Полезные ресурсы для создания робота своими руками. Десятка самодельных роботов Как создать робота в домашних условиях

Кому не хотелось бы иметь универсального помощника, готового выполнить любое поручение: помыть посуду, закупить продуктов, поменять колесо в автомобиле, да и отвезти детей в сад, а родителей на работу? Идея создания механизированных ассистентов занимает инженерные умы ещё с древних времён. А Карел Чапек даже придумал слово, обозначающее механического слугу – робота, выполняющего обязанности вместо человека.

К счастью, в нынешнем цифровом веке, такие помощники наверняка вскоре станут реальностью. На самом деле, интеллектуальные механизмы уже помогают человеку в выполнении домашних дел: робот-пылесос уберётся, пока хозяева на работе, мультиварка поможет приготовить еду, не хуже скатерти-самобранки, а игривый щенок Айбо радостно принесёт тапочки или мяч. Сложные роботы используются на производстве, в медицине и космосе. Они позволяют частично, а то и полностью, заменить труд человека в сложных или опасных условиях. Андроиды при этом пытаются внешне походить на людей, тогда как промышленные роботы обычно создаются из экономических и технологических соображений и внешний декор у них отнюдь не в приоритете.

Но, оказывается, можно попытаться сделать робота с помощью подручных средств. Так, можно сконструировать оригинальный механизм из телефонной трубки, компьютерной мышки, зубной щётки, старого фотоаппарата или вездесущей пластиковой бутылки. Разместив на платформе несколько датчиков, можно запрограммировать такого робота на выполнение простых операций: регулировку освещённости, подачу сигналов, движение по комнате. Конечно, это далеко не многофункциональный помощник из фантастических фильмов, зато такое занятие развивает изобретательность и творческое инженерное мышление, и безоговорочно вызывает восхищение у тех, кто считает роботостроение абсолютно не кустарным делом.

Киборг из коробки

Одно из самых простых решений на пути к тому, чтобы сделать робота – приобрести готовый набор для робототехники с пошаговым руководством. Этот вариант подойдёт также тем, кто собирается серьёзно заниматься техническим творчеством, ведь в одном пакете находятся все необходимые детали для механики: от электронных плат и специализированных датчиков, до запаса болтиков и наклеек. Вместе с инструкциями, позволяющими создать довольно сложный механизм. Благодаря множеству аксессуаров такой робот может послужить отличной базой для творчества.

Основных школьных знаний по физике и навыков с уроков труда вполне достаточно для сборки первого робота. Разнообразные сенсоры и моторы подчиняются пультам управления, а специальные среды программирования позволяют создать настоящих киборгов, умеющих выполнять команды.

Например, датчик механического робота может фиксировать наличие или отсутствие поверхности перед прибором, а программный код указывать, в какую сторону следует поворачивать колёсную базу. Такой робот ни за что не упадёт со стола! Кстати, по схожему принципу работают настоящие роботы-пылесосы. Помимо проведения уборки по заданному расписанию и умения вовремя возвращаться на базу для подзарядки, этот интеллектуальный помощник может самостоятельно строить траектории уборки помещения. Поскольку на полу могут располагаться разнообразные препятствия, такие как стулья и провода, роботу приходится постоянно сканировать предлежащий путь и огибать такие помехи.

Для того чтобы собственноручно созданный робот умел выполнять различные команды, производители предусматривают возможность его программирования. Составив алгоритм поведения робота в различных условиях, следует создать код взаимодействия датчиков с окружающим миром. Это осуществимо благодаря наличию микрокомпьютера, являющегося мозговым центром такого механического робота.

Мобильный механизм собственного изготовления

Даже без специализированных, и обычно дорогостоящих, наборов, вполне возможно сделать механический манипулятор подручными средствами. Итак, загоревшись замыслом создания робота, следует внимательно проанализировать запасы домашних закромов на предмет наличия невостребованных запчастей, которые могут быть использованы в этой творческой затее. В ход пойдут:

• моторчик (например, от старой игрушки);
• колёса от игрушечных автомобилей;
• детали конструкторов;
• картонные коробки;
• стержни авторучек;
• скотч разных видов;
• клей;
• пуговицы, бусинки;
• винтики, гайки, скрепки;
• всевозможные провода;
• лампочки;
• батарейка (подходящая моторчику по напряжению).

