Budowa robotów dla początkujących / David Cook. – Wyd. 3

Budowa robotów dla początkujących / David Cook. – Wyd. 3. – Gliwice,
cop. 2016
Spis treści
O autorze
17
Podziękowania
19
Wprowadzenie
21
Rozdział 1. Witaj, twórco robotów!
Cztery dziedziny
Anatomia amatorskiego robota
Układy sterujące
Zasilanie elektryczne
Czujniki
Napęd i interakcja z otoczeniem
Pozostałe elementy
Korpus
Proces budowy
Kawałek po kawałku
Tworzenie komponentów
Wyluzuj i baw się dobrze
Znajdź towarzyszy i pomoc
Dalej w las
23
23
24
25
25
27
28
29
30
31
31
31
32
32
33
Rozdział 2. Gdzie zdobyć narzędzia i podzespoły
Zamów bezpłatne informacje
Odczytaj ukryte informacje
Zwróć uwagę na tabele
Licz części
Porównuj ceny
Oszczędzaj pieniądze
35
35
37
37
37
37
38
Rozdział 3. Zasady bezpieczeństwa
Korzystaj z wieku i doświadczenia
Przestrzegaj instrukcji
Czytanie etykiet na środkach chemicznych
Noś okulary ochronne
Zawieszaj okulary albo kładź szkłem do góry
Używaj ubrań ochronnych
Zapewnij właściwą wentylację
Właściwie przechowuj materiały i narzędzia
41
41
41
42
42
43
43
43
44
Informuj o tym, co robisz i czego używasz
Umyj się przed jedzeniem
Unikaj groźnych substancji
Ołów
Rtęć
Kadm
Kupuj bezpieczne części z oznaczeniem RoHS
Porażenia
Prąd stały czy prąd przemienny
Używaj akumulatorków i firmowych ładowarek
Użycie bezpieczników automatycznych i wyłączników
różnicowoprądowych
Zadbaj o uziemienie
Odłączaj zasilanie
Trzymaj się z daleka od niebezpiecznych robotów
Dobierz rozmiar silników
Dobierz oświetlenie
Bądź wypoczęty i zrównoważony
44
44
44
45
45
46
46
47
47
47
48
49
49
50
50
50
51
Rozdział 4. Uniwersalny miernik cyfrowy
Niezbędne cechy
Powinien to być miernik cyfrowy
Ilość wyświetlanych cyfr
Pomiar napięcia stałego
Pomiar prądu stałego
Pomiar rezystancji
Końcówki lub wyprowadzenia testowe
Bezpiecznik lub zabezpieczenie przed przeciążeniem
Przydatne cechy
Pomiar pojemności
Badanie diod
Badanie ciągłości obwodu
Pomiar częstotliwości
Pomiar wypełnienia przebiegu
Automatyczny dobór zakresów
Automatyczne wyłączanie
Pomiar tranzystorów
Podwójny wyświetlacz
Pomiar wartości maksymalnej
Pomiar wartości minimalnej
Podstawka
Dodatkowe cechy
Pomiar indukcyjności
Interfejs komunikacyjny RS-232 lub USB
Funkcja oscyloskopu
Podświetlenie
53
54
54
54
55
55
55
55
55
56
56
56
56
56
57
57
58
58
58
58
59
59
59
59
59
60
60
Stoper (miernik) szerokości impulsu
Pomiar temperatury
Pomiar natężenia dźwięku
Licznik zdarzeń
Wskaźnik paskowy
Zatrzymanie wartości pomiaru
Podtrzymanie odczytu
Pomiar stanów logicznych
Pamięć pomiarów
Pomiar względny
Pomiar przesunięcia
Wykrywanie przekroczenia zadanego poziomu
Uchwyt lub gumowa osłona
Funkcje dotyczące prądu przemiennego
Pomiar napięcia przemiennego
Pomiar „True RMS" (prawdziwej wartości skutecznej)
Pomiar prądu przemiennego
Zdobądź zaciski haczykowe
Porównanie konkretnych mierników
Możliwości taniego miernika
Możliwości miernika ze średniej półki
Możliwości miernika klasy wyższej
Porównanie cen i możliwości
Inne mierniki
Nie pracuj bez miernika
60
60
61
61
61
61
61
61
62
62
62
62
62
63
63
63
63
63
64
64
66
67
69
69
69
Rozdział 5. Wartości i jednostki
Wybór systemu metrycznego
Pozbywanie się potęg tysiąca
„M" i „m"
Alternatywa dla greckiego „mikro"
Skróty dla jednostek
Gdy brakuje miejsca
Określanie brakującej jednostki
Rozkodowanie trzech cyfr
Zamiana kolorów na wartości
Określenie wartości elementu przy użyciu miernika cyfrowego
Omówiłem podstawy
71
71
