[Kshaq]

Od żółtodzioba do pierwszego robota w dwa tygodnie

Tytułem wstępu
Pisanie artykułów powinno być domeną ekspertów, a ja się za takiego w dziedzinie robotyki nie uważam. Swoją przygodę z robotyką zacząłem kilkanaście tygodni temu, więc można powiedzieć, że jestem żółtodziobem. Postanowiłem opisać swoje początki, żeby pokazać innym, jakie to jest łatwe i ile frajdy daje konstruowanie pierwszego robota.
Celem tego artykułu jest zachęcenie do przygody z robotyką oraz pokazanie, że zbudowanie pierwszego robota wcale nie jest trudne, jeśli tylko właściwie podejdzie się do tematu.
Opiszę w nim jak się do tego wszystkiego zabrać oraz podam przepis na skonstruowanie prostego robota podążającego za światłem, czyli Waldka Światłoluba.

Jak to się zaczęło?
Techniką interesowałem się od zawsze i chętnie też oglądałem programy związane z robotami, ale sama dziedzina pozostawała jednak odległa. Owszem, pod wpływem programów typu Robotica czy Wojny Robotów żyła we mnie chęć stworzenia takiej konstrukcji, ale mimo wszystko zawsze wiązałem to z odległą przyszłością. Do czasu.
Pewnego niedzielnego popołudnia coś mnie tknęło, aby sprawdzić czy w Internecie są jakieś strony na temat budowania robotów. Tak trafiłem na Diodę i zacząłem ją czytać. W zasadzie większość przejrzałem już tamtego popołudnia, w tym wszystkie opublikowane gotowe projekty. Znalazłem także coś na temat programowania mikrokontrolerów, coś o robotach Sumo, coś o zawodach Follow The Line i już wiedziałem, że też chcę zbudować sobie robota.
Pomysłów mi nie brakowało, co pół godziny rodziła się nowa koncepcja lub pomysł, co jeszcze w robocie można zrobić.

Nie trzeba było długo czekać, żebym wylądował w sklepie elektronicznym, a później jeszcze w modelarskim. Po kilku dniach miałem spory zapas części i pomysłów. Pora więc coś z tym zrobić.

Pierwszy robot
Na pierwszą konstrukcję wybrałem prostego robota podążającego za światłem i na podstawie własnych doświadczeń mogę powiedzieć, że powinna to być obowiązkowa pozycja u każdego początkującego robotyka.
Po pierwsze: pomimo że jest to prosty robot, to wcale nie oznacza, że jego budowa i uruchomienie dostarczy mniej frajdy niż skomplikowany samobieżny manipulator. Na takie konstrukcje przyjdzie pora.
Po drugie: wykonanie takiego robota jest tanie, szybkie i łatwe. Prawie na pewno robot zadziała od razu, a pierwszy sukces dodatkowo podnosi motywację do dalszych działań i poszukiwania ciekawszych rozwiązań.
Po trzecie: nawet taka prosta konstrukcja wymaga od nas kreatywności i pewnego poziomu zdolności technicznych. Dzięki temu łatwo (i ewentualnie w miarę bezboleśnie) przekonamy się, czy konstruowanie robotów to coś, co nas kręci, czy jednak wolimy znaleźć sobie inne hobby.

Z czasem do takiego robota można dokładać kolejne funkcje i stworzyć z niego bardziej zaawansowaną konstrukcję. Chociaż z drugiej strony warto go sobie zostawić na półce lub podarować jakiemuś dziecku.

