budowa robotów dla początkujących

Tytuł oryginału: Robot Building for Beginners

Tłumaczenie: Jacek Janczyk (wstęp, rozdz. 1 – 19, 27), Łukasz Piwko (rozdz. 20 – 26)

ISBN: 978-83-246-3436-1

Original edition copyright © 2009 by David Cook.All rights reserved.

Polish edition copyright © 2012 by Helion S.A.All rights reserved.

All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from the Publisher.

Wszelkie prawa zastrzeżone. Nieautoryzowane rozpowszechnianie całości lub fragmentu niniejszej publikacji w jakiejkolwiek postaci jest zabronione. Wykonywanie kopii metodą kserograficzną, fotograficzną, a także kopiowanie książki na nośniku filmowym, magnetycznym lub innym powoduje naruszenie praw autorskich niniejszej publikacji.

Wszystkie znaki występujące w tekście są zastrzeżonymi znakami firmowymi bądź towarowymi ich właścicieli.

Autor oraz Wydawnictwo HELION dołożyli wszelkich starań, by zawarte w tej książce informacje były kompletne i rzetelne. Nie biorą jednak żadnej odpowiedzialności ani za ich wykorzystanie, ani za związane z tym ewentualne naruszenie praw patentowych lub autorskich. Autor oraz Wydawnictwo HELION nie ponoszą również żadnej odpowiedzialności za ewentualne szkody wynikłe z wykorzystania informacji zawartych w książce.

Wydawnictwo HELIONul. Kościuszki 1c, 44-100 GLIWICEtel. 32 231 22 19, 32 230 98 63e-mail: [email protected]: http://helion.pl (księgarnia internetowa, katalog książek)

Drogi Czytelniku!Jeżeli chcesz ocenić tę książkę, zajrzyj pod adres http://helion.pl/user/opinie/budrobMożesz tam wpisać swoje uwagi, spostrzeżenia, recenzję.

Printed in Poland.

• Kup książkę• Poleć książkę • Oceń książkę

• Księgarnia internetowa• Lubię to! » Nasza społeczność

http://helion.pl/rt/budrob

http://helion.pl/rf/budrob

http://helion.pl/ro/budrob

http://helion.pl

http://ebookpoint.pl/r/4CAKF

Spis tre�ci

O autorze ...............................................................................................................17

O korektorze merytorycznym .................................................................................19

Podzi�kowania ......................................................................................................21

Wprowadzenie ......................................................................................................23Dla kogo jest ta książka? ......................................................................................................................23

„Gdzie jest ten rozdział o robocie zabójcy?” .............................................................................23„Houston, mamy problem!” ........................................................................................................23Nie jesteś gotów, aby nauczyć się lutować? ...............................................................................24LEGO to za mało, lecz wciąż nie chcesz lutować? ....................................................................24

Uwaga dotycząca listy części ...............................................................................................................24Bądź na bieżąco .....................................................................................................................................24

Rozdzia� 1. Witaj, twórco robotów! .........................................................................................25Cztery dziedziny ...................................................................................................................................25Anatomia amatorskiego robota ..........................................................................................................26

Układy sterujące ............................................................................................................................27Zasilanie elektryczne .....................................................................................................................27Czujniki ...........................................................................................................................................29Napęd i interakcja z otoczeniem .................................................................................................30Pozostałe elementy ........................................................................................................................31Korpus .............................................................................................................................................32

Proces budowy ......................................................................................................................................32Kawałek po kawałku .....................................................................................................................33Tworzenie komponentów ............................................................................................................33Wyluzuj i baw się dobrze ..............................................................................................................33Znajdź towarzyszy i pomoc ..........................................................................................................35

Dalej w las ..............................................................................................................................................35

BUDOWA ROBOTÓW DLA POCZ�TKUJ�CYCH

6

Rozdzia� 2. Gdzie zdoby� narz�dzia i podzespo�y ....................................................................37Zamów bezpłatne informacje .............................................................................................................37Odczytaj ukryte informacje ................................................................................................................38

Zwróć uwagę na kolumny ............................................................................................................38Licz strony ......................................................................................................................................39Porównuj ceny ...............................................................................................................................39

Oszczędzaj pieniądze ...........................................................................................................................39

Rozdzia� 3. Zasady bezpiecze�stwa .........................................................................................43Korzystaj z wieku i doświadczenia .....................................................................................................43Przestrzegaj instrukcji ..........................................................................................................................43

Czytanie etykiet na środkach chemicznych ...............................................................................44Noś okulary ochronne ..................................................................................................................44Zawieszaj okulary albo kładź szkłem do góry ...........................................................................45

Używaj ubrań ochronnych ..................................................................................................................45Zapewnij właściwą wentylację ............................................................................................................45Właściwie przechowuj materiały i narzędzia ...................................................................................46

Informuj o tym, co robisz i czego używasz ................................................................................46Umyj się przed jedzeniem ...................................................................................................................46Unikaj groźnych substancji .................................................................................................................46

Ołów ................................................................................................................................................47Rtęć ..................................................................................................................................................47Kadm ...............................................................................................................................................48Kupuj bezpieczne części z oznaczeniem RoHS .........................................................................48

Porażenia ...............................................................................................................................................49Prąd stały czy prąd przemienny ..................................................................................................49Używaj akumulatorków i firmowych ładowarek ......................................................................49Użycie bezpieczników automatycznych i wyłączników różnicowoprądowych ...................49Zadbaj o uziemienie ......................................................................................................................51Odłączaj zasilanie ..........................................................................................................................52

Trzymaj się z daleka od niebezpiecznych robotów .........................................................................52Dobierz rozmiar silników ....................................................................................................................52Dobierz oświetlenie ..............................................................................................................................52Bądź wypoczęty i zrównoważony ......................................................................................................53

Rozdzia� 4. Uniwersalny miernik cyfrowy ................................................................................55Niezbędne cechy ...................................................................................................................................56

Powinien to być miernik cyfrowy ...............................................................................................56Ilość wyświetlanych cyfr ...............................................................................................................56Pomiar napięcia stałego ................................................................................................................57Pomiar prądu stałego ....................................................................................................................57Pomiar rezystancji .........................................................................................................................57Końcówki lub wyprowadzenia testowe ......................................................................................57Bezpiecznik lub zabezpieczenie przed przeciążeniem .............................................................57

Przydatne cechy ....................................................................................................................................58Pomiar pojemności .......................................................................................................................58Badanie diod ...................................................................................................................................58

SPIS TRE�CI

7

Badanie ciągłości obwodu ............................................................................................................58Pomiar częstotliwości ...................................................................................................................58Pomiar wypełnienia przebiegu ....................................................................................................59Automatyczny dobór zakresów ...................................................................................................59Automatyczne wyłączanie ............................................................................................................60Pomiar tranzystorów ....................................................................................................................60Podwójny wyświetlacz ..................................................................................................................61Pomiar wartości maksymalnej ....................................................................................................61Pomiar wartości minimalnej .......................................................................................................61Podstawka .......................................................................................................................................61

Dodatkowe cechy .................................................................................................................................62Pomiar indukcyjności ...................................................................................................................62Interfejs komunikacyjny RS-232 lub USB .................................................................................62Funkcja oscyloskopu .....................................................................................................................62Podświetlenie .................................................................................................................................63Stoper (miernik) szerokości impulsu .........................................................................................63Pomiar temperatury ......................................................................................................................63Pomiar natężenia dźwięku ...........................................................................................................63Licznik zdarzeń ..............................................................................................................................63Wskaźnik paskowy ........................................................................................................................63Zatrzymanie wartości pomiaru ...................................................................................................64Podtrzymanie odczytu ..................................................................................................................64Pomiar stanów logicznych ...........................................................................................................64Pamięć pomiarów ..........................................................................................................................64Pomiar względny ...........................................................................................................................64Pomiar przesunięcia ......................................................................................................................64Wykrywanie przekroczenia zadanego poziomu .......................................................................65Uchwyt lub gumowa osłona ........................................................................................................65

Funkcje dotyczące prądu przemiennego ..........................................................................................65Pomiar napięcia przemiennego ...................................................................................................65Pomiar „True RMS” (prawdziwej wartości skutecznej) ..........................................................66Pomiar prądu przemiennego .......................................................................................................66

Zdobądź zaciski haczykowe ................................................................................................................66Porównanie konkretnych mierników ................................................................................................67

Możliwości taniego miernika .......................................................................................................67Możliwości miernika ze średniej półki .......................................................................................69Możliwości miernika klasy wyższej ............................................................................................70Porównanie cen i możliwości ......................................................................................................72

Dalsza praca bez miernika ..................................................................................................................72

Rozdzia� 5. Warto�ci i jednostki ...............................................................................................73Wybór systemu metrycznego .............................................................................................................73Pozbywanie się potęg tysiąca ..............................................................................................................73

„M” i „m” ........................................................................................................................................75Alternatywa dla greckiego „mikro” ............................................................................................75

Skróty dla jednostek .............................................................................................................................76


