Шаг 8. Как собрать робота. Робототехническая лаборатория.

Как собрать робота

Как и где собрать робота. На этом этапе у вас должны быть все основные компоненты для вашего робота. Они включают в себя приводы, контроллеры двигателей, микроконтроллер, датчики и системы связи.

Теперь вы приближаетесь к этапу сборки, где вы объедините все эти части в настраиваемую роботизированную систему. Для этого вам нужно будет укомплектовать вашу робототехническую мастерскую или лабораторию соответствующими инструментами.

Собрать робота в мастерской или лаборатории

Есть несколько возможных сценария для оснащения роботизированной лаборатории. Выбор приборов и инструментов, которые нужно добавить в вашу лабораторию, зависит от того, сколько роботов вы планируете сделать. И в первую очередь от того, как вы занимаетесь робототехникой и какой результат вы хотели бы получить.

В мире есть много конструкторов робототехники, у которых есть инструменты из нескольких типов лабораторий. И у них может быть свой набор приборов и инструментов, который они считают необходимым для того чтобы собрать робота.

1. Первый тип мастерской предназначен для начинающих разработчиков роботов.  Скорее всего они будут создавать несколько недорогих роботов для развлечения. Возможно будут заниматься каким-нибудь одним несложным проектом. Это мастерская с небольшим количеством недорогих инструментов. Но при правильном подходе и в правильных руках такая мастерская может быть использована для создания профессиональных роботов.
2. Следующий тип мастерской является промежуточным типом между простой и профессиональной мастерской. Такая лаборатория подойдет для разработчиков, которые не являются «профессиональными». При этом они готовы вкладывать немного больше средств в оборудование, чтобы облегчить изготовление, сборку, тестирование и устранение неполадок. В результате здесь собрать робота будет намного проще.
3. Профессиональная мастерская предназначена для пользователей, которые планируют создавать множество продвинутых роботов и прототипов.Они используют различные детали и материалы. Этот тип конструкторов робототехники хочет, чтобы готовый прототип выглядел настолько профессиональным, насколько возможно. Наконец они могут даже хотеть произвести небольшие производственные прогоны готового дизайна.

Собрать робота в профессиональной лаборатории намного проще, хотя нужны определённые навыки.Это тип мастерской или лаборатории, скорее всего, будет необходим в небольшой компании по производству робототехники. Трудно описать все инструменты, необходимые на этом уровне, но можно дать некоторые общие рекомендации.

Как всегда, очень важно иметь правильный инструмент для правильной задачи, и только вы знаете свои потребности лучше всего.

Ниже вы найдете небольшой обзор инструментов и материалов для вашей мастерской, с классификацией по уровню и типу.

Механические инструменты

Минимальный набор может включать в себя:

— Маленькие отвертки, которые необходимы при работе с электроникой. Их нужно не очень много, но их размер делает их более хрупкими.

— Набор отверток. В любую мастерскую нужен набор инструментов или инструмента, который включает в себя плоские, крестообразные и другие головки отверток.

— Игольчатые плоскогубцы. Они бывают очень полезны при работе с небольшими компонентами и деталями и являются очень недорогим дополнением к вашему набору инструментов. Они отличаются от обычных плоскогубцев тем, что могут проникать в места недоступные стандартным плоскогубцам.— Стрипперы и кусачки для проволоки.

Если вы планируете обрезать провода различного диаметра, то кусачки помогут вам сэкономить много времени и усилий. Прибор для снятия изоляции (стриппер), при правильном использовании будет удалять только изоляцию с кабеля, и не будет перегибать или портить провода. Другой альтернативой устройству для снятия изоляции с проволоки является пара кусачек, но конечный результат может быть не очень хорошим.

Ножницы, линейка, ручка, маркерный карандаш, канцелярский нож (или другой ручной режущий инструмент) помогут собрать робота. Эти вещи необходимы в любом офисе.