Od czego zacząć?
Wiemy już, co chcemy zrobić, teraz pozostaje pytanie „Jak?”.
Na początek należy zdobyć odpowiednią wiedzę. Tu nie ma mocnych, bez jakiegokolwiek przygotowania ciężko będzie coś wykonać. Na początek polecam przejrzenie tego forum oraz innych stron o robotyce. Czytać, czytać i jeszcze raz czytać. Nie ma chyba nic gorszego, niż ktoś, kto pyta: „Pomocy, chcę zbudować robota, ale nie wiem jak i nie wiem co on ma robić”.
Dlatego zaczynamy od przejrzenia gotowych projektów robotów. Tam możemy podpatrzeć różne rozwiązania konstrukcyjne, oraz ocenić, co możemy zastosować we własnym projekcie. Niejednokrotnie autorzy dzielą się doświadczeniami z budowy i wskazują na to, co zrobili źle, albo co ich zdaniem można zrobić lepiej. To cenna wiedza, z której warto skorzystać. A nauka na cudzych błędach nic nie kosztuje, w przeciwieństwie do nauki na własnych.
Warto też zadbać o jakieś podstawy teoretyczne oraz praktyczne z zakresu techniki, mechaniki i elektroniki. Ciężko jest zbudować układ elektroniczny, jeśli najpierw nie umie się lutować. Jeśli ktoś czuje, że ma braki w tych dziedzinach, to może łatwo je nadrobić. Polecam lekturę innych artykułów na tym forum.
Na koniec potrzebujemy trochę narzędzi, kawałek stołu, nieco części, kilka wolnych wieczorów i sporo zapału.

Jak działa światłolub?
Zasada działania światłolubnych robotów jest bardzo prosta – te roboty „lubią” światło i podążają w jego kierunku. Jeśli światło jest przed robotem, powinien pojechać prosto do przodu, jeśli światło jest z lewej lub prawej strony to powinien wykonać skręt, aby ustawić się prosto w kierunku światła. Aby to zrealizować zwykle stosuje się dwa czujniki światła (można mniej lub więcej, ale wtedy konstrukcja jest bardziej skomplikowana) umieszczone w pewnej odległości od siebie. Lewy czujnik steruje prawym silnikiem, a prawy silnikiem lewym. Jeśli robot znajduje się na wprost źródła światła, oba czujniki załączają oba silniki i robot jedzie przed siebie. Jeśli oświetlony jest tylko jeden czujnik (robot jest ustawiony bokiem do źródła światła) to uruchamiany jest silnik po przeciwnej stronie, aby ustawić robota przodem do kierunku jazdy.

Przepis na robota
Przedstawioną konstrukcję starałem się uprościć do maksimum, dlatego schemat elektroniczny robota to jeden układ scalony, dwa rezystory i dwa fototranzystory. Do tego potrzebne będą jakieś dwa silniki lub przerobione serwa na napęd oraz trochę kabelków i coś na zrobienie obudowy.

Zdecydowałem się na schemat z wykorzystaniem układu L293D z kilku powodów:
Po pierwsze: dzięki niemu schemat robota jest uproszczony do maksimum, a zatem i montaż będzie dużo prostszy
Po drugie: w przyszłości układ można wykorzystać w bardziej zawansowanych konstrukcjach.

L293 to wyspecjalizowany układ do niezależnego sterowania dwóch silników w oparciu o mostek H. Układ posiada dwa wyjścia do podłączenia silników zasilanych maksymalnie napięciem 36V i maksymalnym obciążeniu ciągłym 600mA, oraz 4 wejścia do sterowania kierunkiem obrotów silnika (po dwa na każdy silnik) oraz dwa wejścia do załączania i wyłączania silników (w praktyce poprzez nie realizuje się sterowania obrotami silników wykorzystując PWM).
W konstrukcji można też zastosować starszego brata układu L293, czyli L298, mają te same cechy i zasadę działania, L298 wytrzymuje większe obciążenia prądowe silników.

Cechy układu L293 sprawiają, że można w oparciu o niego zbudować światłoluba bez stosowania żadnych dodatkowych elementów pomijając czujniki. Bardziej zaawansowane roboty zwykle buduje się w oparciu o mikrokontroler, który jest „mózgiem” i „sercem” robota, ale w tym wypadku całą logikę działania można wykonać na tym jednym układzie.

Do wejść sterujących silnikami podłączymy czujniki światła, w taki sposób, aby padające światło dawało napięcie na wejście układu – wtedy układ załączy dany silnik. W tym celu wykorzystamy fototranzystor. W uproszczeniu fototranzystor działa tak, że gdy pada na niego światło, to się „otwiera” i pozwala na swobodny przepływ prądu między jego nóżkami, natomiast w ciemności się „zamyka”. Fototranzystor połączymy z jednej strony do plusa zasilania, z drugiej do wejścia L293. Padające światło „otworzy” fototranzystor i poda napięcie na wejście układu, co będzie dla niego sygnałem, że ma załączyć silnik. Brak światła z kolei odcina napięcie od wejścia i wyłącza silnik.

