miCroBOT 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.

Доступность сотовых телефонов привела к тому, что у многих сменилось не одно их поколение. Обычно старые сотовые телефоны сдают или просто выбрасывают. А между тем в корпусе сотового телефона находится маленький электродвигатель выполняющий роль виброзвонка. Не выбрасывайте моторчик, а используйте для сборки миниатюрного робота!

Что может робот-малыш? Бежит за источником света и передвигается как инсектоид. Передвигается только по ровной поверхности. Если в комнату попадают солнечные лучи, то направление его передвижения будет непредсказуемым.

Видеотесты робота

На приведённых видеофрагментах (плейлист) последовательно показаны движение за лучом света от фонаря. Через панель навигации видеоплеера можно избирательно выбрать необходимый видеофрагмент. Панель навигации доступна после запуска видео, справа внизу значок пиктограммы. Перед запуском каждого видеофрагмента автоматически выводится его название в верхнем левом углу. В нижней части окна проигрывателя слева название плейлиста и количество сгруппированных видеофрагментов.

Характеристики и функциональность

Конструктивно микробот состоит из двух печатных плат разного размера. Платы соединены между собой некоторым количеством припоя. Робот имеет три точки опоры. Первые две опоры-это валы моторов, третья точка опоры расположена впереди. Габаритные размеры робота небольшие, поэтому на печатной плате установлен источник питания литиевая батарейка напряжением 3 вольта. На фото показан робот в сборке.

Чувствительность робота к источнику света очень высока. Микроробот прекрасно видит не только прямой свет (попадающий непосредственно на фототранзисторы), но и отражённый в виде светового пятна. Если световое "пятно" (источник света) появляется справа, то загорается правый светодиод и робот заворачивает вправо. Если световое "пятно" появляется слева, то загорается левый светодиод и робот заворачивает влево. При непрерывном освещении с любой из сторон светодиоды начинают мигать, а микроробот будет передвигаться как инсектоид. Алгоритм движения за источником света показан на рис.

Освещение "правого" фототранзистора VT1 включает светодиод HL1 расположенный справа, а "левого" фототранзистора VT2 включает светодиод HL2 расположенный слева. На рис показан алгоритм передвижений робота.

На следующем фото показаны основные радиокомпоненты микроробота.

Компоненты конструкции:
1.Фототранзисторы ФТ-2К
2.Полевой транзистор КП505А
3.Мигающий светодиод ARL5013-URC-B
4.Литиевый элемент CR2032 3V.
5.Микровыключатель.
6.Футляр горизонтальной установки.
7.Мотор от сотового телефона.

Принцип работы

Электрическая схема робота приведена на рис.2. При разработке электрической схемы ставилась задача реализовать способность движения робота за светом с минимальным числом компонентов и возможно меньшим током потребления. Такая комбинация возможна при использовании мигающих светодиодов и полевых транзисторов. Поэтому робот передвигается самым экономичным способом короткими передвижениями (шаг инсектоида).

В качестве датчиков освещённости установлены фототранзисторы. Использование фоторанзисторов и полевых транзисторов позволяет получить большой коэффициент усиления, а это важно для конструкции с минимальным количеством деталей.

Сразу после включения питания робот находится в неподвижном состоянии. Как только на правый фототранзистор VT1 попадает свет (отражённый или от фонарика) сопротивление перехода эмиттер-коллектор резко уменьшается. Ток через фототранзистор VT1 возрастает. Положительный потенциал на затворе полевого транзистора VT3 также возрастает. Этот процесс происходит достаточно быстро и когда потенциал достигает определённого уровня транзистор VT3 открывается. Мотор M1 левым по схеме (выв.1) выводом оказывается подключенным к минусу источника питания через открытый переход исток-сток транзистора VT3. Вал мотора M1 начинает вращаться, а робот поворачивает вправо.

