Турбина для пылесоса своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

В современном ритме жизни не всегда получается поддерживать в доме чистоту. В этом деле поможет современные технологии. Робот-пылесос появился более 15 лет назад. Его типовой внешний вид напоминает крупную шайбу, которая передвигается по комнате по заданному алгоритму или случайным образом (пока на что-нибудь не наткнется) и собирает мусор. Предлагаем вам изучить 2 пошаговые инструкции, позволяющие сделать робот-пылесос своими руками.

Материалы для сборки

Итак, для сборки робота-пылесоса нужно разобраться с его составными частями, пойдем по порядку. Он должен сам передвигаться по комнате, поэтому нужны двигатели, в зависимости от конечной конструкции их должно быть от 2-х до 4-х, а также возможность переключения направления вращения и скорость, значит, нужна плата для управления двигателями. Если вы используете двигатели постоянного тока, то нужна плата с 4-мя транзисторами (H-мост).

Кроме пылесоса нужна подвижная (вращающаяся) щетка, которая будет отчищать поверхность, поднимать ворс половика, сметать мусор. Для этого нужен еще один или два моторчика.

Система, которая будет всем этим управлять. Простейший вариант на Arduino. Для такой задачи подойдет любая из плат, по размерам удобно разместить вариант Nano или Pro mini.

Идея №1: робот-пылесос из картона

Основа робота делается из плотного картона. Его лучше склеить в пару слоев, а волокна разместить перпендикулярно. Для его технической начинки нужен такой набор деталей:

Любая плата Arduino.
Breadboard или простая макетная плата, в принципе можно и без неё, всё просто спаять.
2 ультразвуковых датчика расстояния (дальномер).
Турбина от пылесоса.
Небольшой двигатель или кулер от компьютера.
Двигатели с редукторами и колеса.
Контроллер для двигателя.
Провода для соединений схемы.
Аккумуляторы и контроллер заряда.

В качестве питания для робота нужно использовать 3 литиевых аккумулятора. Напряжение каждого из них 3,7 В. Для их заряда нужен контроллер. Например, такой как на фото:

Для регулировки скорости на пин ENA или ENB подаётся ШИМ сигнал, а для задания направления вращения подают разноименные сигналы на IN1 и IN2 для одного двигателя и IN3, IN4 для другого двигателя. При этом если на пине IN1 у нас логическая единица, а на пине IN2 – логический ноль, двигатель крутится в одну сторону, чтобы сменить направление нужно поменять местами 1 с 0. Его нужно собрать с ардуино по такой схеме (пины можно использовать любые, это вы укажете в скетче).

Схема на ардуино

Далее нужно делать основу из картона и закрепить на ней колеса, должно получиться что-то вроде этого:

Основа из картона

Вот вид с нижней стороны. Два ведущих колеса с угловым редуктором и поворотное колесо:

Теперь нужно собрать схему, которая монтируется на основание. Диаметр основания должен быть около 30 см, чтобы туда влезла и электроника и сам блок пылесоса.

Вместо дальномеров можно использовать вариант с бамперами, которые соединены с концевыми выключателями. При столкновении с препятствием система управления даст сигнал о смене направления движения.

Контактные бампера можно сделать и своими руками, для этого нужен тонкий, но жесткий провод, например от витой пары. Для этого формирует контактную площадку на внутренней стороне бампера из фольги, и закрепляем проводник как это показано ниже. При столкновениях робота-пылесоса с мебелью и стенами они будут соприкасаться. Вам остается отрегулировать расстояние от проволоки до фольги, чтобы добиться нужной чувствительности и исключить ложные срабатывания. На фольгу подается 5В, а провод идёт на вход Ардуино, подтянутый к минусу через резистор на несколько кОм.

Самодельный контактный бампер

Устройство питается от аккумуляторов, для питания системы управления можно применить линейные стабилизаторы типа l7805. Чтобы отрегулировать скорость вращения моторов подойдет понижающий преобразователь, например LM2596.