Po tym wprowadzeniu czas na schemat, który przedstawia się następująco:



Jak widać w schemacie pojawiły się jeszcze dwa rezystory, ich zadaniem jest ograniczanie prądu płynącego przez fototranzystory, aby zabezpieczyć je przed uszkodzeniem.

Lista zakupów
Do zbudowania robota będą potrzebne:
płytka uniwersalna (najmniejsza z dostępnych) – ok. 3zł
układ L293D - ok. 10zł
podstawka pod układ scalony DIL16 – ok. 0, 80zł
2x fototranzystor (np. L-932P3BT 3mm – obudowa jak dioda LED) – ok. 1, 50zł
2x rezystor 470 Ohm – ok. 0, 20zł
2x listwa montażowa ARK350-2/BL – ok. 2zł
1m przewodu (najlepiej kilka kolorów) – 0, 50zł



Należy zwrócić uwagę, aby układ L293 był w wersji D (L293D), oznacza to, że ma wmontowane diody zabezpieczające przed uszkodzeniem układu, które mogą spowodować przepięcia np. przy zmianie kierunku obrotów silnika. W innych wersjach takie zabezpieczenie trzeba zrobić samemu.

Kwestią otwartą pozostaje rozwiązanie napędu. W swoim pierwszym projekcie wykorzystałem przerobione serwa modelarskie. Ich koszt to ok. 20zł za sztukę. Osoby poszukujące tańszych rozwiązań mogą wykorzystać silniczki wygrzebane z jakiegoś starego cd-romu, magnetofonu czy zabawki. Ja zastosuje tutaj silniczki z magnetofonu kasetowego (akurat są dwa takie same). Można też całkiem tanio (w cenie ok. 6zł) kupić takie silniczki w sklepach elektronicznych. Zwykle są to silniki do napędów cd-rom lub magnetowidów.



Montaż
Jeśli mamy już komplet części, możemy przystąpić do montażu. Układ jest bardzo prosty, więc jego montaż nie zajmie długo. Zalecam stosowanie podstawki pod układ scalony. Kosztuje ona bardzo niewiele, a dzięki temu na pewno nie uszkodzimy kosztownego scalaka podczas lutowania. Dodatkowo, gdy będziemy chcieli go użyć w innej konstrukcji, będzie można go łatwo wyjąć.



Lutowanie zaczynamy od najmniejszych (najniższych) elementów, a później montujemy te wyższe. Najpierw lutowałem podstawkę pod scalaka, żeby mieć pewność, że się nie pomylę przy podłączaniu przewodów. Oznaczenie sobie pierwszego pinu (1) scalaka na płytce mazakiem do CD znacznie ułatwia montaż i liczenie nóżek.



Następnie wlutowałem rezystory i wszystkie potrzebne przewody. Fototranzystory można wlutować bezpośrednio w płytkę lub przedłużyć je kabelkami, które umożliwią ich montaż w obudowie (kadłubie) robota. Wszystko zależy od projektu. Ja akurat miałem je już polutowane z przewodami, więc wykorzystałem takie.



Na koniec zamontowałem zaciski do podłączenia silników. Taki zacisk to bardzo wygodne rozwiązanie, łatwo można podłączać i odłączać silnik w razie potrzeby.



Układ został zaprojektowany do zasilania 5V, czyli w praktyce możemy zastosować płaską baterię 4,5V lub pakiet czterech akumulatorów AA lub AAA. Na dłuższą metę oczywiście bardziej się opłaca stosowanie akumulatorów niż ciągłe kupowanie baterii. Dodatkowo akumulatory mają lepszą wydajność prądową niż baterie.
Uwaga. W przypadku stosowania zasilania o wyższym napięciu należy zbudować stabilizator (np. w oparciu o 7805) i cały układ zasilić napięciem 5V. Wykorzystanie układu L293 umożliwia zasilanie silników wyższym napięciem (do 36V), w tym celu odłączamy pin 8 i podłączamy do niego napięcie, które będzie zasilało silniki.

