בנו בעצמכם: רובו-טמבל ביתי

רובוטים זה כיף. הם זזים, מגיבים לסביבה, ובדרך כלל גם נראים די מגניבים. מה דעתכם לבנות בבית רובוט אמיתי משלכם? בשוק יש אמנם מבחר עצום של קיטים מוכנים לחובבים, אך יש להם שתי בעיות: ראשית, רובם עולים כמה עשרות טובות של דולרים, ושנית, מה שקורה בהם מבחינת אלקטרוניקה ותוכנה בדרך כלל מורכב יחסית להבנה ולא באמת מתאים למי שעושה את צעדיו הראשונים בתחום.

הרכיבים הדרושים  

1. רכב צעצוע חשמלי, הכי זול שיש. כאן השתמשתי במכונית שעלתה עשרה שקלים.

מכונית הצעצוע, ללא השלט ועם החלק העליון מופרד (צילום: עידו גנדל)

2. חיישן מכשולים אינפרה-אדום. זהו הרכיב המשוכלל והיקר ביותר ברובוט, ומחירו כ-6 דולרים באיביי (חפשו "IR Reflectance Sensor"). הוא מקרין ברציפות אור אינפרה-אדום לפנים וקולט את ההחזר, אם יש. כל עוד ההחזר חלש – אפשר לכוון את הרגישות עם בורג זעיר מאחור – החיישן מוציא פלט של 5 וולט. לעומת זאת, אם ההחזר חזק יותר מהסף שנקבע, 

הפלט הופך ל-0 וולט ולמעשה מתחבר ל"אדמה" החשמלית, או ל"מינוס" של מקור המתח. מכיוון שאחד הגורמים העיקריים שמשפיעים על החזר האור הוא המרחק, חיישן זה בעצם מתריע כאשר יש משהו קרוב מולו.

3. ממסר (Relay) אלקטרומכני. הממסר הוא מפסק, שבמקום להפעיל ידנית אנחנו מפעילים חשמלית: זרם חשמלי חלש יחסית בצד אחד שלו סוגר מעגל בצד השני, ובכך מאפשר לזרם חזק הרבה יותר לעבור שם. מידע מפורט על אופן הפעולה של ממסרים אפשר למצוא בפוסט זה בבלוג שלי. ממסר מתאים לרובוט שלנו יעלה דולר או שניים באיביי (חפשו "5V relay").

4. מקור חשמל. מכיוון שהרכיבים בהם בחרתי מותאמים למתח של 5 וולט, צריך סוללה מתאימה (למשל מטען USB נייד, אם הוא לא כבד מדי) או סוללת 9V בשילוב עם רכיב שנקרא "מייצב מתח". עשרה מייצבי מתח ל-5 וולט מדגם "7805" הוותיק עולים באיביי כשני דולרים.

5. חתיכת קרטון ביצוע, פוליגל או משהו בסגנון.

6. אמצעים לחבר הכל יחד: חוטי חשמל קצרים, ציוד הלחמה או מטריצה, דבק חם וכו'

החיישן עם אום הפלסטיק שלו, ומעמד בשלבי בנייה (צילום: עידו גנדל)

החיישן עם אום הפלסטיק שלו, ומעמד בשלבי בניה 

שלב ראשון: התוכנית  

את התפקוד החשמלי של הרובוט אפשר לסכם במשפט אחד: כאשר החיישן מזהה חפץ קרוב, המנוע מקבל זרם חשמלי. פשוט, נכון? אך לרוע המזל, אי אפשר לחבר את הפלט של החיישן ישירות למנוע: המנוע הוא צרכן חשמל כבד יחסית, ואילו בתוך החיישן יש רכיבים עדינים שלא מתאימים לעומסים כאלה. לכן נשים בין השניים את הממסר, בתור מתווך. כשהחיישן יזהה חפץ, הוא יפעיל את הממסר – והממסר יעביר את הזרם הדרוש ישירות מהסוללה למנוע.