Совет: «Нелишним навыком при создании робота будет умение обращаться с паяльником, ведь он поможет надёжно скрепить механизм, в особенности электрические компоненты».

С помощью этих общедоступных составляющих можно сотворить настоящее техническое чудо.

Итак, для того чтобы сделать собственного робота из доступных в домашних условиях материалов, следует:

1. подготовить найденные детали для механизма, проверить их работоспособность;
2. нарисовать макет будущего робота, учитывая наличное оборудование;
3. сложить корпус для робота из конструктора или картонных деталей;
4. приклеить или спаять запчасти, отвечающие за движение механизма (например, скрепить моторчик робота с колёсной базой);
5. обеспечить электропитание мотора, присоединив его проводником к соответствующим контактам батарейки;
6. дополнить тематический декор прибора.

Совет: «Бусинки глаз для робота, декоративные рожки-усики из проволоки, ножки-пружинки, диодные лампочки помогут одушевить даже самый скучный механизм. Эти элементы можно крепить при помощи клея или скотча».

Сделать механизм такого робота можно за несколько часов, после чего остаётся придумать роботу имя и представить восхищенным зрителям. Наверняка некоторые из них подхватят новаторскую задумку и смогут смастерить собственных механических персонажей.

Известные умные автоматы

Милый робот Валл-И располагает к себе зрителя одноимённого фильма, заставляя сопереживать его драматическим приключениям, тогда как Терминатор демонстрирует мощь бездушной непобедимой машины. Персонажи Звёздных войн – верные дроиды R2D2 и C3PO, сопровождают в путешествиях по далёкой-далёкой Галактике, а романтический Вертер даже жертвует собой в схватке с космическими пиратами.

За пределами кинематографа также существуют механические роботы. Так, мир восхищается умениями робота-гуманоида Асимо, который умеет ходить по лестнице, играть в футбол, подавать напитки и вежливо здороваться. Марсоходы Спирит и Кьюриосити оборудованы автономными химическими лабораториями, позволившими сделать анализ образцов марсианских почв. Беспилотные автомобили-роботы могут передвигаться без участия человека, даже по сложным городским улицам с высокими рисками непредвиденных событий.

Возможно, именно из домашних проб создания первых интеллектуальных механизмов, вырастут изобретения, которые изменят техническую панораму будущего и жизнь человечества.

Раз уж вы попали на эту странцу, значит вы уже не равнодушны к теме робототехники и роботостроения. Конструирование робота своими руками, это очень увлекательное занятие, которое научит вас многому. У вас появятся навыки в области электроники, механики, программирования, управления процессами. Для меня роботостроение, это увлекательное хобби. Как и все мы, я тоже мечтал создать что-нибудь с колесами, моторчиками, проводами, и с кучей электронных деталей.

Так однажды пришла в голову идея собрать робота своими руками в домашних условиях. Но не только создать простое устройство которое бы двигалось в разные стороны, а создать многофункционального робота, который бы выполнял команды центра связи и был бы полезен в хозяйстве.

Идея сделать робота своими руками под названием RoboTech , которого смог бы собрать любой, начинающий робототехник или радио-любитель.

Основные требования к самодельному роботу

• Возможность сборки робота в домашних условиях.
• Робот должен быть построен на доступном на рынке и легким в программировании микроконтроллере.
• В качестве шасси должна использоваться простая и доступная в конструировании платформа.
• Робот должен содержать необходимый набор датчиков и механизмов, позволяющих расширять функционал по мере необходимости.
• Робот должен передвигаться свободно и уметь реагировать на препятствия.
• Возможность управлять роботом на расстоянии, использование телеметрии (наблюдать за состоянием робота, задавать различные команды).
• Возможность трансляции видео изображения с бортовой камеры на базовую станцию.

Учитывая требования, для управления роботом решено использовать два микро-компьютера (MC-1 и MC-2 ).

Бортовой компьютер MC-1

Первый компьютер (основной MC-1 ) — используется в качестве основного бортового компьютера «мозга», в задачи которого входит:

• видео-трансляция окружающей среды на базовую станцию в хорошем качестве;
• получение команд с центра управления (базовая станция);
• отправка в цент управления больших данных на высокой скорости;
• координация работы остальных узлов робота посредством второго микро-компьютера (дополнительный MC-2)

Для выполнения поставленных задач, решено использовать одноплатный компьютер Raspberry PI или, в крайнем случае, роутер с возможностью прошивки OpenWRT .