I to w zasadzie koniec. Pozostaje sprawdzić układ w działaniu. Podłączamy silniki (na początek luzem) oraz zasilanie. Jeśli wszystkie połączenia są wykonane poprawnie, to po oświetleniu fototranzystorów zaczną się kręcić silniki. Teraz można ustalić czy mają właściwy kierunek obrotów, jeśli nie, to zamieniamy kolejność przewodów silnika w zacisku.
Uwaga, zakrywanie dłonią fototranzystora nie zawsze daje efekt, a to dlatego, że reagują one też na światło podczerwone, a jak wiadomo, nasze ciało jest źródłem promieniowania podczerwonego. Dlatego fototranzystor najlepiej jest czymś nakryć.

Co dalej?
Serce naszego robota jest już gotowe i pracuje. Teraz trzeba dać mu jakieś ciało, aby robot mógł się poruszać. W następnym artykule postaram się pokazać, jak można to zrobić w całkiem prosty sposób i przy użyciu niewielu narzędzi.

Na tym chciałbym zakończyć ten artykuł. Mam nadzieję, że udało mi się pokazać jak łatwe jest zbudowanie pierwszego robota i będzie pomocny dla osób, które chcą postawić pierwsze kroki w robotyce. Cichutko liczę również, że część opisująca moje początki nie zanudziła czytelników.

Na koniec raz jeszcze podkreślę. To ważne, aby zacząć od prostej konstrukcji. Doświadczenia zdobyte przy jej budowie zaprocentują przy następnych projektach i mamy 90% więcej szans na to, że z powodzeniem zbudujemy kolejnego robota. W odróżnieniu od osób, które zaczynają od wszystkomającego robota i prawie nigdy go nie kończą.

Życzę powodzenia wszystkim początkującym w konstruowaniu swoich pierwszych robotów i zachęcam do opublikowania efektów pracy na tym forum.

Update
Udało mi się skończyć drugi artykuł, a zarazem konstrukcję tego robota. Wszystkich zainteresowanych zapraszam do lektury: Wykorzystanie spienionego PCV w amatorskim konstruowaniu robotów

Kolejny update
Z uwagi na zapytania zamieszczam schemat połączeń robota na płytce uniwersalnej. Proszę wybaczyć jakość schematu. Widok płytki z góry od strony elementów (czyli płytka leży na stole scieżkami w dół).



Legenda:
Duże niebieskie to układ L293D, czerwona kropka to nóżka numer 1.
Zielone prostokąty to rezystory, a żółte to fototranzystory.
Na pomarańczowo zaznaczyłem wyprowadzenia do silników.
Czerwone linie łączą scieżki z plusem zasilania, a zielone linie to połączenia ścieżek z minusem zasilania. Kropki oznaczają punkty lutowania. Tam gdzie kreska przechodzi przez scieżkę bez kropki oznacza, że nie powinna ona mieć styku z tą ścieżką.

[kamillo121]

Nie ma to jak profesjonalne wytłumaczenie działu czekam na resztę pozdro

[ Dodano: 08 Sie 08 10:48 ]
mam pytanko co do tego Waldka jeśli zrobię wszystko tak jak w schemacie i dam akumulatorek 7,2v to wytrzyma ta konstrukcja czy się popali ?

[samuraj22]

Najlepszy Artykuł jaki czytałem na forum. Bardzo mi się podoba. Zaczne od niego. Gratuluje.

[Kshaq]

[kamillo121]

Jaki jest ten model tej płytki uniwersalnej????????????????????????????


Proszę o szybką odpowiedź thx z góry

[treker]

Kup dowolną płytkę, najwyżej po przecinasz sobie ścieżki, najlepiej kup taką, która ma tylko punkty lutownicze bez ścieżek.

[Kshaq]

Model będzie zależał od producenta pewnie, a ta moja akurat nie jest opisana, ale dokładnie taką samą produkuje firma Wojart i płytka ma oznaczenie PDU 21. Generalnie szukaj tych najmniejszych pod układy przewlekane.

Wygląda to tak:


Nie wiem czy są jeszcze mniejsze, ale pewnie też by dało rade.