8

Gdy brakuje miejsca .............................................................................................................................76Określanie brakującej jednostki ..................................................................................................77Rozkodowanie trzech cyfr ............................................................................................................78Zamiana kolorów na wartości .....................................................................................................78Określenie wartości elementu przy użyciu miernika cyfrowego ............................................80

Omówiłem podstawy ...........................................................................................................................80

Rozdzia� 6. Robot pod��aj�cy wzd�u� linii ...............................................................................81Budowa trasy .........................................................................................................................................82

Powierzchnia trasy ........................................................................................................................82Oświetlenie trasy ............................................................................................................................82Linia wyznaczająca trasę ...............................................................................................................82Zakręty i przecięcia linii ...............................................................................................................84Budowa trasy — podsumowanie .................................................................................................85

Wybór rozmiaru robota ......................................................................................................................85Przedstawiam „Kanapkę” ....................................................................................................................86

Anatomia „Kanapki” .....................................................................................................................86Korpus „Kanapki” .........................................................................................................................91

Budowa ..................................................................................................................................................94

Rozdzia� 7. Baterie i akumulatorki 9-woltowe .........................................................................95Pomiar napięcia baterii ........................................................................................................................96

Przygotowanie miernika do pomiaru napięcia .........................................................................96Interpretacja wyników pomiaru ..................................................................................................98

Charakterystyka baterii i akumulatorków 9-woltowych ...................................................................98Zalecenia dla ogniw 9-woltowych ....................................................................................................100

Polecane ogniwa ..........................................................................................................................100Niepolecane ogniwa ....................................................................................................................102

Marki i producenci ogniw .................................................................................................................104Użycie ogniw 9-woltowych w robotach ..........................................................................................104

Montaż baterii ..............................................................................................................................105Idźmy z prądem ..................................................................................................................................106

Rozdzia� 8. Zaciski i ko�cówki pomiarowe ............................................................................107Krokodyle są dziś głodne ...................................................................................................................107Zaciski haczykowe ..............................................................................................................................108Sprawdzanie przewodów pomiarowych .........................................................................................109

Ustawienie trybu pomiaru ciągłości obwodów .......................................................................109Test otwartego obwodu ..............................................................................................................110Test zamkniętego obwodu .........................................................................................................111Test połączenia przewodem mostkującym z krokodylkami .................................................111

Wykrywanie niepożądanych połączeń ............................................................................................112Hydraulik z kabelkami .......................................................................................................................113

Rozdzia� 9. Rezystory .............................................................................................................115Ograniczanie napięcia i prądu za pomocą rezystorów .................................................................115Zdobądź zestaw rezystorów o różnych wartościach .....................................................................116Dlaczego ważny jest rozmiar i tolerancja ........................................................................................116Wycinanki ...........................................................................................................................................117

Zaopatrz się w cążki do cięcia przewodów ..............................................................................117

SPIS TRE�CI

9

Rezystancja i omy ...............................................................................................................................118Pomiar rezystancji ..............................................................................................................................119

Interpretacja wartości rezystancji wyświetlanej przez miernik ............................................119Poznaj zakresy pomiarowe rezystancji .....................................................................................120

Sprawdzanie wartości rezystora on-line .........................................................................................121Oznaczanie i przechowywanie .........................................................................................................121

Zdobądź pojemniki na części .....................................................................................................122Powstrzymaj pokusę, aby kawałek przeskoczyć ............................................................................123

Rozdzia� 10. Diody �wiec�ce (LED) ..........................................................................................125Cechy diod świecących ......................................................................................................................125

Rozmiary diod świecących .........................................................................................................125Kształty diod świecących ............................................................................................................127Przejrzystość obudowy diody ....................................................................................................128Kąty widzenia ...............................................................................................................................129Kolory diod ...................................................................................................................................129Jasność diod świecących .............................................................................................................130Sprawność diod świecących .......................................................................................................131

Spojrzenie z bliska na budowę diody ...............................................................................................131Rozróżnianie diod wielokolorowych ...............................................................................................132

Diody dwukolorowe ....................................................................................................................133Diody trójkolorowe lub trójstanowe ........................................................................................133Diody pełnokolorowe .................................................................................................................133

Sprawdzanie diod świecących ...........................................................................................................134Przygotowanie miernika do badania diody .............................................................................134Interpretacja wyników badania diody świecącej .....................................................................135

Diody w zestawach .............................................................................................................................137Rozświetlamy drogę ...........................................................................................................................137

Rozdzia� 11. W��czamy zasilanie! ............................................................................................139Poznajemy listę elementów ...............................................................................................................139

Sprawdzanie części przed montażem .......................................................................................139Czytanie schematów elektrycznych .................................................................................................140Budujemy obwód wskaźnika zasilania ............................................................................................141

Czy widzisz światło? ....................................................................................................................142Kilka eksperymentów z obwodem wskaźnika zasilania .........................................................142

Zadania każdego z elementów ..........................................................................................................142Pomiary obwodu wskaźnika zasilania .............................................................................................142

Pomiar napięcia w obwodzie .....................................................................................................143Pomiar prądu ...............................................................................................................................146Obliczanie żywotności baterii ....................................................................................................147Nie próbuj mierzyć napięcia z przewodem włożonym do gniazda do pomiaru prądu ....150

Podsumowanie wiedzy o obwodach ................................................................................................151

Rozdzia� 12. Budowa prototypów bez lutowania ....................................................................153Potrzeba czegoś lepszego ...................................................................................................................153Płytki montażowe niewymagające lutowania ................................................................................153

Połączenia w otworkach .............................................................................................................154


10

Gniazda przyłączeniowe .............................................................................................................158Płytki stykowe wysoce pożądane ...............................................................................................159

Przewody do pracy z płytkami stykowymi .....................................................................................160Wybór przewodów mostkujących ............................................................................................161

Jak zrobić własne przewody mostkujące .........................................................................................163Usuwanie izolacji z końcówek przewodu ................................................................................163Przycięcie przewodu do odpowiedniej długości .....................................................................164Zagięcie końcówek przewodu ....................................................................................................165

Połączenia ............................................................................................................................................167

Rozdzia� 13. Przygotowanie p�ytki prototypowej do pracy .....................................................169Rozważania na temat źródła zasilania .............................................................................................169

Zatrzaski do baterii 9 V ..............................................................................................................170Podłączenie zasilania do gniazd przyłączeniowych ...............................................................170

Wybór wyłącznika zasilania ..............................................................................................................171Co oznacza SPDT? ......................................................................................................................172Montaż wyłącznika zasilania na płytce prototypowej ............................................................173

Połączenie szyn zasilających .............................................................................................................173Dopasowanie końcówek pomiarowych miernika przy użyciu przewodu mostkującego ........173Podłączanie dolnej szyny zasilającej .........................................................................................175Podział na środku ........................................................................................................................175

Montaż diodowego wskaźnika zasilania .........................................................................................175Pomiar napięcia w wybranych punktach .................................................................................176Przycinanie wyprowadzeń .........................................................................................................176

Cała prawda o wyłączniku zasilania robota ....................................................................................177Gotowi na więcej? ...............................................................................................................................178

Rozdzia� 14. Rezystory zmienne ...............................................................................................179Potencjometry .....................................................................................................................................179

Potencjometr dostrojczy .............................................................................................................180Obracanie pokrętła ......................................................................................................................181Zakup trymerów ..........................................................................................................................181Pomiary potencjometru ..............................................................................................................181

Obwód z diodą świecącą o regulowanej jasności ...........................................................................183Budowa obwodu z diodą świecącą o regulowanej jasności ...................................................184

Obwód równoważenia jasności diod ...............................................................................................184Budowa obwodu pozwalającego na zrównoważenie jasności diod .....................................185

Fotorezystory na bazie siarczku kadmu ..........................................................................................185Wybór fotorezystorów ................................................................................................................186Doświadczenie z fotorezystorem ...............................................................................................187

Obwód sterowany światłem ..............................................................................................................187Zrównoważony układ odczytu jasności ..........................................................................................188

Lista elementów ...........................................................................................................................188Czujniki w parach ........................................................................................................................189Dobieranie fotorezystorów ........................................................................................................189Potencjometr do równoważenia rezystancji ............................................................................190Rezystor ograniczający prąd ......................................................................................................190Punkty testowe .............................................................................................................................191

SPIS TRE�CI

11

Zamiana rezystancji na napięcie przy użyciu dzielnika napięcia .........................................193Budujemy zrównoważony układ odczytu jasności .................................................................193Niemożność zbalansowania układu odczytu jasności ...........................................................194

Rozdzia� 15. Komparatory .......................................................................................................195Komparator napięciowy ....................................................................................................................195

Analiza układu LM393 ...............................................................................................................196Zakup komparatorów .................................................................................................................199

Obwód porównywania jasności z komparatorem .........................................................................199Porównanie schematu elektrycznego z diagramem połączeń ..............................................199Oznaczenia elementów ...............................................................................................................200Rysowanie połączonych i niepołączonych przewodów .........................................................200Zasada działania obwodu porównywania jasności z komparatorem ..................................201Lista elementów obwodu porównywania jasności z komparatorem ...................................201Budowa obwodu porównywania jasności opartego na komparatorze ................................201

