Механоид на реле от центра SERVODROID

Статья представлена Центром робототехники для начинающих SERVODROID, где учат делать роботов своими руками шаг-за-шагом. Это команда специалистов из области автоматизации, занимающаяся популяризацией робототехники среди детей, школьников и студентов.

Робот передвигается за счёт обратного поступательного хода пружины реле. Переключаясь с высокой частотой якорь реле отталкивается от поверхности и робот двигается вперёд. Высокая частота переключений реле задаётся режимом автогенерации.

На приведённых видеофрагментах последовательно показаны все режимы работы робота:

Характиристики и функциональность

На фотографии показан робот Механоид в сборке. Робот выполнен на основе электромагнитного реле. Для передвижения по поверхности использует вибрация создаваемая реле при работе в режиме автогенерации. Такой режим работы возможен благодаря простейшей схеме включения. Принцип работы схемы приведён далее в статье.

Робот выполнен по простой и доступной технологии freeForm - сборка без печатной платы. Количество используемых в конструкции радиокомпонентов минимально..всего лишь четыре. Базовым элементом конструкции робота является реле. Его подвижная часть якорь, обеспечивает перемещение по поверхности за счёт быстрых поступательных движений.

В качестве индикатора активности на реле установлен светодиод. Во время движения светодиод начинает вспыхивать с частотой равной частоте переключения контактов реле.

Для питания конструкции робота используется адаптер от игровых приставок или другой стабилизированный источник с выходным напряжением 9...14 вольт. Питание подводится через два тонких одножильных провода. Такой способ питания позволяет максимально облегчить конструкцию робота, но при этом робот не может быть автономным.

Компоненты конструкции робота:
1.Флаг декоративный.
2.Флагшток.
3.Резистор 430 Ом.
4.Светодиод (индикатор активности).
5.Конденсатор полярный 100мк16в.
6.Реле РЭС9 без защитного корпуса.
7.Одножильный провод марки ПЭЛ или ПЭЛШО для подключения питания.

Примечание 1. Все радиокомпоненты распаивают на выводах реле. Флагшток также крепят (паяют) к свободному выводу реле. Графический файл флага в точных размерах размещён в конце статьи и доступен по ссылке для скачивания.

Примечание 2. На электрической схеме (ниже по тексту) указано приблизительное напряжение источника питания, так как у адаптеров разных моделей выходное напряжение может сильно отличаться.

Примечание 3. Чем больше ёмкость полярного конденсатора, тем ниже частота переключений реле и тем медленнее передвигается робот по поверхности. Чем меньше ёмкость полярного конденсатора, тем быстрее передвигается робот по поверхности. Выбирать очень маленькую ёмкость конденсатора (менее 10мкф) или включать робота без конденсатора не рекомендуется. В этом случае частота переключений будет максимальной, что может привести к выгоранию контактов реле!

Принцип работы

Электрическая схема представлена на рисунке. После подключения источника питания светодиод HL1 не светится так как контакты 4 и 5 разомкнуты. На обмотку реле K1 через нормально замкнутые контакты 3 и 4 поступает напряжение около 12-14 вольт. Реле срабатывает и переключает контактную группу, размыкая выводы 3 и 4 и замыкая выводы 4 и 5. При замыкании контактов 4 и 5 светодиод HL1 через токоограничительный резистор R1 оказывается подключенным к источнику питания и зажигается. При размыкании выводов 3 и 4 обмотка реле К1 обесточивается. Далее пружина возвращает якорь и следовательно контактную группу в исходное положение и обмотка реле через выводы 3 и 4 вновь оказывается подключенным к источнику питания. Поскольку выводы 4 и 5 оказываются разомкнуты светодиод HL1 гаснет.

Таким образом реле периодически замыкает и размыкает контакты (точнее переключает) и это процесс происходит периодически. Частота переключений реле K1 зависит от ёмкости конденсатора C1. Почему? Рассмотрим это процесс подробнее. Конденсатор C1 подключен параллельно обмотке реле. Когда на выводы обмотки реле K1 поступает напряжение происходит быстрая зарядка конденсатора до напряжения немного меньшим напряжения питания. Реле переключится, а конденсатор C1 будет удерживать реле во включенном состоянии, пока полностью не разрядится через его обмотку. Чем больше ёмкость конденсатора. тем дольше он будет удерживать реле в отключенном состоянии и тем ниже частота переключений.

