Датчик для робота своими руками

Простейший сканер можно построить на 3-х ИК-парах светодиод-фототранзистор. Это будет скорее не сканер, а датчик линии. Такой робот сможет двигаться по линии, потому что логика в этом случае простейшая. В одном из университетов устраивают гонки по линии, которую чертят мелом на асфальте. Нужно проехать трассу за минимальное время, не сбив при этом препятствия и проехав в арках. Схемы таких машинок простейшие- там нет никаких микроконтроллеров- только пара транзисторов и фотодатчиков.

В случае серьезных соревнований нужно сделать серьезный датчик. Схема достаточно простая и лёгкая в повторении.

Разъемом SV1 датчик подключается к главной плате робота, откуда получает питание.

На схеме нижние 6 светодиодов- это фототранзисторы (ИК-приемники). Не было времени искать, где у них в библиотеке находятся фототранзисторы, поставил то, что было под рукой.

Две микросхемы LM339 позволяют построить 8 точек сканирования и выдавать результат в цифровом виде. Тесты показали, что возможно сделать датчик без использования компаратора, но необходимо долго настраивать датчики и вероятность сбоев достаточно высока.

В данной схеме я использую только 6 каналов сканирования. Два канала оставил «про запас», если понадобится большее количество.

Для того, чтобы проверить теорию, нужно было собрать хотя бы одну точку сканирования и опробовать её на реальном объекте (в данном случае лист бумаги А4 с нанесанной линией).

Желный светодиод- питание, красный- контроль выхода.

На этом фото видно датчик с двумя каналами (два светодиода для контроля).

Когда были готовы 4 точки сканирования, нужно было установить датчик на робота и опробовать в реальных условиях. Но перед тем, как подключать двигатели, можно было на тестовой плате и с тестовой программой проследить, правильно ли «реагирует» робот.

На листе ватмана была нарисована линия с закруглениями с радиусом 10см. Написана тестовая программа для робота «Сумо-1». Робот практически сразу поехал, и поехал правильно. Он прекрасно держал линию, хотя пару раз пролетал поворот и выезжал на границу листа и пола. Так как тут видно, что цветовой контраст довольно сильный, робот продолжал двигаться, но по периметру листа! Это очень интересно, нужно будет предусмотреть такой вариант, чтобы в том случае, когда робот выедет за пределы игрового поля, он далеко не уехал.

На этом фото видно и «поле» и робота. К сожалению, видеофграгмент сделать не получилось.

Следующим шагом было использование платформы «Монстр-1». Платформа потеряла передние колеса, сзади был установлен «рюкзак» для аккумуляторной сборки. В корпусе, возле передних колес, оказалось очень удобное отверстие для установки сканера.

Между колес робота установлена микросхема L293D (драйвер двигателей), именно оттуда видно столько проводов. Входы микросхемы:

• управление двигателями (вперед- назад) — 4 линии
• сигналы разрешения или ШИМ — 2 линии
• питание микросхемы и двигателей

Для того, чтобы иметь запас по объему памяти для программ и данных, была взята плата управления («мозг») на основе ATMega8.

Плата на основе Мега8. Вместо двигателей включены контрольные светодиоды. Всё готово для установки на робота.

Вот теперь новый робот поехал по линии. Питание 4.8В минус потери на микросхеме L293D оказалось много для двигателей- робот носился с большой скоростью. Пришлось ограничить скорость простым программным ШИМом (программы внизу страницы).

Но, что самое интересное, этого оказалось мало для того, чтобы робот мог скаировать лабиринт. Нужно 6, 8 или 19 точек сканирования. Поэтому в качестве ИК-датчиков были использованы промышленные сборки.

На фото видно сканер, построенный на промышленных ИК-сборках. Там их 6 штук, соответственно, 6 точек сканирования и есть возможность установить еще 2.