Промежуточный набор может включать в себя:

— Вращающийся инструмент

• Ротационные инструменты оказались невероятно универсальными и могут заменить большинство обычных электроинструментов. Прежде всего при условии, что работа, которая должна быть выполнена, выполняется в небольших масштабах. Они могут резать, сверлить, шлифовать, гравировать, полировать и т. д.
• Дрель бывает очень полезна, особенно при создании больших отверстий или использовании более прочных или более толстых материалов. Более дорогой вариант, например сверлильный станок, позволит вам высверливать идеально перпендикулярные отверстия.
• Пилы различных типов необходимы, чтобы разрезать более толстые материалы или делать длинные прямые разрезы. Вы можете использовать ручную пилу, ленточную пилу, настольную пилу и т. д.
• Когда ваша работа становится более сложной, вам нужно будет надежно удерживать материалы и детали прочно на месте во время работы над ними. Следовательно необходимы тиски, которые позволяют добиться большей точности и качества изделия.

Профессиональный набор:

• Настольный станок с ЧПУ позволяет обрабатывать пластмассы, металлы и другие материалы и создавать трехмерные, сложные формы.
• Настольный токарный станок (ручной) позволяет создавать собственные валы, прокладки, адаптеры и колеса из различных материалов. Токарный станок с ЧПУ является избыточным, поскольку большинству конструкторов роботов нужно только изменить диаметр, а не создавать сложные формы.

• Вакуумные формовочные машины используются для создания сложных пластиковых оболочек, которые сформованы по вашим конкретным спецификациям.
• Листогибочные станки – нужны для создания роботизированных рамок или корпусов из листового металла. Они дают возможность получить точные и повторяемые изгибы.
• Другие специализированные инструменты.  Когда вы более точно поймете, какая механическая обработка вам нужна, возможно, потребуются более специализированные инструменты. Это дополнительно набор инструментов по металлу, сварочные аппараты, 3D-принтеры и т. д.

Электрические инструменты

Минимальный набор:

— Беспаечная монтажная плата.

Эти платы используются для простого создания схем прототипов без необходимости пайки. Это хорошо в том случае, если вы еще не полностью освоили свои навыки пайки. Возможно вы хотите быстро собрать прототипы и протестировать идеи, не прибегая к пайке новой схемы каждый раз.

— Провода перемычки — идеально подходят для соединений между контактами на монтажной плате и не только выглядят красиво, но и предотвращают беспорядок.

— Блок питания макета. При экспериментировании с электроникой очень важно иметь надежный и простой в использовании источник питания.

— Набор для паяльного инструмента. В недорогой комплект паяльника входят все основные компоненты, необходимые, чтобы помочь вам припаять и создавать простые схемы.

— Мультиметр используется для измерения напряжения, сопротивления, тока, проверки целостности соединений и т. д. Если вы знаете, что будете создавать множество роботов и работать с электроникой, то разумно приобрести более качественный мультиметр.

— Настенный адаптер.  Стандартные напряжения, используемые в робототехнике, включают: 3,3 В, 5 В, 6 В, 9 В, 12 В, 18 В и 24 В. Настенный адаптер также может быть хорошей заменой для батарей, так как они могут быть очень дорогими в долгосрочной перспективе. Настенный адаптер может позволить вам работать над вашим проектом без перерывов. Ведь даже перезаряжаемые батареи необходимо перезаряжать.

Промежуточный набор:

Промежуточный тип лаборатории базируется на основной лаборатории, добавляя следующее:
— Регулируемая температурная паяльная станция.

— Паяльник с переменной температурой со сменными наконечниками позволит вам быть более точным и снизить риск горения или плавления компонентов.

— Оплетка для снятия припоя или отсос помогут очистить наконечник паяльника, не охлаждая его, позволяя вам быстрее и качественнее паять.

— Переменный источник питания (вместо адаптера на стене).  Наличие мощного и надежного источника питания очень важно при разработке сложных схем и роботов. Переменный источник питания позволяет вам тестировать различные напряжения и токи без хлопот. Прежде всего не требуется несколько типов батарей и силовых адаптеров.

Профессиональный набор дополнительно включает в себя:

— Осциллограф — очень полезен при работе с аналоговыми схемами или периодическими сигналами.