Dodajemy reflektory ..........................................................................................................................204Działanie obwodu reflektorów z dwiema diodami LED .......................................................205Budowa obwodu reflektorów .....................................................................................................206Powtarzamy sztuczkę z połączeniem kilku diod .....................................................................206

Doceniamy prostotę ...........................................................................................................................207

Rozdzia� 16. Prze��czniki tranzystorowe ..................................................................................209Czym jest „plus” i „minus” zasilania ...............................................................................................210

Poznajemy tranzystor 2907A .....................................................................................................210Badanie miernikiem tranzystora bipolarnego ................................................................................212

Badanie miernikiem wyposażonym w gniazdo pomiaru tranzystorów ..............................212Badanie tranzystora, gdy nie posiadasz noty katalogowej .....................................................214Badanie tranzystora miernikiem wyposażonym jedynie w tryb badania diod ..................215

Obwody pomiarowe dla tranzystorów bipolarnych ......................................................................216Schemat obwodu do badania tranzystorów PNP ...................................................................216Budowa obwodu do badania tranzystorów PNP ....................................................................218Schemat obwodu do badania tranzystorów NPN ..................................................................219Budowa obwodu do badania tranzystorów NPN ...................................................................220

Obwód porównywania jasności z tranzystorami ...........................................................................220Obliczanie wartości rezystorów ograniczających ...................................................................220Budowa obwodu porównywania jasności z komparatorem i tranzystorami .....................222

Podsumowanie informacji o tranzystorach PNP i NPN ..............................................................223

Rozdzia� 17. Silniki pr�du sta�ego ............................................................................................225Zasada działania silnika prądu stałego ............................................................................................225

Rzut oka do wnętrza komutatorowego silnika prądu stałego z magnesamitrwałymi i żelaznym rdzeniem ...............................................................................................226

Zaglądamy do wnętrza silnika bezszczotkowego ....................................................................229Budowa silnika komutatorowego z magnesem trwałym, ale bez rdzenia ..............................231

Prosty obwód z silnikiem prądu stałego .........................................................................................232Wybór silnika ...............................................................................................................................232Wybór baterii ...............................................................................................................................233Budowa prostego obwodu z silnikiem prądu stałego .............................................................233


12

Podstawowe parametry silników prądu stałego .............................................................................234Prędkość obrotowa silników prądu stałego .............................................................................234Moment obrotowy silników ......................................................................................................237Charakterystyka napięciowa silnika prądu stałego ................................................................240Charakterystyka prądowa silnika prądu stałego .....................................................................241Analiza poboru prądu przez silniki ..........................................................................................244Sprawność silnika prądu stałego ...............................................................................................245Głośność silnika ............................................................................................................................245Zakłócenia (szumy) elektryczne wnoszone przez silnik prądu stałego ...............................245Ciężar silników elektrycznych ...................................................................................................246Wymiary silników .......................................................................................................................246Podsumowanie właściwości silników prądu stałego ..............................................................247

Silniki z przekładnią ...........................................................................................................................247Budowa silnika z przekładnią zębatą ........................................................................................248Współczynnik przełożenia przekładni .....................................................................................250Niedoskonałość zamiany prędkości na moment obrotowy ..................................................252Wady stosowania przekładni .....................................................................................................252Porównanie przekładni planetarnych i zębatych ....................................................................252Dobór silnika z przekładnią .......................................................................................................253

Co dalej? ...............................................................................................................................................254

Rozdzia� 18. Dodajemy silniki z przek�adni� ............................................................................255Wybór silnika z przekładnią .............................................................................................................255

Zakup silników z przekładnią ....................................................................................................256Badamy silnik z przekładnią ......................................................................................................257

Dodajemy silniki do naszego obwodu porównywania jasności z komparatorem ....................259Poznajemy diodę .........................................................................................................................260Dołączenie silników do obwodu porównywania jasności .....................................................261

Zakończyliśmy część elektroniczną .................................................................................................263

Rozdzia� 19. Ko�a .....................................................................................................................265Budowa koła ........................................................................................................................................265Cechy kół robota .................................................................................................................................266

Wypełnienie powietrzem ...........................................................................................................266Kształty opon ...............................................................................................................................267Szerokość opon ............................................................................................................................268Średnica opony ............................................................................................................................269Wybieramy koła dla robota .......................................................................................................271

Wybór kół dla „Kanapki” ..................................................................................................................272Określenie minimalnej i maksymalnej średnicy kół ..............................................................273Określanie maksymalnej średnicy w zależności od prędkości ..............................................273Mój wybór kół dla robota „Kanapki” .......................................................................................274Wybór innych kół dla „Kanapki” ..............................................................................................275

Czyszczenie opon ...............................................................................................................................278Na kołach do przodu ..........................................................................................................................279

SPIS TRE�CI

13

Rozdzia� 20. �czniki ................................................................................................................281Inne rozwiązania ................................................................................................................................281

Ręczne wykonanie łączników ....................................................................................................282Rurki .....................................................................................................................................................282

Wybór materiału na rurkę .........................................................................................................282Zakup rurek o odpowiednich rozmiarach ...............................................................................283

Mierzenie i cięcie rurek .....................................................................................................................285Określanie i oznaczanie długości rurek ...................................................................................285Cięcie rurek ..................................................................................................................................285Szlifowanie uciętej krawędzi ......................................................................................................288Testowanie uciętych kawałków .................................................................................................288

Osie krzyżakowe LEGO .....................................................................................................................289Wybór osi o odpowiedniej długości .........................................................................................289Zakup osi krzyżakowych z klocków LEGO .............................................................................289

Klejenie części łącznika ......................................................................................................................290Rozklejanie się elementów .........................................................................................................290

Montaż wkrętu dociskowego ............................................................................................................292Oznaczanie miejsca do wywiercenia otworu na wkręt dociskowy ......................................292Stojak do wiertarki ......................................................................................................................292Wiercenie otworu na wkręt dociskowy ....................................................................................294Gwintowanie otworu ..................................................................................................................294Wkładanie wkrętu dociskowego ...............................................................................................295

Wspaniały łącznik ..............................................................................................................................296

Rozdzia� 21. Sprz�t do lutowania ............................................................................................297Drut do lutowania ..............................................................................................................................298Topnik ..................................................................................................................................................299Lutownica ............................................................................................................................................299Podstawka pod lutownicę .................................................................................................................301Gąbka ...................................................................................................................................................301Uchwyt pomocniczy ..........................................................................................................................302Odsysacze do cyny ..............................................................................................................................303Lutowanie krok po kroku ..................................................................................................................304Do biegu gotowi: lutujemy ................................................................................................................304

Rozdzia� 22. Lutowanie i ��czenie ............................................................................................305Montaż silników i przełączników ....................................................................................................305

Montaż silników ..........................................................................................................................306Montaż przełącznika trybu śledzenia linii ...............................................................................317Obwód diodowego oświetlenia „komory silników” ...............................................................322Kończenie pracy ..........................................................................................................................323

Lutowanie ............................................................................................................................................324

Rozdzia� 23. Finalny monta� elementów na p�ytce ..................................................................325Układ śledzenia linii ...........................................................................................................................325

Optymalizacja wydajności działania robota ............................................................................327Lutowanie punktowe a lutowanie na płytce drukowanej .................................................................328

Lutowanie punktowe układu śledzenia linii ............................................................................330


14

Testowanie układu robota .................................................................................................................337Uwaga na niską rezystancję .......................................................................................................337Nieprzylutowane wyprowadzenia .............................................................................................337Sprawdź wszystkie wyprowadzenia podłączone

bezpośrednio do dodatniego źródła napięcia .......................................................................337Pomiar rezystancji całego obwodu ...........................................................................................338Pomiar spadku napięcia .............................................................................................................339Podgrzewanie spoin z lutowia ...................................................................................................340

Wstrzymaj oddech .............................................................................................................................340

Rozdzia� 24. Korpus, czyli obudowa ........................................................................................341Wybór obudowy .................................................................................................................................341

Bujanie w obłokach, czyli wymyślanie obudowy idealnej .....................................................341Sprowadzenie na ziemię, czyli szukanie dostępnych części ..................................................341Projektowanie własnej obudowy ...............................................................................................342Korzystanie z gotowych produktów .........................................................................................344

Obudowa z pojemnika na kanapki ..................................................................................................345Wycinanie otworów na silniki ...................................................................................................345Montowanie silników .................................................................................................................348Montaż rurki podtrzymującej silniki ........................................................................................350Montaż silników i rurki ..............................................................................................................354Montaż przełączników i oprawki baterii .................................................................................354Montaż płytki układu ..................................................................................................................356Wiercenie otworów na potencjometry .....................................................................................360Wycinanie okna w wieczku pojemnika ....................................................................................360Czynności końcowe ....................................................................................................................361

Zwarty i gotowy ..................................................................................................................................361

Rozdzia� 25. Uruchamianie robota ...........................................................................................363Poprawki i dostrajanie .......................................................................................................................363

