روبوت تنظيف الفراغ الذكي باستخدام اردوينو

مرحبًا يا شباب ، هل أنت مبتدئ في عالم الروبوتات أم الإلكترونية؟ أو هل تبحث عن مشروع بسيط ولكنه قوي لإثارة إعجاب أصدقائك ومعلميك؟ ثم هذا هو المكان.

في هذا المشروع ، سنستخدم قوة الأنظمة والإلكترونيات المدمجة لصنع روبوت خاص بنا والذي يمكن أن يساعدنا في الحفاظ على منزلنا أو مكان عملنا نظيفًا ومرتبًا. هذا الروبوت عبارة عن مكنسة كهربائية بسيطة بأربع عجلات يمكنها بذكاء تجنب العقبات وتنظيف الأرضية في نفس الوقت. الفكرة مستوحاة من المكنسة الكهربائية الشهيرة Robot Roomba والتي تظهر في الصورة أدناه.

فكرتنا هي صنع روبوت بسيط من نقطة الصفر يمكنه تلقائيًا تجنب العقبات أثناء تنظيف الأرضية. صدقني أيها الناس إنها ممتعة !!

المواد والمكونات المطلوبة:

حسنًا ، لدينا الآن فكرة روبوت منظف الأرضيات التلقائي لدينا ونعرف ما نحن بصدد القيام به. لذلك دعونا ننظر من أين يجب أن نبدأ التنفيذ. من أجل بناء روبوت لفكرتنا ، نحتاج أولاً إلى اتخاذ قرار بشأن ما يلي:

• نوع متحكم
• أجهزة الاستشعار المطلوبة
• المحركات المطلوبة
• مادة هيكل الروبوت
• قدرة البطارية

الآن ، دعنا نقرر كل نقطة من النقاط المذكورة أعلاه. بهذه الطريقة سيكون من المفيد لك ليس فقط بناء هذا الروبوت لتنظيف المنزل ولكن أيضًا أي روبوتات أخرى تصيب خيالك.

نوع الميكروكونترولر:

يعد اختيار وحدة التحكم الدقيقة مهمة بالغة الأهمية ، حيث ستعمل وحدة التحكم هذه كعقل الروبوت الخاص بك. تتم معظم مشاريع DIY حول Arduino و Raspberry Pi ، ولكن لا يجب أن تكون هي نفسها. لا يوجد متحكم دقيق يمكنك العمل عليه. كل هذا يتوقف على المتطلبات والتكلفة.

مثل الكمبيوتر اللوحي لا يمكن تصميمه على متحكم دقيق 8 بت وليس هناك فائدة من استخدام ARM cortex m4 لتصميم آلة حاسبة إلكترونية.

يعتمد اختيار وحدة التحكم الدقيقة تمامًا على متطلبات المنتج:

1. أولاً ، يتم تحديد المتطلبات التقنية مثل عدد دبابيس الإدخال / الإخراج المطلوبة ، وحجم الفلاش ، وعدد / نوع بروتوكولات الاتصال ، وأي ميزات خاصة وما إلى ذلك.

2. ثم يتم اختيار قائمة المتحكمات حسب المتطلبات الفنية. تحتوي هذه القائمة على وحدات تحكم من جهات تصنيع مختلفة. تتوفر العديد من وحدات التحكم الخاصة بالتطبيق.

3. ثم يتم الانتهاء من وحدة التحكم بناءً على التكلفة والتوافر والدعم من الشركة المصنعة.

إذا كنت لا ترغب في القيام بالكثير من الرفع الثقيل وتريد فقط تعلم أساسيات المتحكمات الدقيقة ثم التعمق فيها لاحقًا ، فيمكنك اختيار Arduino. في هذا المشروع سوف نستخدم Arduino. لقد أنشأنا سابقًا العديد من أنواع الروبوتات باستخدام Arduino:

• DTMF روبوت متحكم فيه باستخدام Arduino
• روبوت تابع الخط باستخدام Arduino
• روبوت يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر باستخدام Arduino
• روبوت يتم التحكم فيه عن طريق WiFi باستخدام Arduino
• روبوت يتم التحكم فيه بواسطة جهاز قياس التسارع باستخدام تقنية Arduino
• لعبة سيارة تعمل بالتحكم عن طريق البلوتوث باستخدام اردوينو

المستشعرات المطلوبة:

هناك الكثير من أجهزة الاستشعار المتوفرة في السوق لكل منها استخداماته الخاصة. يحصل كل روبوت على مدخلات عبر جهاز استشعار ، ويعملون كأعضاء حسية للإنسان الآلي. في حالتنا ، يجب أن يكون الروبوت الخاص بنا قادرًا على اكتشاف العقبات وتجنبها.