Для того, чтобы лабиринт не оказался в конце концов «твердым орешком» было решено подключить ЖКИ. Ведь писать программу- это одно, а писать её вслепую- совсем другое. Обратная связь нужна как воздух. Минусом может оказаться тот факт, что ЖКИ потребляет много энергии. Но это же для соревнований, а для тренировок!

Так выглядит «новая» плата на основе Мега8, с ЖКИ, разъемами для двигателей, сканера и кнопкой.

Программа 1м8 (для МК Мега8 и робота Монстр-1)

Программа 2м8 (для МК Мега8 и робота Монстр-1)

Программа 3м8 здесь работает только ЖКИ ! Зато пишет на экране слово «Готов!»

Продолжение. 25.02.2005г. Видео в формате MS Mediaplayer WMV

Шульга Александр. 25.02.2005г.

Источник

Опыт создания первого робота на Ардуино (робот-«охотник»)

В данной статье я хочу описать процесс сборки своего первого робота на ардуино. Материал будет полезен другим таким же новичкам, как и я, которые захотят изготовить какую-нибудь «самобеглую тележку». Статья представляет собой описание этапов работы с моими дополнениями по различным нюансам. Ссылка на итоговый код (скорее всего, не самый идеальный) дана в конце статьи.

По мере возможности я привлекал к участию своего сына (8 лет). Что именно с ним получалось, а что нет — на это я выделил часть статьи, возможно, кому-то пригодится.

Общее описание робота

Вначале несколько слов о самом роботе (идея). Собирать что-то типовое на старте не очень хотелось. В то же время, набор компонентов был довольно стандартным — шасси, двигатели, ультразвуковой датчик, датчик линии, светодиоды, пищалка. Вначале из этого «супового набора» был придуман робот, который охраняет свою территорию. Он едет на нарушителя, который пересек линию круга, а потом возвращается в центр. Однако в этом варианте была нужна прочерченная линия, плюс лишняя математика, чтобы постоянно оставаться в круге.

Поэтому после некоторых обдумываний я несколько изменил идею и решил делать робота-«охотника». На старте он поворачивается вокруг своей оси, выбирая поблизости цель (человека). Если «жертва» обнаружена, «охотник» включает мигалку и сирену, и начинает ехать на нее. Когда человек отходит/отбегает, робот выбирает новую цель и преследует ее, и так далее. Такому роботу не нужен ограниченный круг, и он может работать на открытой территории.

Как видите, это во многом напоминает игру «догонялки». Хотя в итоге робот и не получился достаточно резвым, но он честно взаимодействует с окружающими его людьми. Особенно это нравится детям (иногда, правда, кажется, что они вот-вот растопчут его, аж сердце ёкает. ). Думаю, для популяризации технического конструирования это хорошее решение.

Структура робота

Итак, мы определились с идеей, перейдем к компоновке. Список элементов формируется из того, что должен уметь робот. Тут всё вполне очевидно, поэтому сразу посмотрим на нумерацию:

«Мозги» робота — плата arduino uno (1); была в заказанном из Китая наборе. Для наших целей ее вполне хватает (ориентируемся на количество используемых пинов). Из этого же набора мы взяли готовое шасси (2), на которое крепятся два ведущих колеса (3) и одно заднее (свободно вращающееся) (4). Также в наборе был готовый батарейный отсек (5). Спереди у робота стоит ультразвуковой датчик (HC-SR04) (6), сзади — драйвер двигателей (L298N) (7), по центру — светодиод-мигалка (8), и чуть в стороне — пищалка (9).

На этапе компоновки мы смотрим:

— чтобы все влезло
— чтобы было сбалансировано
— чтобы было рационально размещено

Частично это уже сделали за нас китайские коллеги. Так, тяжелый батарейный отсек поставлен в центр, и примерно под ним стоят ведущие колеса. Все остальные платы легкие, их можно размещать по периферии.