Oględziny ......................................................................................................................................363Próbne uruchomienie — jazda po prostej linii .......................................................................367Rozwiązywanie typowych problemów .....................................................................................367Czy on jedzie prosto? ..................................................................................................................371

Dziewicza podróż ...............................................................................................................................373Rozwiązywanie problemów ze sterowaniem ...........................................................................373

Możliwości udoskonalania ................................................................................................................374Zabezpieczenie przed niepoprawnym podłączeniem baterii ................................................374Zapobieganie przepięciom przy użyciu kondensatorów .......................................................375Poprawianie podążania za linią .................................................................................................376

Podsumowanie ....................................................................................................................................378

Rozdzia� 26. Dalszy rozwój ......................................................................................................379Części do robotów ..............................................................................................................................379

Układy logiczne ...........................................................................................................................379Mikrokontrolery ..........................................................................................................................380Stabilizatory napięcia ..................................................................................................................381

SPIS TRE�CI

15

Kondensatory ...............................................................................................................................383Wykorzystanie energii słonecznej .............................................................................................384Drabinki rezystorów ...................................................................................................................385Przyciski ........................................................................................................................................386Przełączniki DIP ..........................................................................................................................386Zworki ...........................................................................................................................................387Czujnik nachylenia ......................................................................................................................388Czujniki temperatury ..................................................................................................................388Czujniki dotyku ...........................................................................................................................389Wykrywanie przedmiotów i zdalne sterowanie za pomocą podczerwieni ..............................389Czujnik odległości i przedmiotów ............................................................................................390Oscylatory i rezonatory kwarcowe ............................................................................................391Dźwięk ...........................................................................................................................................391Przekaźniki ...................................................................................................................................392Koła zębate ...................................................................................................................................393Serwomechanizmy ......................................................................................................................394Kodery, czyli mierzenie prędkości obrotowej kół ..................................................................394Wyświetlacze ................................................................................................................................395Bezprzewodowe sterowanie i przesyłanie danych ..................................................................396

Codzienne wyzwania .........................................................................................................................396Robot do podlewania kwiatów ..................................................................................................397Wózek na kompost ......................................................................................................................397Robot śmieciarz ...........................................................................................................................397Robot do mycia okien .................................................................................................................397Dachowy dozorca ........................................................................................................................397Miniaturowy pług do odśnieżania ............................................................................................398Pogromca ślimaków ....................................................................................................................398Robot listonosz ............................................................................................................................398

Zawody .................................................................................................................................................398Robocomp ....................................................................................................................................398Cybairbot ......................................................................................................................................399Robotic Arena ..............................................................................................................................399PozRobot .......................................................................................................................................399

Cały świat możliwości ........................................................................................................................399

Rozdzia� 27. Dodatek ...............................................................................................................401Magiczne prawo Ohma .....................................................................................................................401

Prawo Ohma pomaga dobierać rezystory ograniczające .......................................................402Pomoc w określeniu natężenia prądu na podstawie napięcia ...............................................402Klucz do prawa Ohma ................................................................................................................403Dalsze skutki prawa Ohma ........................................................................................................403

Rzeczy, które niechcący popsułem, pracując nad tą książką ........................................................403W którą stronę podłączyłem baterię 9 V? ................................................................................404Stopione przełączniki ..................................................................................................................405


16

Strzelające bezpieczniki w mierniku .........................................................................................406Niech mnie, znowu! ....................................................................................................................406

Właściwe nazewnictwo napięć .........................................................................................................407Masa zamiast „minusa” zasilania ..............................................................................................407V z podwójnymi literami ............................................................................................................407

Skorowidz ...........................................................................................................409

R O Z D Z I A � 1

��

Witaj, twórco robotów!

Wybrałeś sobie satysfakcjonujące i inspirujące hobby. Choć jest ono bardziej kosztowne niż zbieranie owadów,to jednak pochłania mniej gotówki niż wyścigi starych samochodów.

Pomyśl, że pewnego dnia zaczniesz kreować nowe formy życia. Choć początkowo dość prymitywna, każdaz nich będzie unikalna, stworzona od zera Twoimi rękami. I — jak na wielkiego artystę przystało — z czasemkolejne Twe dzieła będą coraz bardziej złożone i wspaniałe.

Pomimo dziesiątek lat powszechnej fascynacji koncepcją robotów, prawdziwie użyteczne roboty osobistepozostają ciągle w sferze marzeń. Postęp w dziedzinie robotyki, poza robotami przemysłowymi, powodowanyjest głównie przez zupełnie niezależne obszary rynku, takie jak komputery osobiste, odtwarzacze CD, zabawki,układy zdalnego sterowania czy sprzęt AGD.

Przygnębiające? Wcale nie. To przecież takie ekscytujące! Można zaangażować się w dziedzinę, któraniesie potencjał przemiany całego naszego świata. Ty także możesz wnieść coś od siebie, bo miejsca na noweodkrycia nie brakuje. Zatem witaj w świecie robotyki. Zaczynajmy!

Cztery dziedzinyRobotyka to co najmniej cztery główne dziedziny wiedzy:

� elektrotechnika i elektronika (czujniki i obwody elektryczne),� mechanika (silniki, przekładnie i korpus robota),� informatyka (pseudointeligentne zachowanie robota),� sztuka (styl, wrażenia i prezencja robota).

Na szczęście, nie musisz być ekspertem w każdej z tych dziedzin, aby zbudować porządnego robota.Oczywiście, jeśli masz odpowiednie przygotowanie w którejś z nich, będzie to mocną stroną Twoich konstrukcji.Zagłębiając się w robotykę, zyskasz doskonałą możliwość, aby zdobyć nowe umiejętności i ujawnić ukryte talenty.

Pomyśl o renesansowym artyście i uczonym Leonardzie da Vinci. Gdyby żył dziś, budowałby roboty.


26

Anatomia amatorskiego robotaRoboty występują w rozmaitych kształtach i rozmiarach. Dyskusyjny pozostaje moment, w którym mechaniczneczy elektroniczne urządzenie staje się robotem. Podstawowym wymaganiem wydaje się możliwość zarównoporuszania się, jak również wyposażenie w czujniki oraz pewien rodzaj „inteligencji”.

Na rysunku 1.1 przedstawiam typowego amatorskiego robota. Potrafi on odnaleźć na stole roboty będącejego przeciwnikami (lub inne przedmioty) i strącić je ze stołu. Dzieje się to całkowicie bez udziału człowieka.Czy większość ludzi uznałaby go za robota?

Rysunek 1.1. Różne ujęcia wysłużonego mistrza zawodów sumo — robota „Buldożer”

Ludzie z większą pewnością uznają obiekt za robota, gdy posiada podstawowe elementy żywej istoty.Oczekują oczu i ust (czyli generalnie twarzy), nóg oraz tułowia, jakby obserwowali owada czy egzotycznegozwierzaka.

Z punktu widzenia anatomii elementy robota kwalifikują się zasadniczo do jednej lub wielu spośródnastępujących kategorii, takich jak:

� układy sterujące,� zasilanie elektryczne,� czujniki,� napęd i interakcja z otoczeniem,� korpus i wykończenie.

Jak na speca od robotów przystało, zaznajomisz się z ich wnętrznościami. W kolejnych punktach opiszętypowe elementy, jakie możesz znaleźć „pod maską” robota.

ROZDZIA� 1. � WITAJ, TWÓRCO ROBOTÓW!

27

Układy sterująceRobot może być wykonany bez własnych układów sterujących. Tak jest w przypadku robotów sterowanychzdalnie przez człowieka. Roboty mogą także posiadać rozproszone sterowanie, gdzie proste układy obsługująjego pojedyncze elementy (np. rękę czy nogę), ale nie mają informacji o tym, co robi reszta robota. Robot możetakże być zbudowany w taki sposób, iż jego system sterowania znajduje się daleko poza jego ciałem — np. w postaciprogramu uruchomionego na laptopie.

Jednak najczęstszym wyborem przy budowie układu sterowania robotem jest wykorzystanie mikrokontrolera(patrz rysunek 1.2). Mikrokontrolery są to układy bardzo zbliżone do mikroprocesorów spotykanych w komputerachosobistych. Różnica polega na tym, iż mikrokontroler to — w uproszczeniu — niemal cały komputer umieszczonyw jednym układzie.

Rysunek 1.2. Mikrokontroler ATmega664 firmy Atmel

Mikrokontrolery wyposażone są w pewną ilość pamięci operacyjnej oraz pamięci nieulotnej wbudowanejbezpośrednio w układ scalony. Gdy w procesorze wykorzystywanym w komputerach PC znaczna część złączyjest przeznaczona do komunikacji z zewnętrzną, szybką pamięcią, to w mikrokontrolerze złącza te są rozmaitymiwejściami i wyjściami, do których bezpośrednio można podłączyć różne czujniki, przyciski i inne dziwaczneurządzenia.

