два) — это переключатели — концевики. Один работает на замыкание, другой датчик — на размыкание. «Мозг робота» реализован на электромагнитном реле, резисторе и конденсаторе. Основная идея конструкции — получение различных версий принципиальных схем робота и их интерпретация в вариантах «поведения» робота.

Описание ходовой части робота и элементов конструкции

Шасси игрушки реализовано по «вертикальной схеме». Его конструкция имеет два ведущих колеса 4 (рис. 2), ведомое — опорное 3 (условно будем его считать задним колесом) и опорный зуб 11. Он нужен для предотвращения опрокидывания робота при резкой смене направления движения.

Над задним колесом, выдаваясь вперёд, расположен датчик 1. При столкновении с плоскостью преграды его контакты размыкаются. Впереди находится датчик 10, его контакты при взаимодействии с помехой работают на замыкание.

Ведомое колесо 3 закреплено к основанию 6 посредством винта М3 (элемент 5) и металлической П-образной скобы 2. Вращающийся вал 8 содержит жёстко закреплённые колёса 4, шестерню 7 с приклеенной для жесткости шайбу 9 и «кембрик» 14 (отрезок резиновой трубочки). Отрезок предотвращает продольное смещение вала. Шайба 13 уменьшает трение при вращении вала и его взаимодействии с опорной втулкой 12.

Батарейный отсек 15 рассчитан на четыре элемента питания типа АА. На его боковой поверхности приклеена контактная плата 16 (4 контактные дорожки). На ней находится выключатель питания батареи 17. Отсек прикручен к отрезку Г-образного профиля 18 винтом М3. Сам профиль приклеен к основанию 6 по всей длине боковой линии. Основанием 6 служит фрагмент пластмассового шасси DVD привода от компьютера, содержащий двигатель 19 и понижающий редуктор. Сверху к профилю приклеена пластина 20, на которую крепится миниатюрное электромагнитное реле 21 с парой переключающих контактов.

Выводы реле 21 и дорожки платы 16 образуют монтажное поле для других элементов принципиальной схемы робота. Межэлементное соединение осуществляется гибкими проводами 22. С их помощью удобнее трансформировать варианты схем устройства.

Колёса 4 изъяты из детской радиоуправляемой игрушки — машины внедорожника. Посадочные гнёзда в них рассверлены насквозь сверлом диаметром 5 мм. Вал 8 — стальной стержень диаметром 5 мм и длиной около 7 см. Шайбы 9, 13 стальные под винт М5. Втулка 12 это отрезок крепёжной стойки корпуса телевизора. В нём рассверливается имеющееся сквозное отверстие до диаметра 5,5 мм. Втулка приклеивается к основанию «секундным клеем». Концевики — кнопки 1, 10 извлечены также из привода компьютера и приклеены к основанию 6 (элемент 10) и профилю 18 (элемент 1) тоже с помощью клея. Профиль вырезается из корпуса от телевизора (используется его угол). Высота отреза около 9 см, ширина 3 см. Опорный зуб 11 выпиливается также из листовой пластмассы корпуса. Зуб сажают на клей к основанию 6. Реле (элемент 21) приклеивают к пластине 20 (пластина изготовлена из корпуса телевизора) вязким, «резиновым клеем». На вал двигателя 19 насажен пластмассовый шкив. Первое понижение частоты вращения в редукторе происходит за счёт ременной передачи, далее снижение осуществляется шестерёнками.

Порядок сборки подвижной части шасси робота

1. Из имеющегося привода вырезается основание — мотор и редуктор на общей подложке.

2. Крайняя шестерня редуктора снимается с оси. На её месте рассверливается сквозное отверстие (пластмассовую ось убирают). Изготавливается вал, на который жестко сажается шестерня. Для этого удобно кернером в месте посадки на валу сделать 3–4 насечки.

3. Подготавливается опорная втулка. Вал с шестерней продевается сквозь отверстие в основании, с обратной стороны надевается втулка. Её боковая сторона (к основанию) предварительно намазывается клеем. Втулку приклеиваем к основанию. Следует контролировать величину сцепления шестерни вала с ведущей шестерней, а так же положение вала по отношению к плоскости основания (осевая линия вала должна быть перпендикулярна плоскости основания).

4. Помещаем на вал шайбу и «придавливаем» её резиновым кольцом, регулируя продольный люфт вала.

5. Одеваем колёса на вал. Проверяем вращение элементов, сначала от руки, затем от электродвигателя. Потребляемый им ток должен находиться в границах 70-100 мА на холостом ходу (колёса вращаются «на воздухе»).

Варианты схемных решений робота

На рисунке 4 изображён стартовый вариант схемы управления роботом.

Функционирует она следующим образом. После включения батарея GB1 через свободно замкнутые контакты реле группы К1.2 запускает двигатель M1. Его ротор вращает колёса робота, и он устремляется вперёд. При столкновении с преградой кратковременно замыкаются контакты датчика SB1, срабатывает реле К1. Контактная группа К1.1 самоблокирует его обмотку. Одновременно группа К1.2 переключает двигатель на батарею GB2. Направление тока через мотор меняется на противоположное, робот начинает «бежать» в обратном направлении. При столкновении со второй преградой разомкнутся контакты SB2. Обмотка реле обесточится, робот вновь «побежит» вперёд. Резистор R1 токоограничительный. Таким образом, игрушка «метается между двумя стенками». Этакий вариант однотипно-активной деятельности, возбуждённо-целеустремлённое поведение.

К недостаткам данного варианта следует отнести использование двух групп контактов реле и большой ток потребления при движении робота назад.

Вариант, представленный, на рисунке 5 лишён этих недостатков.

Резистор R1 может ограничивать ток реле до величины тока удержания якоря. А он существенно ниже тока срабатывания. В авторском варианте робота резистор R1 составлял 470 ом (с экземпляром реле HLS-4078-DC5B фирмы HELISHUN). Диод VD2 развязывающий. Он предотвращает разряд батареи GB2 через обмотку мотора, контакты SB2, резисторы R1, R2 на обмотку реле при выключенной игрушке. В остальном работа схемы повторяет предыдущий вариант.

Схема (рис. 6) меняет алгоритм поведения робота.

В исходном состоянии игрушка приставлена к преграде (контакты SB2 разомкнуты). После включения робот неподвижен, как бы на привязи. Но стоит слегка отвести преграду (замкнуть SB2) и робот устремляется вперёд. При его столкновении с предметом концевик SB1 замыкается, конденсатор С1 быстро заряжается, реле переключается. Робот «пятится назад». Так происходит пока конденсатор разряжается через обмотку реле, поддерживая замкнутыми свободно разомкнутые контакты К1.1. Далее игрушка вновь атакует преграду. Таким образом, данный схемный вариант реализует агрессивно-активное поведение робота. Остановить его можно поймав за «хвост» (придавить толкатели концевика SB2).