Робот-пилосос своїми руками

Ця стаття про те, як я збираю свій робот-пилосос. Тут багато фото і відео для тих, хто теж горить такою ідеєю.

19 грудня 2014. Цікавитися роботами-пилососами я почав п'ять років тому в 2009 році, напевно після знайомства з Робофорумом. Всі ці роки були спроби щось почати, але так нічого і не було зроблено. Пару місяців назад я активно читав статті про робот-пилосос і вирішив остаточно що куплю Керхер RC 4.000. Минув час, дружина часто стала забиратися в кухні і в коридорі, мене це почало дратувати, думка про робота все міцнішала. Пару вечорів я знову провів в картинках і форумах про роботів-пилососах. Нарешті вирішив, що зроблю робота сам!

Мета створити робот-пилосос не гірше промислово-виготовленого і позбутися від шару пилу і дрібного сміття в будинку. У процесі вивчення пристрою роботів з'ясувалося, що вони дуже галасливі, близько 60 дБ, в той час як стаціонарний домашній миючий пилосос шумить близько 80 дБ. Мій саморобний робот повинен працювати максимально тихо, його габарити не повинні перевищувати габаритів заводських роботів і він повинен прибирати швидко і якісно.

Насамперед треба було вирішити питання з всмоктуючої турбіною. У мене вже був досвід побудови турбін, але всі вони працювали погано. Для гаража я зробив саморобний пилосос з турбіни від старого пилососа "Ракета". Для робота потрібна маленька турбіна, тому я почав шукати спочатку. Зовсім випадково знайшов на Робофоруме повідомлення користувача Vovan, він поділився кресленням своєї турбіни . Не довго думаючи я перекреслити креслення і склеїв свою турбіну.

Завантажити креслення турбіни для пилососа (dwg)

Турбіну я вирізав і склеїв з щільного картону за допомогою супер-клею за 20 хвилин. Перші випробування пройшли успішно!

20 грудня 2014. Купив сьогодні пілінг для тіла :) вобщем-то мені потрібна тільки прозора банку з кришкою, що закручується, вміст віддав дружині. Також купив щітку для одягу з жорстким ворсом, розібрав її, завтра зроблю з неї щітку для свого робота.

У Автокаде зробив начерки розташування елементів в корпусі. Зупинився на розмірах тазика діаметром 25 см і висотою близько 9 см. Поки не зрозуміло влізуть чи всі елементи, місця реально мало, але робити корпус більше не хочеться. Поставив сам для себе рамки :)

Вчора в Інтернеті виписав розміри заводських роботів-пилососів:
діаметр * висота (см)
36 * 9
32 * 8
32 * 10
30 * 5
22 * 8

Я задумав зробити свій пилосос з циклоном фільтром, тому висоту маленької не зробиш, її визначає банку для збору сміття, а ось в діаметрі можна виграти. За циклон звичайно спасибі Дайсон, давно переглядаю його винаходу і навіть гаражний пилосос зробив за принципом циклону. Мій фільтр буде простим, без всяких конусів і шаленою потужності всмоктування, для першого разу зійде.

21 грудня 2014. Від статевої щітки в гаражі відпиляв 15 см круглого держака і зробив з нього круглу щітку. Діаметр вийшов близько 70 мм. Розмір нереально великий і дуже жорстка щетина, не знаю як вона себе поведе, але напевно доведеться або переробляти або обтяжувати пилосос, бо щетина буде його підкидати. Щетину просто вставляв в отвори без клею, вийшло надійно. Всю конструкцію закріпив на шпильці діаметром 6 мм і по краях два підшипника.

Знайшов в гаражі два колеса, не повірите, від пилососа! Той самий ручний пилосос в якому не було нічого електричного, тільки 4 колеса і дві щітки приводяться в рух цими колесами. Колеса чекали свого часу близько 15 років :)

Зараз в Автокаде зроблю черговий креслення для кількох деталей, завтра все виріжу з фанери і спробую що-небудь зібрати вже на основі.

22 грудня 2014. Дуже хочеться зробити робот-пилосос своїми руками і закінчити його до нового року 2015. Вчора вночі на Ютубі подивився знову кілька роликів про роботів-пилососів і зокрема два ролика про Дайсон 360 Eye і Fluffy:

Після першого відео з роботом Дайсона я зрозумів, що роблячи свого робота діаметром 25 см і щітку довжиною 15 см я буду залишати брудні місця уздовж плінтуса на ширину 5 см. Після другого відео мозок взагалі перезавантажився і подумав чи не зробити щітку попереду робота ?! Що буду робити далі поки не знаю, тести покажуть.

