Робототехнический набор Двухколёсный Robot Car

Робототехнический набор Двухколесный Robo Car - набор для сборки робота на базе контроллера Arduino. Набор содержит всё необходимое чтобы собрать и запрограммировать робота без работы паяльником.

Основная платформа из (прозрачного акрила с защитной бумагой) размером -------x------ мм предназначена для монтажа на нее ходовой части, микроконтроллера, датчиков, батарейного блока.
Ходовая часть робота, состоящая из 2 ведущих колес (пластиковый мотор-редуктор с колесом на резиновой покрышке) и заднего колеса на шарикоподшипнике, которое свободно вращается на 360 градусов, позволяет роботу свободно и быстро менять направление движения.

Напряжение питания пластиковых моторов-редукторов 3-6 В. Моторы-редукторы при питании 5 В обеспечивают момент 0,9кгс*см, обороты на выходном валу редуктора 200 об/мин, что при диаметре колеса 65 мм позволяет разгонять робота до скорости 0,5 м/сек.
В комплекте идут колеса для оптических сенсоров, что позволит при добавлении соответствующих датчиков измерять скорость движения, а также использовать данные о движении приводов для оценки перемещения робота (одометрии).

Сверху платформы крепится держатель батарей 4AA, обеспечивающий питание всей электроники напряжением 6В.

Плата Arduino UNO - мозг нашего робота, крепится сверху платформы.

Для управления моторами используется L298 драйвер двигателей, который позволяет управлять двумя моторами постоянного тока с потребляемым током до 2 Ампер.

Подключая входы ENA и ENB к PWM выходам Arduino мы можем регулировать скорость вращения каждого мотора, что позволит роботу совершать повороты.
Для обнаружения препятствий по ходу робота предназначен ультразвуковой модуль расстояния HC-SR04.

Диапазон измерения расстояния модуля 2-400 см с
разрешением 0.3 см, эффективный угол <15°. Результат обнаружения не зависит от цвета или отражающей способностью объекта в оптическом диапазоне. Однако, обнаружение мягких материалов, таких как ткань, может быть затруднено.
Для измерения расстояния в различных направлениях модуль HС SR-04 должен вращаться по кругу. Для вращения используется сервопривод SG90 и мобильная платформа для его крепления.

Вот платформа для крепления сервопривода в сборе. В таком виде это крепится с помощью болтов к основной платформе.

В набор входит плата Arduino Sensor Shield V5.0, которая предназначена для расширения функциональности контроллеров на платформе Arduino UNO.
Плата позволяет подключить различные вариации внешних устройств, таких как датчики, сервомашинки, реле, кнопки, потенциометры и т.д. На плате расположено множество интерфейсов для подключения различных внешних устройств и питания. Для данного робота нас интересуют:
Для подключения HC SR-04 - Ultrasonic interface (интерфейс для подключения ультразвуковых датчиков) - имеет 4 вывода, первый вывод обозначен на плате знаком «+». Обозначение выводов: VCC, A0, A1, GND.
Для подключения сервопривода и драйвера моторов - Digital IO ports (колодка цифровых входов-выходов) имеет 16 выводов. Обозначение выводов: D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13, GND, AREF. Каждый вход-выход имеет 3 контакта GND, VCC, Signal.
После сборки робота можно приступать к программированию.

Напишем простой скетч для движения робота, при обнаружении препятствий робот останавливается, отьезжает назад, начинает крутиться пока не обнаружит свободное направление и опять движется вперед.
Для написания скетча нам понадобятся библиотеки (для работы с модулем HC SR-04 скачать) и Servo (стандартная Arduino библиотека).
Вот код данного скетча

// добавить библиотеки
#include "Ultrasonic.h"
#include "Servo.h"

// HC SR-04 подключение
// Trig - A0, Echo - A1
Ultrasonic ultrasonic(A0, A1);
// L298 driver
int MotorRight1 = 5;
int MotorRight2 = 4;
int SpeedRight = 3;
int MotorLeft1 = 8;
int MotorLeft2 = 7;
int SpeedLeft = 6;

Float dist_cm; // переменная для хранения расстояния
boolean flag;

Void setup() {
// настроить выводы для моторов в OUTPUT
pinMode (SpeedRight, OUTPUT);
pinMode (MotorRight11, OUTPUT);
pinMode (MotorRight2, OUTPUT);
pinMode (SpeedLeft, OUTPUT);
pinMode (MotorLeft1, OUTPUT);
pinMode (MotorLeft2, OUTPUT);
// вперед
robot_forward();
}