Самое сложное — это сконструировать и собрать пылесос. Вот его приблизительный чертеж:

Отламываем родные лопасти от кулера, и закрепляем на его роторе турбину от пылесоса. Важно закрепить турбину точно в центре, иначе вы получите дисбаланс и вибрации.

Вот так выглядит обратная сторона турбины, закрепленной на роторе кулера. Закрепить её можно на термоклей или на суперклей

Вид турбины изнутри

Вот и вся пошаговая инструкция по сборке робота-пылесоса, сделанного из подручных материалов. Алгоритм его работы такой: робот-пылесос едет вперед, пока не встретит препятствие. После столкновения (или приближения, если вы используете УЗ дальномеры) останавливается, отъезжает назад на заданное расстояние, разворачивается на произвольный угол и едет дальше.

Идея №2: почти заводской робот

Предлагаем вашему вниманию не более сложный проект робота-пылесоса. Вот его внешний вид в собранном состоянии:

Самодельный роботизированный пылесос

Система навигации в нем собрана из комплекта 6-ти ИК-датчиков препятствия. На случай, если не сработал ни один из них, то предусмотрены два контактных датчика (концевых выключателя). Система управления двигателями на таком же драйвере с микросхемой L298N. Для его сборки вам понадобится:

Плата Ардуино, в оригинале использовалась Pro-mini.
USB-TTL переходник для прошивки этой модели ардуино. Если вы будете использовать Arduino Nano, то он не нужен, т.к. в ней есть возможность прошивки по USB.
Драйвер для моторчиков L298N.
Моторчики для колес с редуктором.
6 ИК-датчиков.
Моторчики для турбины (по возможности помощнее).
Крыльчатка турбины пылесоса.
Моторчики для щеток могут быть любыми.
2 датчика столкновения.

Всё это собрать по такой схеме:

Схема сборки робота-пылесоса

Для сборки цепи питания робота-пылесоса нужны:

4 литиевых аккумулятора, подойдут типа 18650.
2 преобразователя постоянного напряжения (повышающий и понижающий).
Контроллер для заряда и разряда 2-х аккумуляторов (искать в интернете по запросу 2s li-ion controller). В схеме используется последовательное включение двух параллельно включенных банок, в итоге их выходное напряжение получается больше 7,4В, а параллельная цепочка нужна для повышения ёмкости и автономности работы.

Вот схема питания этого робота:

Кроме этого нужен пластик (ПВХ) или любой другой материал для корпуса робота, можно его распечатать на 3D-принтере, если у вас есть такая возможность.

Для работы самоделки нужна прошивка, вот пример алгоритма хаотичной уборки, мы взяли его с сети. Ссылка для скачивания скетча: прошивка для робота-пылесоса.

В этой статье были рассмотрены 2 конструкции робота-пылесоса, которые можно повторить и собрать своими руками. Сделать автоматическое средство для уборки помещения можно, вложившись в бюджет от 30 до 100 долларов. Самыми дорогими деталями являются аккумуляторы, двигатели и платы ардуино. Если у вас получилось собрать самодельный робот-пылесос или вы придумали другую конструкцию, присылайте примеры в комментарии, будем рады открытому общению!

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на которых наглядно демонстрируется еще несколько идей, как сделать робот-пылесос в домашних условиях:

В данном обзоре автор делится полезной идеей, которая пригодится в домашней мастерской и гараже. А именно — как изготовить самодельную турбину для циклона, используя недорогие и подручные материалы.

Электродвигатель автор использует от старого пылесоса, мощностью 1600 W. Моторчик компактный, но при этом достаточно производительный.

Для изготовления корпуса турбины автор использует кусок пластиковой канализационной трубы длиной 43,5 см.

На ЧПУ автор вырезал два кольца с большим и маленьким отверстиями, которые устанавливаются внутри пластиковой трубы — в верхней и нижней части, и фиксируются саморезами.

Основные этапы работ

Еще один важный элемент самодельной турбины — это автомобильный фильтр (для грузового авто).

По краям фильтра автор прикрутил два круга из фанеры. В одном из них необходимо будет сделать отверстие по центру. Сам фильтр вставляется внутрь пластиковой трубы.

