こんにちは皆さん、あなたはロボット工学または電子工学の世界の初心者ですか？または、友達や先生に感動を与えるためのシンプルで強力なプロジェクトをお探しですか？次に、これは場所です。
このプロジェクトでは、Embedded Systems and Electronicsの力を利用して、自宅や職場を整頓するのに役立つ独自のロボットを作成します。このロボットはシンプルな四輪掃除機で、障害物をスマートに回避し、同時に床を掃除機で掃除することができます。このアイデアは、下の画像に示されている有名な掃除機ロボットルンバに触発されています。
私たちのアイデアは、床を掃除しながら障害物を自動的に回避できるシンプルなロボットをゼロから作成することです。楽しい人を信じて！
必要な材料とコンポーネント：
さて、これで自動フロアクリーナーロボットのアイデアが頭に浮かび、自分たちが何をしているのかがわかりました。それでは、どこから実行を開始すべきかを見てみましょう。私たちのアイデアのロボットを構築するには、最初に次のことを決定する必要があります。
- マイクロコントローラタイプ
- 必要なセンサー
- 必要なモーター
- ロボットシャーシの素材
- バッテリー容量
さて、上記の各ポイントを決めましょう。このようにして、この家庭用掃除ロボットだけでなく、想像力をかき立てる他のロボットを構築することも役立ちます。
マイクロコントローラータイプ：
このコントローラーはロボットの頭脳として機能するため、マイクロコントローラーの選択は非常に重要なタスクです。ほとんどのDIYプロジェクトは、ArduinoとRaspberry Piを中心に作成されていますが、同じである必要はありません。作業できる特定のマイクロコントローラーはありません。それはすべて要件とコストに依存します。
タブレットのように8ビットマイクロコントローラーで設計することはできず、ARM cortexm4を使用して電子計算機を設計する価値はありません。
マイクロコントローラーの選択は、製品の要件に完全に依存します。
1.最初に、必要なI / Oピンの数、フラッシュサイズ、通信プロトコルの数/タイプ、特別な機能などの技術要件が特定されます。
2.次に、技術要件に従ってコントローラーのリストが選択されます。このリストには、さまざまなメーカーのコントローラーが含まれています。多くのアプリケーション固有のコントローラーが利用可能です。
3.次に、コスト、可用性、およびメーカーからのサポートに基づいて、コントローラーが完成します。
面倒な作業をあまり行いたくなく、マイクロコントローラーの基本を学び、後で深く理解したい場合は、Arduinoを選択できます。このプロジェクトでは、Arduinoを使用します。以前、Arduinoを使用して多くのタイプのロボットを作成しました：
- Arduinoを使用したDTMF制御ロボット
- Arduinoを使用したラインフォロワーロボット
- Arduinoを使用したコンピューター制御ロボット
- Arduinoを使用したWiFi制御ロボット
- Arduinoを使用した加速度計ベースのハンドジェスチャ制御ロボット
- Arduinoを使用したBluetooth制御のおもちゃの車
必要なセンサー：
市場には多くのセンサーがあり、それぞれに独自の用途があります。すべてのロボットはセンサーを介して入力を受け取り、ロボットの感覚器官として機能します。私たちの場合、ロボットは障害物を検出して回避できるはずです。
今後のプロジェクトで使用するクールなセンサーは他にもたくさんありますが、ロボカーのビジョンを提供するIRセンサーとUS（超音波センサー）に焦点を当てましょう。ここでIRセンサーの動作を確認してください。以下に、IRセンサーモジュールと超音波センサーの写真を示します。
超音波センサーは2つの円形の目で構成され、そのうちの1つはUS信号の送信に使用され、もう1つはUS光線の受信に使用されます。光線が送受信されるまでにかかる時間は、マイクロコントローラーによって計算されます。さて、音の時間と速度がわかっているので、次の式で距離を計算できます。
- 距離=時間x音速を2で割った値
光線は同じ距離を前後に移動するため、値は2で除算されます。ここでは、超音波センサーの使用について詳しく説明します。
必要なモーター：
ロボット工学の分野で使用されるモーターはかなりたくさんありますが、最も使用されているのはステッピングモーターとサーボモーターです。このプロジェクトには複雑なアクチュエータやロータリーエンコーダがないため、通常のPMDCモーターを使用します。しかし、私たちのバッテリーは少しかさばり、重いので、4つのモーターを使用してロボットを駆動します。4つすべてが同じPMDCモーターです。ただし、PMDCモーターに慣れたら、ステッピングモーターとサーボモーターに設定することをお勧めします。
ロボットシャーシの材質：
学生や愛好家としてロボットを作る上で最も難しいのは、ロボットのシャーシを準備することです。問題は、ツールと材料の入手可能性にあります。このプロジェクトに最も理想的な素材はアクリルですが、それを使用するには掘削機やその他のツールが必要です。そのため、誰もが簡単に作業できる木材が選ばれています。
