ניסיון ביצירת הרובוט הראשון ב- Arduino ("צייד רובוט")

שלום

במאמר זה אני רוצה לתאר את תהליך הרכבת הרובוט הראשון שלי באמצעות Arduino. החומר יהיה שימושי למתחילים אחרים כמוני שרוצים ליצור איזושהי "עגלה הפועלת בעצמה". המאמר הוא תיאור שלבי העבודה עם התוספות שלי על ניואנסים שונים. קישור לקוד הסופי (ככל הנראה לא האידיאלי ביותר) ניתן בסוף המאמר.

במידת האפשר, שיתפתי את בני (בן 8) בהשתתפות. מה בדיוק עבד עם זה ומה לא - הקדשתי לזה חלק מהמאמר, אולי זה יהיה שימושי למישהו.

תיאור כללי של הרובוט

ראשית, כמה מילים על הרובוט עצמו (רעיון). לא ממש רציתי להרכיב משהו סטנדרטי בהתחלה. יחד עם זאת, סט הרכיבים היה סטנדרטי למדי - שלדה, מנועים, חיישן קולי, חיישן קו, נוריות, טוויטר. בתחילה, הומצא רובוט מ"סט המרק" הזה ששומר על הטריטוריה שלו. הוא נוסע לעבר העבריין שחצה את קו המעגל, ואז חוזר למרכז. עם זאת, גרסה זו דרשה קו מצויר, בתוספת מתמטיקה נוספת כדי להישאר במעגל בכל עת.

לכן, לאחר מחשבה, שיניתי מעט את הרעיון והחלטתי לעשות רובוט "צייד". בהתחלה הוא מסתובב סביב הציר שלו, בוחר מטרה קרובה (אדם). אם ה"טרף" מזוהה, ה"צייד" מדליק את האורות המהבהבים ואת הצפירה ומתחיל לנסוע לעברו. כאשר האדם מתרחק/בורח, הרובוט בוחר מטרה חדשה ורודף אחריה, וכן הלאה. רובוט כזה אינו זקוק למעגל מוגבל, והוא יכול לעבוד בשטחים פתוחים.

כפי שאתה יכול לראות, זה דומה מאוד למשחק של תופסת. למרות שבסופו של דבר הרובוט לא התברר כמהיר מספיק, הוא מקיים אינטראקציה כנה עם האנשים סביבו. ילדים אוהבים אותו במיוחד (עם זאת, לפעמים נראה שהם עומדים לרמוס אותו, הלב שלהם מחסיר פעימה...). אני חושב שזה פתרון טוב לפופולריות של עיצוב טכני.

מבנה רובוט

אז, החלטנו על הרעיון, בואו נעבור מַעֲרָך. רשימת האלמנטים נוצרת ממה שהרובוט אמור להיות מסוגל לעשות. הכל כאן די ברור, אז בואו נסתכל מיד על המספור:

ה"מוח" של הרובוט הוא לוח ארדואינו אונו (1); היה בסט שהוזמן מסין. למטרותינו, זה די מספיק (אנחנו מתמקדים במספר הפינים שבהם נעשה שימוש). מאותה ערכה לקחנו שלדה מוכנה (2), עליה מחוברים שני גלגלי הנעה (3) ואחד אחורי (מסתובב בחופשיות) (4). הערכה כללה גם תא סוללות מוכן (5). בחזית הרובוט יש חיישן קולי (HC-SR04) (6), מאחור יש נהג מנוע (L298N) (7), במרכז ישנו מהבהב לד (8), וקצת כדי בצד יש טוויטר (9).

בשלב הפריסה אנו מסתכלים על:

- כדי שהכל יתאים
- להיות מאוזן
- להיות ממוקם בצורה רציונלית

הקולגות הסינים שלנו כבר עשו זאת עבורנו באופן חלקי. אז, תא הסוללה הכבד ממוקם במרכז, וגלגלי ההינע ממוקמים בערך מתחתיו. כל שאר הלוחות קלים וניתנים למקם אותם על הפריפריה.