Mikrokontrolery to niedocenieni bohaterowie, którzy otaczają nas ze wszystkich stron, choć niewiele osóbzdaje sobie z tego sprawę. Mikrokontrolery pracują w samochodach, pralkach, suszarkach, odtwarzaczachwideo i innych domowych sprzętach. Wart wiele miliardów złotych rynek mikrokontrolerów zapewnia szerokiwybór modeli o zróżnicowanej cenie i możliwościach.

Tak jest! Pewnego dnia Twoje roboty będą miały „mózg” ze zmywarki! Dołóż kółka do swojej Amiki czyPolara i będziesz miał wspaniałego robota.

Dla uproszczenia robot zbudowany w tej książce wykorzystuje prosty układ sterowania oparty na komparatorzeanalogowym, a nie na mikrokontrolerze. W mojej kolejnej książce, Intermediate Robot Building („Budowarobotów dla średnio zaawansowanych”) wydanej przez wydawnictwo Apress w 2010 r., omawiam robota zesterowaniem opartym o mikrokontroler.

Zasilanie elektryczneMożna zbudować robota napędzanego silnikiem spalinowym i wyposażonego w siłowniki hydrauliczne,ale jednak w którymś miejscu w każdym robocie znajdą się układy elektroniczne. Układ zasilania elektrycznegozawiera samo źródło energii elektrycznej, obwód przetwarzający i stabilizujący napięcie oraz włącznik pozwalającyna włączenie i wyłączenie zasilania robota.

�ród�o energiiAmatorskie roboty, poza jakimiś szczególnymi przypadkami, zasilane są zazwyczaj typowymi bateriami lubakumulatorkami (patrz rysunek 1.3). Są one bezpieczne, niezawodne, niedrogie, łatwo dostępne i zestandaryzowane.Z tego powodu robot opisywany w tej książce wykorzystuje typową baterię 9-woltową.


28

Rysunek 1.3. Powszechnie spotykane rozmiary baterii

Wskazane jest użycie akumulatorków. Choć koszt ich zakupu jest większy niż zwykłych baterii, to jednakw dłuższej perspektywie pozwolą Ci zaoszczędzić sporo pieniędzy.

Inną możliwością jest zasilanie energią słoneczną. Ponieważ jednak światło słoneczne nie jest dostępnebezustannie, prosty robot zasilany w ten sposób funkcjonuje w powtarzających się cyklach ładowania orazrozładowania i wyłącza się pomiędzy okresami aktywności. Bardziej zaawansowany robot będzie ładowałakumulatory, gdy wykryje odpowiednie warunki oświetleniowe, a później w ciemności wykorzysta zgromadzonąenergię, dostarczając zasilanie do układów sterujących.

Stabilizacja napi�ciaWiększość robotów wyposażona jest w mały fragment odpowiedzialny za utrzymanie pewnego stałegopoziomu napięcia dla zasilania wszystkich układów elektronicznych. Nosi on nazwę stabilizatora napięcia(patrz rysunek 1.4).

Rysunek 1.4. Obwód stabilizacji napięcia zbudowany w oparciu o układ MCP1826S firmy Microchip będącynowoczesnym odpowiednikiem klasycznego stabilizatora 7805

W miarę zużywania się baterie dostarczają coraz mniej i mniej energii. Bez stabilizatora doprowadziłobyto do sytuacji, w której — w zależności od stanu baterii — robot poruszałby się z różną szybkością, zmieniałabysię jasność kontrolek i odczyty z czujników.

Innym powodem stosowania regulatorów zasilania jest fakt, iż niektóre podzespoły robota mogą wymagaćwięcej mocy niż inne. Przykładowo silniki potrzebują znacznie większej mocy niż układy sterujące czy lampkikontrolne. Układ regulacji obniża (bądź przeciwnie — podwyższa) napięcie uzyskiwane z baterii do poziomuwymaganego przez każdy z głównych modułów robota. Aby nie komplikować robota omawianego w tej książce,


29

wszystkie jego komponenty mogą pracować ze zmieniającym się napięciem pochodzącym bezpośrednio z baterii,więc układ stabilizacji napięcia nie jest konieczny.

We wspomnianej wcześniej książce Intermediate Robot Building porównuję kilka metod regulacji napięciai przedstawiam zalecenia dotyczące budowy pełnego układu zasilania.

Wy��cznikWiększość robotów wyposażona jest w wyłącznik zasilania (patrz rysunek 1.5), który pozwala wyłączyć robotana czas konserwacji lub przechowywania.

Rysunek 1.5. Wyłącznik zasilania

Co ciekawe, roboty zasilane energią słoneczną przeważnie nie posiadają wyłącznika. Budzą się do życiarano, wraz z pierwszym promieniem słońca i dokazują przez cały dzień.

CzujnikiTwoja jedna zmarszczka na czole zawiera więcej receptorów niż dowolny robot kiedykolwiek zbudowany.Ilość czujników zainstalowanych w większości amatorskich robotów, z wyjątkiem pikseli w sensorze wizyjnym,ogranicza się do mniej niż tuzina, w czterech czy pięciu głównych odmianach.

Zaawansowany amatorski robot może być wyposażony w działający w podczerwieni układ wykrywaniaprzedmiotów, czujniki dotykowe, czujnik natężenia światła (patrz rysunek 1.6), próbnik baterii, czujnikipołożenia i przechyłu, a może nawet czujnik temperatury. Mimo stosunkowo niewielu źródeł danych, takirobot może mieć naprawdę wiele interesujących funkcji.

Rysunek 1.6. Półprzewodnikowy czujnik natężenia światła wykorzystujący siarczek kadmu

PrzyciskiPrzełączniki i przyciski (patrz rysunek 1.7) stanowią pewien podzbiór czujników. Reagują na naciśnięcie.


30

Rysunek 1.7. Po lewej miniaturowy przycisk przylutowany do płytki drukowanej, którą wytrawiłem w swoimwarsztacie w piwnicy. Po prawej kilka przykładów przycisków o różnych rozmiarach, kolorach i sprężystości

Większość robotów wyposażona jest w kilka przycisków przeznaczonych do sterowania ich działaniemprzez człowieka. Mogą one służyć do przełączania trybów pracy robota lub uruchamiać jakąś testową sekwencjędziałań. Pomysłowy projektant może w ogóle zrezygnować z przycisków i wybierać pożądane akcje przeznp. machnięcie ręki przed odpowiednimi czujnikami.

Napęd i interakcja z otoczeniemRoboty podejmują działania zgodnie z informacjami otrzymanymi z czujników. Działanie jest zwykle jakąśformą ruchu. Jednakże działaniem jest także wydawanie dźwięków, wyświetlanie komunikatów, użycie lampekkontrolnych czy inne sposoby sygnalizacji mające na celu skłonić człowieka do działania.

RuchWiększość amatorskich robotów przemieszcza się przy użyciu pojedynczej pary kół (patrz rysunek 1.8).Inaczej niż ma to miejsce w samochodach z czterema kołami i jednym silnikiem, robot ma dwa koła napędzaneprzez dwa niezależne silniki, co daje mu wystarczającą moc i pozwala sprawnie skręcać bez obciążaniaskomplikowanymi układami sterowniczymi.

Rysunek 1.8. Dwa miniaturowe silniczki połączone z kołami za pomocą gumek

Mechaniczne nogi w akcji robią piorunujące wrażenie, ale są zdecydowanie trudniejsze do zbudowania.Istnieją pewne prostsze w budowie odmiany konstrukcji na sześciu wzajemnie powiązanych nogach,lecz w projektach tych tracimy na sprawności poruszania się robota.


31

Sterowanie silnikiemWiększość robotów, poza stabilizatorem napięcia, wymaga także układu sterowania pracą silników (patrzrysunek 1.9). Szybkie ruszanie z miejsca i zatrzymywanie się czy hamowanie silnikiem wymaga impulsówenergii zdecydowanie większych, niż logika sterująca robota może dostarczyć bezpośrednio. Dlatego niezbędnyjest układ odpowiedzialny za sterowanie silnikami i ochronę pozostałych układów elektronicznych przedzakłóceniami i przepięciami.

Rysunek 1.9. Układ sterowania silnikiem oparty na układach MOSFET i diodach Schottky’ego

Lampki kontrolneWiększość robotów ozdobiona jest licznymi, małymi lampkami. Diody LED (diody elektroluminescencyjne)sygnalizują stan zasilania, użycie silników, odczyty z czujników czy też przebieg procesów decyzyjnych (patrzrysunek 1.10). Wyświetlanie przez robota stanu, w jakim aktualnie się znajduje, znacząco ułatwia rozwiązywanieproblemów i ulepszanie konstrukcji. Jednocześnie lampki sprawiają, że wygląd robota jest bardziej intrygujący.

Rysunek 1.10. Rząd diod LED sygnalizujących wykrycie celu

Diody LED są bardzo wygodne w użyciu — nie kosztują wiele, nie wydzielają ciepła, są lekkie i produkowanew coraz większej gamie kolorów.

Pozostałe elementyBędziesz zaskoczony, jak szybko mogą się wyczerpać dostępne porty mikrokontrolera. Powszechnie używa się więcróżnych układów wspomagających, aby zgrupować sygnały wejściowe przed przekazaniem ich do mikrokontrolera.Dodatkowe układy mogą także wstępnie przetwarzać te sygnały (np. z czujników czy przycisków), aby odciążyćgłówny procesor.


