Budowa robotów dla średnio zaawansowanych. Wydanie II - ebook

Czy chcesz zbudować robota pozbawionego zdalnego sterowania, który jest w stanie przemierzać pomieszczenia, kroczyć po linii lub walczyć z przeciwnikami? W tej książce znajdziesz dokładne instrukcje oraz zdjęcia, opisy obwodów i części - wszystko, dzięki czemu będziesz mógł bez trudu skonstruować własnego, użytecznego robota.

Książka Budowa robotów dla średnio zaawansowanych zawiera praktyczną wiedzę, którą podzielić może się wyłącznie doświadczony budowniczy robotów - wiedzę, którą początkujący może zdobyć tylko na własnych błędach. Znajdziesz tu wypróbowane algorytmy podążania za linią oraz porady na temat tego, które elementy elektroniczne warto szlifować. Dowiesz się, że dobrze umieszczony przełącznik pozwala lepiej unikać przeszkód niż para czułek. Nauczysz się również, jak zabezpieczać kondensatory przed eksplozją... Będziesz korzystać z wielu technik stosowanych przez zawodowych inżynierów robotyków - doświadczysz przy tym tych samych wyzwań i radości, gdy Twój robot "ożyje".

Książka ta jest doskonałą propozycją zarówno dla czytelników pierwszej książki Davida Cooka Budowa robotów dla początkujących, jak i dla domorosłych naukowców, którzy samodzielnie nauczyli się podstaw. Powodzenia!

W trakcie lektury:

• zastosujesz zaawansowane detektory przeszkód
• rozwiążesz problemy z zarządzaniem energią
• efektywnie wykorzystasz silniki
• zbudujesz w pełni funkcjonalnego robota

O autorze (11)

O korektorze merytorycznym (13)

Podziękowania (15)

Wstęp (17)

• Dla kogo jest ta książka? (17)
  
  • Wymagania wstępne (17)
  • Czy nie będzie dla Ciebie lepsze LEGO MINDSTORMS? (19)
  • Czy nie będą dla Ciebie lepsze roboty BEAM? (19)
  • Nie ma tu schematu zdalnie sterowanego robota zabójcy (19)
• Propozycje części (19)
  
• Zasady bezpieczeństwa (20)
  
• Preferencja systemu metrycznego (20)
  
• Aktualizacje i nowości (20)

Rozdział 1. Budowanie robota modułowego (21)

• Budowanie modułów (21)
  
  • Budować Rondo czy nie? (22)
  • Organizacja rozdziałów (22)
• Zapoznanie się z obróbką mechaniczną (23)
  
  • Wyposażenie Twojego warsztatu (23)
  • Miniaturowa frezarka (24)
• Łączymy wszystko ze sobą (27)
  
  • Grupowanie części mechanicznych (27)
  • Grupowanie osobnych modułów elektronicznych (28)
  • Montaż i testowanie robota (28)
• Wykorzystanie części i technik w innych robotach (28)

Rozdział 2. Porównanie dwóch typów samodzielnie wykonanych łączników silnika oraz często spotykane błędy (31)

• Porównanie dwóch technologii budowy łączników (32)
  
  • Przegląd łączników teleskopowych (32)
  • Porównanie łączników teleskopowych z łącznikami z pręta (33)
• Oczekiwane efekty wiercenia otworów w łączniku oraz częste błędy i ich skutki (33)
  
  • Łączenie otworu na śrubę ustalającą z otworem na wałek silnika (34)
  • Wyrównanie kątów i środków otworów (35)
• Gotowy do wykonania łącznika z pręta? (38)

Rozdział 3. Wykonanie uchwytu oraz wiercenie otworów w prętach na łączniki (39)

• Kompletowanie narzędzi i części (39)
  
• Przygotowanie kawałków prętów na łączniki (40)
  
  • Pomiar wałka silnika i osi (40)
  • Wybór pręta na łącznik (40)
  • Przycinanie prętów do odpowiedniej długości (42)
  • Wyrównywanie końców łączników (43)
  • Odkładamy przycięte pręty (45)
• Wykonanie uchwytu łącznika (45)
  
  • Wycinanie bloku uchwytu łącznika (46)
  • Wiercenie otworu na śrubę ustalającą (47)
  • Gwintowanie otworu na śrubę ustalającą (48)
  • Wiercenie otworu na pręt łącznika w uchwycie (49)
• Wykorzystanie uchwytu (54)
  
  • Powiększanie ciasnych otworów (54)
  • Dodanie śruby ustalającej do uchwytu łącznika (54)
  • Zmiana pozycji uchwytu łącznika (55)
• Wiercenie w łączniku otworów na wałek silnika i oś LEGO (55)
  