Детали и материалы

Как уже отмечалось выше монтаж радиокомпонентов выполняется на выводах реле марки РЭС9. Для этого выводы предварительно лудят, после выполняют монтаж в последовательности приведённой ниже в инструкциях по сборке. Резистор установленный в конструкции мощностью 0,125Вт. В качестве подводки для питания используются два тонких одножильных провода одинаковой длины марки ПЭЛ или ПЭЛШО.

Допустимые замены в конструкции робота.

• Светодиод зелёного цвета свечения можно заменить импортным L5013SRT или отечественным АЛ307БМ, АЛ307КМ светодиодом в корпусе диаметром 5мм практически любого цвета свечения.
• Реле отечественного производства РЭС9 можно заменить на низковольтное реле с подвижным якорем, но в этом случае потребуются испытания, так как усилие развиваемое пружиной может оказаться недостаточным.

Инструкция пошаговой сборки робота

Подготовьте компоненты для сборки робота показанные на фото. Для успешной сборки точно следуйте инструкциям.

Компоненты для сборки робота:
1.Реле (на схеме К1) РЭС9 (1шт)
2.Светодиод (на схеме HL1) зелёного цвета свечения в корпусе диаметром 5мм (1шт)
3.Резистор (на схеме R1) сопротивлением 430 Ом (1шт)
4.Конденсатор полярный (на схеме С1) ёмкостью 100мкФ (1шт)

Примечание.1. Светодиод может быть любого цвета свечения диаметром корпуса 3мм или 5мм импортного или отечественного производства.

Примечание.2. От ёмкости конденсатора С1 зависит частота переключения якоря реле. Чем больше ёмкость конденсатора, тем ниже частота переключений и наоборот.

Демонтаж корпуса реле

Реле РЭС9 находится в защитном корпусе, который нужно демонтировать (снять) для того чтобы получить доступ к подвижной части якоря. Проще всего отогнуть нижнюю кромку плоскогубцами (на фото кромка помечена светлой стрелкой). Во время демонтажа корпуса постарайтесь не повредить обмотку реле, иначе ваша работа будет напрасной.



После демонтажа корпуса изучите расположение частей реле. 1-подвижный якорь, 2-обмотка реле, 3-выводы (ножки), 4-контактная группа. В конструкции робота реле переворачивают и устанавливают вверх выводами.

Монтаж радиокомпонентов

Чтобы не допускать ошибок в монтаже изучите расположение и нумерацию выводов по фото. На реле РЭС9 нумерация выводов и схема коммутации нанесена на верхнюю крышку корпуса.



Монтаж конденсатора

Сборку начинайте с монтажа конденсатора. Его устанавливают перпендикулярно поверхности реле и паяют к контактам 1 и 2 обмотки реле. Обратите внимание на то, что минусовой вывод конденсатора нужно припаять к выводу 2 реле, а плюсовой к выводу 1.



Монтаж соединения

Возьмите тонкий многожильный монтажный проводок длиной около 3см. Соедините и спаяйте проводком выводы реле 2 и 3.



Монтаж светодиода

Светодиод устанавливают над конденсатором. Плюсовой вывод (анод) светодиода паяйте к выводу 1 реле. Вывод минуса (катод) светодиода припаивайте к резистору R1. Второй вывод резистора R1 припаивайте к выводу 5 реле.



Монтаж провода питания

Питание на конструкцию робота поступает через два тонких провода марки ПЭЛШО-0,1. Но можно использовать и провод марки ПЭЛ-0,1. Эти аббревиатуры расшифровываются так.. ПЭЛШО-0,1 провод эмалированный в шёлковой изоляции диаметром 0,1мм. ПЭЛ-0,1 провод эмалированный диаметром 0,1мм. Эмалевое покрытие надёжно предохраняет от коротких замыканий, поэтому дополнительная изоляция для низковольтного напряжения не требуется.

Питание поступает через два провода, которые подпаивают к выводам 1 и 4 реле. На фото отмечено стрелками с указанием на питающие провода P1 и P2. В качестве источника питания можно использовать адаптеры от игровых приставок с выходным напряжением 12 вольт.



Монтаж флага



Возьмите металлическую канцелярскую скрепку и выгните её в пруток. Нижнюю часть зачистите мелкозернистой наждачной бумагой, затем залудите припоем. Паяйте флагшток к свободным (не подключенным) выводам реле. По ссылке внизу загрузите архив и распечатайте его на белом листе офисной бумаги формата А4. Вырезайте ножницами и склейте две половинки флага. Установите флаг на флагшток и закрепите прозрачным скотчем. Сборка робота окончена!

Скачать архив можно здесь