Arduino पर पहला रोबोट बनाने का अनुभव (रोबोट "शिकारी")

नमस्ते

इस लेख में मैं Arduino का उपयोग करके अपने पहले रोबोट को असेंबल करने की प्रक्रिया का वर्णन करना चाहता हूं। यह सामग्री मेरे जैसे अन्य शुरुआती लोगों के लिए उपयोगी होगी जो किसी प्रकार की "स्वचालित चलने वाली गाड़ी" बनाना चाहते हैं। लेख विभिन्न बारीकियों पर मेरे परिवर्धन के साथ काम करने के चरणों का विवरण है। लेख के अंत में अंतिम कोड (संभवतः सबसे आदर्श नहीं) का एक लिंक दिया गया है।

जब भी संभव हुआ, मैंने अपने बेटे (8 वर्ष) को भाग लेने में शामिल किया। इसके साथ वास्तव में क्या काम आया और क्या नहीं - मैंने लेख का एक हिस्सा इसके लिए समर्पित किया है, शायद यह किसी के लिए उपयोगी होगा।

रोबोट का सामान्य विवरण

सबसे पहले, रोबोट के बारे में कुछ शब्द (विचार). मैं वास्तव में शुरुआत में कुछ मानक इकट्ठा नहीं करना चाहता था। उसी समय, घटकों का सेट काफी मानक था - चेसिस, इंजन, अल्ट्रासोनिक सेंसर, लाइन सेंसर, एलईडी, ट्वीटर। प्रारंभ में, इस "सूप सेट" से एक रोबोट का आविष्कार किया गया था जो इसके क्षेत्र की रक्षा करता है। वह उस अपराधी की ओर गाड़ी चलाता है जिसने सर्कल रेखा पार कर ली है, और फिर केंद्र में लौट आता है। हालाँकि, इस संस्करण में एक खींची गई रेखा के साथ-साथ हर समय वृत्त में बने रहने के लिए अतिरिक्त गणित की आवश्यकता होती है।

इसलिए, कुछ सोचने के बाद, मैंने विचार को कुछ हद तक बदल दिया और एक "शिकारी" रोबोट बनाने का फैसला किया। शुरुआत में, यह अपनी धुरी पर घूमता है, पास के लक्ष्य (व्यक्ति) को चुनता है। यदि "शिकार" का पता चल जाता है, तो "शिकारी" चमकती रोशनी और सायरन चालू कर देता है और उसकी ओर बढ़ना शुरू कर देता है। जब व्यक्ति दूर चला जाता है/भाग जाता है, तो रोबोट एक नया लक्ष्य चुनता है और उसका पीछा करता है, इत्यादि। ऐसे रोबोट को सीमित दायरे की जरूरत नहीं होती और यह खुले इलाकों में भी काम कर सकता है।

जैसा कि आप देख सकते हैं, यह काफी हद तक कैच-अप गेम जैसा है। हालाँकि अंत में रोबोट उतना तेज़ नहीं निकला, लेकिन यह ईमानदारी से अपने आस-पास के लोगों के साथ बातचीत करता है। बच्चे विशेष रूप से इसे पसंद करते हैं (कभी-कभी, हालांकि, ऐसा लगता है कि वे इसे रौंदने वाले हैं, उनका दिल तेजी से धड़कने लगता है...)। मुझे लगता है कि तकनीकी डिज़ाइन को लोकप्रिय बनाने के लिए यह एक अच्छा समाधान है।

रोबोट संरचना

तो, हमने इस विचार पर निर्णय ले लिया है, चलिए आगे बढ़ते हैं लेआउट. तत्वों की सूची इस बात से बनती है कि रोबोट को क्या करने में सक्षम होना चाहिए। यहां सब कुछ बिल्कुल स्पष्ट है, तो आइए तुरंत नंबरिंग पर नजर डालें:

रोबोट का "दिमाग" एक आर्डिनो यूनो बोर्ड (1) है; चीन से ऑर्डर किए गए सेट में था। हमारे उद्देश्यों के लिए, यह काफी पर्याप्त है (हम उपयोग किए गए पिनों की संख्या पर ध्यान केंद्रित करते हैं)। उसी किट से हमने एक रेडीमेड चेसिस (2) लिया, जिस पर दो ड्राइव व्हील (3) और एक रियर (स्वतंत्र रूप से घूमने वाला) (4) लगा हुआ है। किट में एक तैयार बैटरी कम्पार्टमेंट (5) भी शामिल है। रोबोट के सामने एक अल्ट्रासोनिक सेंसर (HC-SR04) (6) है, पीछे एक मोटर ड्राइवर (L298N) (7) है, केंद्र में एक LED फ्लैशर (8) है, और थोड़ा सा बगल में एक ट्वीटर (9) है।

लेआउट चरण में हम देखते हैं:

- ताकि सब कुछ फिट हो जाए
- संतुलित होना
- तर्कसंगत रूप से रखा जाना

हमारे चीनी सहयोगियों ने पहले ही आंशिक रूप से हमारे लिए यह काम कर दिया है। तो, भारी बैटरी डिब्बे को केंद्र में रखा गया है, और ड्राइव पहिये लगभग इसके नीचे स्थित हैं। अन्य सभी बोर्ड हल्के वजन वाले हैं और इन्हें परिधि पर रखा जा सकता है।

बारीकियाँ:

1. किट के चेसिस में बहुत सारे फ़ैक्टरी छेद हैं, लेकिन मुझे अभी भी पता नहीं चला है कि उनमें तर्क क्या है। इंजन और बैटरी पैक को बिना किसी समस्या के सुरक्षित कर दिया गया, फिर "समायोजन" इस या उस बोर्ड को सुरक्षित करने के लिए नए छेद ड्रिलिंग के साथ शुरू हुआ।
2. भंडारण क्षेत्रों से पीतल के रैक और अन्य फास्टनरों ने बड़ी मदद की (कभी-कभी हमें उन्हें बाहर निकालना पड़ता था)।
3. मैंने प्रत्येक बोर्ड से बसबारों को क्लैंप के माध्यम से पास किया (फिर से, मैंने उन्हें भंडारण में पाया)। बहुत सुविधाजनक, सभी तार अच्छी तरह से झूठ बोलते हैं और लटकते नहीं हैं।

व्यक्तिगत ब्लॉक

अब मैं आगे बढ़ूंगा ब्लाकों और मैं आपको प्रत्येक के बारे में व्यक्तिगत रूप से बताऊंगा।

बैटरी स्थल

यह स्पष्ट है कि रोबोट के पास ऊर्जा का अच्छा स्रोत होना चाहिए। विकल्प भिन्न हो सकते हैं, मैंने 4 AA बैटरी वाला विकल्प चुना। कुल मिलाकर वे लगभग 5 V देते हैं, और इस वोल्टेज को सीधे Arduino बोर्ड के 5V पिन पर लागू किया जा सकता है (स्टेबलाइज़र को छोड़कर)।

बेशक, मैंने कुछ सावधानी बरती थी, लेकिन यह समाधान काफी व्यावहारिक है।

चूंकि हर जगह बिजली की आवश्यकता होती है, सुविधा के लिए मैंने रोबोट के केंद्र में दो कनेक्टर बनाए: एक जमीन को "वितरित" करता है (दाईं ओर), और दूसरा - 5 वी (बाईं ओर)।

मोटर्स और ड्राइवर

सबसे पहले, इंजन लगाने के बारे में। माउंट फैक्ट्री में बना है, लेकिन बड़ी सहनशीलता के साथ बनाया गया है। दूसरे शब्दों में, इंजन कुछ मिलीमीटर बाएँ और दाएँ डगमगा सकते हैं। हमारे कार्य के लिए यह महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन कुछ स्थानों पर इसका असर हो सकता है (रोबोट किनारे की ओर जाना शुरू कर देगा)। बस मामले में, मैंने इंजनों को सख्ती से समानांतर रखा और उन्हें गोंद के साथ ठीक किया।