[kamillo121]

Mam pytanie dzisiaj specjalnie jechałem do sklepu elektronicznego by kupić części do Waldka i co się okazuję
Sprzedawca mówi mi, że układ l293d jest tak stary, że go raczej w sklepach nigdzie nie dostane, pytam się o fototranzystory to mi powiedział, że to nie w sklepie elektronicznym ten sprzedawca jakiś powalony czy ma rację ?

[treker]

Raczej to pierwsze

http://elecena.pl/search?q=l293d

[abxyz]

[Mati8dwa]

Artykuł bardzo dobry i przydatny . Chociaż od kiedy się zainteresowałem robotyką zdążyłem to opanować, a do Waldka mam już wszystkie elementy, tylko, że nie mam dostępu do drukarki laserowej i jest problem bo części się kurzą już trochę . Robię tego, którego zaprezentował Daniel i mam takie pytanie, która metoda według Was jest lepsza i czy ktoś już skończył budowę tego co ja robię ?

[Kshaq]

[kamillo121]

przepraszam, że zadaje tyle pytań ale mam jeszcze jedno
Znalazłem układ L293D za 3.60 zł. jak myślisz on jest dobry czy to jakaś podróba
Tutaj

[ Dodano: 11 Sie 08 07:42 ]
a i jeszcze jedno do czego jest ten cały laminat

[ Dodano: 11 Sie 08 07:51 ]
a i może być taki fototranzystor LTR301 ??????

[Kshaq]

Ten L293D będzie dobry, po prostu znalazłeś go w dobrej cenie, zwykle w sklepach są droższe.

Laminat to płytka pokryta z jednej lub z obu stron folią miedzianą, z której wykonuje się płytki drukowane do montowania układów elektronicznych. Na folię nanosi się wzór scieżek a zbędną warstwę miedzi usuwa się przez trawienie.
Płytka uniwersalna to także laminat, ale już odpowiednio przygotowany. Zamiast wzoru ścieżek pod konkretny układ sciezki sa ułożone w taki sposób, żeby dało się zamontować jak najwięcej elementów, a brakujące połączenia robi się wlutowując kawałki przewodu.
Na razie nie musisz się martwić obróbką laminatu, wystarczy kupić płytkę uniwersalną.


Edit:
Tak, może być LTR 301. Zwróć tylko uwagę, że jego montuje się w pozycji pionowej. Na środku ma takie wypukłe "oczko", to soczewka skupiająca światło.

Mały update:
Informuję, że ukazała się już druga częśc tego artykułu, w ktorej przedstawiona jest konstrukcja części mechanicznej robota. Zapraszam do lektury: Wykorzystanie spienionego PCV w amatorskim konstruowaniu robotów

[samuraj22]

Siema Ale się ten temat rozkręcił. Ja jade 12 sierpnia do katowic po części kupie jak znajde jak nie to na necie. Proponuje dla Kopletnie zielonych co nie maja takich sklepów w pobliżu Zamieścili aukcje w internecie albo sklepy z produktem do kupienia. Ja robie tego waldka a kolega robi też waldka ale z innego artykułu na elektrodzie http://www.elektroda.pl/r...light=beam&sid= ale ja wole ten artukuł na diodzie. mój projekt bedzie Troszkę zmodyfikowany Bezie miał baterie akumulatorki i solary z kalkulatorów które będą je ładować. NIewiem z czego zrobić całe nadwodzie itp.Może z klockow lego bo mam ich dużo ale niewiem czy robić przekładie czy jakos bezposrednio zamontować Silniczki do kół. czekam na jakies propozycje swoje projekty bardzo mi sie przydadzą. Jak zrobie to zamieszcze filmik i zdjęcia razem z artykułem. Życzcie mi powodzenia.

[Sabre]

[kamillo121]

Elo
znacie może jakiś dobry i tani internetowy sklep elektroniczny ? jak tak to proszę o szybką odpowiedź thx z góry

[samuraj22]

[Kshaq]

[samuraj22]

Spoko dzięki za linka a mógłbyś dać jeszcze linka do twojego tematu bo niemumiem go znaleść Sz Góry dzięki:)

[Kshaq]

Hm... są dwa linki w tym temacie, jeden na końcu artykułu, ale żebyś już nie szukał to
tutaj też jest.