Собираем роботов-самоходов на Arduino. Готовые Arduino роботы Другая сторона Bluetooth
Дорогие наши читатели, мы открываем цикл статей посвященных созданию робота на основе Arduino. Предполагается, что читатель является новичком и обладает лишь начальными знаниями данного вопроса. Постараемся изложить все как-можно более подробно и понятно.
Итак, введение в задачу:
Начнем с концепции: мы хотим робота, который может самостоятельно передвигаться по комнате, при этом объезжать все препятствия, встречаемые на своем пути. Задачу поставили.
Теперь разберемся, что нам понадобится:
- Платформа (корпус). Здесь есть варианты: сделать самому всё, купить детальки и собрать из них, либо же купить готовое. Выбирайте, что душе угодно
В комплектеобычно идет платформа и по одному мотору на два ведущих колеса (гусенице) и отсек для батареек. Есть варианты полного привода - по мотору на 4 колеса. Для начинающих рекомендуем брать платформы танкового типа
Два ведущих колеса и третье опорное.
- Далее, нам понадобиться дальномер. Сонар (он же дальномер, он же Ultrasonic module) В качестве дальномера изначально выбор был между ультразвуковым и инфракрасным. Поскольку характеристики ультразвукового существенно лучше (максимальная дальность около 4-5 метров, против 30-60 см), а цена примерно одинаковая, то выбор пал на Ultrasonic. Наиболее распространена модель HC-SR04.
- Драйвер двигателей.
Как быть? Первое что приходит в голову это - поставить на выход микроконтроллера транзистор и с него уже питать моторы. Это конечно хорошо, но не прокатит, если мы захотим мотор в другую сторону пустить… Зато с этой задачей хорошо справится H - мост, который представляем собой немного более сложную схему, чем пара транзисторов. Но в данном случае их полно в виде готовых интегральных схем, так что думаю велосипед изобретать незачем - купим готовый. К тому же цена располагает - 2-3 доллара…Двинемся дальше. Для этих целей купим микросхему L293D, или что еще лучше, Motor Shield на ее основе.
Motor shield на микросхеме L298N
- Генерация звука – пьезоизлучатель
Самым простым вариантом генерации звука является использование пьезоизлучателя.
Пьезокерамические излучатели (пьезоизлучатели) - электроакустические устройства воспроизведения звука, использующие пьезоэлектрический эффект. (эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект - возникновение механических деформаций под действием электрического поля.
Прямой пьезоэффект: в пьезозажигалках, для получения высокого напряжения на разряднике;
Обратный пьезоэлектрический эффект: в пьезоизлучателях (эффективны на высоких частотах и имеют небольшие габариты);)
Пьезоизлучатели широко используются в различных электронных устройствах - часах-будильниках, телефонных аппаратах, электронных игрушках, бытовой технике. Пьезокерамический излучатель состоит из металлической пластины, на которую нанесён слой пьезоэлектрической керамики, имеющий на внешней стороне токопроводящее напыление. Пластина и напыление являются двумя контактами. Пьезоизлучатель также может использоваться в качестве пьезоэлектрического микрофона или датчика.
Вот и все, что нам понадобиться в первое время. Для начала рассмотрим в ввиде отдельных уроков, как собрать и заставить работать данные детали по отдельности.
Урок 2. Работа с ультразвуковым датчиком измерения расстояния (дальномером)
Урок 3. Arduino и Motor Shield на основе L298N
Урок 4. Воспроизведение звука – пьезоизлучатель
Урок 5. Сборка робота и отладка программы
Доброго времени суток! Перед вами, дорогие , арт-робот, который может разрисовывать различные сферические или яйцевидные предметы размером от 4 до 9 см.
Для его изготовления понадобится 3D-принтер, набор стандартных инструментов + Arduino.
Примечание: Не стоит ставить крест на проектах, в которых используются 3D-принтер. При желании всегда можно найти место или способ, где можно заказать печать необходимых для проекта деталей.
Шаг 1: Немного о роботе
Арт-робот — двухосевая самоделка , которая может наносить рисунок на большинстве сферических поверхностей. Робот настраивается под определённый тип предмета (шары для пинг-понга, рождественские украшения, лампочки и яйца (утиные, гусиные, куриные …).
Для вращения сферического предмета и перемещения манипулятора используются высокоточные шаговые двигатели с высоким крутящим моментом, а для подъёма механизма ручки — тихий и надежный сервопривод SG90.