Одновременно с появление открывающего потенциала на затворе полевого транзистора VT3 вспыхивает мигающий светодиод HL1. Почему это происходит? Посмотрите на электрическую схему. Когда ток через фототранзистор VT1 возрастает, на верхнем по схеме выводе (аноде) светодиода HL1 возрастает потенциал и быстро достигает уровня при котором светодиод зажигается. В момент вспышки через светодиод течёт ток и происходит падение напряжения на затворе. Полевой транзистор VT3 закрывается. Мотор M1 останавливается.

Если луч света от фонарика продолжает освещать фототранзистор VT1, то мигающий светодиод гаснет. Падение напряжения на затворе транзистора VT3 сменяется его повышением, что вновь приводит к открытию полевого транзистора VT3 и включению мотора M1.

Если луч света падает на один или оба фототранзистора, робот будет передвигаться рывками (шаг инсектоида). Когда луч света непродолжительное время освещает один из фототранзисторов произойдёт поворот в одну из сторон. Так как в электрической схеме две одинаковых части, то вторая половина HL2,VT2,VT4,M2 работает аналогично. Для организации функции движения за светом расположенный физически справа фототранзистор VT1 управляет мотором M1 расположенным слева. А фототранзистор VT2 расположенный слева управляет мотором M2 расположенным справа. То есть организовано перекрёстное подключение моторов.

Детали и материалы

Печатная плата изготовлена из односторонне фольгированного листа стеклотекстолита толщиной 1-1,5мм. Размеры печатной платы 35х20мм. Ссылка на архив с чертежами и разводкой под ЛУТ размещена в конце статьи. Список радиокомпонентов приведён в таблице.

В качестве источника питания используется литиевая батарейка элемент CR2032 с напряжением 3 вольта. На позиции для батарейки устанавливают футляр горизонтальной конструкции.

Инструкция по сборке робота

Для правильной сборки придерживайтесь инструкций по сборке. Редактировать, масштабировать чертежи в архиве нельзя, так как все чертежи архива в точных размерах.

Демонтаж моторов от сотового телефона

Для передвижения робота используются миниатюрные моторы от сотового телефона. Вынуть моторы при разборке сотового телефона не представляет труда. Обратите внимание на эксцентрик (груз со смещённым центром тяжести) закреплённый на валу мотора. Снимать его нужно очень осторожно! Ни в коем случае не пытайтесь стянуть эксцентрик (3) с вала мотора (2) помощью плоскогубцев, вы испортите мотор!

Чтобы снять эксцентрик вам потребуется шило (или тонкий стальной пруток) и плоскогубцы (или тиски). Крепко удерживайте плоскогубцами эксцентрик и установив шило со стороны торца эксцентрика, точно в отверстие. Выбивайте молотком ось мотора. Постарайтесь не повредить корпус (2) и выводы (1) подключения питания к мотору.

Изготовление печатной платы.

На рис показан чертёж печатной платы. В изготовлении печатной платы есть некоторая особенность. Обратите внимание на тонкую вертикальную линию разделяющую рисунок платы на неравные половинки. При изготовлении (перевод ЛУТ и травлении) печатной платы вы делаете её как единое целое.

После травления и сверления отверстий аккуратно разрежьте платку по вертикальной линии помеченной красной стрелкой на чертеже рис. У вас получиться две маленьких печатных платки. На большой устанавливают микровыключатель, футляр для батарейки и моторы. На второй поменьше выполняют монтаж радиокомпонентов (светодиоды, фототранзисторы, полевые транзисторы). Рекомендуется залудить печатную плату с использованием жидкого беспромывочного (не кислотного!) флюса.

Сборочный чертёж показан на рис. Обратите внимание на установку фототранзисторов. Их необходимо установить на длину выводов около 15мм и затем загнуть под небольшим углом (30-45 град) в горизонтальной плоскости (развести в стороны) и вертикальной плоскости. На чертеже P1-перемычка, можно взять одножильный проводок или вывод от резистора. С начало монтируйте перемычку, а затем футляр для батарейки. При таком порядке монтажа перемычка окажется под футляром. Выполнить монтаж наоборот будет невозможно.