Бортовой компьютер MC-2

Второй компьютер (дополнительный MC-2 ) используется для управления двигателем, сбором информации с различных датчиков или сенсоров и отправки готовых данных на основной компьютер MC-1.

В качестве контроллера управления механизмами шасси и сенсорами робота, решено использовать готовый . Из всех рассматриваемых мною контроллеров, я выбрал самый распространенный и доступный . Так же можно использовать более компактный Arduino Nano . Оба устройства работают на avr микроконтроллере ATMega328p.

Робототехника — одно из перспективнейших направлений в сфере интернет-технологий, а то, что за ИТ-сферой будущее, в наше время и объяснять не надо. Роботостроение — увлекательнейшая штука: сконструировать робота значит почти что создать новое существо, пусть и электронное.

С 60-х годов прошлого века автоматизированные и самоуправляющиеся устройства, делающие какую-либо работу за человека, стали использоваться для исследований и в производстве, затем в сфере услуг и с тех с каждым годом прочнее занимают свое место в жизни людей. Конечно, нельзя сказать, что в России все сплошь выполняется самостоятельными механизмами, однако определенный вектор в эту сторону точно намечается. Вот уже и Сбербанк планирует заменить три тысячи юристов умными машинами.

Вместе с экспертами попытаемся разобраться, зачем нужна роботехника и как к ней подступиться.

Чем отличается робототехника для детей от профессиональной?

Если коротко, то робототехника для детей направлена на изучение предмета, тогда как профессиональная - на решение конкретных задач. Если специалисты создают промышленные манипуляторы, выполняющие разные технологические задачи, или специализированные колесные платформы, то любители и дети, конечно же, занимаются вещами попроще.

Татьяна Волкова, сотрудник Центра интеллектуальной робототехники: «Как правило, с чего все начинают: разбираются с моторами и заставляют робота элементарно ехать вперед, потом - делать повороты. Когда робот выполняет команды движения, можно уже подключить датчик и сделать так, чтобы робот ехал на свет или, наоборот, «убегал» от него. А дальше идет любимая задача всех новичков: робот, который ездит по линии. Устраиваются даже различные гонки роботов».

Как понять, есть ли у ребенка склонность к робототехнике?

Для начала нужно купить конструктор и посмотреть, нравится ли ребенку собирать его. А дальше и в кружок можно отдать. Занятия помогут ему развить мелкую моторику, фантазию, пространственное восприятие, логику, концентрацию и терпеливость.

Чем быстрее получится определиться с направлением роботехники — конструирование, электроника, программирование — тем лучше. Все три области обширны и требуют отдельного изучения.

Александр Колотов, ведущий специалист STEM-программ в Университете Иннополис: «Если ребенку нравится собирать конструктор, то ему подойдёт конструирование. Если ему интересно изучать, как устроена вещь, то ему понравится заниматься электроникой. Если у ребенка тяга к математике, то его заинтересует программирование».

Когда начинать обучение робототехнике?

Начинать изучение и записываться в кружки лучше всего с детства, впрочем, не слишком рано — в 8-12 лет , говорят специалисты. Раньше ребенку сложнее уловить понятные абстракция, а позднее, в подростковом возрасте, у него могут появиться другие интересы, и он станет отвлекаться. Также ребенка необходимо мотивировать на изучение математики, чтобы ему было интересно и легко в будущем проектировать механизмы и схемы, составлять алгоритмы.

С 8-9 лет ребята уже могут понимать и запоминать, что такое резистор, светодиод, конденсатор, а позже и понятия из школьной физики осваивать с опережением школьной программы. Не важно, станут они специалистами в этой области или нет, полученные знания и навыки точно даром не пропадут.

В 14-15 лет нужно продолжать заниматься математикой, отодвинуть занятия в кружке по робототехнике на второй план и начать изучение программирования более серьезно - разбираться не только в сложных алгоритмах, но и в структурах хранения данных. Далее идут математический базис и знания в алгоритмизации, погружение в теорию механизмов и машин, проектирование электромеханической оснастки робототехнического устройства, реализацию алгоритмов автоматической навигации, алгоритмы компьютерного зрения и машинное обучение.

Александр Колотов: «Если в этот момент познакомить будущего специалиста с основами линейной алгебры, комплексным счислением, теорией вероятности и статистики, то к поступлению в вуз он уже будет хорошо представлять, зачем ему стоит обращать дополнительное внимание на эти предметы при получении высшего образования».