هناك الكثير من المستشعرات الرائعة الأخرى التي سنستخدمها في مشاريعنا المستقبلية ، ولكن دعنا الآن نركز على مستشعر الأشعة تحت الحمراء والولايات المتحدة (مستشعر الموجات فوق الصوتية) حيث سيوفر هذان الشخصان الرؤية لسيارتنا الآلية. تحقق من عمل مستشعر الأشعة تحت الحمراء هنا. فيما يلي عرض صور لوحدة مستشعر الأشعة تحت الحمراء ومستشعر الموجات فوق الصوتية:

يتكون المستشعر بالموجات فوق الصوتية من عينين دائرتين تستخدم إحداهما لنقل الإشارة الأمريكية والأخرى لاستقبال الأشعة الأمريكية. يتم حساب الوقت الذي تستغرقه الأشعة لإرسالها واستقبالها مرة أخرى بواسطة وحدة التحكم الدقيقة. الآن ، نظرًا لأن وقت الصوت وسرعته معروفان ، يمكننا حساب المسافة بالصيغ التالية.

• المسافة = الوقت × سرعة الصوت مقسومة على 2

القيمة مقسومة على اثنين لأن الشعاع ينتقل للأمام وللخلف ليغطي نفس المسافة. شرح مفصل لاستخدام جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هنا.

المحركات المطلوبة:

هناك الكثير من المحركات المستخدمة في مجال الروبوتات ، وأكثرها استخدامًا هي السائر ومحرك سيرفو. نظرًا لأن هذا المشروع لا يحتوي على أي مشغلات معقدة أو مشفر دوار ، فسوف نستخدم محرك PMDC عادي. لكن بطاريتنا ضخمة وثقيلة بعض الشيء ، ومن ثم فإننا نستخدم أربعة محركات لقيادة الروبوت الخاص بنا ، وكلهم الأربعة هم نفس محركات PMDC. ولكن يُنصح بالتثبيت في محركات السائر والمؤازرة بمجرد أن تشعر بالراحة مع محركات PMDC.

مادة هيكل الروبوت:

كطالب أو هاوٍ ، فإن الجزء الأصعب أثناء صنع الإنسان الآلي هو إعداد هيكل الروبوت الخاص بنا. تكمن المشكلة في توافر الأدوات والمواد. ستكون المادة الأكثر مثالية لهذا المشروع هي الأكريليك ، لكنها تتطلب أدوات حفر وأدوات أخرى للعمل معها. ومن ثم يتم اختيار الخشب بحيث يمكن للجميع العمل عليه بسهولة.

اختفت هذه المشكلة تمامًا من الميدان بعد إدخال الطابعات ثلاثية الأبعاد. أخطط لطباعة أجزاء ثلاثية الأبعاد يومًا ما وأقوم بتحديث الأشخاص بنفس الشيء. لذلك دعونا الآن نستخدم الألواح الخشبية لبناء الروبوت الخاص بنا.

قدرة البطارية:

يجب أن يكون اختيار سعة البطارية هو آخر جزء من عملنا لأنه يعتمد تمامًا على الهيكل والمحركات. هنا يجب أن تقود بطاريتنا مكنسة كهربائية تسحب حوالي 3-5A وأربعة محركات PMDC. ومن ثم سنحتاج إلى بطارية ثقيلة. لقد اخترت 12V 20Ah SLAB (بطارية حمض الرصاص المختومة) وهي ضخمة جدًا مما يجعل روبوتنا يحصل على أربعة محركات PMDC لسحب هذا الرجل الضخم.

الآن بعد أن حددنا جميع المكونات المطلوبة ، دعنا نضعها في قائمة

• صفائح خشبية للشاسيه
• مجسات IR و US
• مكنسة كهربائية تعمل بالتيار المستمر
• اردوينو اونو
• بطارية 12 فولت 20 أمبير
• سائق المحرك IC (L293D)
• أدوات العمل
• توصيل الأسلاك
• طاقة متحمسة للتعلم والعمل.

يتم تغطية معظم مكوناتنا في الوصف أعلاه ، وسأشرح العناصر المتروكة أدناه.

مكنسة كهربائية DC:

نظرًا لأن روبوتنا يعمل بنظام 12V 20Ah DC. يجب أن يكون فراغنا أيضًا مكنسة كهربائية بجهد 12 فولت. إذا كنت مرتبكًا بشأن مكان الحصول على واحدة ، فيمكنك زيارة موقع eBay أو Amazon لتنظيف المكانس الكهربائية.

سنستخدم نفس ما هو موضح في الصورة أعلاه.