जैसा कि मैंने ऊपर लिखा है, मोटरों को नियंत्रित करने के लिए L298N ड्राइवर का उपयोग किया जाता है। दस्तावेज़ीकरण के अनुसार, इसमें प्रत्येक मोटर के लिए तीन पिन होते हैं: एक गति बदलने के लिए और एक जोड़ी पिन रोटेशन की दिशा के लिए। यहां एक महत्वपूर्ण बात है. यह पता चला है कि यदि आपूर्ति वोल्टेज 5 वी है, तो गति नियंत्रण बस काम नहीं करता है! यानी या तो बिल्कुल नहीं घूमती, या फिर अधिकतम घूम जाती है। यही वह विशेषता है जिसके कारण मुझे कुछ शामों को "मारना" पड़ा। अंत में, मुझे एक मंच पर कहीं इसका उल्लेख मिला।

सामान्यतया, रोबोट को घुमाते समय मुझे कम रोटेशन गति की आवश्यकता होती है - ताकि उसे अंतरिक्ष को स्कैन करने का समय मिल सके। लेकिन, चूंकि इस विचार से कुछ नहीं निकला, इसलिए मुझे इसे अलग तरीके से करना पड़ा: एक छोटा सा मोड़ - रुकना - मुड़ना - रुकना, आदि। फिर, इतना सुरुचिपूर्ण नहीं, लेकिन व्यावहारिक।

मैं यहां यह भी जोड़ूंगा कि प्रत्येक खोज के बाद रोबोट एक नए मोड़ (दक्षिणावर्त या वामावर्त) के लिए एक यादृच्छिक दिशा चुनता है।

अतिध्वनि संवेदक

हार्डवेयर का एक और टुकड़ा जहां हमें एक समझौता समाधान तलाशना था। अल्ट्रासोनिक सेंसर वास्तविक बाधाओं पर अस्थिर संख्याएँ उत्पन्न करता है। दरअसल, यही अपेक्षित था. आदर्श रूप से, यह उन प्रतियोगिताओं में कहीं काम करता है जहां चिकनी, सम और लंबवत सतहें होती हैं, लेकिन अगर किसी के पैर इसके सामने "चमकते" हैं, तो अतिरिक्त प्रसंस्करण शुरू करने की आवश्यकता होती है।

ऐसी प्रोसेसिंग के रूप में मैंने सेट किया है मध्य फ़िल्टर तीन गिनती के लिए. वास्तविक बच्चों पर परीक्षण के आधार पर (परीक्षण के दौरान किसी भी बच्चे को नुकसान नहीं पहुँचाया गया!), यह डेटा को सामान्य करने के लिए काफी पर्याप्त निकला। यहां भौतिकी सरल है: हमारे पास सिग्नल प्रतिबिंबित होते हैं सही वस्तुएँ (आवश्यक दूरी देते हुए) और अधिक दूर की वस्तुओं से परावर्तित होती हैं, उदाहरण के लिए, दीवारें। उत्तरार्द्ध प्रपत्र 45, 46, के माप में यादृच्छिक उत्सर्जन हैं 230, 46, 46, 45, 45, 310, 46... यह वह है जो माध्य फ़िल्टर को काटता है।

सभी प्रसंस्करण के बाद, हमें निकटतम वस्तु की दूरी मिलती है। यदि यह एक निश्चित सीमा मान से कम है, तो हम अलार्म चालू करते हैं और सीधे "घुसपैठिए" की ओर ड्राइव करते हैं।

फ्लैशर और सायरन

शायद उपरोक्त सभी में से सबसे सरल तत्व। इन्हें उपरोक्त तस्वीरों में देखा जा सकता है। यहां हार्डवेयर के बारे में लिखने के लिए कुछ नहीं है, तो अब आगे बढ़ते हैं कोड.

