В сегодняшней статье я расскажу вам, как сделать робота, обходящего препятствия, на базе микроконтроллера Ардуино своими руками.

Чтобы сделать робота в домашних условиях вам понадобится собственно сама плата микроконтроллера и ультразвуковой сенсор. Если сенсор зафиксирует препятствие, сервопривод позволит ему обогнуть препятствие. Сканируя пространство справа и слева, робот выберет наиболее предпочтительный путь для обхода препятствия.

Codebender – это браузерный IDE, это самый простой способ программировать вашего робота из браузера. Нужно кликнуть на кнопку «Run on Arduino» и все, проще некуда.

Вставьте батарейку в отсек и нажмите на функциональную кнопку один раз, и робот начнет движение вперед. Для остановки движения нажмите на кнопку еще раз.

/* Arduino Obstacle Avoiding Robot with a servo motor and an ultrasonic sensor HC-SR04 LED and buzzer */ //Библиотеки #include #include "Ultrasonic.h" //Константы const int button = 2; //Пин кнопки на пин 2 const int led = 3; //Пин светодиода (через резистор) на пин 3 const int buzzer = 4; //Пин пищалки на пин 4 const int motorA1= 6; //позитивный (+) пин мотора A на пин 6 (PWM) (от модуля L298!) const int motorA2= 9; //негативный пин (-) мотора A на пин 9 (PWM) const int motorB1=10; // позитивный (+) пин мотора B на пин 10 (PWM) const int motorB2=11; // негативный пин (-) мотора B на пин 11 (PWM) Ultrasonic ultrasonic(A4 ,A5); //Создаем объект ultrasonic(trig pin,echo pin) Servo myservo; //Создаём объект Servo, чтобы контролировать сервоприводы //Переменные int distance; //Переменная для хранения дистанции до объекта int checkRight; int checkLeft; int function=0; //Переменная для хранения функции робота: "1" – движение или "0" - остановлен. По умолчанию остановлен int buttonState=0; //Переменная для хранения состояния кнопки. По умолчанию "0" int pos=90; //переменная для хранения позиции серво. По умолчанию 90 градусов- датчик будет смотреть вперёд int flag=0; //полезный флаг для хранения состояния кнопки, когда кнопка отпущена void setup() { myservo.attach(5); //Серво-пин соединён с пином 5 myservo.write(pos); // говорит сервоприводу идти на позицию в переменной "pos" pinMode(button, INPUT_PULLUP); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(buzzer, OUTPUT); pinMode(motorA1,OUTPUT); pinMode(motorA2,OUTPUT); pinMode(motorB1,OUTPUT); pinMode(motorB2,OUTPUT); } void loop() { //Проверка состояния кнопки buttonState = digitalRead(button); unsigned long currentMillis = millis(); //считаем... //Меняет главную функцию (остановлен/двигается) когда кнопка нажата if (buttonState == LOW) {//Если кнопка нажата единожды... delay(500); if (flag == 0){ function = 1; flag=1; //меняем переменную флага } else if (flag == 1){ //Если кнопка нажата дважды function = 0; flag=0; //меняем переменную флага снова } } if (function == 0){ //Если кнопка отжата или нажата дважды, то: myservo.write(90); //установить для серво 90 градусов – датчик будет смотреть вперёд stop(); //робот остаётся неподвижным noTone(buzzer); //пищалка выключена digitalWrite(led, HIGH);// и диод горит } else if (function == 1){//Если кнопка нажата, то: //Считываем дистанцию... distance = ultrasonic.Ranging(CM); //Совет: Используйте "CM" для сантиметров и "INC" для дюймов //Проверяем на наличие объектов... if (distance > 10){ forward(); //Всё чисто, двигаемся вперёд! noTone(buzzer); digitalWrite(led,LOW); } else if (distance <=10){ stop(); //Обнаружен объект! Останавливаемся и проверяем слева и справа лучший способ обхода! tone(buzzer,500); // издаём звук digitalWrite(led,HIGH); // включаем светодиод //Начинаем сканировать... for(pos = 0; pos =0; pos-=1){ //идём от 180 градусов к 0 myservo.write(pos); // говорим серво пройти на позицию в переменной "pos" delay(10); // ждём 10 мс, пока сервопривод достигнет нужной позиции } checkRight= ultrasonic.Ranging(CM); myservo.write(90); // Датчик снова смотрит вперёд //Принимаем решение – двигаться влево или вправо? if (checkLeft checkRight){ right(); delay(400); // задержка, меняем значение при необходимости, чтобы заставить робота повернуться. } else if (checkLeft <=10 && checkRight <=10){ backward(); //Дорога перекрыта... возвращаемся и идём налево;) left(); } } } } void forward(){ digitalWrite(motorA1, HIGH); digitalWrite(motorA2, LOW); digitalWrite(motorB1, HIGH); digitalWrite(motorB2, LOW); } void backward(){ digitalWrite(motorA1, LOW); digitalWrite(motorA2, HIGH); digitalWrite(motorB1, LOW); digitalWrite(motorB2, HIGH); } void left(){ digitalWrite(motorA1, HIGH); digitalWrite(motorA2, LOW); digitalWrite(motorB1, LOW); digitalWrite(motorB2, HIGH); } void right(){ digitalWrite(motorA1, LOW); digitalWrite(motorA2, HIGH); digitalWrite(motorB1, HIGH); digitalWrite(motorB2, LOW); } void stop(){ digitalWrite(motorA1, LOW); digitalWrite(motorA2, LOW); digitalWrite(motorB1, LOW); digitalWrite(motorB2, LOW); }

Нажав кнопку «Edit», вы можете редактировать скетч для своих нужд.