Выключать питания миниатюрный и имеет три вывода. Центральный вывод замыкается в зависимости от положения ручки-ползунка то с левым, то с правым. Для схемы используются только два вывода из трёх, центральный и боковой. Хотя на печатной плате предусмотрено три отверстия, один из боковых для нормальной установки на поверхности печатной платы необходимо загнуть или отрезать. Можно также установить микровыключатель другой конструкции, важно чтобы он был небольших размеров.

Монтаж двигателей.

Моторы устанавливают со стороны токоведущих дорожек на площадки. В качестве крепежа используйте канцелярскую скрепку. Её предварительно выгибают в П-образную скобу нужных размеров и лудят в местах крепления.

Затем выгибайте скрепку в форме уголка и припаивайте к площадке для установки мотора. Аналогично подготовленную скрепку припаивают ко второй площадке. Площадки расположены справа и слева печатной платы (помечены синей стрелкой на рис). Корпус извлечённого мотора хорошо лудится припоем. Припаивайте корпус к уголку из скрепки. Пайку необходимо проводить как можно быстрее. Чрезмерный нагрев корпуса мотораприведёт к его порче. Во время лужения моторы сильно нагреваются, поэтому удерживайте их с помощью монтажных плоскогубцев. Дайте моторам остыть и аккуратно отогните скрепку подобрав угол наклона для обоих моторов.

ВНИМАНИЕ! Не пытайтесь изготовить печатную плату по чертежу рис.3, эти чертежи приведены в увеличенных размерах и с низким разрешением! Для изготовления печатной платы в конце статьи размещён архив с чертежами в высоком разрешении и в точных размерах.

После крепежа моторов выполните их электрическое подключение к позициям M1,M2 на сборочном чертеже (рис.4). Подключайте моторы через рядом расположенные отверстия. Соединения лучше выполнять тонким многожильным монтажным проводом.

После монтажа всех радиокомпонентов выполните соединения между малой и большой половинками печатных плат. Установите малую половинку печатной платы под углом ориентируясь по фото. Красной стрелкой (1) показана малая половинка печатной платы, под цифрой 2 большая половинка печатной платы. Жёлтой линией показаны границы частей плат. Соединения нужно выполнять осторожно, стараясь не замкнуть соседние токоведущие дорожки припоем. Соединения выполняйте припоем на площадках закрашенных на чертеже рис красным цветом.

Общие рекомендации

Робот имеет три точки опоры, две - это валы моторов и третья точка - это установленная впереди маленькая опора. Передняя опора должна быть лёгкой и небольшой по размерам. Её можно выполнить из ножки конденсатора. Опора припаивается к свободной части токоведущей дорожки впереди, как можно ближе к краю печатной платы.

Высота опоры имеет важное значение и подбирается индивидуально! Так если передняя опора будет слишком высока, то весь вес (центр масс) окажется на валах моторов. Это приведёт к тому, что робот будет передвигаться слишком медленно. Если передняя опора будет слишком низкой, то вес робота сместиться на опору и валы моторов будут проскальзывать, а робот будет неподвижен.

Обратите внимание, что моторы установлены под углом. Это определяется тем, что моторы от сотового телефона имеют недостаточное усилие развиваемое на валу. Поэтому прикреплять колёса или одевать кембрики-трубочки на вал мотора бессмысленно, робот просто не будет передвигаться. При настройке скорости передвижения подберите такой угол при котором робот сможет максимально быстро передвигаться. Не забудьте также установить "свежую" батарейку в футляр, чтобы обеспечить максимальный ток через моторы. Сборка окончена

В архиве: чертеж в точных размерах теромоклише. Преобразовывать и редактировать чертежи нельзя! После скачивания распечатайте чертежи на лазерном принтере. Термоклише распечатайте на глянцевой бумаге. Используйте термоклише для перевода рисунка на стеклотекстолит по методу ЛУТ.