नियंत्रण कार्यक्रम

मुझे कोड का विस्तार से वर्णन करने का कोई मतलब नहीं दिखता, किसे इसकी आवश्यकता है - लिंक लेख के अंत में है, वहां सब कुछ काफी पठनीय है। लेकिन सामान्य संरचना की व्याख्या करना अच्छा होगा।

पहली बात जो हमें समझनी थी वह यह थी कि रोबोट एक वास्तविक समय का उपकरण है। अधिक सटीक रूप से, याद रखने के लिए, क्योंकि पहले और अब भी मैं इलेक्ट्रॉनिक्स में काम करता हूं। इसलिए, हम तुरंत चुनौती के बारे में भूल जाते हैं देरी (), जिसे वे उदाहरण रेखाचित्रों में उपयोग करना पसंद करते हैं, और जो बस एक निर्दिष्ट अवधि के लिए प्रोग्राम को "फ्रीज" कर देता है। इसके बजाय, जैसा कि अनुभवी लोग सलाह देते हैं, हम प्रत्येक ब्लॉक के लिए टाइमर पेश करते हैं। आवश्यक अंतराल बीत चुका है - कार्रवाई की गई है (एलईडी की चमक बढ़ाई गई, इंजन चालू किया गया, और इसी तरह)।

टाइमर को आपस में जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, ट्वीटर फ्लैशर के साथ समकालिक रूप से काम करता है। इससे प्रोग्राम थोड़ा सरल हो जाता है।

स्वाभाविक रूप से, हम हर चीज़ को अलग-अलग कार्यों (चमकती रोशनी, ध्वनि, मोड़, आगे बढ़ना, और इसी तरह) में विभाजित करते हैं। यदि आप ऐसा नहीं करेंगे तो आप यह पता नहीं लगा पाएंगे कि कहां से क्या आ रहा है।

शिक्षाशास्त्र की बारीकियाँ

मैंने शाम को अपने खाली समय में ऊपर वर्णित सब कुछ किया। इत्मीनान से मैंने रोबोट पर करीब तीन हफ्ते बिताए। यह यहीं ख़त्म हो सकता था, लेकिन मैंने आपको एक बच्चे के साथ काम करने के बारे में भी बताने का वादा किया था। इस उम्र में क्या किया जा सकता है?

निर्देशों के अनुसार कार्य करें

हमने पहले प्रत्येक विवरण की अलग से जांच की - एलईडी, ट्वीटर, मोटर, सेंसर इत्यादि। बड़ी संख्या में तैयार उदाहरण हैं - कुछ विकास के माहौल में हैं, अन्य इंटरनेट पर पाए जा सकते हैं। इससे मुझे निश्चित रूप से ख़ुशी मिलती है। हम कोड लेते हैं, भाग को जोड़ते हैं, सुनिश्चित करते हैं कि यह काम करता है, फिर हम इसे अपने कार्य के अनुरूप बदलना शुरू करते हैं। बच्चा आरेख के अनुसार और मेरी कुछ देखरेख में संबंध बनाता है। यह अच्छा है। आपको निर्देशों के अनुसार सख्ती से काम करने में भी सक्षम होना चाहिए।

कार्य का क्रम ("विशेष से सामान्य तक")

यह एक कठिन बिंदु है. आपको यह सीखने की ज़रूरत है कि एक बड़े प्रोजेक्ट ("एक रोबोट बनाएं") में छोटे कार्य होते हैं ("एक सेंसर कनेक्ट करें," "मोटर्स कनेक्ट करें"...), और बदले में, इसमें और भी छोटे चरण होते हैं ("एक रोबोट ढूंढें") प्रोग्राम," "एक बोर्ड कनेक्ट करें।" ", "फ़र्मवेयर डाउनलोड करें"...)। निचले स्तर के अधिक या कम समझने योग्य कार्यों को करते हुए, हम मध्य स्तर के कार्यों को "बंद" करते हैं, और उनसे समग्र परिणाम बनता है। मैंने समझाया, लेकिन मुझे लगता है कि इसका एहसास जल्दी नहीं होगा। कहीं, शायद, किशोरावस्था से।

बढ़ते

ड्रिलिंग, धागे, स्क्रू, नट, सोल्डरिंग और रोसिन की गंध - इसके बिना हम कहाँ होते? बच्चे को बुनियादी कौशल "टांका लगाने वाले लोहे के साथ काम करना" प्राप्त हुआ - वह कई कनेक्शनों को मिलाप करने में कामयाब रहा (मैंने थोड़ी मदद की, मैं इसे छिपाऊंगा नहीं)। सुरक्षा स्पष्टीकरण के बारे में मत भूलना.