この問題は、3Dプリンターの導入後、現場から完全に解消されました。いつかパーツを3Dプリントして、同じもので更新する予定です。それでは、今のところ、木製のシートを使用してロボットを構築しましょう。
バッテリー容量：
バッテリー容量の選択は、シャーシとモーターに完全に依存するため、最後の作業になります。ここで私たちのバッテリーは、約3-5Aと4つのPMDCモーターを消費する掃除機を駆動する必要があります。したがって、重いバッテリーが必要になります。私は12V20Ah SLAB（密閉型鉛蓄電池）を選択しました。そのかなりかさばるので、ロボットはこのかさばる男を引っ張るために4つのPMDCモーターを使用します。
必要なコンポーネントをすべて選択したので、それらをリストアップしましょう
- シャーシ用木製シート
- IRおよびUSセンサー
- DC電流で動作する掃除機
- Arduino Uno
- 12V20Ahバッテリー
- モータードライバーIC（L293D）
- 作業ツール
- 接続線
- 学び、働くための熱狂的なエネルギー。
私たちのコンポーネントのほとんどは上記の説明でカバーされています、私は以下の省略を説明します。
DC掃除機：
私たちのロボットは12V20AhDCシステムで動作するため。私たちの掃除機も12VDC掃除機でなければなりません。どこで入手できるかわからない場合は、eBayまたはAmazonにアクセスして、洗車用掃除機を入手してください。
上の写真と同じものを使用します。
モータードライバー（L293D）：
モータードライバーは、Arduinoとモーターの間の中間モジュールです。これは、Arduinoマイクロコントローラーがモーターの動作に必要な電流を供給できず、40mAしか供給できないため、より多くの電流を引き出すとコントローラーが永久に損傷するためです。そこで、モーターを制御するモータードライバーをトリガーします。
最大1Aを供給できるL293DモータードライバーICを使用するため、このドライバーはArduinoから情報を取得し、モーターを希望どおりに動作させます。
それでおしまい！！重要な情報のほとんどを提供しましたが、ロボットの構築を開始する前に、L293DとArduinoのデータシートを確認することをお勧めします。疑問や問題がある場合は、コメントセクションからお問い合わせください。
ロボットの構築とテスト：
掃除機は、ロボットの配置において最も重要な部分です。適切な真空作用を提供できるように、写真に示すように傾斜した角度で配置する必要があります。掃除機はArduinoによって制御されていません。ロボットの電源を入れると、掃除機もオンになります。
私たちのロボットを構築するための1つの疲れるプロセスは、木工品です。センサーと掃除機を配置するために、木を彫り、いくつかの穴を開ける必要があります。
センサーを接続する前に、モーターとモータードライバーを配置したら、次のコードを使用してロボットを試乗することをお勧めします。
void setup（）{Serial.begin（9600）; pinMode（9、OUTPUT）; pinMode（10、OUTPUT）; pinMode（11、OUTPUT）; pinMode（12、OUTPUT）; } void loop（）{delay（1000）; Serial.print（ "forward"）; digitalWrite（9、HIGH）; digitalWrite（10、LOW）; digitalWrite（11、HIGH）; digitalWrite（12、LOW）; delay（500）; Serial.print（ "backward"）; digitalWrite（9、LOW）; digitalWrite（10、HIGH）; digitalWrite（11、LOW）; digitalWrite（12、HIGH）; }
すべてが正常に機能する場合は、回路図に示すようにセンサーをArduinoに接続し、最後に記載されている完全なコードを使用できます。ご覧のとおり、ロボットの前面に超音波センサーを取り付け、両側に2つのIRセンサーを取り付けました。ICが急速に熱くなる場合に備えて、ヒートシンクはL293Dに取り付けられています。
このようなパーツをいくつか追加することもできます
これは、前部の両端に配置できるスイープアレンジメントで、側面に沿ってほこりを吸引領域に押し込みます。
さらに、このような掃除機ロボットの小型バージョンを 作成するオプションもあります
この小さなロボットはボール紙で作られ、ATMega16開発ボードで動作します。掃除機の部分はBLDCファンを使用して行われ、箱に入れられました。予算を低く抑えたい場合は、これを採用できます。このアイデアも機能しますが、効率的ではありません。
回路図：
この掃除機ロボットのコードは、以下のコードセクションにあります。接続が完了し、プログラムがArduinoにダンプされると、ロボットは動作を開始する準備が整います。コードの動作はコメントを使用して説明されています。このロボットの動作を確認したい場合は、以下のビデオをご覧ください。
さらに、次のバージョンではパーツを完全に3Dプリントすることも計画しています。また、いくつかのクールな機能と複雑なアルゴリズムを追加して、カーペット領域全体をカバーし、取り扱いが簡単でサイズがコンパクトになるようにします。したがって、今後のアップデートにご期待ください。