Void loop() {
// получить данные с HC SR-04
if(dist_cm<20)
{
robot_stop();
flag=false;
while(flag==false)
{
robot_rotation();
dist_cm = ultrasonic.Ranging(CM);
if(dist_cm>50)
flag=true;
delay(100);
}
robot_forward();
}
}
// движение вперед
void robot_forward() {
digitalWrite(MotorRight1,HIGH);

analogWrite(SpeedRight,127);
analogWrite(SpeedLeft,127);
}
// движение назад
void robot_forward() {

digitalWrite(MotorLeft2, HIGH);
analogWrite(SpeedRight,127);
analogWrite(SpeedLeft,127);
delay(1000);
}
// остановить робота
void robot_stop() {
digitalWrite(MotorRight1,LOW);
digitalWrite(MotorRight2,LOW);
digitalWrite(MotorLeft1, LOW);
digitalWrite(MotorLeft2, LOW);
}
// вращение робота
void robot_rotation() {
digitalWrite(MotorRight2,HIGH);
digitalWrite(MotorRight1,LOW);
digitalWrite(MotorLeft2, LOW);
digitalWrite(MotorLeft1, HIGH);
analogWrite(SpeedRight,64);
analogWrite(SpeedLeft,64);
delay(200);
}

Схема сборки шасси

Описание Робототехнического набора "Двухколёсный Robot Car"

Всем привет. Эта статья небольшой рассказ о том, как сделать робота своими руками . Почему именно рассказ, спросите вы? Всё из-за того, что для изготовления подобной поделки необходимо использовать значительный багаж знаний, который очень трудно изложить в одной статье. Мы пройдёмся по процессу сборки, заглянем одним глазом в программный код и в конечном счете оживим детище «силиконовой долины». Советую посмотреть видео, чтобы иметь представление о том, что в итоге должно получится.

Перед тем, как двигаться дальше прошу отметить следующее, что при изготовлении поделки использовался лазерный резак. От лазерного резака можно отказаться, обладая достаточным опытом работы руками. Точность выступает тем ключом, что поможет завершить проект успешно!

Шаг 1: Как это работает?

Робот имеет 4 ноги, с 3 сервоприводами на каждой из них, что позволяют ему перемещать конечности в 3-х степенях свободы. Он передвигается «ползучей походкой». Пусть она медленная, зато одна из самых плавных.

Для начала нужно научить робота двигаться вперед, назад, влево и вправо, затем добавить ультразвуковой датчик, что поможет обнаруживать препятствия/преграды, а после этого Bluetooth модуль, благодаря которому управление роботом выйдет на новый уровень.

Шаг 2: Необходимые детали

Скелет изготавливается из оргстекла толщиной 2 мм.

Электронная часть самоделки будет состоять из:

12 сервоприводов;
arduino nano (можно заменить любой другой платой arduino);

Шилда для управления сервоприводами;
блока питания (в проекте использовался БП 5В 4А);

ультразвукового датчика;
hc 05 bluetooth модуля;

Для того, чтобы изготовить шилд понадобится:

монтажная плата (предпочтительно с общими линиями (шинами) питания и земли);
межплатные штыревые соединители — 30 шт;
гнезда на плату – 36 шт;

провода.

Инструменты :

Лазерный резак (или умелые руки);
Суперклей;
Термоклей.

Шаг 3: Скелет

Воспользуемся графической программой, чтобы начертить составные части скелета.

После этого в любой доступный способ вырезаем 30 деталей будущего робота.

Шаг 4: Сборка

После резки снимаем защитное бумажное покрытие с оргстекла.

Далее приступаем к сборке ног. Крепежные элементы встроенные в части скелета. Всё, что остаётся сделать — это соединить детали воедино. Соединение довольно плотное, но для большей надежности можно нанести по капле суперклея на элементы крепежа.

Затем нужно доработать сервоприводы (приклеить по винту напротив валов сервоприводов).

Этой доработкой мы сделаем робота более устойчивым. Доработку нужно выполнить только для 8 сервоприводов, остальные 4 будут крепиться непосредственно на тело.

Прикрепляем ноги к связующему элементу (изогнутая деталь), а его в свою очередь к сервоприводу на теле.

Шаг 5: Изготавливаем шилд

Изготовление платы довольно простое, если следовать представленным в шаге фотографиям.

Шаг 6: Электроника

Закрепим выводы сервоприводов на плате arduino. Выводы следует соединять в правильной последовательности, иначе ничего не будет работать!

Шаг 7: Программирование

Пришло время оживить Франкенштейна. Сначала загрузим программу legs_init и убедимся в том, что робот находится в таком положении, как на картинке. Далее загрузим quattro_test, чтобы проверить реагирует ли робот на базовые движения, такие как движение вперед, назад, влево и вправо.