कंप्यूटर का काम

मैंने रोबोट के लिए प्रोग्राम लिखा, लेकिन फिर भी मैं कुछ अनुकूल परिणाम प्राप्त करने में सफल रहा।

पहला: अंग्रेजी. उन्होंने अभी-अभी इसे स्कूल में शुरू किया था, इसलिए हम यह पता लगाने के लिए संघर्ष कर रहे थे कि पिशाल्का, मिगाल्का, यारकोस्ट और अन्य लिप्यंतरण क्या हैं। कम से कम हम ये तो समझ गए. मैंने जानबूझकर देशी अंग्रेजी शब्दों का प्रयोग नहीं किया, क्योंकि हम अभी इस स्तर तक नहीं पहुंचे हैं।

दूसरा: कुशल कार्य. हमने हॉटकी संयोजन और मानक संचालन को शीघ्रता से निष्पादित करना सिखाया। समय-समय पर, जब हम प्रोग्राम लिख रहे थे, मैंने और मेरे बेटे ने स्थानों की अदला-बदली की, और मैंने कहा कि क्या करने की आवश्यकता है (प्रतिस्थापन, खोज, आदि)। मुझे बार-बार दोहराना पड़ा: "डबल-क्लिक सिलेक्ट", "होल्ड शिफ्ट", "होल्ड Ctrl" इत्यादि। यहां सीखने की प्रक्रिया तेज़ नहीं है, लेकिन मुझे लगता है कि कौशल धीरे-धीरे "सबकोर्टेक्स में" जमा हो जाएंगे।

छिपा हुआ पाठआप कह सकते हैं कि उपरोक्त लगभग स्पष्ट है। लेकिन, ईमानदारी से कहूँ तो, इस पतझड़ में मुझे एक स्कूल में 9वीं कक्षा में कंप्यूटर विज्ञान पढ़ाने का अवसर मिला। वह भयानक है। छात्रों को Ctrl + Z, Ctrl + C और Ctrl + V, Shift दबाकर टेक्स्ट का चयन करना या किसी शब्द पर डबल-क्लिक करना आदि जैसी बुनियादी चीजें नहीं पता हैं। यह इस तथ्य के बावजूद है कि वे कंप्यूटर विज्ञान के अध्ययन के तीसरे वर्ष में थे... अपना निष्कर्ष स्वयं निकालें।

तीसरा: टाइपिंग स्पर्श करें. मैंने बच्चे को कोड में टिप्पणियाँ टाइप करने के लिए सौंपी (उसे अभ्यास करने दें)। हमने तुरंत अपने हाथ सही ढंग से रखे ताकि हमारी अंगुलियों को धीरे-धीरे चाबियों का स्थान याद रहे।

जैसा कि आप देख सकते हैं, हम अभी भी शुरुआत ही कर रहे हैं। हम अपने कौशल और ज्ञान को निखारते रहेंगे, वे जीवन में काम आएंगे।

वैसे, भविष्य के बारे में...

आगे विकास

रोबोट बनाया गया है, चलता है, झपकाता है और बीप बजाता है। अब क्या? हमने जो हासिल किया है उससे प्रेरित होकर हम इसे और बेहतर बनाने की योजना बना रहे हैं। एक रिमोट कंट्रोल बनाने का विचार है - चंद्र रोवर की तरह। रिमोट कंट्रोल पर बैठकर एक ऐसे रोबोट की गति को नियंत्रित करना दिलचस्प होगा जो पूरी तरह से अलग जगह पर गाड़ी चला रहा हो। लेकिन वह एक अलग कहानी होगी...

और अंत में, वास्तव में, इस लेख के नायक (क्लिक करके वीडियो):

धन्यवाद!

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स्रोत: www.habr.com