32

Potrzebujesz jeszcze wielu innych rzeczy. Przewody, złącza, rezystory, kondensatory, diody i inne elementysą niezbędne, aby zbudować działający układ (patrz rysunek 1.11).

Rysunek 1.11. Przewody, złącza, rezystory, kondensatory, diody — o rany!

KorpusJeśli nie budujesz celowo bezkształtnego robota, wówczas wszystkie jego elementy powinny być przymocowanedo jakiegoś solidnego korpusu lub ramy. To zadziwiające, jak wielu konstruktorów nie przykłada do tego należytejuwagi. W efekcie otrzymują konstrukcję, która załamuje się pod własnym ciężarem albo — w najlepszym razie— kuśtyka dookoła w dziwaczny sposób.

Porządny korpus nie tylko zapewnia solidne mocowanie części, ale również chroni je przed uszkodzeniami.Niestety, nazbyt często amatorskie roboty ze zwisającymi przewodami i wystającymi fragmentami płytekdrukowanych okazują się zbyt delikatne.

Wyko�czenieKolejnym istotnym aspektem korpusu jest jego wykończenie (patrz rysunek 1.12). Nieważne, jak bardzozaawansowany technicznie będzie Twój robot, to jego ostateczny wygląd znacząco wpływa na to, jak widzowiebędą go postrzegać. Nie lekceważ odrobiny efekciarstwa.

Proces budowyRobot to złożony twór i potrzeba wiele pracy, nim zacznie poprawnie funkcjonować. Istnieje kilka technik,które pomogą Ci wytrwać do końca i cieszyć się każdą przepracowaną chwilą.


33

Rysunek 1.12. Robot podążający wzdłuż linii w obudowie z pudełka po cukierkach

Kawałek po kawałkuNawet najmniejszy robot to duży projekt. Łatwo może Cię przytłoczyć.

Po powrocie ze szkoły, czy też gdy wreszcie nadejdzie weekend, skoncentruj się na małym fragmenciepracy, który akurat Cię wciągnął. Spraw, aby silnik kręcił się w przód i wstecz. Albo połącz koło z silnikiem.Albo po prostu wybierz z katalogu kilka części i je kup.

Na koniec dnia weź do ręki fragment, nad którym pracowałeś, i podziwiaj go przez chwilę. Jeśli nawet niewyszedł tak dobrze, jak tego chciałeś, pomyśl o wszystkim, czego się nauczyłeś.

Kwituj ukończenie kolejnych etapów pracy i doceniaj postępy. Bądź konstruktorem, nie wizjonerem.

Tworzenie komponentówUnikaj pokusy, aby za jednym zamachem zbudować całego robota. Twórz pojedyncze komponenty, które stanąsię robotem, gdy je ze sobą połączysz (patrz rysunek 1.13). W ten sposób, jeśli projekt danego komponentu sięsprawdzi, będziesz mógł ponownie go wykorzystać w kolejnych robotach. Jeśli komponent ulegnie uszkodzeniulub nie będzie działał tak dobrze, jak tego oczekujesz, tylko ten element będziesz musiał zmienić.

Ponieważ czas pracy nad pojedynczym komponentem jest stosunkowo krótki i możesz go kontrolować,łatwiej ukończyć coś znaczącego. Niektórzy twierdzą, że zbudowali całego robota w weekend. Nie sądzę.Nie liczą czasu spędzonego na nauce, projektowaniu, zakupach, dokonywaniu przeróbek czy tworzeniumniejszych fragmentów.

Wyluzuj i baw się dobrzeJeśli poczujesz się sfrustrowany i będziesz miał ochotę rozdeptać oporny element, po prostu odłóż go na bok.To w końcu hobby, prawda?


34

Rysunek 1.13. Interfejs klawiatury gotowy do wielokrotnego wykorzystania

Narysuj dymek z tekstem: „Jestem dla Ciebie za cwany, człowieczku!” i przyklej go do robota. Późniejudowodnij swą wyższość, wyzywając tę bezmyślną puszkę na partyjkę szachów.

Albo przeciwnie — przyjmijmy, że robot jest ukończony i działa jak należy. Przed oficjalną prezentacjąupewnij się, że niczego nie brakuje. Jakieś gołe miejsca? Może Twój robot potrzebuje roześmianej buźki alboplastikowych oczu (patrz rysunek 1.14)? Malowanie, nalepki, oznaczenia czy migające światełka to znakomiteelementy wykończenia robota.

Rysunek 1.14. Twarz, z którą należy się liczyć

Nazwij swojego robota mądrze albo pomysłowo prowokująco. Unikaj liczb, przydomków z filmów czyimion klaunów („M1734”, „R2-D2®”, „Pufi”). Co powiesz na „Grahamek”, „Zdobywca” czy „Postrach sąsiedztwa”?

Pomyśl nad jakąś muzyką na uroczystą premierę. Czy przygotowałeś poczęstunek? Nastrojowe oświetlenie?


35

Znajdź towarzyszy i pomocStrony WWW zapoczątkowały nową erę w dzieleniu się informacjami. Noty katalogowe opisujące w szczegółachdziałanie różnych podzespołów są w każdej chwili dostępne na stronach producentów i sprzedawców. Chwilaposzukiwań owocuje mnóstwem informacji związanych z robotami. Zamieszczone w sieci zdjęcia i filmydostarczają informacji i inspiracji.

Jeszcze lepszym źródłem są lokalne kluby pasjonatów robotyki. Znajdziesz tam nowych przyjaciół — zarównoludzi, jak i roboty. Co ważniejsze, niezobowiązujące dyskusje często pomagają zrozumieć lub rozwiązać trapiącyCię problem. Wiele klubów organizuje comiesięczne bądź coroczne zawody. Jeśli lubisz wyzwania, może tostanowić doskonałe źródło motywacji. Choć wartość nagród przeważnie jest dość niska, to jednak możeszzdobyć fajne gadżety, których sam byś sobie nie kupił.

Informacje o lokalizacji klubów znajdziesz w internecie. Użyj odpowiednich słów kluczowych. Większośćpoważniejszych organizacji publikuje linki do innych klubów, więc znalezienie choć jednego — jeśli nawet niebędzie w Twojej okolicy — może doprowadzić do klubu blisko Ciebie.

Jeśli nie znajdziesz w pobliżu żadnego klubu, pomyśl nad jego założeniem. To całkiem proste — po prostuzainteresowani spotykają się w jakimś ustalonym miejscu, np. w bibliotece czy w domu kultury.

Wciągnij w swoje hobby członków rodziny. Nie tylko będą lepiej rozumieć Twoje osiągnięcia, ale ich udziałmoże także przynieść więcej satysfakcji z pracy. Gdy po raz pierwszy udałem się na zawody robotów w Illinois,uderzyła mnie rodzinna atmosfera tam panująca. Były dzieci w każdym wieku, mężowie z żonami, babcie,dziadkowie i przyjaciele.

Dalej w lasW kolejnych rozdziałach omawiam istotne podstawy, takie jak katalogi, zasady bezpieczeństwa, zakup multimetrui numeracja.

Sednem tej książki jest przedstawienie każdego elementu, narzędzia i kolejnych kroków niezbędnych,aby zbudować robota podążającego wzdłuż linii. Na początek omówię wymagania dotyczące zbudowaniaodpowiedniej trasy. Przyjrzymy się też już zbudowanemu robotowi tego typu. W każdym następnym rozdzialeskoncentruję się na kolejnym elemencie bądź etapie na drodze do zaprojektowania i zbudowania własnegorobota. Dowiesz się, do czego dokładnie przeznaczone są konkretne elementy; omówię także ewentualnezastępniki.

Jeśli ukończysz każde ćwiczenie, na końcu książki będziesz posiadaczem własnej kopii robota podążającegowzdłuż linii. W ręku trzymasz kompletny projekt i szczegółową instrukcję, które pozwolą Ci — bez żadnejwstępnej wiedzy z dziedziny elektroniki, mechaniki czy programowania — zbudować od zera własnego robota.

Robota podążającego wzdłuż linii wybrałem na główny przedmiot tej książki w odpowiedzi na niezliczoneprośby płynące od początkujących pasjonatów robotyki. Skupienie się na jednym projekcie spowodowało,że w książce omawiam w szczegółach każdy aspekt budowy takiego robota. Wiele innych książek prezentujemnóstwo różnych projektów robotów, lecz przez to nie zawierają one dość szczegółów niezbędnychpoczątkującym, aby zbudować któregokolwiek z nich.

Robot podążający wzdłuż linii nie wyruszy w trasę aż do ostatnich rozdziałów, jednak po drodze będziewiele momentów, gdy zamkniesz pewien etap prac (np. zbudujesz w całości jakiś komponent robota) i będzieszmógł podsumować swoje dokonania i ocenić poczynione postępy. Jeśli nawet postanowisz, iż nie będzieszbudował robota podążającego wzdłuż linii, prezentowany tu projekt stanowi doskonałą podstawę, którą możeszprzekształcić, aby zbudować robota o całkiem odmiennych zastosowaniach.