Отже, сьогодні купив новий совок і дві щітки з більш м'якою щетиною. Совок купив через гумки, яка приклеєна по краю, вона прекрасно підійде для моєї конструкції.

Геометрію корпусу трохи змінив виходячи з нових думок і нової щітки. Розмір робота по колишньому 25 см, але тепер це половина кола і половина квадрата. Ширина щітки 21 см, діаметр близько 6 см. Випив основу з фанери 8 мм, прикріпив колеса і щітку, завтра зроблю редуктор і спробую що-небудь підмести :)

23 грудня 2014. Прикрутив до щітці шестерню і поруч прикріпив редуктор, як пассіка використовував гумку для грошей, для тесту прикрутив шурупом мотор. Нижче на відео тест на 6-ти і 9-ти вольтах.

Швидше за все щітку знову перероблю, занадто короткий ворс і занадто жорстко. Ворс повинен бути без пропусків, тому що залишаються смуги бруду. В цілому видовищно вийшло :)

Прикинув чи вистачить мені місця на три мотора в корпусі. Два мотора будуть крутити два колеса і один щітку. Плюс до всього багато місця займуть редуктори. Прийшла ідея замінити шестерёночние редуктори на черв'ячний, може бути зроблю пару тестів.

Усмоктувальну турбіну покрив два рази шаром епоксидної смоли, стала як пластикова. Картон більше не гнеться і якщо потрапить вода все буде добре. Центрировать не довелося, крутиться ідеально. Тим часом готую основу для сміттєзбірної банки. Зробив фільтр тонкого очищення з горлечка і кришки від пляшки з під кефіру. В якості фільтруючого тканини взяв одноразовий мішок від пилососа. Поки все клеїться, через пару днів прикручу на основу і знову все протестує.

Протягом роботи над роботом постійно приходить в голову думка обзавестися 3D-принтером. З тривимірним принтером було б куди простіше створювати такі деталі як мені потрібно і з високою точністю. Коли дрилем свердлиш фанеру свердло може відвести або нахил неточно 90 градусів, тут про високу точність можна тільки мріяти. До того ж деталі з фанери дуже громіздкі, на 3D-принтері все було б акуратно.

24 грудня 2014. З ранку протестував турбіну і банку для збору сміття, днем ​​повторив експеримент з більш високою напругою. Результати не вражають. Фільтр тонкого очищення довелося поки відкрутити, тому як через нього потужність сильно падає. У банку сміття крутиться дуже ефектно, але реально потужності всмоктування не вистачає.

Тест турбіни з високою напругою.

У ці моменти з'явилося бажання на все забити, навіщо я взагалі за це взявся. Зараз дуже легко все кинути і забути - так найпростіше.

Увечері взяв безколекторний мотор і почав клеїти для нього нову турбіну по тим же кресленнями.

25 грудня 2014. доклеїла другу турбіну для бесколлекторного мотора, хотів протестувати, виявилося мотор обертається не в ту сторону. Завтра піду в гараж перепоювати дроти, а поки все відклав убік.

26 грудня 2014. перепаять дроти між контролером і двигуном, отримав обертання в потрібному напрямку. Турбіна почала працювати, але пару тестів на коліні вийшли знову сумними. Може бути навіть перероблю конструкцію турбіни, додавши трохи конусности, але про це пізніше.

Останні два дні дуже мало приділив часу розробкам, постараюся завтра виділити 4-5 годин.

27 грудня 2014. Вирішив спробувати зібрати червячную передачу для ходової частини робота-пилососа. На фотках раніше я показував, що зробити черв'яка можна з цвяха і відрізка мідного дроту. Проблема виявилася в процесі припаювання дроту до цвяха. Паяльник у мене не дуже потужний, тому додатково цвях прогрівав на газовому пальнику. Однак якісно припаяти дріт так і не вийшло, тому взяв круглий шматок деревинки і намотав на нього дріт, витки пролив супер-клеєм. Черв'як вийшов цілком стерпний. Не звертаючи уваги на овальність дерев'яної основи і взагалі всього блоку з фанери механізм працював нормально, але млинець дуже повільно.

Було б непогано роздобути готові пластикові черв'ячні передачі, а поки відкладемо це всторонку.