71
73
73
74
74
75
76
76
78
78
Rozdział 6. Robot podążający wzdłuż linii
Budowa trasy
Powierzchnia trasy
Oświetlenie trasy
Linia wyznaczająca trasę
Zakręty i przecięcia linii
Budowa trasy — podsumowanie
79
80
80
80
80
82
83
Wybór rozmiaru robota
Przedstawiam „Kanapkę"
Anatomia „Kanapki"
Korpus „Kanapki"
Budowa
83
84
84
89
92
Rozdział 7. Baterie i akumulatorki 9-woltowe
Pomiar napięcia baterii
Przygotowanie miernika do pomiaru napięcia
Interpretacja wyników pomiaru
Charakterystyka baterii i akumulatorków 9-woltowych
Zalecenia dla ogniw 9-woltowych
Polecane ogniwa
Niepolecane ogniwa
Marki i producenci ogniw
Użycie ogniw 9-woltowych w robotach
Montaż baterii
Idźmy z prądem
93
94
94
95
96
97
97
100
101
102
102
103
Rozdział 8. Zaciski i końcówki pomiarowe
Krokodyle są dziś głodne
Zaciski haczykowe
Sprawdzanie przewodów pomiarowych
Ustawienie trybu pomiaru ciągłości obwodów
Test otwartego obwodu
Test zamkniętego obwodu
Test połączenia przewodem mostkującym z krokodylkami
Wykrywanie niepożądanych połączeń
Hydraulik z kabelkami
105
105
106
107
107
108
109
109
110
111
Rozdział 9. Rezystory
Ograniczanie napięcia i prądu za pomocą rezystorów
Zdobądź zestaw rezystorów o różnych wartościach
Dlaczego ważny jest rozmiar i tolerancja
Wycinanki
Zaopatrz się w cążki do cięcia przewodów
Rezystancja i omy
Pomiar rezystancji
Interpretacja wartości rezystancji wyświetlanej przez miernik
Poznaj zakresy pomiarowe rezystancji
Sprawdzanie wartości rezystora on-line
Oznaczanie i przechowywanie
Zdobądź pojemniki na części
Powstrzymaj pokusę, aby kawałek przeskoczyć
113
113
114
114
115
115
116
117
117
118
119
119
120
120
Rozdział 10. Diody świecące (LED)
Cechy diod świecących
Rozmiary diod świecących
Kształty diod świecących
Przejrzystość obudowy diody
Kąty widzenia
Kolory diod
Jasność diod świecących
Sprawność diod świecących
Spojrzenie z bliska na budowę diody
Rozróżnianie diod wielokolorowych
Diody dwukolorowe
Diody trójkolorowe lub trójstanowe
Diody pełnokolorowe
Sprawdzanie diod świecących
Przygotowanie miernika do badania diody
Interpretacja wyników badania diody świecącej
Diody w zestawach
Rozświetlamy drogę
121
121
121
123
124
125
125
126
127
127
128
129
129
129
130
130
131
132
133
Rozdział 11. Włączamy zasilanie!
Poznajemy listę elementów
Sprawdzanie części przed montażem
Czytanie schematów elektrycznych
Budujemy obwód wskaźnika zasilania
Czy widzisz światło?
Kilka eksperymentów z obwodem wskaźnika zasilania
Zadania każdego z elementów
Pomiary obwodu wskaźnika zasilania
Pomiar napięcia w obwodzie
Pomiar prądu
Obliczanie żywotności baterii
Nie próbuj mierzyć napięcia z przewodem włożonym do gniazda
do pomiaru prądu
Podsumowanie wiedzy o obwodach
135
135
135
136
137
138
138
138
138
139
142
143
Rozdział 12. Budowa prototypów bez lutowania
Potrzeba czegoś lepszego
Płytki montażowe niewymagające lutowania
Połączenia w otworkach
Gniazda przyłączeniowe
Płytki stykowe wysoce pożądane
Przewody do pracy z płytkami stykowymi
Wybór przewodów mostkujących
Jak zrobić własne przewody mostkujące
Usuwanie izolacji z końcówek przewodu
149
149
149
150
154
155
156
157
159
159
146
147
Przycięcie przewodu do odpowiedniej długości
Zagięcie końcówek przewodu
Połączenia
160
161
163
Rozdział 13. Przygotowanie płytki prototypowej do pracy
Rozważania na temat źródła zasilania
Zatrzaski do baterii 9 V
Podłączenie zasilania do gniazd przyłączeniowych
Wybór wyłącznika zasilania
Co oznacza SPDT?