W ostatnich rozdziałach zamieściłem pomysły i sugestie, jak mogą wyglądać Twoje dalsze kroki we wspaniałymświecie robotyki.


36

Skorowidz

Aaceton, 353akumulatorki, 95

litowo-polimerowe, 101niklowo-kadmowe, 103niklowo-magnezowo-wodorkowe, 100

analiza skręcania, 376automatyczne wyłączanie, 60automatyczny dobór zakresów, 59

Bbadanie

ciągłości obwodu, 58diod, 58tranzystora, 212, 214tranzystora miernikiem, 215tranzystorów NPN

budowa obwodu, 220schemat obwodu, 219

tranzystorów PNP, 216budowa obwodu, 218schemat obwodu, 217

bateria9-woltowa, 95alkaliczna, 101litowa, 102typu NiMH, 373węglowo-cynkowa, 103

baza, 213baza tranzystora PNP, 211bezpieczeństwo, 43

bezpieczniki automatyczne, 49groźne substancje, 46

niebezpieczne pierwiastki, 48porażenia, 49przestrzeganie instrukcji, 43RoHS, 48ubrania ochronne, 45wentylacja, 45wyłącznik różnicowoprądowy, 49

bezpiecznik, 50, 57bezpiecznik topikowy, 51brakujące jednostki, 77budowa diody LED, 131budowa diody świecącej, 131budowa trasy, 82

Ccążki boczne, 118cążki do cięcia przewodów, 118cechy miernika, 56ceny układów, 39charakterystyki baterii i akumulatorków, 99CIE, Commission Internationale de l’Eclairage, 130ciężar silników elektrycznych, 246Cook David, 17Cybairbot, 399części do robotów, 379czujnik

dotyku, 389nachylenia, 388odległości, 390odległości Sharp GP2D02, 390światła, 202temperatury, 388

czujniki, 29


410

Ddekoder kodów kolorów, 79diagramy połączeń, 200dioda 1N5817, 260dioda gasząca, 260dioda LED, 31, 125–137

budowa, 131jasność, 130kolory, 129kształt, 127matowa biała, 128matowa kolorowa, 128przezroczysta

kąt widzenia, 128rozmiar, 126sprawność, 131

dioda Schottky’ego, 259, 261diody dwukolorowe, 133diody pełnokolorowe, 133diody robota, 137diody świecące, Patrz dioda LEDdiody świecące w zestawach, 137diody trójkolorowe, 133diody trójstanowe, 133DIP, Dual Inline Package, 156długość fali, λ, 129dobór

fotorezystorów, 189oświetlenia, 52rezystorów, 149silnika, 52silnika z przekładnią, 253średnicy kół, 273

drabinki rezystorów, 385druga zasada lutowania, 308drut, 160drut do lutowania, 298dźwięk, 391

Eemiter, 213energia słoneczna, 384

Ffelga, 265, 277firma

AND-TECH, 38Atmel, 381

AVT, 38Conrad Electronic, 38ELFA, 38Dremel, 293Hsiang Neng, 256mobot, 38modele.sklep.pl, 38Parallax, 24SEMICONDUCTORS BANK Ltd, 38Solarbotics, 24SparkFun Electronics, 24TME, 38Trobot, 38

fotorezystor, 185, 187fototranzystor, 376funkcja oscyloskopu, 62funkcje kondensatorów, 383

Ggąbka, 301głośność silnika, 245gniazdo „A”, 150gniazdo „V”, 150gniazdo przyłączeniowe, 158, 170groźne substancje, 46gwintownik, 294

Hhamulce, 377

Iimadło, 294informacje, 37interfejs klawiatury, 34interfejs komunikacyjny, 62inwerter logiczny, 380izolowane przewody połączeniowe, 161

Jjasność diody, 130jasność, mcd, 130jazda po ciemnej linii, 371jazda po jasnej linii, 372

SKOROWIDZ

411

Kkadm, 48kalkulator wartości rezystancji, 121kamień szlifierski, 347Kanapka, 86, 378katalogi, 37klej cyjanoakrylowy, 290klej silikonowy, 333klejenie

części łącznika, 290gniazd Molex, 332

kodery, 394kolektor, 213kolory paska, 78koła, 91, 265

budowa, 265cechy, 266

koła LEGO, 272koła zębate, 393komparator, 195

analogowy, 195napięciowy, 195podwójny, 199typu push-pull, 377

komutacja elektroniczna, 230komutator, 228kondensatory, 383

funkcje, 383właściwości, 383

końcówki pomiarowe, 107korpus, 32, 91, 341

Llampa fluorescencyjna, 52lampki kontrolne, 31LED, Light Emitting Diode, 125LEGO, 24, 91LEGO MINDSTORMS, 24LEGO MINDSTORMS NXT, 24LEGO Technic, 342licznik zdarzeń, 63linia wyznaczająca trasę, 82linka, 160lutowanie, 297, 304, 324

czujników, 336na płytce drukowanej, 328przełącznika, 319punktowe, 328silnika, 307

lutownica, 299

łączniki, 281, 296

Mmagistrala 25-stykowa, 157magistrala dystrybucyjna, 175magistrala zasilająca, 334maksymalna średnica koła, 273masa, 407masa mocująca, 236maska przeciwpyłowa, 46mechanizm równoważenia jasności, 185miernik

cechy, 56porównanie jakości, 67tryb pracy, 109

miernik cyfrowy, 55, 72miernik DT-830B, 67miernik VA38, 70miernik VC97, 69mierzenie prędkości obrotowej kół, 394mikrokontroler ATmega664, 27mikrokontrolery, 380

pamięć operacyjna, 380programator, 380właściwości, 380

milikandela, mcd, 130minus zasilania, 210moment obrotowy silników, 237, 239montaż

baterii, 105oprawki baterii, 356płytki układu, 356, 358przełącznika trybu śledzenia linii, 317przełączników, 173, 354, 355rurki, 350, 354silników, 306, 348, 354wkrętu dociskowego, 292wskaźnika zasilania, 175

mostek, 161myjka ultradźwiękowa, 279

Nnapęd, 30, 90napięcia na punktach pomiarowych, 370napięcie pracy robota, 105napięcie przewodzenia, 136narzędzia, 37


412

narzędzie do zdejmowania izolacji, 163niebezpieczne pierwiastki

kadm, 48ołów, 47rtęć, 47

niutonometr, Nm, 238nota katalogowa tranzystora, 212

Oobcinak do rur, 286obliczanie

maksymalnego poboru prądu, 207napięcia, 191prądu, 149prędkości liniowej, 270wartości rezystorów, 220żywotności baterii, 147

obrotomierz, 236obudowa

konstrukcja, 344projekt z papieru, 343z pojemnika, 345

obudowa dwurzędowa, 156obwody testowe, 153obwód diodowego oświetlenia, 322

budowa, 322schemat, 322

obwód porównywania jasnościbudowa, 201elementy, 201napięcia, 203z komparatorem, 199z komparatorem i tranzystorami, 222z silnikiem, 259z tranzystorami, 220zasada działania, 201

obwód reflektorów, 205budowa, 206schemat, 205

obwód równoważenia jasności diod, 184obwód sterowany światłem, 187obwód wskaźnika zasilania, 139, 141obwód z diodą LED

budowa, 184schemat, 183

ochrona styków, 310odbłyśnik, 132odsysacz do cyny, 303określenie natężenia prądu, 402

okulary ochronne, 44ołów, 47om, Ω, 118opona

czyszczenie, 278kształt, 267kształt bieżnika, 268rodzaj bieżnika, 269szerokość, 268średnica, 269

opona jednolita, 266opona piankowa, 266opona pneumatyczna, 266opona półpneumatyczna, 266optymalizacja wydajności, 327oscylatory, 391oś krzyżakowa LEGO, 284, 289oznaczenia jednostek, 76oznaczenia rezystora, 148

Ppamięć operacyjna, 380pamięć pomiarów, 64pierścień dociskowy, 282pierwiastki toksyczne, 46pierwsza zasada lutowania, 306pin, 197platforma Arduino, 24plus zasilania, 210płytka

drukowana, 297drukowana robota, 178montażowa, 153prototypowa, 169stykowa, 154, 159układu drukowanego, 329uniwersalna, 329

pobór prądu, 244, 258podstawka dla układu scalonego, 331podstawka pod lutownicę, 301podtrzymanie odczytu, 64podtrzymywanie silników, 350podzespoły, 37pojemnik na części, 122połączenia elektryczne, 93połączenia niepożądane, 112połączenia w otworkach, 154połączenie szyn zasilających, 173pomiar „spadku napięcia”, 144pomiar „True RMS”, 66

