Железный конструктор для мальчиков инструкция

Моя коллекция инструкций для металлических конструкторов

Небольшой дисклеймер. Эта статья нашлась в моих старых «запасах», и она написана несколько лет назад. Но на фоне новости, что компания, которая производит «донора» для робота решила выпустить набор на Arduino, решил показать, что можно сделать похожее самостоятельно. Благо информация до сих пор не устарела, и никто вам не мешает заменить микроконтроллер на что-то другое.

Собрать робота из отечественного металлического конструктора, который многие из моего поколения помнят еще с уроков школьного труда в детстве. Возможно ли? Такой «вызов» я себе поставил, заодно решив посмотреть как возможность данного предприятия, так и для прощупывания почвы создания хоть и не очень сильного, но конкурента импортных наборов, занимающих на российском рынке монопольную долю. Предупрежу, что далее будет много фотографий и текста и что я покажу только как создать управляемую тележку с микроконтроллером, которую вы самостоятельно сможете дооснастить любыми датчиками.

Также из электронно-китайских запасов были взяты мотор-редукторы с колесами и дисками с прорезями для энкодера — 2 щт, самый дешевый драйвер двигателя — 1 шт, блютус-адаптер HC-06 — 1 шт, энкодеры — 2 шт, макетная плата 17×10 — 1 шт, провода для макетной платы, перемычки, а также плата Arduino Leonardo.

После подготовки я имел гору металлических деталей, маленькую горку электронных компонентов и понимание, что сам конструктор страдает некоторыми недостатками — от мягкого железа деталей до иногда само откручивающегося крепежа. Если первое можно было исправить, взяв комплект от другого производителя, то второй недостаток можно было исправить, только купив новые болты и гайки. На деле же к этому прибегать не пришлось, но стоит учесть в будущем.

Но вернемся к деталям — встал вопрос, а что делать? Было решено построить для начала четырехколесную тележку с двумя независимыми мотор-колесами, энкодерами, блютус и управлением со смартфона. В дальнейшем эту тележку планировалось дополнить датчиками и сделать автономной и управляемой по заданной программе.

После некоторого времени кручения железяк конструктора и прикидывания куда и что разместить, родилась следующая конструкция. Собираем основание тележки с мотор-редукторами и энкодерами.

Собираем основание тележки с мотор-редукторами и энкодерами.

Основание тележки мы собираем из двух симметричных половинок. Я буду использовать терминологию для деталей из официальной инструкции набора. Сначала прикрепляем к большой панели пластик 50×20 двумя винтами. Это будет изолирующее основание для энкодеров. Вы можете их не ставить — для управления по блютус или базовых задач по робототехнике они не обязательны.

К боковой стороне прикручиваете две детали — планку сегментную 2 и планку с тремя отверстиями.

Далее устанавливаете скобу I и уголок I как показано на фото. Энкодеры прикручиваете винтами с гайками М3 (у меня под рукой были только M3x15). Скобы чуть отгибаете. Наклон будет нужен для размещения мотор-редуктора в правильном положении.

Устанавливаете мотор-редуктор с припаянными проводами и заизолированной зоной пайки, так чтобы он попал выступом в паз на сегментной планке и закрепляете на ней же винтом с гайкой M3. У меня не было длинного винта M3 длиной 25-30 мм, поэтому я использовал просто винт M3x15, который вставил в отверстие мотор-редуктора. Обращаем внимание на энкодеры, если вы их поставили.

Фиксируем мотор уголком I и зеркально собираем вторую половину основания и скрепляем их между собой.

Колеса

Наша тележка пока имеет только два колеса. Так как мы не планируем делать балансирующего робота, то ей надо добавить еще точки опоры. Вариантов было несколько — третье колесо, два колеса на одной оси или колеса на независимых осях.

От одного колеса сразу отказались — сделать шарнир нужного свойства из оставшихся деталей было проблематично. Решил сделать конструкцию с независимыми колесами (на фото показана тележка уже со смонтированной электроникой, так как сначала собрал неудачный вариант с колесами на общей оси и в итоге переделывал конструкцию уже после сборки всего робота).

Для сборки одной оси нам понадобятся шпилька L=75M4, колесо большое, уголок I, диск большой и винты с гайками. Главная задача при сборке — ось должна быть закреплена неподвижно и законтрена вторыми гайками, а колесо, наоборот, должно вращаться свободно с небольшим люфтом.

