Как сделать робот-пылесос своими руками — 2 идеи сборки

Как сделать робот-пылесос своими руками — 2 идеи сборки

Чтобы создать робот-пылесос своими руками, достаточно приобрести необходимый минимум теоретических знаний и набор легкодоступных комплектующих. Такой помощник будет поддерживать полы помещений в чистоте, экономить время на уборке. Благодаря наличию специальных датчиков, механизм самостоятельно не только перемещается по комнате, но и ориентируется в ней. Процесс изготовления в домашних условиях потребует затрат времени и терпения, но схема создания достаточно проста и доступна даже любителям, а затраченные на это средства гораздо ниже цены рыночных аппаратов.

Теоретические аспекты проблемы

Домашние умельцы вывели практическим путем требования к роботам-пылесосам, которых следует придерживаться при их создании. Результатом соблюдения будет механизм, пригодный к дальнейшей эксплуатации. Перечень основных правил следующий:

• рекомендуется изготавливать робот в форме небольшого цилиндра;
• для того, чтобы автомат мог осуществлять развороты на месте – колеса следует размещать по диаметру;
• дополнительному рулевому колесу привод не требуется;
• механизм должен собирать мусор в легко вынимаемый мусороприемник;
• робот обязательно должен быть оснащен контактным бампером, занимающим минимум половину его окружности;
• зарядку аппарата следует проводить от зарядного устройства, без его разборки;
• наилучшим местом размещения центра тяжести у робота являются колеса, также допускается располагать его рядом с ними;
• оптимальная скорость движения – от 25 до 35 см/с;
• двигатели работают совместно с редукторами, оснащенными пружинами.

Выделяются модели с шаговыми двигателями, что позволяет программно управлять ими без применения редукторов.

Идея №1: робот-пылесос из картона

Основа робота делается из плотного картона. Его лучше склеить в пару слоев, а волокна разместить перпендикулярно. Для его технической начинки нужен такой набор деталей:

1. Любая плата Arduino.
2. Breadboard или простая макетная плата, в принципе можно и без неё, всё просто спаять.
3. 2 ультразвуковых датчика расстояния (дальномер).
4. Турбина от пылесоса.
5. Небольшой двигатель или кулер от компьютера.
6. Двигатели с редукторами и колеса.
7. Контроллер для двигателя.
8. Провода для соединений схемы.
9. Аккумуляторы и контроллер заряда.

В качестве питания для робота нужно использовать 3 литиевых аккумулятора. Напряжение каждого из них 3,7 В. Для их заряда нужен контроллер. Например, такой как на фото:

Для управления двигателями привода робота удобно использовать модуль на L298-микросхеме. Схемотехнически это H-мост, вы можете его собрать своими руками из отдельных компонентов, но купить готовую плату будет надежнее. С его помощью вы можете задавать скорость движения робота-пылесоса и изменять направление вращения.

Для регулировки скорости на пин ENA или ENB подаётся ШИМ сигнал, а для задания направления вращения подают разноименные сигналы на IN1 и IN2 для одного двигателя и IN3, IN4 для другого двигателя. При этом если на пине IN1 у нас логическая единица, а на пине IN2 – логический ноль, двигатель крутится в одну сторону, чтобы сменить направление нужно поменять местами 1 с 0. Его нужно собрать с ардуино по такой схеме (пины можно использовать любые, это вы укажете в скетче).

Схема на ардуино

Далее нужно делать основу из картона и закрепить на ней колеса, должно получиться что-то вроде этого:

Основа из картона

Вот вид с нижней стороны. Два ведущих колеса с угловым редуктором и поворотное колесо:

Теперь нужно собрать схему, которая монтируется на основание. Диаметр основания должен быть около 30 см, чтобы туда влезла и электроника и сам блок пылесоса.

Вместо дальномеров можно использовать вариант с бамперами, которые соединены с концевыми выключателями. При столкновении с препятствием система управления даст сигнал о смене направления движения.

Контактные бампера можно сделать и своими руками, для этого нужен тонкий, но жесткий провод, например от витой пары. Для этого формирует контактную площадку на внутренней стороне бампера из фольги, и закрепляем проводник как это показано ниже. При столкновениях робота-пылесоса с мебелью и стенами они будут соприкасаться. Вам остается отрегулировать расстояние от проволоки до фольги, чтобы добиться нужной чувствительности и исключить ложные срабатывания. На фольгу подается 5В, а провод идёт на вход Ардуино, подтянутый к минусу через резистор на несколько кОм.

