Робот-пылесос своими руками

Поделюсь опытом создания дешевого робота-пылесоса из подручных средств и всемогущего китайского магазина. Изначально планировал просто изучить среду Arduino, но это изучение переросло в пылесос.

Необходимые детали:
— много плотного картона (бесплатно);
— аналог arduino (210 р);
— маленькая макетка (80 р);
— 2 уз-дальномера (300 р);
— контроллер моторов — H-мост (80 р);
— 2 мотор-редуктора с колесом (600 р);
— блок аккумуляторов на +18v и контроллер заряда;
— пара метров витой пары;
— турбина от пылесоса;
— компьютерный кулер.

Сначала я использовал один из танков игры «Танковый бой». Все равно ими никто не играл из-за «лепешечности» выстрелов — в противника иногда «долетали» пули, выпущенные аж за стенкой.

Первым делом были выброшены все лишние детали, остался только блок моторов и сам корпус. Установлен клон Arduino UNO, драйвер моторов, УЗ-дальномер. Питание — 3 литиевых элемента по 3,7v.
Фотографии, к сожалению, не делал.

Алгоритм простой — ехать вперед, если расстояние до препятствия менее 5 см, стоп, поворот в рандомную сторону на рандомный угол, поехали дальше. Долго подбирал маленькие колеса, так как с большими эта аццкая тележка носилась как сумасшедшая по всему офису и периодически не успевала реагировать на показания дальномера.

Конструкция имела кучу минусов. Основные — колеса находятся позади и при недостаточном сцеплении колес с полом платформа не поворачивается. Буксует, но сдвигает переднюю часть очень незначительно.

Следующий этап — попытка сделать поворотную платформу. Из картона вырезал 2 круга диаметром 18 см. Склеил их волокнами поперек — получил неплохую прочность на изгиб. Блок моторов использовал от того же танка.

В качестве источника питания взял немного модернизированный блок аккумуляторов от уже давно поломанного ручного пылесоса Bork. Там уже встроенный контроллер зарядки, зарядное устройство, индикаторы и прочая лабуда. Выходное напряжение 18 вольт. Логика запитана от LM7805, моторы от понижающего преобразователя. В таком подключении есть возможность регулировать скорость платформы «аппаратно».





Полученный прототип передвигался намного медленнее и адекватнее. Но все равно работа дальномеров не нравилась.

Следующий этап — решил делать на той же основе, но платформу собрать бОльшую, чтоб в нее влез еще пока не собранный пылесос. Диаметр — 30 см. Таким же образом склеил 2 круга.





Основной проблемой было избавиться от дальномеров. В итоге используются очень простые по конструкции контактные бампера.







С внутренней стороны бамперов клеим фольгу, подводим к ним +5, на платформе напротив них закрепляем изогнутый проводок от витой пары, подтянув ее к минусу через резистор, так как без резистора будет очень много ложных срабатываний.



Все это хозяйство удачно передвигалось по офису и вело себя намного адекватнее, чем с дальномерами.



Теперь самое веселое — соорудить непосредственно сам пылесборник и пылесос. Я испробовал кучу вариантов, благо картон и скотч позволяют конструировать макеты очень быстро, хоть и с большими допусками. В качестве питания турбины использую чистые +18v с БП. Кулеры, правда, греются, но ничего, работают.

На фото самый первый вариант пылесоса, без фильтров и прочей ерунды:



Берем кулер от процессора, отламываем все лопасти. На суперклей закрепляем турбину. Сложность заключается в балансировке, поэтому клеить надо точно и сразу проверять на дисбаланс. Сложно, но можно. При 18V входных и с турбиной кулер выдает около 2600 RPM без нагрузки. Тянет воздух хорошо, в общем.

Скетч

// Настраиваем моторы
int L2motor = 4;
int L1motor = 5; // вперед
int R1motor = 6; // вперед
int R2motor = 7;

// бампера
int Rsensor = 10; // правый
int Lsensor = 11;

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);      
 
  // моторы
  pinMode(L1motor, OUTPUT);      
  pinMode(L2motor, OUTPUT);      
  pinMode(R1motor, OUTPUT);      
  pinMode(R2motor, OUTPUT);      
  pinMode(Rsensor, INPUT);
  pinMode(Lsensor, INPUT);

// стартовые значения
  digitalWrite(L1motor, LOW);
  digitalWrite(R1motor, LOW);
  digitalWrite(L2motor, LOW);
  digitalWrite(R2motor, LOW);
  digitalWrite(13, LOW);
  delay(2000);

}

void loop() {

  // натыкаемся на препятствие обоими бамперами
  if ( (digitalRead(Rsensor) == HIGH) & (digitalRead(Lsensor) == HIGH))
  {
    stop();
    delay(50);
    stepBack(10);
    delay(500);
    stepLeft(rnd());
    stop();
    delay(500);
  }
  else if (digitalRead(Rsensor) == HIGH)
  {
    stop();
    delay(50);
    stepBack(2);
    delay(100);
    stepLeft(rnd());
    stop();
    delay(100);
  }
  else if (digitalRead(Lsensor) == HIGH)
  {
    stop();
    delay(50);
    stepBack(2);
    delay(100);
    stepRight(rnd());
    stop();
    delay(100);
  }
  else {
    stepForward(1);
  }



}


int rnd()
{
  int x = random(10) + 5;
  return x;
}


void stepForward(int steps)
{
  for (int i = 0; i < steps; i++)
  {
    digitalWrite(L1motor, HIGH);
    digitalWrite(R1motor, HIGH);
    digitalWrite(13, HIGH);
    delay(100);
  }
  digitalWrite(13, LOW);
}


void stepBack(int steps)
{
  for (int i = 0; i < steps; i++)
  {
    digitalWrite(L2motor, HIGH);
    digitalWrite(R2motor, HIGH);
    digitalWrite(13, HIGH);
    delay(100);
  }
  stop();
  digitalWrite(13, LOW);
}


void stepLeft(int steps)
{
  for (int i = 0; i < steps; i++)
  {
    digitalWrite(L2motor, HIGH);
    digitalWrite(R1motor, HIGH);

    digitalWrite(13, HIGH);
    delay(100);
  }
  digitalWrite(13, LOW);
}


void stepRight(int steps)
{
  for (int i = 0; i < steps; i++)
  {
    digitalWrite(R2motor, HIGH);
    digitalWrite(L1motor, HIGH);
    digitalWrite(13, HIGH);
    delay(100);
  }
  digitalWrite(13, LOW);
}


void stop() {
  digitalWrite(L1motor, LOW);
  digitalWrite(R1motor, LOW);
  digitalWrite(L2motor, LOW);
  digitalWrite(R2motor, LOW);
  digitalWrite(13, LOW);

}

Планы на будущее

• Собрать платформу из фанеры;
• Перекомпоновать все модули и разводку проводов;
• Перекомпоновать блок с аккумуляторами и контроллером заряда;
• Прикупить-таки нормальные мотор-редукторы с оборотами в районе 40-80rpm;
• Установить 2 вращающиеся щетки спереди;
• Направить выдуваемый воздух под платформу (чтобы воздух циркулировал и сдувал пыль в приемное отверстие);
• Поменять Arduino UNO на маленький аналог — Arduino mini