Конструируем роботов от А до Я. Полное руководство для начинающих (654,00 руб.)

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Дж. Бейктал РОКОНСТРУИРУЕМ от А до Я БОТОВ Полное руководство для начинающих 2-e издание, электронное Лаборатория знаний Москва 2022

Стр.4

УДК 621.86/.87 ББК 32.816 Б41 С е р и я о с н о в а н а в 2016 г. Ведущие редакторы серии Т. Г. Хохлова, Ю. А. Серова Бейктал Дж. Б41 Конструируем роботов от А до Я. Полное руководство для начинающих / Дж. Бейктал ; пер. с англ. О. А. Трефиловой.— 2-е изд., электрон.—М. : Лаборатория знаний, 2022. —397 с. —(РОБОФИШКИ).—Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный. ISBN 978-5-00101-972-5 Джон Бейктал, непревзойденный автор книг о любительских электронных устройствах, роботах, дронах, инструментарии и игрушках, написал это полное практическое руководство для тех, кто делает первые шаги в робототехнике. С его помощью, пользуясь пошаговыми инструкциями и многочисленными цветными иллюстрациями, вы построите с нуля робота на колесном шасси и превратите его в робота-художника, смастерите солнечную панель и запитаете от нее робота-спиннера, научитесь программировать в среде разработки Arduino и управлять роботом с помощью Arduino. Под руководством автора вы укомплектуете свой инструментарий, изучите основы электроники, программирования и техники безопасности, научитесь паять, познакомитесь с лазерным резаком и 3D-принтером. В книге представлены 30 лучших образцов роботов-самоделок со всего мира, сконструированных такими же непрофессионалами, как и вы. Для технического творчества в школе, дома и на занятиях в робототехнических кружках, а также для всех, кто увлекается робототехникой. УДК 621.86/.87 ББК 32.816 Деривативное издание на основе печатного аналога: Конструируем роботов от А до Я. Полное руководство для начинающих / Дж. Бейктал ; пер. с англ. О. А. Трефиловой.—М. : Лаборатория знаний, 2018. —394 с. : ил. —(РОБОФИШКИ). ISBN 978-5-00101-026-5. Авторизованный перевод англоязычного издания, под заглавием ROBOT BUILDER: THE BEGINNER’S GUIDE TO BUILDING ROBOTS; ISBN: 0789751496; автор JOHN BAICHTAL; опубликованного Pearson Education, Inc, осуществляющим издательскую деятельность под торговой маркой QUE Publishing. Все права защищены. Воспроизведение или распространение какой-либо части/частей данной книги в какой-либо форме, какими-либо способами, электронными или механическими, включая фотокопирование, запись и любые поисковые системы хранения информации, без разрешения Pearson Education, Inc запрещены. Русскоязычная версия издана ООО «Лаборатория знаний». Authorized translation from the English language edition, entitled ROBOT BUILDER: THE BEGINNER’S GUIDE TO BUILDING ROBOTS; ISBN: 0789751496; by BAICHTAL, JOHN; published by Pearson Education, Inc, publishing as QUE Publishing. All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc. Russan language edition published by BKL Publishers В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации ISBN 978-5-00101-972-5 Copyright © 2015 by John Baichtal. © Перевод на русский язык, оформление, Лаборатория знаний, 2018

Стр.5

Оглавление Посвящение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 9 Благодарности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Здравствуйте!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 О чем эта книга . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Глава 1. Создай своего робота. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Что такое роботы?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Устройство робота. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Техника безопасности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Строим вибробота. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Глава 2. Роботы мира. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Робот-акварелист (Watercolor Bot). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Спарки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Подводный аппарат OpenROV с дистанционным управлением. . . . . . . 36 Астродроиды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Установка для изготовления напитков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Модель марсохода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 MindCub3r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Робот, балансирующий на мяче . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 LEGO-машина Тьюринга. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Сэр Миксербот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Arc-O-Matic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Робот-яйцеварка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Легонардо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Сизиф . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Светодиодная сфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Музыкальный робот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Центрифуга с лавовой лампой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Стр.6

6 Quakescape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 InMoov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Устройство для гибки проволоки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Робот для полива растений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Робот-страж Nerf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Желтый робот-барабанщик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Робот, выпекающий блины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Шар-грейфер . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Пикколо: миниатюрный ЧПУ-бот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Ксилофон-бот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Робот, раздающий листовки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Робот-цветок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Кулербот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Глава 3. Роботы на колесах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Все об электродвигателях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Проект: самодельные колеса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Шасси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Источники питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Проект: робот на колесном шасси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Глава 4. В лучах солнца . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Принцип работы солнечных батарей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 BEAM-робототехника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Три вида фотоэлементов для хобби-проектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Прототипирование электрических схем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Использование солнечной энергии для зарядки аккумуляторов. . . . . . 108 Проект: солнечная панель своими руками. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Проект: спиннер на солнечной батарее . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Глава 5. Управление роботом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Автономная работа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Управление электродвигателями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Управление роботом с помощью радиоаппаратуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Проект: управление роботом с помощью Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Альтернативный проект: замена платы для управления двигателем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

Стр.7

7 Глава 6. Введение в программирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Что такое программирование? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Среда разработки Arduino (IDE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Скетч Blink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Ищем примеры кода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Адаптируем пример кода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Простая отладка с помощью монитора последовательного интерфейса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 Книжная полка программиста и создателя роботов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Проект: робот с ультразвуковым дальномером. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Глава 7. Освоение инфракрасного спектра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Область применения ИК-сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Пассивное и активное инфракрасное излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Пульты дистанционного управления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Мини-проект: код для пульта дистанционного управления. . . . . . . . 173 Проект: управление роботом посредством инфракрасного излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Проект: робот-страж. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 Глава 8. Наборы для конструирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Варианты использования наборов для конструирования. . . . . . . . . . . . . . 195 Примеры наборов для конструирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 Рекомендации по выбору набора для конструирования . . . . . . . . . . . . . . . 206 Индивидуальный набор для конструирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Конструкции шасси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 Глава 9. Ящик с инструментами для конструирования роботов . . . . . 249 Выбираем ящик для инструментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 Четыре примера ящиков для инструментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Инструментарий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 Начальные уроки по освоению работы на станках с ЧПУ . . . . . . . . . . . . . 275 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 Глава 10. Манипуляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 Типы манипуляторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Наборы для сборки манипуляторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 Проект: LEGO-клещи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 Проект: клещи, вырезанные лазером. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 Проект: грейфер на кофейной гуще . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

Стр.8

8 Глава 11. Плавающие роботы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 Устройство плавающего робота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 Батискафы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 Проблема влажности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 Проект: плавающий фенбот. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 Глава 12. Арт-боты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 Типы арт-ботов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 Преобразование изображения в G-код . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 Проект: Ритер на колесном шасси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 Глоссарий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389

Стр.9