Самодельный контактный бампер

Устройство питается от аккумуляторов, для питания системы управления можно применить линейные стабилизаторы типа l7805. Чтобы отрегулировать скорость вращения моторов подойдет понижающий преобразователь, например LM2596.

Самое сложное — это сконструировать и собрать пылесос. Вот его приблизительный чертеж:

Отламываем родные лопасти от кулера, и закрепляем на его роторе турбину от пылесоса. Важно закрепить турбину точно в центре, иначе вы получите дисбаланс и вибрации.

Вот так выглядит обратная сторона турбины, закрепленной на роторе кулера. Закрепить её можно на термоклей или на суперклей

Вид турбины изнутри

Вот и вся пошаговая инструкция по сборке робота-пылесоса, сделанного из подручных материалов. Алгоритм его работы такой: робот-пылесос едет вперед, пока не встретит препятствие. После столкновения (или приближения, если вы используете УЗ дальномеры) останавливается, отъезжает назад на заданное расстояние, разворачивается на произвольный угол и едет дальше.

Необходимые материалы

Чтобы сделать робот-пылесос своими руками, вам потребуются следующие материалы:

• «Ардуино Про Мини» — главный мозг и информационный центр всей конструкции.
• Драйвер моторов робота-пылесоса серии Л298Н.
• Понижающий преобразователь переменного тока.
• Модуль с мосфетом, посредством которого будет осуществляться контроль над темпом работы передней щетки устройства.
• 4 инфракрасных датчика, которые будут фиксировать наличие препятствий на пути робота пылесоса.
• Пара переключателей, которые будут изменять направление движение устройства при столкновении.
• 3 шарообразных колеса.

Колеса для самодельного робота-пылесоса

• Мотор, обеспечивающий вращение щетки в различных режимах.
• Мотор высокой мощности, обеспечивающий нормальное функционирование турбины.
• 4 литийионных аккумулятора, а также средство контроля над ними.
• Фанерное основание нужного размера.
• Корпус из поливинилхлорида нужного размера.
• 8 пар магнитов для крепления.
• Провода, кабели, переключатели и прочие элементы электрической сети.

Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.

Получил высшее образование по специальности Фундаментальная информатика и информационные технологии в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. После этого стал экспертом в известном интернет-издании. Спустя время, решил попробовать писать статьи самостоятельно. Ведет популярный блог на Ютубе и делится интересной информацией из мира технологий.

Материалы для сборки робота-пылесоса в домашних условиях

Перед тем, как сделать робот-пылесос, нужно подготовить все необходимое.

1. Ножницы;
2. Циркуль;
3. Простой карандаш;
4. Линейка;
5. Пистолет для термоклея;
6. Две трубки термоклея.

• Гофрированный картон размером 1.5х1.0 м;
• Марля размером 0.3х0.3 м;
• Резинка для банкнот.

1. Два блока колес;
2. Плата ARDUINO UNO;
3. Драйвер двигателя L298N;
4. Два мотора на метелки по 12 В;
5. Датчик приближенности для Ардуино ультразвуковой;
6. Блок аккумуляторов;
7. Кулер от компьютера из системного блока;
8. Опорное колесо.

Как сделать робот-пылесос своими руками в домашних условиях

Когда все комплектующие и материалы в наличии, следует преступить к сборке.

Общий план таков:

• Вначале собирают корпус – здесь каждая деталь оригинальна и изготавливается отдельно;
• Следующий этап – установка Ардуино для робота-пылесоса своими руками и другой электроники, блока аккумуляторов и коммутация их проводами;
• В корпус устанавливают приводы – это колеса и моторы боковых щеток;
• Далее изготавливают всасывающий узел и крепят его к корпусу;
• Крепят самодельные боковые метелки;
• Программируют устройство и проводят полевые испытания;
• Если все работает, закрывают корпус верхней панелью.