SKOROWIDZ

413

pomiar ciągłości obwodów, 109, 110pomiar częstotliwości, 58pomiar diod świecących, 134

interpretacja wyników, 135ustawienie miernika, 134

pomiar indukcyjności, 62pomiar napięcia, 176pomiar napięcia „w punkcie”, 144pomiar napięcia baterii, 96

interpretacja wyników, 98ustawienie zakresu, 97

pomiar napięcia przemiennego, 65pomiar napięcia stałego, 57, 97pomiar napięcia w obwodzie, 143pomiar natężenia dźwięku, 63pomiar natężenia prądu, 150pomiar pojemności, 58pomiar potencjometru, 182

maksymalna rezystancja, 182zmienna rezystancja, 182

pomiar prądu, 146, 149pomiar prądu przemiennego, 66pomiar prądu stałego, 57pomiar prądu woltomierzem, 403pomiar prędkości obrotowej silnika, 235pomiar przesunięcia, 64pomiar rezystancji, 57, 119, 338

interpretacja, 119zakresy pomiarowe, 120

pomiar spadku napięcia, 339pomiar stanów logicznych, 64pomiar temperatury, 63pomiar tranzystorów, 60pomiar wartości maksymalnej, 61pomiar wartości minimalnej, 61pomiar wypełnienia przebiegu, 59pomiar względny, 64pomiar wzmocnienia tranzystora, 213pomiary w punkcie testowym, 192pomyłki montażowe, 404porażenia, 48

bezpieczniki automatyczne, 49prąd przemienny, 49prąd stały, 49uziemienie, 51zasilanie, 52

porównanie mierników, 67potencjometr, 179

do równoważenia rezystancji, 190dostrojczy, 180, 181, 330liniowy, 183

logarytmiczny, 183wieloobrotowy, 181wykładniczy, 183

potęga tysiąca, 74PozRobot, 399półprzewodniki bipolarne, 210półprzewodniki polowe, 210prawo Ohma, 401prąd blokowania, 244prąd jałowy, 242prąd obciążenia (znamionowy), 243prąd rozruchowy, 242Preston Scott, 19prędkość obrotowa silnika, 234programator, 380projekt robota, 86

czujniki, 88korpus, 91napęd, 90oświetlenie trasy, 88układy sterujące, 90wskaźniki, 89źródło zasilania, 87

prototyp, 153próbne uruchomienie, 367przedłużanie żywotności baterii, 148przedrostki, 74przekaźniki, 392przekładnie planetarne, 252przekroczenie wartości pomiaru, 65przeliczanie obrotów, 237przełączniki, 172przełączniki DIP, 386przełączniki tranzystorowe, 209przełożenia nietypowe, 250przełożenie bezwzględne, 250przesyłanie danych, 396przewody miedziane, 160przewody miedziane ocynkowane, 160przewody mostkujące, 161, 163przewody z zaciskami, 109przyciski, 29, 386

Rramię siły, 239reflektory, 204, 207regulacja czujników, 89rezonatory kwarcowe, 391rezystancja, 118


414

rezystor, 115moc, 117rozmiar, 116tolerancja, 116

rezystorydo montażu powierzchniowego, 116o różnych wartościach, 116ograniczające, 190, 402zmienne, 179

Robocomp, 398robot

Buldożer, 26Penguin, 24Scribbler, 24Stingray, 24Boe-Bot, 24

robot podążający wzdłuż linii, 81Robotic Arena, 399Robotics Invention System, 24roboty typu BEAM, 385robotyka, 25rozmiar robota, 85rozmieszczenie elementów układu, 330rozróżnianie komparatorów, 198RPM, 234RS-232, 62rtęć, 47rurki, 282

cięcie, 285mocowanie osi, 284mocowanie wału, 284szlifowanie, 288teleskopowe łączenie, 284testowanie, 288

rurki termokurczliwe, 310

Sschemat

obwodu reflektorów, 205obwodu wskaźnika zasilania, 140obwodu zabezpieczającego, 375połączeń układu śledzenia linii, 326

schyłek ery układów logicznych, 380serwomechanizmy, 394silnik bezrdzeniowy, 231silnik bezszczotkowy, 229silnik escap, 240silnik GM2, 257silnik Hsiang Neng, 346silnik komutatorowy, 231

silnik prądu stałego, 225charakterystyka napięciowa, 240charakterystyka prądowa, 241parametry, 234prędkość obrotowa, 234schemat obwodu, 234sprawność, 245zakłócenia, 245zasada działania, 225

silnik z przekładnią, 248, 256budowa, 248pobór prądu, 258

silnik z rdzeniem, 231skręcanie, 376skróty dla jednostek, 76skróty dla liczb, 74SMD, 116SMT, 116spadek napięcia w kierunku przewodzenia, 136SPDT, Single Pole Double Throw, 172spoiwo lutownicze bezołowiowe, 47sprawdzanie przewodów pomiarowych, 109sprawność diody LED, 131sprawność silnika prądu stałego, 245sprzedawcy dystansów, 358stabilizator napięcia, 28, 381sterowanie, 396sterowanie silnikiem, 31sterowanie za pomocą podczerwieni, 389stojan, 226stoper, 63sygnały wejściowe komparatora, 204symbol masy na schematach, 407system kolorymetryczny CIE, 130system metryczny, 73szczotki zasilające, 229szczypce, 165, 166szczypce do zacisków złączy Molex, 314szczypce z karbowanymi szczękami, 167szyna rozprowadzająca, 157

śledzenie linii, 87

Ttachometr, 236test otwartego obwodu, 110test połączenia, 111

SKOROWIDZ

415

test zamkniętego obwodu, 111testowanie układu robota, 337

rezystancja, 337spadek napięcia, 339

tolerancja, 79topnik, 299tranzystor 2907A, 210–212

nota katalogowa, 211tranzystor BC327, 212tranzystor bipolarny, 211, 216, 407tranzystor NPN, 211, 219tranzystor PNP, 211, 218tranzystor polowy, 407trasa

linia, 82oświetlenie, 82powierzchnia, 82rozwidlenie, 85skrzyżowanie, 85zakręty i przecięcia, 84

trójpozycyjny przełącznik typu DPDT, 318tryb badania diod, 136, 215tryb pomiaru ciągłości obwodów, 109tryb pomiaru wzmocnienia tranzystora, 213tryb pracy miernika, 109tryb śledzenia linii, 319trymer, 180trzecia ręka, 302typowe problemy, 367

ocena czujników, 369reflektory, 368sterowanie, 373umiejscowienie czujników, 368ustawienie przełącznika, 367

UU zamiast μ, 75ubrania ochronne, 45udoskonalanie, 374układ 7404, 379układ LM193, 195układ LM293, 195układ LM393, 195, 196, 221

identyfikacja pinów, 197nota katalogowa, 196rozkład wyprowadzeń, 197

układ LM393M, 199układ MCP1826S, 28

układ odczytu jasności, 188czujniki, 189fotorezystory, 189potencjometr, 190punkty testowe, 191rezystor, 190

układ odczytu jasności zrównoważony, 193układ robota, 337układ scalony, 157układ scalony 74LS04, 408układ sterujący, 90układ śledzenia linii, 325

lutowanie punktowe, 330schemat, 326

układy logiczne, 379układy sterujące, 27układy typu DIP, 332uniwersalny miernik cyfrowy, 55

zaciski haczykowe, 66uproszczony współczynnik przełożenia, 250uruchamianie robota, 363

dostrajanie, 363pozycja przełącznika, 366równoważenie czujników, 364sprawdzanie czujników, 364sprawdzanie silników, 365sprawdzanie zasilania, 363

USB, 62usuwanie izolacji, 163uziemienie, 51

Wwał przekładni, 249wartości fotorezystorów, 189wartość rezystora, 121wirnik, 227wkręt dociskowy, 296właściwości kondensatorów, 383właściwości mikrokontrolerów, 380wskaźnik diodowy, 202wskaźnik paskowy, 63wskaźnik zasilania, 175współczynnik przełożenia przekładni, 250współczynnik wzmocnienia tranzystora, hFE, 213wtyki bananowe, 158wybór kół, 272wybór kół dla Kanapki, 274wybór obudowy, 341wybór silnika z przekładnią, 255


416

wykrywanie przedmiotów, 389wyłącznik różnicowoprądowy, 49wyłącznik zasilania, 29, 171, 177wyłączniki dla robota, 324wyświetlacze, 395wyświetlacze LED, 127wzmacniacz, 211

Zzablokowanie silnika, 244zaciski, 107zaciski haczykowe, 108, 174zaciski krokodylkowe, 107zakres długości fal, 130zakresy napięć, 371zakresy pomiarowe rezystancji, 120zakręty 45º, 135º, 180º, 84zamiana prędkości na moment obrotowy, 252zamiana rezystancji na napięcie, 193

zapobieganie przepięciom, 375zasilanie, 52, 139, 210zatrzaski do baterii 9 V, 170zatrzymanie wartości pomiaru, 64zawody, 398zestaw rezystorów, 116złącze COM, 96, 146złącze Molex KK, 312złota zasada wiercenia i szlifowania, 348zwarcie obwodu, 136zworki, 162, 387

�źródło energii, 27źródło zasilania, 169

�żywica epoksydowa, 291żywotność baterii, 147, 148

http://program-partnerski.helion.pl

budowa robotów dla początkujących

Documents