1. В шасси из набора есть много заводских отверстий, но какая в них логика — я так и не разобрался. Двигатели и аккумуляторный блок закрепились без проблем, дальше началась «подгонка» со сверлением новых отверстий, чтобы закрепить ту или иную плату.
2. Весьма выручили латунные стойки и прочий крепеж из запасников (иногда приходилось выкручиваться).
3. Шины от каждой платы пропускал через зажимы (опять же нашел в запасниках). Весьма удобно, все провода лежат красиво и не болтаются.

Отдельные блоки

Теперь пройдусь по блокам и расскажу персонально про каждый.

Понятно, что робот должен иметь хороший источник энергии. Варианты могут быть разные, я выбрал вариант с 4 аккумуляторами АА. В сумме они дают примерно 5 В, и такое напряжение можно прямо подать на пин 5V платы arduino (минуя стабилизатор).

Некоторая настороженность, конечно, у меня была, но это решение вполне работоспособно.

Так как питание нужно везде, то для удобства я сделал по центру робота два разъема: один «раздает» землю (справа), а второй — 5 В (слева).

Двигатели и драйвер

Сначала про крепление двигателей. Крепление заводское, но сделано с большими допусками. Другими словами, двигатели могут «вихлять» на пару миллиметров влево-вправо. Для нашей задачи это не критично, а вот где-то может и влиять (робота начнет уводить в сторону). На всякий случай я выставил двигатели строго параллельно и зафиксировал клеем.

Для управления двигателями, как я писал выше, используется драйвер L298N. По документации у него три пина на каждый двигатель: один для изменения скорости и пара пинов для направления вращения. Тут есть один важный момент. Оказывается, если напряжение питания 5 В, то регулировка скорости просто не работает! То есть либо совсем не крутит, либо крутит по максимуму. Вот такая особенность, из-за которой я «убил» пару вечеров. В конце концов, нашел упоминание где-то на одном из форумов.

Вообще говоря, низкая скорость вращения мне требовалась при развороте робота — чтобы он имел запас времени просканировать пространство. Но, так как с такой задумкой ничего не вышло, пришлось делать по другому: небольшой поворот — остановка — поворот — остановка и т. д. Опять же, не столь изящно, но работоспособно.

Еще здесь добавлю, что после каждого преследования робот выбирает случайное направление нового поворота (по или против часовой стрелки).

Еще одна железяка, где пришлось искать компромиссное решение. Ультразвуковой датчик на реальных препятствиях дает нестабильные цифры. Собственно, это было ожидаемо. Идеально он работает где-нибудь на соревнованиях, где есть гладкие, ровные и перпендикулярные поверхности, а вот если перед ним «мелькают» чьи-то ноги — тут нужно вводить дополнительную обработку.

В качестве такой обработки я поставил медианный фильтр на три отсчета. Исходя из тестов на реальных детях (во время тестов ни один ребенок не пострадал!), его оказалось вполне достаточно для нормализации данных. Физика здесь простая: у нас есть сигналы, отраженные от нужных объектов (дающие требуемое расстояние) и отраженные от более далеких, например, стен. Вторые представляют собой случайные выбросы в измерениях вида 45, 46, 230, 46, 46, 45, 45, 310, 46… Именно их медианный фильтр и отсекает.

После всей обработки у нас получается расстояние до ближайшего объекта. Если оно меньше некоторой пороговой величины — тогда мы включаем сигнализацию и едем прямо на «нарушителя».

Мигалка и сирена

Пожалуй, самые простые элементы из всего перечисленного. Их видно на фотографиях выше. По железу здесь писать нечего, поэтому теперь перейдем к коду.

Программа управления

Расписывать детально код я смысла не вижу, кому нужно — ссылка в конце статьи, там всё достаточно читабельно. А вот общую структуру было бы неплохо объяснить.

