Механика

При выборе игрушки для этого проекта, убедитесь, что у нее внутри достаточно пространства для размещения батареи и нескольких плат Если в ней уже есть батарейный отсек, — это очень хорошо. Приземистые машины для малышей обычно обеспечивает достаточно внутреннего пространства.

Также убедитесь в том, что пластмасса, из которой сделана игрушка, не раскрошится при сверлении.
Конструкция должна допускать разборку и последующую сборку без повреждения. Игрушечная машина, использованная в рассматриваемом проекте, собирается с помощью винтов-саморезов, которые идеально подходят для разборки и повторной сборки корпуса.
Выбранная нами игрушечная машина приводится в действие толчком руки. Она не содержит приводного двигателя, и в ней нет никакого рулевого механизма. Ее основное достоинство — кнопка на боку, нажатие на которую приводит к воспроизведению звуковых эффектов и миганию светодиодов.
Эта функция легко может быть автоматизирована, о чем будет сказано позже.
Основные механические задачи в данном случае — установка приводного и управляющего двигателей, а также, возможно, — шагового двигателя для выполнения других функций (например, подъема кузова самосвала). Большие игрушечные грузовики могут послужить основой для установки готового робототехнического манипулятора, придавая ему мобильность.

Приводные колеса
Выбранная нами игрушечная машина имеет четыре колеса, которые вращаются в опорах по бокам корпуса.
Мы решили, что в качестве приводных будут использованы задние колеса, а для управления — передние.
Батарея состоит из двух щелочных элементов АА, дающие в сумме напряжение 3 В. Узел двигателя и коробки передач рассчитан на 3 В и имеет выходной вал с обеих сторон.
После рассмотрения различных вариантов было решено поместить леса на концах выходных валов. Для этого на вал мы предварительно пластиковую трубку для обеспечения плотной посадки колес, однако затем оказалось, что снять колеса с их оригинальных осей невозможно.
В результате мы отказались от первоначальной идеи и заменили колеса игрушечной машины колесами от компании Tamiya, которые были установлены. Приводной двигатель прикреплен болтами к днищу кузова таким образом, чтобы его валы свободно проходили через существующие отверстия в боковых опорах.

Управление направлением движения
Управление реализовать сложнее, поскольку передние колеса не поворачиваются. Кроме того, они плотно окружены крыльями, в силу чего вокруг них мало места для поворотов после изменения конструкции. Решение — подъем передних колес с помощью управляющего узла, похожего (однако более простого) на тот, который использовался в роботе «Андроид».
Подобие заключается в применении пары колес из конструктора Lego с шинами.
В кубике из конструктора было просверлено отверстие диаметром 4.5 мм, через которое пропускается длинный болт длиной 50 мм и диаметром 3/16″. Гайки, прилагаемые к таким болтам — квадратные, поэтому часть зубцов на кубике срезана, чтобы гайка поместись между ними.
Это предотвращает ослабление гайки.
Болт проходит вверх через отверстие диаметром 4,5 мм, которое просверлено в нижней части корпуса по центру и немного позади передних колес. Нижняя часть корпуса опирается на верхний конец втулки, высота которой обеспечивает зазор порядка 5 мм между передними колесами и землей.
Такой зазор достаточно мал и незаметен.
Верхний конец болта ролика идет вверх, проходя через отверстие в нижней части корпуса, под капот. На него надеты шайбы, зафиксированные гайками, поэтому узел поворачивается свободно, чрезмерно при этом не раскачиваясь. На верхнем конце болта между двумя гайками зажат пластмассовый шкив.
Для управления используется двигатель постоянного тока на 3 В бе3 коробки передач. Он невелик: всего лишь 20 мм в диаметре и 25 р длину, — поэтому легко размещается в ограниченном пространстве внутри машины. У него нет никаких элементов для болтового крепления, поэтому он удерживается пружинным зажимом, привинченным болтами к боковой стенке корпуса. Этот зажим — того же типа, которой используется для удержания батареи на 9 В типа РРЗ. Он жестко удерживает двигатель, однако позволяет смещаться ему вверх или вниз, чтобы «шкив» на выходном валу был на одном уровне со шкивом на валу ролика.