Сборка корпуса из картона и установка Ардуино

Как сделать робот-пылесос, начиная с корпуса:

1. Из картона вырезают два круга диаметром 46 см. Один круг – это нижнее основание корпуса, другой – верхняя панель;
2. В нижней части посередине вырезают отверстие, равное диаметру крыльчатки компьютерного кулера;
3. Впереди нижней части по бокам вырезают два прямоугольника под моторы боковых щеток (ориентир – как у любого промышленного аппарата);
4. Сзади по бокам вырезают пазы под ведущие колеса – чем ближе к краю корпуса, тем лучше. Строго впереди – паз под опорное колесо;
5. Из картона вырезают прямоугольник размером 20 см на 146 см;
6. Гофрированный картон надрезают по одной плоскости через каждые 2 см. Режут поперек длинной стороны;
7. Полученную заготовку сворачивают в цилиндр и приклеивают к основанию термоклеем. Таким же способом приклеивают блоки колес, моторы на метелки, опорное колесо;
8. Блок Ардуино, соединенный с драйвером колес, крепят в передней части внутри корпуса, не закрывая среднее отверстие под турбину;
9. В торцовой части впереди вырезают два отверстия под датчик приближения.

Изготовление всасывающего модуля с турбиной

• Из картона делают прямоугольный канал без торцовых частей, размер которых равен размеру основания кулера. Высота канала 25 см;
• Посередине канала под наклоном 30 градусов вклеивают перегородку. С верхней стороны наклона должен быть зазор шириной 2 см между перегородкой и стенкой канала;
• Изготавливают маленькую коробочку без крышки с размером сторон равным размеру перегородки и высотой бортов 5 см и устанавливают ее на перегородку;
• Под перегородку в низ основания канала вставляют и вклеивают кулер так, чтобы он дул на перегородку;
• На верхнюю часть канала надевают кусок марли, и свободные концы фиксируют резинкой для банкнот вокруг канала;
• Канал стороной кулера приклеивают напротив отверстия в середине основания пылесоса;
• В верхней панели вырезают прямоугольник под канал и надевают сверху.

Коммутация схем и настройка программы

После того, как установлены все элементы, питание колес подключают на драйвер колес на соответствующие управляемые разъемы. Моторы метелок подключают к выводам, где появляется постоянное напряжение при включении тумблера.

Тумблер впаивают между батареей и питанием схемы Ардуино. Схему датчика приближения подсоединяют к Ардуино. При включении тумблера пылесос начнет двигаться по площади, обходя предметы.

Настройка платы заключается в регулировке скорости (величины подачи напряжения на ведущие колеса), которая не должна превышать 30-25 см/с. Чтобы аппарат не ехал куда не нужно, можно подумать, как сделать виртуальную стену для пылесоса-робота своими руками.

Сборка корпуса из пластика и фанеры

Как сделать робот-пылесос не из картона, а, например, из пластика и фанеры? Очень просто.

В этом случае нижнюю часть вырезают из 4 мм фанеры при помощи электролобзика (размеры аналогичны вышеописанным).

В качестве торцовой части корпуса и верхней крышки можно использовать пластиковое ведро из-под фасадной краски (диаметр не должен превышать основания). Его обрезают так, чтобы высота с дном не превышала 20 см.

После того как на нижней части установят все оборудование и на ведре закрепят датчик приближения, ведро переворачивают и прикрепляют к основанию при помощи уголков.

Изготовление системы всасывания пыли

Турбину для робота-пылесоса своими руками в этом варианте конструкции можно изготовить по-иному принципу:

1. В качестве емкости пылесборника берут пластиковую емкость (объем — 1 литр);
2. В дне емкости посередине делают прорез шириной 1 см и длиной 10 см;
3. Из прозрачного файла для бумаги вырезают прямоугольник шириной 3 см и длиной 12 см;
4. Этим прямоугольником накрывают прорезь внутри емкости и фиксируют пленку с одной стороны скотчем на всю длину (12 см);
5. Получается клапан, который при втягивании воздуха внутрь емкости открывается, а при выключении пылесоса перекрывает канал;
6. В крышке от емкости делают отверстие, по диаметру равное диаметру крыльчатки вентилятора;
7. Вентилятор крепят к крышке с внутренней стороны, с наружной – наклеивают мелкую пластиковую москитную сетку;
8. Крышку ставят на место – турбина готова.

Как и в предыдущем варианте робота-пылесоса, после проведения всех работ по коммутации устройств между собой, необходимо провести настройку прибора.

Эта настройка заключается в выборе скорости движения машины. Отвечает за эту функцию драйвер двигателя.

Заключение

Рассмотренные самодельные модели роботов-пылесосов хороши для проведения быстрых уборок, когда нужно подмести полы.

Чтобы подобные аппараты могли хорошо втягивать и пыль – недостаточно обычного вентилятора от компьютера.

Нужно использовать более мощные моторы, например, от фена, и лопасти нужно изготавливать другой конструкции.

В этих же моделях для лучшего эффекта всасывания нужно соблюсти расстояние от дна до пола не более 1 см.