Отверстие в круге автор специально сделал такого диаметра, чтобы можно было состыковать с электродвигателем.

После установки всех элементов внутрь корпуса, на трубу надевается уголок на 90 градусов. Потом вся конструкция стыкуется уже с самим циклоном.

Подробно о том, как изготовить своими руками турбину для циклона, смотрите на видео.

Чтобы создать робот-пылесос своими руками, достаточно приобрести необходимый минимум теоретических знаний и набор легкодоступных комплектующих. Такой помощник будет поддерживать полы помещений в чистоте, экономить время на уборке. Благодаря наличию специальных датчиков, механизм самостоятельно не только перемещается по комнате, но и ориентируется в ней. Процесс изготовления в домашних условиях потребует затрат времени и терпения, но схема создания достаточно проста и доступна даже любителям, а затраченные на это средства гораздо ниже цены рыночных аппаратов.

Теоретические аспекты проблемы

Домашние умельцы вывели практическим путем требования к роботам-пылесосам, которых следует придерживаться при их создании. Результатом соблюдения будет механизм, пригодный к дальнейшей эксплуатации. Перечень основных правил следующий:

рекомендуется изготавливать робот в форме небольшого цилиндра;
для того, чтобы автомат мог осуществлять развороты на месте – колеса следует размещать по диаметру;
дополнительному рулевому колесу привод не требуется;
механизм должен собирать мусор в легко вынимаемый мусороприемник;
робот обязательно должен быть оснащен контактным бампером, занимающим минимум половину его окружности;
зарядку аппарата следует проводить от зарядного устройства, без его разборки;
наилучшим местом размещения центра тяжести у робота являются колеса, также допускается располагать его рядом с ними;
оптимальная скорость движения – от 25 до 35 см/с;
двигатели работают совместно с редукторами, оснащенными пружинами.

Выделяются модели с шаговыми двигателями, что позволяет программно управлять ими без применения редукторов.

Способы обеспечения движения, уборки и питания робота-пылесоса

Движение роботизированного устройства в общем случае осуществляется двумя способами: по спирали (с центра наружу) и зигзагами. В микроконтроллеры можно также занести и схемы комнат по отдельности.

Пространственную ориентацию, объезд препятствия на пути следования пылесос осуществляет благодаря встроенным контактным и инфракрасным датчикам — они образуют систему обратной связи. Инфракрасные регулируют движение, определяя расстояние до стен, предметов, перепады высот. Контактные датчики срабатывают в бамперах при ударах о препятствия (подробнее о том, как работает прибор — в статье принципы работы роботов пылесосов).

Автоматизированный пылесос с автономным источником питания, конечно же, не развивает такую мощность всасывания, как ручной вариант. Практические испытания показали большую эффективность использования маленькой щетки совместно с всасывающей турбиной. Для уборки по углам передняя часть пылесоса оснащается 2 щетками, которые при работе подгребают мусор к главной.

Питание роботизированной системы можно осуществлять от нескольких аккумуляторов, напряжение на клеммах которых – 12 V (18 V), а его емкость равняется 7 А*ч. Зарядка осуществляется при прямом контакте либо беспроводным способом. Применение последнего увеличивает расходы на комплектующие детали.

Самостоятельный возврат робота к месту зарядки – сложная задача, которую можно решить установкой передающего маяка.

Любая автоматизированная модель собирается на базе контроллера (мозга системы). Поэтому следует изучить язык его программирования для занесения алгоритма команд. Следует также учитывать интуитивную направленность командного интерфейса, что значительно облегчает процесс. Как микроконтроллер, так и используемые датчики часто имеют стандартизированные разъемы для подсоединений, поэтому пайка требуется редко.