Montaż wyłącznika zasilania na płytce prototypowej
Połączenie szyn zasilających
Dopasowanie końcówek pomiarowych miernika przy użyciu przewodu
mostkującego
Podłączanie dolnej szyny zasilającej
Podział na środku
Montaż diodowego wskaźnika zasilania
Pomiar napięcia w wybranych punktach
Przycinanie wyprowadzeń
Cała prawda o wyłączniku zasilania robota
Gotowi na więcej?
165
165
166
166
167
168
169
169
Rozdział 14. Rezystory zmienne
Potencjometry
Potencjometr dostrojczy
Obracanie pokrętła
Zakup trymerów
Pomiary potencjometru
Obwód z diodą świecącą o regulowanej jasności
Budowa obwodu z diodą świecącą o regulowanej jasności
Obwód równoważenia jasności diod
Budowa obwodu pozwalającego na zrównoważenie jasności diod
Fotorezystory na bazie siarczku kadmu
Wybór fotorezystorów
Doświadczenie z fotorezystorem
Obwód sterowany światłem
Zrównoważony układ odczytu jasności
Lista elementów
Czujniki w parach
Dobieranie fotorezystorów
Potencjometr do równoważenia rezystancji
Rezystor ograniczający prąd
Punkty testowe
Zamiana rezystancji na napięcie przy użyciu dzielnika napięcia
Budujemy zrównoważony układ odczytu jasności
Niemożność zbalansowania układu odczytu jasności
175
175
176
177
177
177
179
180
180
181
182
182
183
183
184
184
184
185
186
186
186
189
189
190
170
171
171
171
172
173
173
174
Rozdział 15. Komparatory
Komparator napięciowy
Analiza układu LM393
Zakup komparatorów
Obwód porównywania jasności z komparatorem
Porównanie schematu elektrycznego z diagramem połączeń
Oznaczenia elementów
Rysowanie połączonych i niepołączonych przewodów
Zasada działania obwodu porównywania jasności z komparatorem
Lista elementów obwodu porównywania jasności z komparatorem
Budowa obwodu porównywania jasności opartego na komparatorze
Dodajemy reflektory
Działanie obwodu reflektorów z dwiema diodami LED
Budowa obwodu reflektorów
Powtarzamy sztuczkę z połączeniem kilku diod
Doceniamy prostotę
191
191
192
194
195
195
196
196
196
197
197
200
200
202
202
203
Rozdział 16. Przełączniki tranzystorowe
Czym jest „plus" i „minus" zasilania
Poznajemy tranzystor 2907 A
Badanie miernikiem tranzystora bipolarnego
Badanie miernikiem wyposażonym w gniazdo pomiaru tranzystorów
Badanie tranzystora, gdy nie posiadasz noty katalogowej
Badanie tranzystora miernikiem wyposażonym jedynie w tryb
badania diod
Obwody pomiarowe dla tranzystorów bipolarnych
Schemat obwodu do badania tranzystorów PNP
Budowa obwodu do badania tranzystorów PNP
Schemat obwodu do badania tranzystorów NPN
Budowa obwodu do badania tranzystorów NPN
Obwód porównywania jasności z tranzystorami
Obliczanie wartości rezystorów ograniczających
Budowa obwodu porównywania jasności z komparatorem i tranzystorami
Podsumowanie informacji o tranzystorach PNP i NPN
205
206
206
207
208
210
Rozdział 17. Silniki prądu stałego
Zasada działania silnika prądu stałego
Rzut oka do wnętrza komutatorowego silnika prądu stałego
z magnesami trwałymi i żelaznym rdzeniem
Zaglądamy do wnętrza silnika bezszczotkowego
Budowa silnika komutatorowego z magnesem trwałym, ale bez rdzenia
Prosty obwód z silnikiem prądu stałego
Wybór silnika
Wybór baterii
Budowa prostego obwodu z silnikiem prądu stałego
211
212
212
213
214
215
216
216
218
218
219
219
220
223
225
226
226
227
227
Podstawowe parametry silników prądu stałego
Prędkość obrotowa silników prądu stałego
Moment obrotowy silników
Charakterystyka napięciowa silnika prądu stałego
Charakterystyka prądowa silnika prądu stałego
Sprawność silnika prądu stałego
Głośność silnika
Zakłócenia (szumy) elektryczne wnoszone przez silnik prądu stałego
Ciężar silników elektrycznych
Wymiary silników
Podsumowanie właściwości silników prądu stałego
Silniki z przekładnią
Budowa silnika z przekładnią zębatą
Współczynnik przełożenia przekładni
Niedoskonałość zamiany prędkości na moment obrotowy
Wady stosowania przekładni
Porównanie przekładni planetarnych i zębatych
Dobór silnika z przekładnią
Co dalej?