Шаг 2: Необходимые детали
Для того, чтобы сделать поделку своими руками нам понадобится:
- 2x подшипника 623;
- Шпилька диаметром 3 мм и длиной 80-90 мм;
- 1x пружина (длиной 10 мм и диаметром 4,5 мм);
- 2x шаговых двигателя NEMA 17 (крутящий момент 4,4 кг / см);
- Кабели для двигателей (длиной 14 + 70 см);
- USB-кабель;
- 1x сервопривод SG90;
- Arduino Leonardo;
- shield JJRobots;
- 2xA4988 драйвера для шаговых двигателей;
- Блок питания 12В / 2A;
- 11x винтов M3 6 мм;
- 4x винта M3 16 мм;
- 4x гайки M3;
- 2x 20-мм присоски;
- 1x гайка-барашек M3;
- 1x маркер;
Шаг 3: Общая схема
В качестве «шпаргалки» можете воспользоваться данной схемой.
Шаг 4: Давайте начинать!
Робот двигает манипулятором, с закрепленным на нём маркером, что приводится в действие шаговым двигателем. Другой шаговый двигатель отвечает за поворот объекта, на который наносится рисунок (яйцо, шарик …). Для удерживания предмета на месте используются две присоски: одна, прикрепленная к шаговому двигателю, а другая на противоположной стороне предмета. Маленькая пружина будет давить на присоску, помогая ей удерживать предмет. Для поднятия/опускания маркера используется сервопривод SG90.
Шаг 5: Манипулятор
Установим гайку в отверстие, подготовленное для неё и закрутим 16 мм винт. Сделаем то же самое для держателя предметов (справа на изображении выше). При создании шарнира для манипулятора использовались 2 16 мм винта. Этот шарнир должен свободно вращаться после закручивания винтов.
Шаг 6: Присоски
Установим одну из присосок внутрь отверстия в держателе предметов.
Шаг 7: Крепление шаговых двигателей
Закрепим оба шаговых двигателя к основной раме с помощью 8-ми винтов.
Шаг 8: Ось вращения
Разместим все элементы, как показано на изображении выше.
- Присоска;
- Гайка;
- Верхняя часть;
- Пружина;
- Подшипник 623 (должен быть встроен в левую чашку);
- Левая чашка;
- Свободное пространство для основной рамы;
- Правая чашка;
- Подшипник 623;
- Разделительное кольцо;
- Гайка-барашек (M3).
Шаг 9: Размещаем все по своим местам
Вставим собранный манипулятор на ось шагового двигателя.
Установим левую опору на ось шагового двигателя.
Маркер и яйцо установлены в качестве примера (сейчас размещать их не нужно).
ПРИМЕЧАНИЕ: Сервопривод потребует корректировок. Нужно будет повторно установить его угол во время процесса калибровки.
Шаг 10: Электроника
Закрепим электронику на тыльной стороне основной рамы с помощью винтов (2-х будет достаточно).
Подключим кабеля.
Если вы перепутаете полярности при подключении шаговых двигателей, то они будут просто вращаться в противоположном направлении, но с сервоприводом ситуация будет не такой уж и безобидной! Поэтому дважды проверяйте полярность перед подключением!
Шаг 11: Программирование Arduino Leonardo
Запрограммируем Arduino Leonardo с помощью программной среды Arduino IDE (v 1.8.1).
- Загрузим Arduino IDE (v 1.8.1) и установим программу;
- Запустим программное обеспечение. Выберем плату Arduino Leonardo и соответствующий COM-ПОРТ в меню «tools-> board»;
- Откроем и загрузим код Sphere-O-Bot. Распакуем все файлы внутрь одной папки и назовём её «Ejjduino_ARDUINO».
Шаг 12: Арт-робот готов к созданию произведений искусства
Шаг 13: Управление роботом
Программное обеспечение Inkscape. Загрузим и установим программное обеспечение Inkscape (рекомендую стабильную версию 0.91).
Загрузим и установим расширение EggBot Control (версия 2.4.0 была полностью протестирована).
Расширение EggBot Control для Inkscape — это инструмент, который необходимо использовать при тестировании и калибровке EggBot, а также перенесении рисунки на яйцо. Сначала нужно запустить Inkscape. После запуска Inkscape появится меню «Расширения», а в нём уже нужно выбрать подменю «Eggbot». Если не видите подменю Eggbot, то вы неправильно установили расширения. Выполните резервное копирование и внимательно следуйте инструкциям по установке расширений.
На этом всё, спасибо за внимание!)
Заключительная часть статьи о маленьком роботе, которого мы собираем на шасси - крышке от пластикового контейнера для еды. Мозгом нашего робота является плата Arduino UNO, двигателями и сервоприводом управляет плата Driver Motor Shield, датчик препятствий - Ультразвуковой сонар - глазки как у Валли (из мультика) - «HC-SR04 Ultrasonic Sensor». , . Как создать робота на Arduino?