Электроника

Переходим к электронике. Так как у нас экспериментальный робот, то все соединения мы будем делать на макетной плате, а также использовать для управления плату Arduino Leonardo.

Из Панели, 4-х Уголков I, пластика 50×20, Скобы большой и 6 стоек под плату 10×3 (можно использовать три стойки и три винта M3x5) сооружаем каркас для установки макетной платы и платы Arduino.

Далее закрепляем на двусторонний скотч макетную плату 10×17 со сдвигом, так как нам надо будет разместить драйвер двигателя. Если у вас драйвер двигателя с прямыми ножками подключения, вы можете не делать такой сдвиг — главное, чтобы после установки платы Ардуино у вас было место для установки остальных плат. Прикручиваем плату Arduino (я использовал опять же стойки, так как у меня их был избыток, а гаек M3 недостаток.

Устанавливаем на макетную плату Bluetooth модуль, плату драйвера и подключаем все провода к макетной плате и плате Arduino по схеме. Энкодеры можно подключить к питанию и Arduino, но я пока их не использовал.

После решил защитить провода и зафиксировать блютус модуль от разбалтывания, поэтому собрал вот такую «защиту» для передней части нашего робота (у нас передние колеса ведущие). Для этого использовали детали: Скоба II — 2 шт, Планка с 10 отв. — 2 шт., Пластик 75×100.

Программное обеспечение

На деле это самая простая часть — в Интернет полно примеров, как заставить такую тележку «бегать» управляя ей со смартфона или другим способом. Для этого используется передача через Serial порт команды в виде буквы и ее последующая обработка. Используя данные производителя платы драйвера двигателей по разводке и таблицу истинности легко задать скетч для Arduino. Конечно, легко на словах — я потратил 4 часа, пытаясь найти проблему работы скетча. Как оказалось для Arduino Leonardo (что кстати написано в документации на сайте) надо использовать Serial1, вместо простого Serial. Поэтому если у вас плата, отличная от Leonardo, используйте нужную подпрограмму для вашей платы (для UNO, к примеру замените все Serial1 на Serial в тексте). Сам код можно найти по ссылке.

Посмотрев код видно, что мы используем стандартную раскладку WASD для движения и T для остановки.

После того как зальете программу в плату, проверьте что моторы подключены правильно и крутятся в нужную сторону, открыв терминал в Arduino IDE и передавая символы команд. Также можете поэкспериментировать со значением PWM.

Теперь приложение для Android. Тут тоже все достаточно просто: мы воспользуемся конструктором приложений MIT AppInventor 2 и создадим вот такую программу. В ней мы используем события TouchUp и TouchDown к элементам управления, передавая символ движения при его касании и остановки при отпускании.

Вы можете установить на смартфон специальное приложение для отладки или сформировать пакет для установки на Android смартфон, подключить к тележке батарею (я использовал внешний аккумулятор для смартфона), подключить bluetooth устройство (HC-06 в моем случае) и наслаждаться тем, что вы сами создали радиоуправляемую тележку.

А далее дело за вашей фантазией по превращению в робота. Можете поставить ультразвуковой датчик расстояния и сделать так, чтобы тележка не натыкалась на препятствия. Можете прикрутить фотодатчики и заставить робота ездить по линии. Можете поставить по периметру датчики касания или прикрутить видеокамеру и погрузиться в мир CV. Основа у вас есть, а металлический конструктор не так страшен в создании новых элементов.

Металлические конструкторные наборы – достойная замена пластиковым. Они долговечны, при аккуратном использовании выдерживают десятки и сотни сборок и разборок, позволяют собрать даже вещь или предмет, которой нет в инструкции по сборке.

Что это такое?

Стальной конструктор – универсальный набор деталей и запчастей, представляющих собой полосы, уголки стали со множеством равноудалённых друг от друга отверстий, а также оси, готовые втулочные барабаны. Для соединения деталей между собой присутствует набор винтов и гаек размера М-3 и М-4 с предназначенными для них прессующими и гроверными шайбами. Первые придают устойчивости конструкции, вторые – не дают ей развинтиться в ходе эксплуатации, т. к. гровер-шайба делается в простейшем случае из пружины, распиленной на витки с одной из сторон.

Конструкторы подразделяются для детей (простые наборы) и взрослых (самые сложные, насчитывающие до многих сотен деталей). Первый аналог металлического конструктора появился в стране в 1938 г. и послужил прообразом для создания более современных аналогов. По сути, конструктор из металла – занимательная игра, тренирующая воображение, смекалку, развивающая любовь к порядку, стремление соблюдать аккуратность.