228
229
231
234
235
238
239
239
240
240
241
241
242
243
245
245
246
247
247
Rozdział 18. Dodajemy silniki z przekładnią
Wybór silnika z przekładnią
Zakup silników z przekładnią
Badamy silnik z przekładnią
Dodajemy silniki do naszego obwodu porównywania jasności
z komparatorem
Poznajemy diodę
Dołączenie silników do obwodu porównywania jasności
Zakończyliśmy część elektroniczną
249
249
250
251
Rozdział 19. Koła
Budowa koła
Cechy kół robota
Wypełnienie powietrzem
Kształty opon
Szerokość opon
Średnica opony
Wybieramy koła dla robota
Wybór kół dla „Kanapki"
Określenie minimalnej i maksymalnej średnicy kół
Określanie maksymalnej średnicy w zależności od prędkości
Mój wybór kół dla robota „Kanapki"
Wybór innych kół dla „Kanapki"
Czyszczenie opon
Na kołach do przodu
259
259
260
260
261
261
263
265
266
266
268
268
270
272
273
253
254
255
257
Rozdział 20. Łączniki
Inne rozwiązania
Ręczne wykonanie łączników
Drukowanie łączników za pomocą drukarki 3D
Rurki
Wybór materiału na rurkę
Zakup rurek o odpowiednich rozmiarach
Mierzenie i cięcie rurek
Określanie i oznaczanie długości rurek
Cięcie rurek
Szlifowanie uciętej krawędzi
Testowanie uciętych kawałków
Osie krzyżakowe LEGO
Wybór osi o odpowiedniej długości
Zakup osi krzyżakowych z klocków LEGO
Klejenie części łącznika
Rozklejanie się elementów
Montaż wkrętu dociskowego
Oznaczanie miejsca do wywiercenia otworu na wkręt dociskowy
Stojak do wiertarki
Wiercenie otworu na wkręt dociskowy
Gwintowanie otworu
Wkładanie wkrętu dociskowego
Wspaniały łącznik
275
275
276
276
276
276
277
279
279
279
282
282
283
283
284
284
284
286
286
286
288
288
289
289
Rozdział 21. Sprzęt do lutowania
Drut do lutowania
Topnik
Lutownica
Podstawka pod lutownicę
Gąbka
Uchwyt pomocniczy
Odsysacze do cyny
Lutowanie krok po kroku
Do biegu gotowi: lutujemy
291
292
293
293
295
295
296
297
298
298
Rozdział 22. Lutowanie i łączenie
Montaż silników i przełączników
Montaż silników
Montaż przełącznika trybu śledzenia linii
Obwód diodowego oświetlenia „komory silników"
Kończenie pracy
Lutowanie
299
299
300
311
315
317
318
Rozdział 23. Finalny montaż elementów na płytce
Układ śledzenia linii
319
319
Optymalizacja wydajności działania robota
Lutowanie punktowe a lutowanie na płytce drukowanej
Lutowanie punktowe układu śledzenia linii
Testowanie układu robota
Uwaga na niską rezystancję
Nieprzylutowane wyprowadzenia
Sprawdź wszystkie wyprowadzenia podłączone bezpośrednio
do dodatniego źródła napięcia
Pomiar rezystancji całego obwodu
Pomiar spadku napięcia
Podgrzewanie spoin z lutowia
Wstrzymaj oddech
321
322
324
330
330
331
Rozdział 24. Korpus, czyli obudowa
Wybór obudowy
Bujanie w obłokach, czyli wymyślanie obudowy idealnej
Sprowadzenie na ziemię, czyli szukanie dostępnych części
Projektowanie własnej obudowy
Drukowanie w trójwymiarze
Korzystanie z gotowych produktów
Obudowa z pojemnika na kanapki
Wycinanie otworów na silniki
Montowanie silników
Montaż rurki podtrzymującej silniki
Montaż silników i rurki
Montaż przełączników i oprawki baterii
Montaż płytki układu
Wiercenie otworów na potencjometry
Wycinanie okna w wieczku pojemnika
Czynności końcowe
Zwarty i gotowy
335
335
335
335
336
338
338
339
339
342
344
348
348
350
354
354
355
355
Rozdział 25. Uruchamianie robota
Poprawki i dostrajanie
Oględziny
Próbne uruchomienie — jazda po prostej linii
Rozwiązywanie typowych problemów
Czy on jedzie prosto?