  • Wymieniaj wiertła, a nie pręty (57)
  • Prace wykończeniowe - spłaszczanie końców (58)
• Sprawdzenie postępów w wykonywaniu łącznika (58)

Rozdział 4. Kończymy wykonywanie łącznika silnika z pręta (59)

• Montaż śruby ustalającej łącznika (59)
  
  • Określanie położenia śruby ustalającej łącznika (59)
  • Wiercenie w łączniku otworu na śrubę ustalającą (60)
  • Gwintowanie otworu na śrubę ustalającą łącznika (61)
  • Wybór śruby ustalającej (62)
• Dodanie osi LEGO (63)
  
• Podsumowanie (65)

Rozdział 5. Zabudowanie silnika wewnątrz koła (67)

• Uwaga! Niebezpieczeństwo! Wygięte wałki na horyzoncie (68)
  
  • Prawidłowe napędzanie z podparciem (68)
• Wykonywanie łącznika piasty (69)
  
  • Dostosowanie zewnętrznej średnicy wałka silnika do wewnętrznej średnicy koła LEGO (69)
  • Zaczynamy od pręta łącznika (71)
  • Wykonywanie wewnętrznych i zewnętrznych dysków adaptera piasty (72)
  • Przygotowanie piast LEGO (82)
  • Dopasowanie i klejenie części (85)
• Podsumowanie (87)

Rozdział 6. Standardy stosowane w elektronice oraz przygotowanie do eksperymentów (89)

• Czytanie schematów (89)
  
  • Łączenie przewodów (90)
  • Wybór części (90)
  • Oznaczanie elementów (92)
  • Definiowanie zasilacza (96)
• Użycie płytki stykowej (97)
  
  • Wybór płytki stykowej (98)
  • Konfigurowanie płytki stykowej (98)
• Oscylogramy (102)
  
• Wykorzystanie nowoczesnej elektroniki (103)
  
  • Przeskoczenie bariery krzywej doświadczenia (103)
  • Unikanie przestarzałych technologii (103)
  • Użycie komponentów do montażu powierzchniowego (103)
• Podsumowanie (106)

Rozdział 7. Budowa zasilacza z liniowym stabilizatorem napięcia (107)

• Stabilizatory napięcia (107)
  
• Zasilacze z liniowym stabilizatorem napięcia (108)
  
  • Stabilizator napięcia 7805 (108)
  • Ulepszanie zasilacza przez obniżenie minimalnego wymaganego napięcia niestabilizowanego (113)
  • Inne ważne cechy liniowych stabilizatorów napięcia (122)
  • Zmiany na rynku ograniczają wybór liniowych stabilizatorów napięcia 5 V (126)
• Kurs na optymalizację (126)

Rozdział 8. Ulepszanie zasilacza robota (129)

• Użycie wejściowych i wyjściowych kondensatorów buforowych (130)
  
  • Wydłużanie żywotności baterii z wykorzystaniem kondensatorów buforowych (131)
  • Opóźnione wyłączanie z powodu użycia kondensatorów buforowych (131)
  • Użycie przełącznika DPDT do skrócenia czasu wyłączania (132)
  • Dobór kondensatorów buforowych (133)
  • Powiększanie marginesu bezpieczeństwa dla kondensatorów tantalowych (134)
• Kondensatorowe czary (134)
  
• Użycie kondensatorów blokujących (135)
  
  • Skracanie długiej ścieżki do źródła zasilania (136)
  • Izolowanie zakłóceń przy każdym źródle (137)
  • Dobór kondensatorów blokujących/odsprzęgających (137)
• Ochrona przed uszkodzeniami spowodowanymi przez zwarcia i przepięcia (137)
  
  • Decyzja, czy wymagane jest zabezpieczenie nadprądowe (137)
  • Zabezpieczanie z użyciem bezpiecznika topikowego (138)
  • Zabezpieczanie z użyciem bezpiecznika automatycznego (138)
  • Zabezpieczanie robotów przed zwarciami i przeciążeniami za pomocą półprzewodnikowych, samoresetujących się bezpieczników polimerowych (139)
• Zapobieganie uszkodzeniom spowodowanym przez przepięcia w obwodzie stabilizowanym (142)
  
  • Dioda Zenera (142)
  • Użycie diody Zenera do zwarcia zasilania w przypadku wystąpienia przepięcia (143)
  • Wybór odpowiedniego napięcia przebicia (145)
  • Zakup diody Zenera (145)
• Kompletujemy niezawodne źródło zasilania (145)