Какие конструкторы выбрать?

Для каждого возраста существуют свои образовательные программы, конструкторы и платформы, различающиеся степенью сложности. Можно найти как зарубежные, так и отечественные продукты. Есть дорогие наборы для робототехники (в районе 30 тыс. руб. и выше), есть и подешевле, совсем простые (в пределах 1-3 тыс. руб.).

Если ребенку 8-11 лет , можно купить конструкторы Lego или Fischertechnik (хотя, конечно, производители имеют предложения как для более младшего, так и для старшего возрастов). Конструктор Lego для робототехники обладает интересными деталями, яркими фигурками, он легок в сборке и снабжен подробной инструкцией. Серия конструкторов Fischertechnik для робототехники приближает к настоящему процессу разработки, здесь вам и провода, и штекеры, и визуальная среда программирования.

В 13-14 лет можно начать работать с ТРИК или модулями Arduino, которые, по словам Татьяны Волковой, является практически стандартом в области образовательной робототехники, а также Raspberry. ТРИК сложнее Lego, но легче Arduino и Raspberry Ri. Последние две уже требуют базовых навыков программирования.

Что еще потребуется изучить?

Программирование . Избежать его возможно только на первоначальном этапе, потом же без него никуда. Начать можно с Lego Mindstorms, Python, ROS (Robot Operating System).

Базовую механику. Начинать можно с поделок из бумаги, картона, бутылок, что важно и для мелкой моторики, и для общего развития. Самого простого робота можно сделать вообще из отдельных деталей (моторчики, провода, фотодатчик и одна несложная микросхема). Познакомиться с базовой механикой поможет «Мастерилка с папашей Шперхом».

Основы электроники. Для начала научиться собирать простые схемы. Для детей до восьми лет эксперты советуют конструктор «Знаток», дальше можно перейти к набору «Основы электроники. Начало».

Где заниматься робототехникой детям?

Если видите у ребенка интерес, можно отдать его в кружки и на курсы, хотя можно заниматься и самостоятельно. На курсах ребенок будет под руководством специалистов, сможет найти единомышленников, займется робототехникой на регулярной основе.

Также желательно сразу понять, чего хочется от занятий: участвовать в соревнованиях и бороться за призовые места, участвовать в проектной деятельности или просто заниматься для себя.

Алексей Колотов: «Для серьезных занятий, проектов, участия в соревнованиях нужно выбирать кружки, с небольшими группами по 6—8 человек и тренером, который приводит учеников к призовым местам на соревнованиях, который постоянно сам развивается и дает интересные задачи. Для занятий в виде хобби можно пойти в группы до 20 человек».

Как выбирать курсы для занятий робототехникой?

При записи на курсы обратите внимание на педагога , рекомендует коммерческий директор компании Promobot Олег Кивокурцев. «Бывают прецеденты, когда педагог просто отдает ребятам оборудование, а дальше занимайтесь кто чем хочет», — согласна с Олегом Татьяна Волкова. От таких занятий толку будет мало.

При выборе курсов также стоит обратить внимание и на имеющуюся материально-техническую базу . Есть ли там конструкторские наборы (не только Lego), имеется ли возможность писать программы, изучать механику и электронику, самому делать проекты. На каждую пару учащихся должен быть свой робототехнический комплект. Желательно с дополнительными деталями (колесами, шестернями, элементами каркаса), если хочется участвовать в соревнованиях. Если с одним набором работает сразу несколько команд то, скорее всего, никаких серьезных соревнования не предполагается.

Поинтересуйтесь, в каких соревнованиях участвует клуб робототехники . Помогают ли эти конкурсы закрепить полученные навыки и дают ли возможность для дальнейшего развития.

Соревнование Robocup 2014

Как изучать робототехнику самостоятельно?

Курсы требуют денег и времени. Если первого не хватает и регулярно ходить куда-либо не получится, можно заняться с ребенком самостоятельным изучением. Важно, чтобы родители обладали необходимой компетенцией в этой сфере: без помощи родителя, ребенку освоить робототехнику будет достаточно сложно, предостерегает Олег Кивокурцев.

Найдите материал для изучения. Их можно брать в Интернете, из заказываемых книг, на посещаемых конференциях, из журнала «Занимательная робототехника». Для самостоятельного изучения есть бесплатные онлайн-курсы, например, «Строим роботов и другие устройства на Arduino: от светофора до 3D-принтера».