سائق المحرك (L293D):

سائق المحرك هو وحدة وسيطة بين Arduino والمحرك. هذا لأن متحكم Arduino لن يكون قادرًا على توفير التيار المطلوب للمحرك لتشغيله ويمكنه فقط توفير 40 مللي أمبير ، وبالتالي فإن سحب المزيد من التيار سيؤدي إلى إتلاف وحدة التحكم بشكل دائم. لذلك نقوم بتشغيل المحرك الذي بدوره يتحكم في المحرك.

سنقوم باستخدام L293D موتور سائق IC التي سوف تكون قادرة على توفير ما يصل إلى 1A، وبالتالي هذا السائق سوف تحصل على المعلومات من اردوينو، وجعل عمل المحرك كما تريد.

هذا هو!! لقد قدمت معظم المعلومات المهمة ولكن قبل أن نبدأ في بناء الروبوت ، يوصى بالاطلاع على ورقة البيانات الخاصة بـ L293D و Arduino. إذا كان لديك أي شكوك أو مشاكل يمكنك التواصل معنا من خلال قسم التعليقات.

بناء واختبار الروبوت:

المكنسة الكهربائية هي أهم جزء في وضع الروبوت. يجب وضعها بزاوية مائلة كما هو موضح في الصورة ، حتى تتمكن من توفير عمل فراغ مناسب. لا يتم التحكم في المكنسة الكهربائية بواسطة Arduino. بمجرد تشغيل الروبوت ، يتم أيضًا تشغيل المكنسة الكهربائية.

إحدى العمليات المتعبة لبناء الروبوت الخاص بنا هي الأعمال الخشبية. يتعين علينا نحت خشبنا وحفر بعض الثقوب لوضع المستشعرات والمكنسة الكهربائية.

يوصى باختبار ركوب الروبوت الخاص بك باستخدام الكود التالي بمجرد ترتيب المحرك والمحرك ، قبل توصيل المستشعرات.

إعداد باطل () {Serial.begin (9600) ؛ pinMode (9 ، الإخراج) ؛ pinMode (10 ، الإخراج) ؛ pinMode (11 ، الإخراج) ؛ pinMode (12 ، الإخراج) ؛ } void loop () {delay (1000)؛ Serial.print ("إلى الأمام") ؛ digitalWrite (9 ، عالية) ؛ digitalWrite (10 ، منخفض) ؛ digitalWrite (11 ، عالية) ؛ digitalWrite (12 ، منخفض) ؛ تأخير (500) ؛ Serial.print ("backward") ؛ digitalWrite (9 ، منخفض) ؛ digitalWrite (10 ، عالية) ؛ digitalWrite (11 ، منخفض) ؛ digitalWrite (12 ، عالية) ؛ }

إذا كان كل شيء يعمل بشكل جيد ، فيمكنك توصيل المستشعرات بـ Arduino كما هو موضح في مخطط الدائرة واستخدام الكود الكامل المعطى في النهاية. كما ترون لقد قمت بتركيب جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية في المقدمة واثنين من مستشعرات الأشعة تحت الحمراء على جانبي الروبوت. يتم تثبيت المشتت الحراري على L293D في حالة ارتفاع درجة حرارة IC بسرعة.

يمكنك أيضًا إضافة بعض الأجزاء الإضافية مثل هذا

يمكن وضع هذا الترتيب الكاسح على طرفي الجزء الأمامي والذي سيدفع الغبار على طول الجانبين إلى منطقة الشفط.

علاوة على ذلك ، لديك أيضًا خيار إنشاء نسخة أصغر من روبوت التنظيف بالمكنسة الكهربائية هذا

هذا الروبوت الأصغر مصنوع من الورق المقوى ويعمل على لوحة تطوير ATMega16. تم عمل جزء المكنسة الكهربائية باستخدام مروحة BLDC ومرفق في صندوق. يمكنك اعتماد هذا إذا كنت تريد إبقاء ميزانيتك منخفضة. هذه الفكرة تعمل أيضًا ولكنها ليست فعالة.

مخطط الرسم البياني:

يمكن العثور على رمز روبوت المكنسة الكهربائية هذا في قسم الكود أدناه. بمجرد الانتهاء من الاتصال وإلقاء البرنامج في Arduino ، يكون الروبوت جاهزًا لبدء العمل. يتم شرح عمل الكود باستخدام التعليقات. إذا كنت تريد رؤية هذا الروبوت وهو يعمل ، فراجع الفيديو أدناه.

علاوة على ذلك ، أخطط أيضًا لطباعة الأجزاء ثلاثية الأبعاد بالكامل في نسختها التالية. سأقوم أيضًا بإضافة بعض الميزات الرائعة والخوارزميات المعقدة بحيث تغطي مساحة السجادة بالكامل ويسهل التعامل معها وحجمها الصغير. لذا ترقبوا التحديثات المستقبلية.