Rozdział 9. Sterowanie silnikiem (147)

• Po co nam sterownik silnika? (147)
  
  • Dostarczanie do silników wyższego napięcia, niż są w stanie dostarczyć układy logiczne (148)
  • Dostarczanie większego prądu, niż mogą zapewnić układy logiczne (148)
  • Błędy logiczne spowodowane zakłóceniami generowanymi przez silnik (148)
  • Zasilanie silnika z obwodu niestabilizowanego kontra stabilizowanego (149)
• Cztery tryby pracy silnika (149)
  
  • Obroty zgodne z kierunkiem ruchu wskazówek zegara (150)
  • Obroty przeciwne do kierunku ruchu wskazówek zegara (151)
  • Obroty swobodne (powolne wytracanie prędkości) (151)
  • Hamowanie (gwałtowne wytracanie prędkości) (151)
• Proste sterowanie z użyciem jednego tranzystora (152)
  
  • Obwód sterownika silnika z jednym tranzystorem bipolarnym NPN (153)
  • Budowa obwodu sterownika silnika z jednym tranzystorem bipolarnym NPN (156)
  • Obwód sterownika silnika z jednym tranzystorem bipolarnym PNP (157)
  • Budowa obwodu sterownika silnika z jednym tranzystorem bipolarnym PNP (158)
• Łączenie ze sobą sterownika NPN i PNP (159)
  
  • Budowa obwodu sterownika silnika z połączeniem obwodów NPN i PNP (159)
  • Unikanie zwarcia (160)
• Klasyczny bipolarny mostek H (161)
  
  • Obroty zgodne z kierunkiem ruchu wskazówek zegara z użyciem mostka H (162)
  • Obroty przeciwne do kierunku ruchu wskazówek zegara z użyciem mostka H (162)
  • Zwalnianie ruchu z wykorzystaniem hamulca elektronicznego mostka H (162)
  • Hamowanie wysokim napięciem (164)
  • Obroty swobodne z użyciem mostka H (165)
  • Pozostałe kombinacje w mostku H (165)
  • Konstruowanie klasycznego bipolarnego mostka H (166)
• Sterowanie stroną o wysokim napięciu (167)
  
  • Unikanie konwersji poziomów dzięki rezygnacji ze stabilizacji zasilania układów logicznych (167)
  • Rezygnacja z interfejsu dzięki zasilaniu mostka H napięciem stabilizowanym (168)
  • Interfejs do PNP z wykorzystaniem NPN (168)
  • Użycie scalonego interfejsu (171)
• Kontrola nad silnikiem (173)

Rozdział 10. Sterowanie silnikiem - druga runda (175)

• Sterowanie silnikami za pośrednictwem tranzystorów MOSFET (175)
  
  • Obwód sterownika silnika z jednym tranzystorem mocy MOSFET z kanałem n (176)
  • Doprowadzanie domyślnego napięcia z wykorzystaniem rezystora (178)
  • Uzupełnianie obwodu sterownika silnika z jednym tranzystorem mocy MOSFET z kanałem n o rezystor obniżający (182)
  • Budowa obwodu sterownika silnika z jednym tranzystorem mocy MOSFET z kanałem n i rezystorem obniżającym (183)
  • Obwód sterownika silnika z jednym tranzystorem mocy MOSFET z kanałem p (184)
  • Budowa obwodu sterownika silnika z jednym tranzystorem mocy MOSFET z kanałem p (184)
  • Mostek H z tranzystorami mocy MOSFET (185)
  • Dobór tranzystorów mocy MOSFET (191)
• Sterowanie silnikami z wykorzystaniem układów scalonych (195)
  
  • Marzenia o ideale (195)
  • Zastosowanie układu z rodziny 4427 jako samodzielnego sterownika silnika (196)
  • Użycie klasycznego bipolarnego mostka H w układzie scalonym (199)
  • MC33887 - zaawansowany sterownik silnika z mostkiem H MOSFET (201)
• Ocena sterowników silników (207)
  
  • Ocena wydajności prądowej sterowników silników (208)
  • Ocena efektywności sterowników silników (210)
• Podsumowanie (212)

Rozdział 11. Tworzenie modulowanego, używającego podczerwieni detektora przeszkód, przeciwników i ścian (213)

• Wykrywanie modulowanej fali podczerwonej za pomocą popularnego modułu lub inny powód przejęcia pilota (214)
  