Первое, что пришлось осмыслить: робот — это устройство реального времени. Точнее, вспомнить, потому что и раньше, и сейчас все равно занимаюсь электроникой. Значит, сразу забываем про вызов delay(), который очень любят использовать в скетчах-примерах, и который просто «замораживает» программу на указанный промежуток времени. Вместо этого, как советуют опытные люди, вводим таймеры на каждый блок. Прошел требуемый промежуток — выполнили действие (увеличили яркость светодиода, включили двигатель и так далее).

Таймеры могут быть взаимосвязаны. Так, например, пищалка работает синхронно с мигалкой. Это чуть упрощает программу.

Естественно, всё разбиваем на отдельные функции (мигалка, звук, поворот, движение вперед и так далее). Если так не делать, то потом уже не разобраться, что откуда и куда.

Нюансы педагогики

Все, что было описано выше, я делал в свободное время по вечерам. В неспешном режиме я потратил на робота где-то недели три. На этом можно было бы и завершиться, но я еще обещал вам рассказать о работе с ребенком. Что выполнимо в таком возрасте?

Работа по инструкции

Каждую деталь мы сначала проверяли отдельно — светодиоды, пищалка, моторы, датчики и т. д. Есть большое количество готовых примеров — какие-то прямо в среде разработки, другие можно найти в интернете. Это, несомненно, радует. Берем код, подключаем деталь, убеждаемся, что работает, далее уже начинаем изменять под свою задачу. Подключения по схеме и под некоторым моим контролем ребенок делает сам. Это хорошо. Работать четко по инструкции тоже надо уметь.

Порядок работы («от частного к общему»)

Вот это сложный пункт. Нужно приучать, что большой проект («сделать робота») состоит из мелких задач («подключить датчик», «подключить моторы». ), а те, в свою очередь, из еще более мелких шагов («найти программу», «подключить плату», «загрузить прошивку». ). Выполняя более-менее понятные задачи нижнего уровня, мы «закрываем» задачи среднего уровня, а из них уже складывается общий результат. Объяснял, но, думаю, осознание придет еще не скоро. Где-то, наверное, к подростковому возрасту.

Сверление, резьбы, винты, гайки, пайка и запах канифоли — куда же без этого. Ребенок получил базовый скилл «Работа с паяльником» — удалось спаять несколько соединений (я чуть-чуть помогал, не скрою). Не забывайте про объяснение техники безопасности.

Работа на компьютере

Программу для робота писал я, но каких-то попутных результатов все-таки удалось достичь.

Первое: английский. В школе его только-только начали, поэтому мы «со скрипом» разбирали, что такое pishalka, migalka, yarkost и прочий транслит. Поняли хотя бы это. Я осознанно не стал использовать родные английские слова, так как до этого уровня мы еще не дошли.

Второе: эффективная работа. Учили горячие комбинации клавиш, как быстро выполнять типовые операции. Периодически, когда писали программу, мы менялись с сыном местами, и я говорил, что нужно сделать (замену, поиск и т.д.). Приходилось повторять снова и снова: «выдели двойным кликом», «зажми Shift», «зажми Ctrl» и так далее. Процесс обучения здесь не быстрый, но, я думаю, навыки постепенно отложатся «в подкорку».

Третье: слепая печать. Комментарии в коде я доверил печатать ребенку (пусть тренируется). Сразу поставили правильно руки, чтобы пальцы постепенно запоминали расположение клавиш.

Как видите, у нас все еще только-только начинается. Навыки и знания будем оттачивать и дальше, в жизни пригодятся.

Кстати, про перспективу…

Дальнейшее развитие

Робот сделан, ездит, мигает и пищит. Что же теперь? Воодушевившись достигнутым, мы планируем дорабатывать его дальше. Есть задумка сделать дистанционное управление — по типу лунохода. Было бы интересно, сидя за условным пультом, контролировать движение робота, который ездит совсем в другом месте. Но это уже будет отдельная история…

И в конце, собственно, герои этой статьи (видео по клику):

Источник