ВАЖНО: Вам необходимо добавить дополнительную библиотеку в программную среду arduino IDE. Ссылка на библиотеку представлена ниже:

Робот должен сделать 5 шагов вперед, 5 шагов назад, повернутся влево на 90 градусов, повернутся вправо на 90 градусов. Если Франкенштейн делает всё правильно, мы двигаемся в верном направлении.

P . S : установите робота на чашку, как на стенд, чтобы каждый раз не выставлять его на первоначальную точку. Как только тесты показали нормальную работу робота, можем продолжать испытания, поставив его на землю/пол.

Шаг 8: Инверсная кинематика

Инверсная (обратная) кинематика – именно она в действительности и управляет роботом (если вам не интересна математическая сторона этого проекта и вы торопитесь закончить проект можете пропустить данный шаг, но знание того, что движет роботом всегда будут полезны).

Простыми словами инверсная кинематика или сокращенно ик – «часть» тригонометрических уравнений, что определяют положение острого конца ноги, угла каждого сервоприводи и т.д., что в итоге определяют пару предварительных установочных параметров. Для примера, длина каждого шага робота или высота на которой будет располагаться тело во время движения/покоя. Используя эти предопределенные параметры, система будет извлекать величину, на которую следует сдвинуть каждый сервопривод, для того чтобы управлять роботом при помощи задаваемых команд.

Магазин роботов и робототехники бытовые роботы квадрокоптеры гироскутеры конструкторы роботы игрушки новости

Я радуюсь, когда будущие инженеры создают свои устройства и расстраиваюсь, когда слышу, как кто-то говорит об использовании Arduino в них.

Это не первая моя статья на эту тему: у меня возникает желание написать такую сразу после прочтения фразы о безграничных возможностях платформы в DIY-топике на Хабре. У меня возникает желание написать об истинной цене деталей после прочтения статьи о покупке конструктора за $200 почти ничего не содержащего (уж простите, запамятовал где видел).

Дело тут совсем не в том, что я считаю, что Arduino – это плохая идея. Наоборот – благодаря платформе многие познали мир микроконтроллеров, узнали, что собрать небольшое прикольное устройство может даже человек без специального образования, с минимальными познаниями в программировании и с отсутствием познаний в электронике.

Благодаря Arduino увидело свет множество проектов, которые пылились в банках памяти мозга их авторов.

Честно признаюсь, я иногда и сам пользовался кодом, написанным для Ардуино (к примеру, фирма InvenSense производит модульMPU6050 , запустить нормально который получилось только у ).
Презираю я тех людей, которые, открыв для себя мир микроконтроллеров, не потрудились осмотреться в нём и тех, кто нагло наживается на подобных людях.

К нам в лабораторию заходил (и работал с нами) студент кафедры информационных технологий - поклонник Arduino. Человек тратил огромные деньги на покупку самих *дуин и модулей к ним. Я не без сожаления наблюдал, как будущий (я всё же надеюсь) создатель роботизированных систем не мог запустить ШИМ нужной частоты, хотя «лётных» часов работы с платформой он намотал немало.

Так вот, этот студент показал мне «измеритель уровня заряда батареи», или как-то так. Я специально нашёл его сейчас на ebay, где он называется «High Sensitivity Voltage Sensor Module -Arduino Compatible » и продаётся за $8.58 . Вот он, на рисунке:

Кстати, центральный провод, который «+» - он просто висит в воздухе – всё сделано для максимального удобного подключения простого делителя напряжения, красная цена которому 2 цента за резисторы и 20 центов за разьём – это если в розницу покупать.

Это не единственный случай обмана нашего брата, ниже я приведу ещё несколько. Сейчас же, для любителей структурирования, я напишу основные недостатки Arduino.

На Hobbyking, где любителей различных моделизмов обманывают так-же как и в других магазинах любителей ардуино, продавался как-то обычный конденсатор, под видом какого-то фильтра. Не смог его сейчас уже найти. С трёхпиновым разьёмом, естественно. Всего за 3 доллара.

Arduino Compatible Mini Motor Speed counter Sensor AVR PIC – заменяется светодиодом и фототранзистором, подключающимися к центральному контроллеру и двадцатью строчками кода. Он не стоит 7.98 .

2*4 Matrix Keyboard Push Buttons AVR ARM Arduino Compatible – это просто кнопки , которые можно купить по цене 10 штук за доллар.