9. Подключение батареи и моторов
При подключении батареи нужно быть абсолютно уверенным в правильности соблюдения полярности, как говорится 7 раз отмерь, один раз подключи. Старайтесь соблюдать такое правило - красны провод всегда к + питания, черный провод - земля, он же минус, он же GND. Производители стараются соблюдать такие же правила. Поэтому провода идущие от аккумуляторного отсека подсоединяем к колодке +M и GND, на плате управления двигателями. Провода от ходовых двигателей подключаем к колодкам M1, M2 платы управления двигателями. Левая сторона, по ходу движения подсоединяется к колодке M1, правая сторона к колодке M2. По поводу полярности двигателей пока волноваться не стоит, её можно будет поменять, если во время теста пойдёт что то не так.
10. Проверяем полярность и правильность соединения модулей
Очень важный и ответственный момент сборки микроробота - проверка правильности монтажа, соединений, модулей согласно блок схеме, смотрим маркировку на платах, проверяем с помощью тестера, полярность питания, у кого есть тестер.
11. Этап программирования Arduino
Программа в микроконтроллер Arduino заливается из компьютера, посредством USB кабеля и специальной программы - среды программирования и редактирования скетчей (программ) - Arduino IDE. Взять программу можно с сайта arduino.cc, раздел Download, там всегда можно скачать последнюю, самую свежую версию программы. После того как среда программирования установлена остаётся только выбрать из меню программы драйвера для какой платы вы хотите использовать, - в нашем случае Arduino UNO, и COM порт через который посредством эмуляции USB подключена Arduino. На этот счёт очень много всяческих мануалов, поэтому этот этап мы пропускаем (на всякий случай - меню Tools > Serial Port) .
Программу для микро робота можно с нашего сайта, правда только после регистрации, шутка Мини робот на Arduino. Для того чтобы программа заработала необходимы дополнительные библиотеки - AFMotor.h, Sevo.h, NewPing.h, все они есть в архиве, вам необходимо распаковать архив в папку установленной программы Arduino IDE. У меня -это директория c:Program Files (x86)Arduino, библиотеки нужно положить в папку c:Program Files (x86)Arduinolibraries. Затем войти в директорию c:Program Files (x86)ArduinolibrariesAPC_4_ROBOT и два раза щёлкнуть мышкой по APC_4_ROBOT.ino это и есть сам скетч, затем запустится среда программирования. Подсоединяем голую плату Arduino Uno (это значит без подключенных модулей) через шнур USB к компьютеру, жмём кнопку со стрелочкой в право, программа начнёт заливаться в контроллер. Весь процесс занимает несколько секунд, и если всё правильно подсоединено, то не должно загораться никаких красных надписей, а индикатор в нижнем правом углу закончит свое движение на 100%. Программа для Arduino установлена в контроллер Atmega328.
12. Запуск робота
Мини робот на Arduino — готов к движению. Robot Wally
Можно осуществить первый, пока ещё пробный запуск нашего робота. У нас робот поехал не правильно, одно колесо крутилось правильно, а другое в противоположную сторону. Пришлось менять полярность проводов двигателя на колодке M2. Зато потом наш маленький робот с честью справлялся со всеми углами и препятствиями комнаты.
Эту статью я посвящаю всем новичкам, которые решили изучать Arduino. Дальнейшее изучение можно продолжать начиная с первого урока, - мигание светодиодом. Материал с роботом, это очень интересно, и чтобы заинтересовать вас, я решил начать именно с того как построить робота объезжающего препятствия. Дальнейшее будет намного проще, и пойдет как по маслу. Этот робот действительно работает. Всем удачи!
P.S. Это был достаточно вольный перевод статьи найденной, когда-то давно, на бескрайних просторах интернет, больше конечно отсебятины, т.к всё делалось по новой, рисунки доработаны, ссылок на источник нет, потому как документ был вордовский.
Но и с покупки готового полноценного робота на базе этой платы. Для детей начальной школы или дошкольного возраста такое готовые проекты Arduino даже предпочтительней, т.к. «неожившая» плата выглядит скучновато. Такой способ подойдет и для тех, кого электрические схемы не особо привлекают.
Приобретая работающую модель робота, т.е. фактически готовую высокотехнологичную игрушку, можно разбудить интерес к самостоятельному проектированию и созданию роботов. Наигравшись в такую игрушку и разобравшись в том, как она работает, можно приступать к совершенствованию модели, разобрать все на части и начать собирать новые проекты на Arduino, используя высвободившиеся плату, приводы и датчики. Открытость платформы Arduino позволяет из одних и тех же составных частей мастерить себе новые игрушки.
Мы предлагаем небольшой обзор готовых роботов на плате Arduino.