— Логический анализатор.  Логический анализатор похож на осциллограф.  Цель логического анализатора — запись цифрового (но не всегда только цифрового) сигнала с последующим его анализом в удобных программах. Он позволяет просматривать и хранить данные, получаемые с микроконтроллера, и упрощает отладку цифровых схем.

Дополнительно

Минимальный набор:

— Наиболее распространенный диаметр провода, используемый в робототехнике, составляет 0,64 мм. Хотя у многожильных проводов есть свои преимущества, одножильный провод позволяет легко подключать их к штыревым разъемам и макетам.

— Набор для пайки с увеличительным стеклом, зажимами и держателем для паяльника.

Такой набор позволяет надежно фиксировать платы и детали во время пайки. Можно рассмотреть мелкие детали и оставлять паяльник в держателе, не опасаясь ожогов.

— Горячий клей и термоклеевый пистолет полезен независимо во многих случаях. Клей, который выходит из горячего пистолета, быстро застывает и обеспечивает хорошее склеивание различных компонентов.

В отличие от обычного клея, этот клей трехмерен, что означает, что вы можете использовать его в качестве разделителя, клея, наполнителя и т.д.

Промежуточный набор:

— Более толстые провода. Когда вы создаете более крупные роботы, двигатели постоянного тока потребуют более высоких токов и, следовательно, нужны кабели большего диаметра.

— Штангенциркуль цифровой позволяет более точно измерять детали, а также диаметры (как внутри, так и снаружи).

Программное обеспечение

Минимальный набор:

Программное обеспечение для программирования.

Первое программное обеспечение для программирования должно соответствовать любому выбранному микроконтроллеру. Если вы выбрали микроконтроллер Arduino, то вы должны выбрать программное обеспечение Arduino. Программное обеспечение должно соответствовать выбранному микроконтроллеру.

Если вы выбрали линейку Lego, то вы должны выбрать программное обеспечение для Lego.

Чтобы использовать различные микроконтроллеры, вы можете изучить более фундаментальный язык программирования, такой как BASIC или C.

Схемы и печатные платы. На них я не буду подробно останавливаться. На рынке доступно множество популярных бесплатных программ. Они включают обширную библиотеку деталей и помогают преобразовать вашу схему в печатную плату.

Для профессиональных лабораторий существует множество платных программ САПР и 3-D моделирования, но это отдельная большая тема и ее лучше изучать отдельно, не в рамках этого обзора.

Материалы

Минимальный набор:

— Могут потребоваться листы пластика различной толщины и размера.

Этот материал можно легко разрезать ножницами и может быть согнут и сформирован, по мере необходимости. Он используется для создания рамы или других компонентов вашего робота без необходимости выполнять механическую обработку.

— Картон. Картон (толстый, но все еще разрезаемый с помощью ручных инструментов) может быть легко использован для изготовления рамы или прототипа. При помощи картона и клея можно изготавливать различные конструкции.

— Тонкая фанера — отличный материал для работы. Фанеру можно закреплять  при помощи винтов, шурупов, склеивать, шлифовать и так далее.

Профессиональный набор может включать в себя:

— Полиморфус.

Собрать робота можно при помощи полиморфуса. Это пластик для различных целей — его используют как обычный пластилин, но он имеет свою уникальную особенность.

При небольшом нагреве (в горячей воде) он размягчается, а потом, при  остывании — застывает и становится очень твердым. В результате это позволяет создавать пластиковые детали без хлопот для создания различных форм.

— Листовой металл. Если у вас есть металлообрабатывающие станки, то  листовой металл является отличным материалом для рамы робота.  Он долговечен, гибок и устойчев к ржавчине.

Практическая часть

При использовании набора Lego EV3 вам не понадобится дорогостоящая лаборатория для создания различных моделей роботов. Этот набор включает в себя множество пластиковых стандартных деталей. Собрать робота можно за короткое время. Хотя функционал будет несколько ограничен.  Так же нет необходимости в приобретении программного обеспечения. Его можно скачать с официального сайта Lego бесплатно.

Робототехническая мастерская или лаборатория