Собственно шкива на валу двигателя нет. Резиновый пассик вращается на самом валу. Он защищен от соскальзывания двумя направляющими, которые поставляются в комплекте шкивов от фирмы Tamiya.
Вниз с нижней стороны корпуса проходят два болта. Они установлены как стопоры, предотвращающие ролик от поворота больше, чем на 45° по обе стороны от положения «прямо вперед».
Резиновый пассик соединяет приводной вал и шкив. Когда короткий импульс поступает на двигатель, он вращается на высокой скорости, поворачивая звено шкив и ролик в том или ином направлении. Почти сразу дальнейший поворот блокируется одним из стопоров. Двигатель продолжает работать, однако пассик проскальзывает и шкив остается повернутым на 45° влево или вправо.
Управляющее действие в этом случае протекает гораздо быстрее, чем в других механизмах управления, и машина оживленно выписывает зигзаги.
Такой робот хорош для программирования на объезд объектов или отслеживания траектории. Его можно даже обучить слалому между жестяными банками.
Дальнейшая модернизация
В случае с игрушечной машиной забавным дополнением к датчикам будет ориентированный вниз фотоэлемент, установленный спереди на Днище.
Он может сопровождаться собственным источником света (предпочтительно инфракрасным) или же ориентироваться на окружающую освещенность.
Когда машина будет ехать по поверхности стола, по достижении его края фотоэлемент зафиксирует изменение уровня освещенности.
Запрограммируйте робот на немедленную реакцию отъезда назад и поворота перед продолжением движения вперед.
Датчик, который обнаруживает магнитное поле Земли, необычен, недорог. Установленный на игрушечной машине (или в любом Из Других мобильных роботов), он обеспечивает ориентацию. Его точность невелика, однако достаточно хороша для навигационных программ.
Электроника
Звуковые эффекты были интересной функцией оригинальной и мы решили сохранить их и в роботе. Они включались нажатием кнопки на боку машины, в робототехнической же версии они включаются автоматически с помощью реле.
Каждая кнопка содержит гибкий пластиковый колпачок, под которым находится маленький (4 мм в диаметре) диск из проводящей пены Колпачок касается печатной платы в месте размещения двух полукруглых медных площадок с тонким зазором между ними. Когда колпачок прижат, проводящий диск перекрывает промежуток между контактными площадками, в результате чего включаются звуковые эффекты.
Переключение звуковых эффектов осуществляет микроконтроллер PIC через реле, включенное параллельно с кнопкой.
Для подключения реле к плате звуковых эффектов игрушки аккуратно удалите колпачок кнопки с печатной платы.
При включенном напряжении питания попробуйте кратковременно закоротить две контактные площадки. Это должно активизировать звуковой эффект. Если это так, то припаяйте провод к каждой контактной площадке и подсоедините их к выводам реле. Когда выходной сигнал микроконтроллера PIC запитает реле, его контакты замкнутся, соединив контактные площадки кнопки и тем самым включив звук.
Звуки добавляют к действиям робота реализма. При наличии одной подобной игрушки с другим набором эффектов ее плату звуковых эффектов можно установить вместо первой. Однако, прежде, чем сделать это, убедитесь, что рабочие напряжения обеих плат совпадают.
Электронная система включает в себя плату микроконтроллера, а также платные и внеплатные схемы для других установленных устройств. Как приводной, так и управляющий двигатель должен быть, поэтому для каждого двигателя требуется транзисторный образный мост или плата реле. Просмотрите эту книгу, чтобы подыскать другие функции, которые можно было бы ввести в игрушку-робота.
Плата звуковых эффектов работает от напряжения 3 В от встроенного батарейного отсека. Второй отсек содержит еще два элемента АА (или AAA, если недостаточно места) и включен последовательно со встроенным. Две батареи в сумме дают 6 В для питания платы контроллера, транзисторного ключа включения реле и Н-образных мостов, которые управляют управляющим и приводным двигателями.

Источник: qwedr.com