Що стосується майбутнього споживання енергії моїм роботом. Зараз заковика з турбіною, що не хоче вона смоктати як годиться навіть при знятому фільтрі тонкого очищення. Якщо для турбіни використовувати звичайний колекторний мотор і живити його напругою в 12 вольт, то споживати він буде близько 0.6 ампера. Якщо використовувати бесколекторний мотор, то він буде споживати близько одного ампера. Плюс для руху робота буде використано два колектори мотора і для щітки ще один, кожен буде споживати близько 0.3 ампера. Електроніка буде теж щось споживати. Разом робот буде "їсти" приблизно від 1.6 до 2 ампер, в піках напевно до 2.5 ампер. Не знаю багато це чи ні, ніби як промислові роботи споживають три і більше ампер.

Знову переглянув купу відео і фото по запросу "принцип роботи робота-пилососа". Знайшов класну фотку турбіни від звичайного побутового пилососа. Прочитав на якомусь форумі, що чим довше лопаті турбіни, тим більший вакуум вона може створити за рахунок відцентрової сили.

28 грудня 2014. склеїти сьогодні ще дві турбіни, відрізняються тільки товщиною. Лопаті зробив якомога довше. На фото нижче перша тонка (5мм висота лопаті) турбіна, в роботі вона дуже тиха, але ніфіга не смокче :)

Друга турбіна товщі (15мм висота лопаті).

Ще раз в гаражі спробував потягати щітку по підлозі, мотор часто затикається від навантаження, щетина все одно вийшла дуже жорсткою, та й діаметр щітки не завадило б зменшити. Завтра за любої погоди йду купувати щітку з самої м'якою щетиною, також зайду в магазин з іграшками пошукаю машинки з черв'ячним редуктором для ходової частини робота.

У гаражі протестував нову турбіну з напругою 12 вольт, подумав що 9 лопатей можливо мало. Будинки склеїв третю за день турбіну з довгими лопатями і кількістю 15 штук, фото додаю:

Закінчився ще один день. До нового року зробити пилосос вже не встигну як планував, проте хочеться вірити що все буде добре :)

29 грудня 2014. Пішов сьогодні в магазин з іграшками в пошуках черв'ячної передачі. По дорозі згадав про іграшку дочки - кінь. Цей кінь дочці не дуже подобався та й вобщем-то і мені він не дуже :) Але зате у нього всередині цілих два черв'яка і 4 + 4 шестерні.

У магазин іграшок я все таки заглянув, потім в другій і купив там машинку-перевертень. Машинку купив не стільки за механізм, скільки за її колеса, вони підіймаються на будь-які поверхні. Всередині у машинки черв'ячної передачі не виявилося. Колеса цілком можливо я використовую для саморобного робота, а поки машинку віддав дочки - вона в захваті :)

Вдень прийшла в голову думка зробити робот-електровіник, тобто конструкція та ж що і зараз, тільки відсутній турбіна, сміття просто збирається в відсік. Коли в магазині шукав нову щітку з більш м'яким ворсом (її так і не купив) випадково побачив це:

Цю кришку я зрозуміло відразу купив. Це вже готовий корпус робота, по сучасному прозорий і навіть немає зайвих елементів. А насправді це "Кришка для мікрохвильової печі" (діаметр 24.5 см), що їй накривати і навіщо не знаю, але робот повинен вийти гарний :) Але про це вже в іншій статті.

Увечері розламав коника, вийняв шестерні і прикрутив до свого роботу, вийшло класно! Механізм займає мінімум простору і досить сильний для пересування платфоми. Поки зібрав не все, тому фотки будуть пізніше. А поки виношую ідею як зробити нову щітку, зменшити її діаметр до 3-4 см і замінити редуктор з шестернями на черв'ячний.

До речі на замітку, черв'яка можна вийняти і з інших іграшок. Так у нас валявся поламаний слон, але в принципі це не важливо, головне це механізм, який у багатьох іграшках (машинках, танках та інших) такий же, дивіться фотки:

Ах так, забув написати про нову турбіну, вона виявилася помітно продуктивніше всіх інших. Для кращого проходження повітря я ще додав конус в середину турбіни.

05 січня 2015 року Незважаючи на новорічні свята всі попередні дні я намагався якось просунутися в роботі. Дуже багато інформації перечитав про 3D-принтери, якби був такий принтер в моєму арсеналі, то давно вже надрукував велику частину деталей. Поки в голові будую плани на майбутнє як зібрати 3D-принтер своїми руками.

На сьогоднішній день я зробив нову щітку. Взяв дерев'яну паличку діаметром 10 мм і насверліл по спіралі отворів. В отвори вставляв щетинки і запаюють їх зі зворотного боку вижігателем по дереву.