  • Układ Panasonic PNA4602M (214)
  • Podłączamy układ Panasonic PNA4602M (215)
  • Testowanie układu Panasonic PNA4602M (215)
• Rozszerzenie obwodu wykrywającego o wskaźnik LED (217)
  
  • Dodanie układu inwertera 74AC14 do sterowania diodą LED (218)
  • Przegląd obwodu wskaźnika (218)
• Kończymy układ wykrywania fali odbitej (221)
  
  • Przegląd pełnego schematu detektora odbić (221)
  • Budowa detektora odbić na płytce stykowej (222)
• Uruchamianie (228)

Rozdział 12. Dostrajanie detektora odbić (229)

• Dostrajanie do 38 kHz (229)
  
  • Wybór połowy zakresu pomiędzy początkiem a końcem reakcji na odbitą falę (230)
  • Użycie multimetru z trybem pomiaru częstotliwości (233)
  • Użycie oscyloskopu (233)
  • Przyczyny zastosowania inwertera z wejściami Schmitta (234)
  • Diagnozowanie problemów występujących w obwodach taktujących (234)
• Ograniczenia detektora odbić (236)
  
  • Brak działania na otwartej przestrzeni lub przy jasnym świetle (236)
  • Brak możliwości wykrycia określonych rodzajów obiektów (237)
  • Brak możliwości wykrycia dalekich lub bardzo bliskich obiektów (237)
  • Brak możliwości pomiaru odległości (240)
• Jesteś gotowy do zbudowania robota (240)

Rozdział 13. Robot Rondo (241)

• Robot Rondo (242)
• Rzut oka na robota Rondo z boków (242)
• Rondo z góry i z dołu (243)
• Obwody elektroniczne robota Rondo (243)
• Wykonywanie obudowy robota Rondo (248)
• Problemy z dostępnością silników z przekładniami (248)
• Pożądane cechy robota (250)
• Projektowanie korpusu robota (250)
• Budowa centralnej platformy dla robota Rondo (255)
• Mechanizm silników robota Rondo (256)
• Wybór zębatek LEGO (259)
• Osiąganie fizycznych ograniczeń ruchomych części LEGO (262)
• Wykonywanie uchwytów na silniki robota Rondo (262)
• Podsumowanie budowy robota Rondo (272)

Rozdział 14. Jazda próbna robota Rondo (273)

• Przygotowanie do jazdy próbnej (273)
  
  • Ustawienie wszystkich elementów regulowanych na średnie lub bezpieczne pozycje (273)
  • Testowanie modułów jeden po drugim (274)
  • Pomiar rezystancji kompletnego obwodu (274)
  • Umieszczanie robota na podnośniku (276)
  • Sprawdzanie napięcia i polaryzacji baterii (276)
  • Kontrola poboru prądu w czasie włączania obwodu (277)
• Przygotowanie robota i korygowanie niewielkich błędów (278)
  
  • Dostrajanie detektora odbić pracującego w podczerwieni (278)
  • Przełączanie dwukolorowej diody LED (278)
  • Testowanie sensorów (278)
  • Podłączanie silników (279)
• Ocena osiągów robota Rondo (279)
  
  • Problemy napotykane w czasie jazdy próbnej (279)
  • Testowanie wszystkich manewrów robota (282)
  • Wyzwania dla robota Rondo (283)
• Utknąłem (285)
  
  • Spacer pijaka (285)
  • Spacer robota Rondo (286)
  • Ograniczenie niejednoznaczności wykrycia (287)

Rozdział 15. Chciałbym mieć mózg (293)

• Przykładowy mikrokontroler Atmel ATtiny84 (293)
  
• Porównanie mikrokontrolera z układem logicznym (294)
  
  • Wybór układu logicznego zamiast mikrokontrolera (294)
  • Wybór mikrokontrolera zamiast układu logicznego (295)
• Programowanie mikrokontrolera (296)
  
  • Zapisywanie programów (296)
  • Określanie wielkości programu (296)
  • Pisanie programów (297)
  • Praca bez użycia .NET (297)
  • Kompilowanie i przesyłanie programu (298)
  • Debugowanie programu (298)
• Przegląd wspólnych funkcji mikrokontrolerów (302)
  
  • Obudowy mikrokontrolerów (303)
  • Wyprowadzenia mikrokontrolera (303)
  • Pamięć mikrokontrolera (309)
  • Rozmiar instrukcji mikrokontrolera (311)
  • Złożoność instrukcji mikrokontrolera (311)
  • Szybkość mikrokontrolera (312)
  • Specjalne zegary nadzorujące (315)
  • Moduł nadzorujący dla niskiego napięcia (315)
• Wybór mikrokontrolera (316)
  