Робот-пылесос самодельной конструкции нельзя использовать в местах, где есть возможность падения его с высоты.

В простой системе не предусмотрены датчики контроля уровня пола. В сети имеются лайфхаки как сделать пылесос-робот моющим.

Видео: Как сделать робот-пылесос своими руками

Тестирование

После сборки самодельной конструкции можно приступить к ее тестированию. На этом этапе уделяется внимание нижеприведенным моментам:

• Проводится запуск устройства. Для этого нужно провести полную зарядку применяемых аккумуляторов.
• Нужно проследить за передвижением устройства, оно должно обходить все препятствия на своем пути.

Если перед роботом-пылесосом возникла виртуальная стена, то нужно провести калибровку установленных датчиков. Для этого проводится загрузка требующихся драйверов и управляющей программы.

Сборка конструкции робота

Для спайки компонентов между собой мы использовали перфорированную плату. Эта часть работы очень проста, но к ней все равно необходимо отнестись с тщательностью. Для подключения платы Arduino pro mini мы использовали два контакта типа “мама” (female headers). После того как мы закончили пайку на перфорированной плате мы использовали соединительные провода для подключения ультразвуковых датчиков.

Изготавливаем корпус

Если сразу же захотелось сделать все правильно, то без корпуса для нашего пылесоса не обойтись. Для этого нам понадобится пластик – полистирол, поливинилхлорид.

Предварительно нужно прикинуть, как начинка разместится внутри корпуса. Если пойти по пути наименьшего сопротивления, то можно взять за основу эргономику любого готового пылесоса. Обычно они дисковой формы, примерно одинаковые по размерам. Значит, понадобится вырезать (изготовить) 2 круга одинакового диаметра и боковую стенку (сплошная полоса) пылесоса.

В зависимости от питания выделяется батарейный отсек. Лучше всего использовать широко распространенные АКБ 18650 – такие есть в ноутбуках, применяются в игрушках и пауэрбанках. Датчики движения размещаются впереди, они отвечают за «поведение» пылесоса. Непременно нужно учесть размещение колес, их приводов, центральной платы (Arduino) и турбины с пылесборником.

От правильности расчета, тщательности компоновки деталей зависит, придется в скором времени кардинально переделывать конструкцию пылесоса или ограничиться небольшой модернизацией. Размеры корпуса привязаны к типу микроконтроллера, дополнительных плат.

В оригинальном Arduino предусмотрено 3 градации: «Uno», «Pro», «Leonardo», а также платы с дополнительными разъемами («Mega», «Due»). Есть также и более компактные варианты – «Nano», «Micro». И это не считая многочисленных китайских клонов, которые ничуть не хуже по функционалу. Зато зачастую гораздо дешевле.

Поэтому лучше заранее предусмотреть указанные факторы. А уже потом начинать реализацию своей идеи, изготавливать корпус пылесоса. Меньше 30 сантиметров диаметр делать не стоит. Иначе ничего не поместится. Лучше затем использовать свободное пространство для добавления АКБ или расширения пылесборника.

Также конструкция корпуса должна учитывать возможность разборки, ремонта пылесоса. Поэтому рекомендуется сделать съемные крышки или лючки для обеспечения доступа к внутреннему пространству. Это займет чуть больше времени, чем просто изготовление пластиковых деталей. Возможно, даже придется сначала сделать макет пылесоса, нарисовать робота на бумаге.

Зато такой тактический ход избавит от множества проблем, связанных с перекомпоновкой, переделкой пылесоса. Зачастую устранение таких сложностей требует больших усилий, чем первоначальный расчет, размещение узлов с учетом перечисленных требований.

Не помешает также учесть, что микроконтроллер Arduino потребует прошивки, смены ПО. Для этого обязательно нужно вывести разъем, через который «мозг» робота станет подключаться к большому ПК. А уже после того, как определены все главные моменты, можно приступать к воплощению идеи пылесоса в реальность.

При выборе корпуса из ПВХ, полистирола для сборки используют соответствующий по составу клей. Он не подойдет для склейки деталей, отлитых из эпоксидной смолы. И для плит, изготовленных из «эпоксидки», клей тоже должен быть свой. Это важно понимать.

Можно собрать корпус пылесоса даже и из тонкой (до 5 миллиметров) фанеры. Большая толщина приведет к увеличению веса. Меньшая не обеспечит требуемую жесткость. Работа с древесиной не представляется сложным занятием: детали выпиливаются лобзиком, ошкуриваются, подгоняются по размерам и склеиваются.