Нужно ли изучать роботехнику взрослым?

Если Вы уже вышли из детского возраста, это не значит, что двери робототехники для Вас закрыты. Можно так же записаться на курсы или изучать ее самостоятельно.

Если человек решил заниматься этим как хобби, то путь его будет таким же, как у ребенка. Однако понятно, что дальше любительского уровня без профессионального образования (инженера-конструктора, программиста и электронщика) продвигаться вряд ли получится, хотя, конечно, устраиваться на стажировки в компании и упорно грызть гранит нового для вас направления никто не запрещает.

Олег Кивокурцев: «Взрослому будет проще освоить робототехнику, но важным фактором является время».

Для тех, у кого близкая специальность, но хочется переучиться, также есть разные курсы в помошь. Например, для специалистов по машинному обучению одойдет бесплатный онлайн-курс по вероятностной робототехнике «Искусственный интеллект в робототехнике». Также существуют образовательная программа Intel, просветительский проект «Лекториум», дистанционные курсы ИТМО. Не забудьте и про книги, например, есть много литературы для начинающих («Основы робототехники», «Введение в робототехнику», «Настольная книга робототехника»). Подберите то, что больше всего понятно и подходит вам.

Следует помнить, что серьезная работа отличается от любительского увлечения как минимум стоимостью затрат на оборудование и перечнем поставленных перед работником задач. Одно дело - своими руками собирать самого простого робота, совсем другое - заниматься, например, машинным зрением. Поэтому изучать основы конструирования, программирования и аппаратной инженерии все-таки лучше с ранних лет и впоследствии, если понравилось, поступать в профильный университет.

В какие вузы идти учиться?

Направления, связанные с робототехникой, можно найти в следующих вузах:

— Московский технологический университет (МИРЭА, МГУПИ, МИТХТ);

— Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана;

— Московский государственный технологический университет «Станкин»;

— Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва);

— Сколковский институт науки и технологий (Москва);

— Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II;

— Московский государственный университет пищевых производств;

— Московский государственный университет леса;

— Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (СГУАП);

— Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО);

— Магнитогорский государственный технический университет;

— Омский Государственный технический университет;

— Саратовский государственный технический университет;

— Университет Иннополис (Республика Татарстан);

— Южно-Российский федеральный университет (Новочеркасский ГТУ).

Самое главное

Знать азы робототехники в скором времени может оказаться полезно и обывателям, а возможность стать специалистом в этой сфере выглядит очень перспективно, так что хотя бы попробовать себя в «роботостроительстве» определенно стоит.

Сделан он на шести транзисторах, в моем случае вышло именно 6 транзисторов, но число их можно сократить, если взять более чуствительные фотодиоды, правда у меня не было их, так что пришлось поставить фд256. После фотодиодов стоит пара транзисторов кт315, после них стоят помощнее - кт940, они в придачу еще греются, если долго гонять робота, так что лучше поставить маленький кусочек алюминия.

Собрав внутрености, думал из чего сделать корпус. Сначала хотел его в старый нерабочий прибор засунуть, но места там было мало. А тут нашел в сарае нерабочую компьютерную мышь, убрав внутрености, убрав перегородки - получил достаточно места для конструкции. Пришлось заказывать двигатели для него, у меня не было двух одинаковых.

Освободив в корпусе мышки места под двигатели, закрепил их под углом. Моторы приклеил на клей "момент", пока сох клей - сделал дырки под фотодиоды. Сначало разместил их снизу, но потом передумал и поставил их верх. С виду получились, как глаза.

Клей засох, начал сбору всего робота, для питания конструкции поставил 2 аккумулятора от телефона, но при испытаниях робот еле-еле ехал. Потом поставил 3 аккумулятора - он резво начал ездить, почти летать, но в корпус третий АКБ не вмещался. Поэтому пришлось приподнять заднюю крышку верх, а щель закрыть куском изоленты.

Собрав до конца, склеил корпус клеем, вывел 2 провода для зарядки. Фото внутреностей не сделал, потому что корпус заклеен. В конце сборки и успешных испытаний, покрасил робота автомобильной матовой краской из балончка, перед этим заклеил фотодиоды, чтоб они не закрасились тоже. Разъёмы X1, X2, X3, X4 - это выводы к моторам.