  • Brakuje mi... (316)
  • Rekomendacja 8-bitowych mikrokontrolerów Atmel AVR (317)
  • Rekomendacja zestawu Parallax Basic Stamp (317)
  • Po prostu zapytaj (318)
• Rozbudowa robota (318)

Rozdział 16. Budowa karty rozszerzającej dla robota Rondo (319)

• Przekształcenie w konfigurację dwupiętrową (319)
  
  • Podłączanie do gniazda DIP (321)
  • Problemy z dostępem do płyty głównej (328)
  • Osłanianie detektorów odbić podczerwieni (330)
• Przechwytywanie sygnałów - poznaj nowego szefa (331)
  
  • Zachowanie przydatnych funkcji (331)
  • Przekierowanie sygnałów wykrycia podczerwieni (331)
  • Wykrywanie i przerywanie stanu zatrzymania (332)
  • Przekierowanie silników i elementów bipolarnych (332)
  • Zapewnienie (niemal) kompletnej kontroli (332)
• Rozszerzanie zakresu funkcji (333)
  
  • Przegląd wyprowadzeń mikrokontrolera (333)
  • Zasilanie mikrokontrolera (333)
  • Wykrywanie ścian i przeszkód (334)
  • Sterowanie silnikami i diodami dwukolorowymi (334)
  • Sterowanie dwukolorowymi diodami LED (334)
  • Odczyt stanu przycisku (335)
  • Udostępnianie opcji za pomocą przełączników DIP (337)
  • Generowanie muzyki (338)
  • Pozostałe wyprowadzenia dostępne dla rozszerzeń (339)
• Ulepszanie robota (340)

Rozdział 17. Dodajemy moduł sensora podłogi (341)

• Wykrywanie jasności za pomocą fotorezystora (341)
  
  • Konwersja zmiennej rezystancji na zmienne napięcie z użyciem dzielnika napięcia (342)
  • Odpowiedź fotorezystora jest nieliniowa (345)
  • Określanie rozrzutu pomiędzy fotorezystorami (347)
  • Szybkość wzrostu i spadku rezystancji (348)
  • Ponowne użycie zrównoważonego obwodu odczytu jasności (348)
• Wykrywanie jasności za pomocą fotodiody (348)
  
  • Układ wykrywania odbicia światła od podłogi (349)
  • Budowa układu wykrywania odbicia światła od podłogi (350)
• Podążanie za linią (355)
  
  • Autodetekcja jasności linii (355)
  • Odczyt wartości sensora podłogi (356)
  • Odwracanie wartości czujnika (356)
  • Podążanie za ciemną linią (356)
  • Centrowanie ciemnej linii (357)
  • Ulepszanie algorytmu podążania za linią (357)
• Zawody robotów sumo (357)
  
  • Przystosowanie robota Rondo do zawodów sumo (358)
  • Zmiana strategii z wykorzystaniem przełączników DIP (359)
• Rosnące możliwości (359)

Rozdział 18. Gotujemy gulasz z robota (361)

• Generowanie muzyki (361)
  
  • Obwód dźwiękowy (362)
  • Budowa obwodu dźwiękowego (362)
  • Regulacja siły dźwięku (362)
  • Sterowanie głośnikiem (363)
  • Podglądanie dźwięku (364)
  • Odtwarzanie nuty (365)
  • Odtwarzanie muzyki (365)
• Skalowanie w górę (367)
  
  • Tworzenie podwójnej platformy (367)
  • Ulepszone poruszanie się robota (367)
  • Zapewnienie odstępu między platformami za pomocą własnoręcznie wykonanych tulejek dystansowych (368)
  • Szczeliny na koła (369)
  • Podparcie obu końców osi (369)
• Montaż silników (370)
  
  • Montaż z wykorzystaniem kątownika (370)
  • Oszczędzanie miejsca przez użycie przekładni prostopadłej (373)
  • Adaptacja wałka silnika o małej średnicy oraz zintegrowany uchwyt zgodny ze standardami LEGO (374)
• Eksploracja terenów nasłonecznionych (378)
  
  • Wybór kół do płynnej jazdy (378)
  • Wykrywanie przeszkód (379)
• Chwilowe wejście w buty robota (382)
  
  • Dodanie do robota bezprzewodowej kamery wideo (383)
  • Eksploracja pomieszczeń z bezprzewodowym wideo (384)
  • Spojrzenie na siebie w bezprzewodowym wideo (384)
• Dziękuję (384)

Dodatek. Źródła internetowe (385)

Skorowidz (387)