В этом случае допустимо отступить от дисковой конфигурации и сделать робота-пылесоса квадратным в основании.

И, наконец, вариант для самых ленивых – найти корпус от негодного робота-пылесоса или купить готовый в одном из сетевых магазинов. Но в этом случае следует заранее подобрать комплектующие с учетом габаритов. Иначе придется менять что-то одно: или корпус, или детали.

Для изготовления вам нужны хотя бы любительские навыки, потому что процесс производства робота-пылесоса требует затрат времени и терпения. Но готовый прибор поможет вам сэкономить сначала деньги, а потом время и силы, затрачиваемые на уборку.

Теоретические аспекты

Чтобы успешно изготовить робот-пылесос своими руками, необходимо понимать суть его работы изнутри. Давайте рассмотрим несколько правил, соблюдение которых обеспечит правильное функционирование техники:

• Робот должен иметь форму шайбы, диска для правильного хода движения;
• Колесики размещаются по диаметру пылесоса, чтобы он мог осуществлять развороты;
• Центр тяжести наиболее оптимален на колёсах, но может находиться и рядом с ними;
• Средняя скорость аппарата 25–35 см/сек;
• Контактный бампер размером минимум 0,5 от окружности — обязательная составляющая робота-пылесоса;
• Зарядка самодельного роботы должны выполняться от зарядного устройства, нет необходимости в разборке аппарата;
• Пыль и мусор должна собираться в отдельную ёмкость, которую можно вынуть и прочистить.

Как сделать чертёж

Современные интернет-ресурсы позволяют провести сборку робота-пылесоса без чертежей и иных схем. Однако для понимания вами строения аппарата, советуем такой чертёж составить, чтобы наглядно представить внутреннее устройство. Дело в том, что подобрать детали для робота проще, чем грамотно расположить их внутри. Представим вам примерный чертёж будущего чуда техники:

Совет! отметьте на чертеже все составляющего будущего пылесоса и их примерными габаритами. Стрелками укажите направления воздуха и засасывания частиц пыли. Наглядность — один из шагов к успеху будущей сборки.

Для составления схемы давайте определимся, какие составляющие понадобятся в работе:

• Плата Arduino — «головной мозг» будущего робота;
• Турбина от старого пылесоса;
• Двигатель маленького размера (можно взять старый компьютерный кулер);
• Дальномеры — 2 штуки;
• Колёса (желательно 2 обычных и 1 поворотное), двигатели с редукторами;
• Контроллер (для двигателя);
• 3 литиевых аккумулятора;
• Контроллер заряда;
• Провода;
• Плотный картон.

Важно! Если не сможете найти старую турбину — её можно сделать самому из плотного картона. Схема прилагается.

Особенности проведения сборки

Собирая робот пылесос своими руками в домашних условиях, начните работу с организации электропитания. Для этого аккумуляторы зарядите при помощи контролёра. Дальше вам необходимо создать управление двигателями привода аппарата. Лучше всего использовать модуль на микросхеме типа L298. Для регулировки скорости на пин ENA или ENB нужно подать сигнал ШИМ. Чтобы изменить направление вращения, то подайте разноимённые сигналы на IN1 и IN2 для одного, и на IN2 и IN3 для второго двигателя.

Затем двигатель нужно соединить с Arduino. Из картона сделайте круг, затем присоедините к нему колёса (диаметр рассчитывайте под «начинку» — около 30–35 см). С двух сторон используйте обычные колёса, но с угловыми редукторами, а между ними сзади — поворачивающееся колесо для манёвренности.

На изготовленное основание вмонтируйте всю электронику и блок пылесоса. Дальномеры прикрепляем спереди.

Дальнейшим шагом необходимо соорудить турбину, поэтому лопасти компьютерного кулера убираем и приклеиваем в него на термоклей турбину от старого пылесоса. Закрепляйте её точно по центру: нам не нужен дисбаланс.

Боковые стенки пылесоса можете соорудить самостоятельно. Главное, не забывайте: он должен иметь цилиндрическую форму.

Тестирование аппарата

После сборки пылесоса обязательно проверьте его работу. Он должен будет выполнять следующие действия: ехать вперёд до препятствия. Если на пути встречается преграда, то робот отъезжает назад, делает разворот под неопределённым углом и едет в ту сторону. А также не забудьте проверить всасывающую силу аппарата. Если всё работает — вы успешно справились с задачей!