Подготовка к практической реализации проекта

Рассмотрим применение вышеизложенных принципов на базе платформы Arduino Mega 2560. Процесс создания будет состоять из нескольких этапов:

подготовка инструментов и материалов;
изготовление корпуса с колесами и отделом под мусор, пылесборника и турбины;
монтаж датчиков и микроконтроллера, моторов с редукторами, аккумулятора, щеток;
выполнение электрических подключений;
введение программы в Arduino, определение согласованности датчиков;
проверка работоспособности робота-пылесоса и его способности заряжаться самостоятельно.

Идея реализуется с помощью следующих материалов и инструментов:

контроллер Arduino – 1 шт, с драйверами;
лист фанеры (либо плотный картон) – 1 м.кв;
колеса – 3 шт;
провод сечением не более 0,75 мм.кв (подойдет витая пара) – около 2 м;
блок питания – 4 аккумулятора по 18 V, индикатор заряда к ним, зарядное устройство;
инфракрасные датчики – 4 шт, контактные – 2 шт;
электродвигатели: для турбины – 1 шт, вращающий щетку – 1 шт, 2 мотора с редуктором обеспечивают передвижение;
поливинилхлоридный корпус – 1 шт;
клей – 1 упаковка, саморезы – 10 шт, скотч – 1 шт, набор магнитов;
набор отверток и сверл, плоскогубцы, нож канцелярский, карандаш, линейка, шуруповерт, электролобзик.

Сборка робота-пылесоса

Подготовив все необходимое можно приступать к сборке. Она заключается в прохождении вышеописанных этапов.

Создаем корпус цилиндрической формы из картона либо поливинилхлорида: диаметр – 30 см, высота – 9 см, толщина стенок – 0,6 см. Дно лучше вырезать из фанеры.
Закрепляем на корпусе поливинилхлоридный бампер при помощи скотча, предварительно установив в него датчики инфракрасные и реагирующие на удар.

Важным моментом работы является возвращение бампера в исходное положение после удара о препятствие, то есть достаточная его упругость.

Все детали закрепляются на имеющиеся для этих целей у них разъемы саморезами либо клеем, скотчем. Полученный результат представлен на фотографии:

Робот-пылесос – нужная машина. Но у нее есть один существенный недостаток – цена.

Хорошая модель стоит недешево, а дешевая модель больше напоминает игрушку, но за нее тоже нужно заплатить определенную сумму.

Поэтому народные умельцы предпочитают собирать такие системы самостоятельно, благо в продаже для этого есть все комплектующие.

Многие из них охотно рассказывают, как сделать пылесос-робот своими руками.

Самое важное в этом деле, кроме необходимой базы запчастей, — почувствовать себя настоящим конструктором и не бояться экспериментировать. А получившуюся модель всегда можно улучшить.

Материалы для сборки робота-пылесоса в домашних условиях

Перед тем, как сделать робот-пылесос, нужно подготовить все необходимое.

Ножницы;
Циркуль;
Простой карандаш;
Линейка;
Пистолет для термоклея;
Две трубки термоклея.

Гофрированный картон размером 1.5х1.0 м;
Марля размером 0.3х0.3 м;
Резинка для банкнот.

Два блока колес;
Плата ARDUINO UNO;
Драйвер двигателя L298N;
Два мотора на метелки по 12 В;
Датчик приближенности для Ардуино ультразвуковой;
Блок аккумуляторов;
Кулер от компьютера из системного блока;
Опорное колесо.

Как сделать робот-пылесос своими руками в домашних условиях

Когда все комплектующие и материалы в наличии, следует преступить к сборке.

Общий план таков:

Вначале собирают корпус – здесь каждая деталь оригинальна и изготавливается отдельно;
Следующий этап – установка Ардуино для робота-пылесоса своими руками и другой электроники, блока аккумуляторов и коммутация их проводами;
В корпус устанавливают приводы – это колеса и моторы боковых щеток;
Далее изготавливают всасывающий узел и крепят его к корпусу;
Крепят самодельные боковые метелки;
Программируют устройство и проводят полевые испытания;
Если все работает, закрывают корпус верхней панелью.