Зібрав ходову частину, поки не тестував, сохне клей. Нову щітку теж поставив на місце, вийшло багато косяків, без них ніяк, все таки це мій перший робот. До речі, я відмовився від прямокутної задньої частини і зробив основу під круглий корпус. Пов'язано моє рішення з переосмисленням руху робота, якщо уявити що робот рухається уздовж стіни і в щось впирається, то щоб повернути йому доведеться зробити маневр з рухом назад, тому що квадратний зад буде заносити на стіну.

Багато часу я витратив на пошук рішення для "зору" робота. Механічний бампер мене не дуже влаштовує, він псує зовнішній хоч і є найпростішою схемою визначення перешкод. Я зупинився на інфрачервоному датчику. Поки немає можливості зібрати датчик через відсутність інфрачервоних фототранзисторів.

07 січня 2015 року Вчора до першої години ночі збирав робота щоб хоч якось його протестувати, погратися :) Як "мозку" використовується плата Arduino Pro Mini + моторшілд на мікросхемах L293E з обв'язкою (цю плату я використовував в своєму першому проекті з управління моторами онлайн через Інтернет). Управління здійснюється з пульта від телевізора. Коротке відео:

Конструкція виглядає рідко, насправді так і є, майже всі механізми ледве дихають. Сьогодні я зрозумів на скільки здавалося б простий робот так складно зробити. На поточний момент майже у всіх вузлах у мене проблеми, потрібно глобальна переробка майже всього.

Привід коліс на черв'ячної передачі по швидкості вийшов що треба, але його виконання залишає бажати кращого. Частина приводу розміщується у відсіку, де буде рух повітря зі сміттям, це довго працювати не буде. На колесах я хотів просвердлити отвори, які служили б додатковим датчиком руху. З одного боку колеса буде розташовуватися інфрачервоний світлодіод, з іншого ІК-фототранзистор. Ця схема при русі робота буде пульсувати, якщо імпульсів немає, значить робот уперся в щось і не рухається.

Для датчиків наближення я купив ІК-світлодіоди і ІК-фототранзистори, але після тестування такого ІК-бампера стало ясно, що ідея погана. Датчик реагує на сонячне світло, а чорні предмети зовсім не бачить. Конструкція має право на життя, але в більш простих саморобки. Кому цікава схема ділюся:

Якщо до датчика близько піднести руку, то на макетної платі загоряється світлодіод.

Завантажити скетч ІК-сенсор

Також я спробував ультразвуковий датчик. Він прекрасно вимірює відстань, але тільки методом "в лоб", якщо площину об'єкта знаходиться під кутом, то показання спотворюються. Вобщем навіть з таким датчиком бампер у робота нормально працювати не буде.

Завантажити скетч ультразвуковий датчик відстані

Для управління з пульта використаний ІК-приймач TSOP, який маркування не знаю, в принципі можна використовувати будь-який ліпший. Управляти можна з будь-якого пульта, навіть з мобільного телефону, але перед цим необхідно дізнатися коди клавіш кнопок на пульті. У скетчі проста схема, яка відправляє код кнопки в монітор порту при натисканні на пульті. Приклад підключення і скетч нижче:

Завантажити скетч ІК-управління з пульта + бібліотека IRremote

Що стосується щітки для підмітання, вийшла вона відмінно, ширина майже 21 см, при корпусі 25 см. Є нюанси: ворсинки не відновлюються, якщо їх прим'яти. Приводний механізм ніщо не блокує, намотає волосся за 3 хвилини роботи і зупинить. Щітка незнімна. Мотор дуже слабкий, але кількість обертів дуже навіть підходяще, на столі мете дуже ефектно.

Що далі?

Зараз цей робот-пилосос буде розібраний і переосмислений. Швидше за все діаметр корпусу збільшиться на 3 см. Спочатку колеса я думав зробити на незалежній підвісці, щоб ховалися якщо раптом хтось наступить на робота. Привід коліс все таки зроблю на шестернях, замість черв'яка. Ворс для щітки потрібно пошукати інший, більш еластичний і щоб тримав свою форму. Бампер мабуть доведеться робити механічний. Багато питань по всмоктуючої турбіни.

Незважаючи на всі недоробки робот сподобався дружині, а дочка взагалі в захваті :)

Далі буде. Так часто писати про робота більше не буду, але фото і відео звіти хоча б раз на місяць постараюся публікувати.

Березня 2015. Купив електровіник.

Червень 2015. Зібрав ЧПУ своїми руками .

Робот пилосос ще в проекті!

Вересень 2017. Збираю 3д-принтер :)