Dziewicza podróż
Rozwiązywanie problemów ze sterowaniem
Możliwości udoskonalania
Zabezpieczenie przed niepoprawnym podłączeniem baterii
Zapobieganie przepięciom przy użyciu kondensatorów
Poprawianie podążania za linią
Podsumowanie
357
357
357
361
361
365
367
367
368
368
369
370
372
331
331
333
333
334
Rozdział 26. Prostsza, mniejsza i tańsza „Kanapka"
Modyfikacja modułu czujników
Zmniejszanie rezystancji czujnika światła
Jazda po linii prostej
Modyfikacja czy tworzenie od podstaw?
Redukcja kosztów i zwiększenie możliwości
Mniejsze obudowy
Zwiększanie funkcjonalności
Redukcja kosztów
Ciągłe zmiany
373
373
373
375
375
375
378
380
381
383
Rozdział 27. Dalszy rozwój
Części do robotów
Układy logiczne
Mikrokontrolery
Stabilizatory napięcia
Kondensatory
Wykorzystanie energii słonecznej
Drabinki rezystorów
Przyciski
Przełączniki DIP
Zworki
Czujnik nachylenia
Czujniki temperatury
Czujniki dotyku
Wykrywanie przedmiotów i zdalne sterowanie za pomocą podczerwieni
Czujnik odległości i przedmiotów
Oscylatory i rezonatory kwarcowe
Dźwięk
Przekaźniki
Koła zębate
Serwomechanizmy
Kodery, czyli mierzenie prędkości obrotowej kół
Wyświetlacze
Bezprzewodowe sterowanie i przesyłanie danych
Codzienne wyzwania
Robot do podlewania kwiatów
Wózek na kompost
Robot śmieciarz
Robot do mycia okien
Dachowy dozorca
Miniaturowy pług do odśnieżania
Pogromca ślimaków
Robot listonosz
Zawody
Robocomp
385
385
385
386
387
389
390
391
392
392
393
394
394
395
395
396
397
397
398
399
400
400
401
402
402
402
403
403
403
403
403
404
404
404
404
Cybairbot
Robotic Arena
PozRobot
Cały świat możliwości
404
404
405
405
Dodatek A
Magiczne prawo Ohma
Prawo Ohma pomaga dobierać rezystory ograniczające
Pomoc w określeniu natężenia prądu na podstawie napięcia
Klucz do prawa Ohma
Dalsze skutki prawa Ohma
Rzeczy, które niechcący popsułem, pracując nad tą książką
W którą stronę podłączyłem baterię 9 V?
Stopione przełączniki
Strzelające bezpieczniki w mierniku
Niech mnie, znowu!
Właściwe nazewnictwo napięć
Masa zamiast „minusa" zasilania
V z podwójnymi literami
407
407
408
408
409
409
410
410
410
411
412
412
413
413
Dodatek В
Rozpoczynamy pracę z drukarką 3D
Niezbyt daleki skok
Szybkie nanoszenie poprawek
Drukowanie złącza silnika
Projektowanie komponentu
Przygotowania do druku
Drukowanie w trój wymiarze
Kończenie pracy nad złączem
Drukowanie kół
Tworzenie bieżnika
Kompromis — połączenie dwóch projektów
Projektowanie obudowy robota
Pokrywa
Zrób to sam
415
415
416
417
417
417
420
421
421
422
423
424
425
426
427
Skorowidz
429
oprac. BPK