Сборка из деталей, производимая ребёнком – одна из возможностей с раннего детства развить высокую самооценку, которая поможет впоследствии сделать карьеру.

Плюсы и минусы для развития ребенка

История знает много примеров, когда женщины осваивали работу на станке, собирали электронные и электротехнические устройства, работали чертёжницами и даже проектировщицами – не обязательно в военное время. Но разделение для таких наборов всё же имеется.

Виды

Для мальчиков

Интерес мальчиков вызовет конструктор, служащий отсылкой к мотоциклу, грузовику, башенному крану, вертолёту, поезду, трактору или военной технике, например, самоходной артиллерии, созданной для сбивания самолётов-бомбардировщиков. Чем больше составляющих в военной и гражданской технике, тем больше деталей и запчастей в наборе. Например, конструктор «Поезд» может содержать в себе 730 элементов и комплектующих – 130 на локомотив и по 100 на каждый из шести вагонов.

Чтобы собрать т. н. колесо обозрения, потребуются круговые полоски, служащие дугой окружности, отлитые в одной плоскости круглыми ещё на заводе. Их чаще всего поставляют в наборе, т. к. не всякому ребёнку младшего возраста сподручно гнуть прямые полосы при помощи пассатижей – для детей, которые только начали тренироваться, использование «взрослого» инструмента доверять ещё рано.

Для девочек

Опять же, ситуация зависит от заинтересованности девочки таким увлечением, как сборка чего-то рабочего, механического.

Универсальные

Универсальный конструктор служит переходной стадией между простейшими наборами для детей до 6 лет и сложнейшими наборами, которые используют уже подростки среднего возраста на уроках труда в школе. Такой набор содержит примерно 300-600 элементов, а собрать из него можно что угодно – макет паровоза, танк или домик. Универсальный набор – лучшее решение для детей и подростков обоих полов. Здесь стёрты границы между примитивом младшего (дошкольного) и старшего (школьного) возрастов. При достаточном количестве деталей можно собрать из одного набора несколько разных макетов самолётов, машин и танков. На этом этапе начинается углублённое ознакомление подроста с основами механики и элетротехники – в составе набора присутствует, к примеру, двигатель, работающий от батареек или внешнего аккумулятора для сотовых телефонов.

Для соединения двигателя и зарядного устройства через шнур применяется переходник – порт USB: 5 вольт и силы тока в 1-2 ампера, выдаваемых зарядным устройством для планшета, хватит для питания двигателей, работающих от напряжения до 12 В. Здесь юный (начинающий) техник знакомится с основами электрики и механики, уже в совершенстве владея сборочно-разборочными действиями посредством отвёртки, гаечных ключей, может пользоваться отвёрточными наборами – универсальными отвёртками-гайковёртами, а также кусачками и пассатижами. Все эти навыки пригодятся при сборке самоходных конструкций.

Для взрослых

Конструкторные наборы для взрослых предполагают использование в работе более сложных инструментов – электрического паяльника. Чаще всего за такие наборы берутся подростки возрастом старше 10 лет, столкнувшиеся с необходимостью развиваться и дальше. Рабочее место подростка превращается в миниатюрную мастерскую, которая умещается на письменном столе. Конструкторные наборы «дорастают» на этой стадии по количеству элементов и комплектующих до 1000 и более. В них, кроме прямоприводных двигателей, присутствуют шестерёночные детали, позволяющие собрать полноценный редуктор, несущей основой которого являются некоторые длинные и угловые детали конструктора.

Альтернативой шестерёнкам служат оси, шкивы и резиновые ремешки, которые можно взять даже от негодного воздушного шарика либо использовать капроновые нитки, резинку для связывания денежных купюр. Данный уровень механики позволяет подростку в полной мере изучить законы физики, преподаваемые в школе на практике. Если приобрести с десяток наборов таких конструкторов, то можно сконструировать большой макет космического корабля в пол-человеческого роста, сделать макет поезда более длинным, а также собрать из длинных и коротких деталей колею для этого же поезда, аэродромную площадку для самолёта со зданиями. В последнем случае выйдет полноценный стенд-макет аэропорта или космодрома.

Эта стадия – завершающая – сродни уже настоящему моделированию, для которого не всегда применяются подручные средства.

Единственное требование – аккумулятор в машинке должен быть заряжен, чтобы она сработала, запустилась вовремя.

Популярные производители и наборы

Нюансы выбора