Например, изменив значение «10» измеряемого расстояния до препятствия в см, вы уменьшите или увеличите дистанцию, которую будет сканировать robot Arduino в поисках препятствия.

Если робот не двигается, может изменить контакты электромоторов (motorA1 и motorA2 или motorB1 и motorB2).

Шаг 7: Завершенный робот

Ваш самодельный робот, обходящий препятствия, на базе микроконтроллера Arduino готов.

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.

Немного о роботе. В первую очередь проект должен был быть максимально недорогим. Корпус создавал без всяких расчетов и балансировки, основное требование к корпусу - минимальные габариты. Итак начнем собирать этого робота.

Список деталей:
1. Набор деталей корпуса и лап из оргстекла 1.5 мм.
2. Arduino Mega или Uno (используется Mega) - 1 шт.
3. Микро сервопривод (используются TowerPro SG90) - 8 шт.
4. Ультразвуковой дальномер HC-SR04 - 1 шт.
5. Аккумулятор размером 18560, 3.7V (используются TrustFire 2400 mAh) - 2 шт.
6. Держатель батарей размера 18560 (используется переделанный контейнер - упаковка) - 1 шт.
7. Стойка для печатной платы 25 мм. (используется вот такие стойки) - 4 шт.
8. Часть макетной платы.
9. Провода-перемычки.
10. Винт DIN 7985 M2, 8 мм. - 18 шт.
11. Гайка DIN 934 M2 - 18 шт

Сборка робота Z-RoboDog:

1. Корпус робота изготовлен из прозрачного оргстекла толщиной 1.5 мм. Все детали вырезаны лазером по чертежу сделанном в программе CorelDraw:

2. Склейте корпус секундным клеем. Прочности склеенного корпуса будет вполне достаточно. При сборке учитывайте положение отверстий на нижней крышке (смотрите на фото), а лучше приложите плату и убедитесь что всё совпадает. Боковые стенки крепите так, чтобы отверстия для проводов находились ближе к задней стенке. Более широкое отверстие на задней стенке предназначено для USB провода, учтите это при сборке.

3. Отметьте и просверлите отверстия (сверло 2 мм.). Закрепите сервоприводы в корпусе используя болты и гайки (пункты 10, 11 из списка). Валы передних сервоприводов должны быть ближе к передней стенке. Валы задних сервоприводов ближе к задней стенке.

4.1. Соберите лапы. Возьмите верхние части лап (с двумя отверстиями). Разметьте середину детали. Подставив качалку сервоприводов отметьте места крепления шурупами и просверлите отверстия (сверло 1.5 мм). Закрепите качалки так, чтобы шляпки шурупов были со стороны посадочных мест. Качалки закрепите с разных сторон и посадочные места для валов до были в противоположном направлении.

4.2. Отметьте и просверлите отверстия для крепления сервоприводов (сверло 2 мм). Валы закрепленных сервоприводов должны находиться ближе к узкому краю лапы.

4.3. Чтобы лапы не проскальзывали наклейте на них например резину. Но переднюю часть лапы заклеивать не стоит, при шагах собачка может зацепляться и застревать. Я наклеил полосочки липучего коврика из машины.

5. Отметьте и просверлите отверстия для крепления ультразвукового дальномера (сверло 2 мм). Установите дальномер, ножки контактов должны быть направлены вверх.

6. Установите держатель батарей так, чтобы в корпусе он располагался по середине. Закрепите плату Arduino и подключите все компоненты. Для разветвления питания использовалась часть макетной платы.

Настройка и запуск робота Z-RoboDog:

На этом этапе вам придется самостоятельно установить лапы, чтобы можно было откалибровать шаги. Основная проблема в качалках, которые крепятся на валы только в определенных положениях. А также сами сервоприводы могут отличаться рабочими градусами.

Вот как у моей собачки выглядят лапы в крайних точках углов сервопривода (переменные zs1, zs2, zs3 и т.д). Постарайтесь лапы выставить как на фото. Визуально лапы должны быть в одинаковых положениях.

В основной стойке вы так же сможете выставить лапы. После чего не забудьте прикрутить качалки к валам сервоприводов.

Программная часть Z-RoboDog:

Код очень простой, везде добавлены комментарии. Все движения находятся в массиве, чтобы не запутаться в цифрах я использовал переменные для каждого сервопривода. Например, s1 - сервопривод 1, s2 - сервопривод 2 и так далее. Для упрощения понимания предлагая вам вот такую схему.

На схеме пронумерованы лапы, каждая часть лапы ассоциируется с сервоприводом который её двигает. Также для каждой лапы указаны направления движения, знаки плюс и минус указывают куда будет двигаться лапа при увеличении или уменьшении угла. Исходными углами выбраны углы основной стойки (s1, s2, s3 и т.д.). Например если вам нужно вытянуть 2-ю лапу вы должны увеличить угол s3 и s4, в массиве это будет выглядеть так {s1,s2, s3+100,s4+50, s5,s6, s7,s8}. Вот полный скетч. Код писался в силу моих познаний, сообщите если я выбрал не правильный путь реализации.

Видео:

Скетч в архиве : У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера

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:

1. 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.

1. 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.

1. 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

1. 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

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?