Есть один девайс в мире, который я ненавижу больше чем Arduino – это mbed . Его разработчики взяли контроллер LPC1768 (есть ещё на LPC11U24), припаяли его на плату с двумя стабилизаторами (о качестве разводки платы я говорить не буду), вывели половину ног наружу (вторая половина никуда не подключена, что очень раздражает), написали онлайн недо-IDE (впрочем, чуть лучше, чем у Arduino, хоть и требует подключения к интернету) и продают его за $64. Простите, но это уже совсем.

Что делать, если вы, вдруг, решили перестать топтаться на месте, и начать изучать микроконтроллеры?

На Хабре был цикл статей «STM32F1xx - лечимся от ардуинозависимости вместе » - статьи хорошие и достаточно понятные, жаль, что автор забросил написание новых статей.
Всех новичков посылают на easyelectronics.ru, где товарищ DIHALT публиковал учебный курс по микроконтроллерам AVR .
«Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С » С. Ф. Баррет, Д. Дж. Пак – супер книга, помогает понять основы программирования на C для микроконтроллеров. Единственная проблема – вы вряд ли достанете микроконтроллеры Freescale, поэтому примеры придётся самостоятельно портировать примеры на AVR, PIC, MSP430 или любой другой контроллер.
Перед покупкой чего бы то не было для своих устройств, почитайте об этом хотя-бы в Википедии - возможно эту же деталь можно купить дешевле, если назвать её по-другому.

Вообще знаете, что странно? Среди пользователей Arduino есть даже те, кто презирают Apple за их «направленность на недалёкого занятого-для-таких-мелочей юзера».

Я не хочу никого обидеть или переубедить. Но я буду рад, если хоть один человек, дочитавший статью до этого момента, поменяет Arduino на простой микроконтроллер – может быть, из него получится хороший разработчик встраиваемых систем в будущем.

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!)

В итоге получился довольно забавный робот , который может видеть перед собой препятствия, анализировать ситуацию и затем, только выбрав лучший маршрут, едет дальше. Робот получился очень маневренным. Он способен разворачиваться на 180 градусов, а угол поворота составляет 45 и 90 градусов. В качестве основного контроллера автор использовал Iteaduino, который является аналогом Arduino.

Материалы и инструменты для изготовления робота:
- микроконтроллер (Arduino или ему подобный Iteaduino);
- ультразвуковой датчик;
- держатель для батареек;
- китайские игрушки для создания колесной базы (можно купить готовую);
- кусачки;
- клей;
- провода;
- моторчики;
- ДВП;
- лобзик;
- транзисторы (D882 P).

Процесс изготовления робота:

Шаг первый. Создание колесной базы
Для того чтобы создать колесную базу автор прикупил две китайские игрушечные машинки. Впрочем, по этому поводу можно и не беспокоиться, если есть лишние деньги, так как уже готовую базу можно купить. С помощью кусачек машинки были разрезаны на две части, чтобы образовалось две ведущих оси. Далее эти части были склеены. Впрочем, в таком случае можно поработать и паяльником, пластмасса отлично спаивается.

Выбирая машинки, лучше всего брать игрушки с обычными колесами, так как, по словам автора, с такими шипами как у него, робот сильно скачет.

Есть еще один такой момент, когда от моторчиков будут выводиться провода, на одном из них нужно не забыть сменить полярность.

Шаг второй. Изготовление верхней крышки
Верхняя крышка робота изготавливается из ДВП, также для этих целей можно использовать толстый картон. В крышке можно увидеть прямоугольно отверстие, оно должно быть расположено так, чтобы ось сервопривода, которая будет в него вставлена, располагалась симметрично. Что касается отверстия посередине, то через него будут выводиться провода.

Шаг третий. Начинка робота
Для подключения шасси лучше всего использовать отдельный источник питания, поскольку для питания контроллера требуется 9В, а для моторчиков нужно всего 3В. Вообще в шасси таких машинок уже встроены держатели батареек, их просто нужно соединить параллельно.

К контроллеру моторчики подключаются при помощи транзисторов типа D882 P. Они были вытащены из старого пульта управления машинкой. Лучше всего конечно использовать силовые транзисторы типа TIP120Б, но автор выбирал просто по подходящим характеристикам. Вся электронная часть подключается по указанной схеме.

После прошивки робота он будет готов к тестированию. Чтобы робот успевал развернуться на определенный угол, нужно правильно выбрать время работы моторчиков.

Что касается датчиков, то ультразвуковой нужно подключить к 7-му цифровому выходу микроконтроллера. Серводвигатель подключается к 3-му цифровому входу, база транзистора левого мотора подключается к 11 контакту, а база правого к 10-му.

Если в качестве питания будет использоваться Крона, то минус подключается к GND, а плюс к VIN. Еще к GND нужно подключить эмиттер транзистора и отрицательный контакт от источника питания шасси робота.