Сборка корпуса из картона и установка Ардуино

Как сделать робот-пылесос, начиная с корпуса:

Изготовление всасывающего модуля с турбиной

Из картона делают прямоугольный канал без торцовых частей, размер которых равен размеру основания кулера. Высота канала 25 см;
Посередине канала под наклоном 30 градусов вклеивают перегородку. С верхней стороны наклона должен быть зазор шириной 2 см между перегородкой и стенкой канала;
Изготавливают маленькую коробочку без крышки с размером сторон равным размеру перегородки и высотой бортов 5 см и устанавливают ее на перегородку;
Под перегородку в низ основания канала вставляют и вклеивают кулер так, чтобы он дул на перегородку;
На верхнюю часть канала надевают кусок марли, и свободные концы фиксируют резинкой для банкнот вокруг канала;
Канал стороной кулера приклеивают напротив отверстия в середине основания пылесоса;
В верхней панели вырезают прямоугольник под канал и надевают сверху.

Коммутация схем и настройка программы

После того, как установлены все элементы, питание колес подключают на драйвер колес на соответствующие управляемые разъемы. Моторы метелок подключают к выводам, где появляется постоянное напряжение при включении тумблера.

Тумблер впаивают между батареей и питанием схемы Ардуино. Схему датчика приближения подсоединяют к Ардуино. При включении тумблера пылесос начнет двигаться по площади, обходя предметы.

Настройка платы заключается в регулировке скорости (величины подачи напряжения на ведущие колеса), которая не должна превышать 30-25 см/с. Чтобы аппарат не ехал куда не нужно, можно подумать, как сделать виртуальную стену для пылесоса-робота своими руками.

Сборка корпуса из пластика и фанеры

Как сделать робот-пылесос не из картона, а, например, из пластика и фанеры? Очень просто.

В этом случае нижнюю часть вырезают из 4 мм фанеры при помощи электролобзика (размеры аналогичны вышеописанным).

В качестве торцовой части корпуса и верхней крышки можно использовать пластиковое ведро из-под фасадной краски (диаметр не должен превышать основания). Его обрезают так, чтобы высота с дном не превышала 20 см.

После того как на нижней части установят все оборудование и на ведре закрепят датчик приближения, ведро переворачивают и прикрепляют к основанию при помощи уголков.

Изготовление системы всасывания пыли

Турбину для робота-пылесоса своими руками в этом варианте конструкции можно изготовить по-иному принципу:

В качестве емкости пылесборника берут пластиковую емкость (объем — 1 литр);
В дне емкости посередине делают прорез шириной 1 см и длиной 10 см;
Из прозрачного файла для бумаги вырезают прямоугольник шириной 3 см и длиной 12 см;
Этим прямоугольником накрывают прорезь внутри емкости и фиксируют пленку с одной стороны скотчем на всю длину (12 см);
Получается клапан, который при втягивании воздуха внутрь емкости открывается, а при выключении пылесоса перекрывает канал;
В крышке от емкости делают отверстие, по диаметру равное диаметру крыльчатки вентилятора;
Вентилятор крепят к крышке с внутренней стороны, с наружной – наклеивают мелкую пластиковую москитную сетку;
Крышку ставят на место – турбина готова.

Как и в предыдущем варианте робота-пылесоса, после проведения всех работ по коммутации устройств между собой, необходимо провести настройку прибора.

Эта настройка заключается в выборе скорости движения машины. Отвечает за эту функцию драйвер двигателя.

Заключение

Рассмотренные самодельные модели роботов-пылесосов хороши для проведения быстрых уборок, когда нужно подмести полы.

Чтобы подобные аппараты могли хорошо втягивать и пыль – недостаточно обычного вентилятора от компьютера.

Нужно использовать более мощные моторы, например, от фена, и лопасти нужно изготавливать другой конструкции.

В этих же моделях для лучшего эффекта всасывания нужно соблюсти расстояние от дна до пола не более 1 см.

Робот-пылесос самодельной конструкции нельзя использовать в местах, где есть возможность падения его с высоты.

В простой системе не предусмотрены датчики контроля уровня пола. В сети имеются лайфхаки как сделать пылесос-робот моющим.

Читайте также: