Доброго времени суток! Хочу поделиться со всеми опытом по созданию робота, на базе Arduino. В первой части не будет чего-то оригинального, возможно даже местами похоже на другие статьи, но постараюсь описывать именно проблемы, с которыми я столкнулся при сборке робота.
Преамбула
У меня уже давно появилась идея создания робота, но не хватало времени и знаний.
И вот со временем я прочитал различные статьи, вдохновился и понеслось. Тогда я поверхностно представлял, что такое микроэлектроника, немного умел программировать, и решил, что этих знаний будет достаточно.
Идея была собрать более или менее компактного робота, но достаточно проходимого и функционального. Я не хотел привязываться к каким-то определённым платформам или собирать китовые наборы, поэтому решил отдельно заказывать детали и стараться по максимуму делать из подручных средств.
Подбор запчастей
Вначале я стал выбирать «мозг» робота. Очень привлекательным мне казался LEGO Mindstorms, привлекало именно то, что можно было собрать из деталей любую шасси, какую захочется. Но мне хотелось не готовый конструктор, подключил проводки и готово, а самому паять, программировать, изучать микроконтроллеры, да и набор LEGO дороговато стоит. Поэтому выбор пал на семейство Arduino. И не такое дорогое, и программировать можно. Мне советовали взять Arduino Uno, но так как я решил делать компактно, решено было взять Arduino Nano.
Когда я начал выбирать шасси, я вдруг вспомнил, что где-то в шкафу пылится LEGO SpyBotics, это что-то вроде прародителя Mindstorms.
Незамедлительно было принято решение отдать его под нож, в моём случае под паяльник.
Небольшие размеры, два моторчика, гусеничное шасси – всё это идеально подходило под мои нужды. Тем более эта модель давно уже не на ходу, дата кабель бесследно затерялся, программировать эту модель было адское занятие, да и это шло вразрез с моим желанием освоить микроэлектронику.
Я решил, что выпаяю с платы моторчики, их оставлю, а саму плату верну обратно в шкаф, хотя вероятно можно будет с неё выпаять различные датчики для дальнейших опытов.
Итак, с основными деталями разобрались, теперь остальное. И вот я стал искать, где вообще можно выбрать и купить запчасти. Я нашёл девочку, которая заказывает из Китая вещи, она пообещала помочь с покупкой и дала ссылку на Taobao, посоветовав покупать детали у одного продавца, чтобы меньше платить за доставку. Через пару дней анализа я определился с поставщиком и сделал заказ.
И вот после месяца ожидания, наконец, пришла посылка.
Содержимое:
1) Arduino Nano V3.0 ATMEGA328P
2) Motors driver L298
Когда я выбирал модуль управления моторами, мне на глаза попался интересный вариант, специально для Nano — Feedback Control add-on
Но в Китае я эту модель так и не нашёл, поэтому заказал обычную модель.
3) Bluetooth HC-05
Через этот модуль мы будем связываться с ПК. В дальнейшем я планирую написать управление под Android.
4) LM2577 DC-DC Adjustable Step Up Power
Данный преобразователь напряжения я решил заказать на всякий случай, ведь у шасси SpyBotics дека всего под 3 батарейки AA, и я не знал, достаточно ли мне будет питания.
Ну и плюс мелочи: Монтажная плата и различные проводки.
Диоды, сопротивления и прочую мелочь я не стал заказывать, решил, что их можно будет выпаять из старых плат.
Сборка робота
Сборку решил делать поэтапно, экспериментируя с различными вариантами.
Примерный план был такой:
1) Подключить к Arduino драйвер моторов, ну, и собственно, сами моторы.
2) Прикрутить к шасси и установить элементы питания.
3) Прикрутить к роботу дистанционное управление.
А дальше уже будет модернизация робота и попытки сделать его максимально автономным.
За пару дней до прихода основных деталей я решил отпаять моторчики от старых мозгов и придумать, как вся система будет крепиться.
Оказалось, это не так просто, ибо плата достаточно крепко сидела на корпусе.
И тут первая неожиданность, моторчики держались за счёт крепления к плате. Поэтому я их приклеил и припаял к контактам проводки, для дальнейшего удобства.
С самой шасси я решил пока особо не экспериментировать и собрать её по стандартной схеме.
Я старался сделать схему гибкой, чтобы можно было легко отсоединять детали от робота. Мне нужно было придумать, как приделать мои детали к LEGO. Это оказалось легче, чем казалось. Вначале я взялся за драйвер двигателей, лёгким движением руки, прикрепив его к деталям LEGO. Правда пришлось немного модернизировать старый корпус, получилась такая интересная композиция.
Которая без проблем прикрепилась к шасси робота.
Затем я взялся за bluetooth модуль и arduino. Bluetooth модуль я приклеил к одной из деталей, чтобы легко можно было прикрепить его к любому месту. А для arduino решил использовать разъём, приклеил его к одной из деталей LEGO, и припаял необходимые провода к нему.
Теперь чтобы прикрепить arduino, достаточно воткнуть её в разъём, и подключить к ней разъём питания.
Программирование робота
Наконец, пришло время подключить собранную схему и заставить моторчики крутиться.
На самом роботе тестировать оказалось неудобно, поэтому пришлось всю схему пересобрать на макетку и тестировать на ней. На будущее отметил для себя всегда начинать именно с макетки.
Для тестов был использован смартфон, так как у него есть bluetooth. Покопавшись в интернете я нашёл пару интересных программ. Blue Arduino показалась мне очень удобной. Ничего лишнего, обычный терминал для связи с arduino. Так же заинтересовала программа Arduino Bluetooth Controller, удобно в ней то, что интерфейс управления представлен в виде джойстика и можно очень быстро назначить на любой элемент управления любую команду. Для тестирования моего робота уже в собранном виде она подошла очень кстати.
Для программирования arduino я использовал стандартный пакет с официального сайта. Была написана самая простейшая программа, взятая из тестовых примеров, чтобы только тестировать.
char incomingByte; // Входящие данные
void setup()
{
Serial.begin(9600); // инициализация порта
Serial.println("Robot online...");
}
void loop()
{
if (Serial.available() > 0) //если пришли данные
{
incomingByte = Serial.read(); // считываем байт
if(incomingByte == 'w') // если w, то едем вперед
{
digitalWrite(DR, HIGH);
digitalWrite(DL, HIGH);
digitalWrite(MR, LOW);
digitalWrite(ML, LOW);
Serial.println("Forward");
}
if(incomingByte == 's') // если s, то едем назад
{
digitalWrite(DR, LOW);
digitalWrite(DL, LOW);
digitalWrite(MR, HIGH);
digitalWrite(ML, HIGH);
Serial.println("Backward");
}
if(incomingByte == 'a') // если a, то поворачиваемся налево
{
digitalWrite(DR, HIGH);
digitalWrite(DL, LOW);
digitalWrite(MR, LOW);
digitalWrite(ML, HIGH);
Serial.println("Left");
}
if(incomingByte == 'd') // если d, то поворачиваемся направо
{
digitalWrite(DR, LOW);
digitalWrite(DL, HIGH);
digitalWrite(MR, HIGH);
digitalWrite(ML, LOW);
Serial.println("Right");
}
if(incomingByte == 'f') // если f, то стоп
{
digitalWrite(DR, LOW);
digitalWrite(DL, LOW);
digitalWrite(MR, LOW);
digitalWrite(ML, LOW);
Serial.println("Stop");
}
}
}
А вот и проблемы
Вначале я наткнулся на то, что при подключенном bluetooth модуле не заливается прошивка. Но это решилось тем, что провод питания от bluetooth легко отключался от arduino.
Самая большая проблема оказалась в том, что надо правильно подобрать источники питания.
Вначале я долго не мог определиться со схемой питания. На просторах интернета нашёл схему с двумя отдельными источниками, на «мозги» и на драйвер двигателей. От неё я сразу отказался и начал тестировать различные способы.
Оказалось, что можно всю схему питать как через Arduino, так и через драйвер двигателя.
В первой схеме я подавал напряжение на Arduino на вход Vin, а на драйвер двигателя пускаем через 5V, но таким образом двигателям не хватало напряжения.
Вторая моя схема питала напрямую драйвер двигателей, а уже он питал arduino, при такой схеме двигатели крутили хорошо, но начали подтупливать. Перестали нормально отрабатываться циклы программы.
В итоге я просто параллельно подал питание, и всё стало нормально работать.
На этапе тестирования всё было отлично, потому что я питался от usb-провода. Зря я изначально упёрся в деку для трёх батареек АА.
Трёх батареек оказалось не достаточно, чтобы привести робота в движение, даже с использованием преобразователя. В итоге преобразователь был убран из схемы. Походя по магазинам, нашёл замечательные литий-ионные(li-ion) аккумуляторы, формата AA.
Они подошли идеально (напряжение 3.7V). При первом тесте этих аккумуляторов, мой робот на огромной скорости устремился в стену, остановить его я не успел. Трёх аккумуляторов оказалось слишком много. В итоге я оставил только два аккумулятора.
Для зарядки этих аккумуляторов был докуплен такой модуль:
Заключение
Получилась такая вот модель робота.
Потом шасси всё-таки пришлось пересобрать, потому что он очень коряво дёргался, точнее, вставал на дыбы, так и ехал.
Получилась модель достаточно компактная, как я и хотел. Проходимость пока не проверял, главное модель получилась гибкой — при необходимости, легко можно снять саму плату arduino и использовать в других проектах. Так же доступ к usb в свободном доступе, для отладки.
Правда, моя модель поворачивает очень грубо, гусеницы проворачиваются, надо будет попробовать ещё раз шасси пересобрать.
В итоге получилось, что на программирование вообще не делал уклон, больше времени потратил на саму сборку, но думаю, я это в дальнейшем наверстаю. Вначале всё-таки по максимуму протестирую различные модули, как они работают и что умеют, а потом уже буду делать систему автономной.
Всем спасибо за внимание! В следующей статье попробую описать подключение дополнительных блоков к роботу, таких как ультразвуковой дальномер и солнечную батарею.
Автор: LeVoleur