Машинка на Arduino, управляемая через Bluetooth
Машинка, управляемая через Bluetooth , стоимостью чуть менее $100. Поставляется в разобранном виде. Помимо корпуса, мотора, колес, литиевой батарейки и зарядного устройства, получаем плату Arduino UNO328, контроллер мотора, Bluetooth адаптер, пульт дистанционного управления и прочее.
Видео с участием этого и еще одного робота:
Более подробное описание игрушки и возможность купить на сайте интернет-магазина DealExtreme .
Робот-черепаха Arduino
Комплект для сборки робота-черепахи стоимостью около $90. Не хватает только панциря, все остальное, необходимое для жизни этого героя, в комплекте: плата Arduino Uno, сервоприводы, датчики, модули слежения, ИК-приемник и пульт, батарея.
Черепаху можно купить на сайте DealExtreme , аналогичный более дешевый робот на Aliexpress .
Гусеничная машина на Arduino, управляемая с сотового телефона
Гусеничная машина, управляемая по Bluetooth с сотового телефона , стоимостью $94. Помимо гусеничной базы получаем плату Arduino Uno и плату расширения, Bluetooth плату, аккумулятор и зарядное устройство.
Гусеничную машину также можно купить на сайте DealExtreme , там же подробное описание. Может быть, более интересный железный Arduino-танк на Aliexpress .
Arduino-автомобиль, проезжающий лабиринты
Автомобиль, проезжающий лабиринты , стоимостью $83. Помимо моторов, платы Arduino Uno и прочего необходимого cодержит модули слежения и модули обхода препятствий.
Готовый робот или каркас для робота
Помимо рассмотренного в обзоре варианта использования готовых комплектов для создания роботов Arduino, можно купить отдельно каркас (корпус) робота — это может быть платформа на колесиках или гусенице, гуманоид, паук и другие модели. В этом случае начинку робота придется делать самостоятельно. Обзор таких корпусов приведен в нашей .
Где еще купить готовых роботов
В обзоре мы выбрали наиболее дешевых и интересных на наш взгляд готовых Arduino-роботов из китайских интернет-магазинов. Если нет времени ждать посылку из Китая — большой выбор готовых роботов в интернет-магазинах Амперка и DESSY . Низкие цены и быструю доставку предлагает интернет-магазин ROBstore . Список рекомендованных магазинов .
Возможно вас также заинтересуют наши обзоры проектов на Arduino:
Обучение Arduino
Не знаете, с чего начать изучение Arduino? Подумайте, что вам ближе — сборка собственных простых моделей и постепенное их усложнение или знакомство с более сложными, но готовыми решениями?
Начинают изучение ардуино с создания простеньких роботов. Сегодня я расскажу о простейшем роботе на ардуино уно, который как собачка будет следовать за вашей рукой или за любым другим объектом, отражающим инфракрасный свет. Также этот робот позабавит детишек. Мой 3-х летний племянник охотно игрался с роботом:)
Начну с перечисления деталей, которые будут необходимы при построении - Arduino UNO;
Инфракрасные дальномеры;
-двигатели 3-х вольтовые с редукторами и колесами;
-коннекторы для батареек 3А;
-аккумулятор (если не хватит батареек);
-Реле, чтобы управлять двигателями;
Ну, и прочие материалы, которые понадобятся в процессе создания.
Сначала делаем основание. Я решил сделать его из дерева. Деревянную дощечку и пропилил таким образом, что моторы в прорезях сидят идеально
Потом планочкой из дерева я зажимаю моторы, прикручивая эту планку
Далее на корпусе я разместил ардуино, реле, бредбоард, дальномеры, а под основание шасси поворачивающееся
Теперь все соединяем по схеме
В конце загружаем следующий скетч в ардуино:
Const int R = 13; //пины к которым подключены ИК-дальномеры const int L = 12; int motorL = 9; //пины к которым подключено реле int motorR = 11; int buttonState = 0; void setup() { pinMode(R,INPUT); pinMode(L,INPUT); pinMode(motorR,OUTPUT); pinMode(motorL,OUTPUT); } void loop() { { buttonState = digitalRead(L); if (buttonState == HIGH){ digitalWrite(motorR,HIGH); } else { digitalWrite(motorR,LOW); } } {{ buttonState = digitalRead(R); if (buttonState == HIGH){ digitalWrite(motorL,HIGH); } else { digitalWrite(motorL,LOW); } } } }
Принцип действия очень прост. Левый дальномер отвечает за правое колесо, а правый за левое
Чтобы было понятнее, можете посмотреть видео в котором показан процесс создания и действие робота
Этот робот очень простой и его может сделать каждый. Он поможет вам понять принципы действия таких модулей, как реле и ИК дальномеры и как их лучше использовать.
Надеюсь, что вам понравилась такая самоделка, помните, что самоделки - это круто!