עוד נקודה חשובה היא שהחיישן עובד באופן לא אינטואיטיבי: הפלט שלו הוא מתח גבוה כשאין מכשול, ונמוך כשיש. אם נחבר את הפלט הזה לכניסה אחת של הממסר, ואת המינוס של הסוללה לכניסה השניה כמו שעושים בדרך כלל, יהיה הפרש פוטנציאלים דווקא כשאין מכשול, כלומר המנוע יופעל והרובוט ייסע עד שיגיע לקרבת מכשול ואז יעצור. זו התנהגות הגיונית ומצוינת לרוב השימושים, אלא שכאן מדובר על רובוט טמבל שעושה בדיוק ההיפך. לכן, את הכניסה השניה של הממסר נחבר לא למינוס אלא דווקא לפלוס. בצורה זו, הפרש הפוטנציאלים ייווצר ויפעיל את הממסר רק כאשר יתגלה מכשול. השרטוט הבא מציג את כל הסיפור בצורה סכמטית.  

שרטוט סכמטי של המעגל החשמלי של הרובוט(צילום: עידו גנדל)

בהתאם לסידור המקורי של המנוע הגלגלים, אם נחליף את החוטים בין כניסות המינוס והפלוס של המנוע, הרובוט לא יסתער קדימה אלא ייסוג לאחור. אגב, ברובוטים ראויים לשמם יהיו רכיבים נוספים להגנה מפני "קפיצות מתח", לוויסות זרמים ועוד, אך אנו הולכים כאמור על המינימום שבמינימום.

שלב שני: הרכבה 

המערכת החשמלית שהוצגה למעלה עובדת כשלעצמה, אך רובוט שנוסע בעולם האמיתי צריך לקחת בחשבון עוד כמה דברים. הראשון הוא יציבות ואיזון: כדי לצמצם את הסיכון להתהפכות, או סתם לנסיעה עקומה, מומלץ שמרכז הכובד של הרובוט יהיה נמוך ככל האפשר. כלומר, במקרה שלנו, כדאי לשים את הסוללה (שהיא הרכיב הכבד מכולם) על קרקעית הרכב. כמו כן, רצוי לדאוג לחלוקה מאוזנת, פחות או יותר, של המשקל על כל ארבעת הגלגלים.

השיקול השני הוא מיקום מתאים לחיישן, שחייב להביט לכיוון הנכון בלי חסימות ובלי רעידות מופרזות שיגרמו לשגיאות בזיהוי מכשולים. עבור הרובוט הטמבל בניתי מעמד לחיישן מקרטון ביצוע מכופף בצורת האות ח'. המעמד הודבק ל"שלדה" של הרובוט, והוא מחזיק את החיישן גבוה מעל הפגוש ומופנה ישר קדימה. למרבה המזל, חיישנים כאלה מצוידים באום פלסטי מתברג, כך שאפשר פשוט לעשות חור עגול בקרטון ולהתקין דרכו את החיישן.

השלב האחרון הוא להניח ולחזק את כל הרכיבים כך ששום חוט או חלק לא יסתבכו בגלגלים, ייצרו מגע חשמלי לא רצוי או יפריעו, פיזית, לפעולת המנוע.

שלב שלישי: שדרוגים 

הרובוט מוכן, וכבר בשלב זה אפשר להיעזר בו כדי לשגע חיות בית, להסיע כדורים (כמו בסרטון) וכדומה. אפשרות נוספת היא כאמור להשתמש בו כפלטפורמה לדברים מעניינים עוד יותר. למשל, אפשר להרכיב עליו ארדואינו ומודול בלוטות' כדי לשלוט בו מהסמארטפון, משגר טילי צעצוע, או חיישן נוסף ובקר מנוע בסיסי שיאפשרו נסיעה גם לפנים וגם לאחור. עם מכונית משוכללת יותר תוכלו גם לפנות לצדדים, ולנהל קרבות רובוטים עם החבר'ה. מה שלא תעשו, ספרו לנו על כך באתר המייקרים הישראלי.