ניואנסים:

1. לשלדה מהערכה יש הרבה חורים במפעל, אבל עדיין לא הבנתי מה ההיגיון בהם. המנועים וחבילת הסוללות אובטחו ללא בעיות, ואז ה"התאמה" החלה בקידוח חורים חדשים לאבטחת לוח זה או אחר.
2. מתלי הפליז ושאר המחברים מאזורי האחסון היו לעזר רב (לפעמים היינו צריכים להוציא אותם).
3. העברתי את הפסים מכל לוח דרך המהדקים (שוב, מצאתי אותם באחסון). מאוד נוח, כל החוטים שוכבים יפה ולא משתלשלים.

בלוקים בודדים

עכשיו אני אעבור בלוקים ואני אספר לך באופן אישי על כל אחד.

תא סוללות

ברור שלרובוט חייב להיות מקור אנרגיה טוב. האפשרויות עשויות להשתנות, בחרתי באפשרות עם 4 סוללות AA. בסך הכל הם נותנים בערך 5 V, וניתן להפעיל את המתח הזה ישירות על פין ה-5V של לוח הארדואינו (עוקף את המייצב).

כמובן שהייתה לי זהירות, אבל הפתרון הזה הוא די בר ביצוע.

מכיוון שדרוש כוח בכל מקום, מטעמי נוחות הכנתי שני מחברים במרכז הרובוט: האחד "מפיץ" את האדמה (בצד ימין), והשני - 5 V (בצד שמאל).

מנועים ונהג

ראשית, לגבי הרכבת המנועים. התושבת מיוצרת במפעל, אך עשויה עם סובלנות גדולה. במילים אחרות, המנועים יכולים להתנדנד כמה מילימטרים ימינה ושמאלה. למשימה שלנו זה לא קריטי, אבל במקומות מסוימים זה עשוי להשפיע (הרובוט יתחיל לזוז הצידה). ליתר בטחון, קבעתי את המנועים מקבילים לחלוטין ותיקנתי אותם עם דבק.

כדי לשלוט במנועים, כפי שכתבתי למעלה, נעשה שימוש בדרייבר L298N. לפי התיעוד יש לו שלושה פינים לכל מנוע: אחד לשינוי המהירות וזוג פינים לכיוון הסיבוב. יש כאן נקודה אחת חשובה. מסתבר שאם מתח האספקה ​​הוא 5 V, אז בקרת המהירות פשוט לא עובדת! כלומר, או שהוא לא מסתובב בכלל, או שהוא פונה למקסימום. זו התכונה שגרמה לי "להרוג" כמה ערבים. בסופו של דבר, מצאתי אזכור איפשהו באחד הפורומים.

באופן כללי, הייתי צריך מהירות סיבוב נמוכה בעת סיבוב הרובוט - כדי שיהיה לו זמן לסרוק את החלל. אבל, מכיוון שלא יצא מהרעיון הזה כלום, הייתי צריך לעשות את זה אחרת: סיבוב קטן - עצירה - סיבוב - עצירה וכו'. שוב, לא כל כך אלגנטי, אבל ניתן לעבודה.

אוסיף כאן גם שלאחר כל מרדף הרובוט בוחר כיוון אקראי לפנייה חדשה (בכיוון השעון או נגד כיוון השעון).

חיישן אולטראסוני

עוד פיסת חומרה שבה היינו צריכים לחפש פתרון פשרה. החיישן האולטראסוני מייצר מספרים לא יציבים על מכשולים אמיתיים. למעשה, זה היה צפוי. באופן אידיאלי, זה עובד איפשהו בתחרויות שבהן יש משטחים חלקים, אחידים ומאונכים, אבל אם הרגליים של מישהו "מהבהבות" לפניו, צריך להכניס עיבוד נוסף.

כעיבוד כזה אני קובע מסנן חציוני לשלוש ספירות. בהתבסס על בדיקות על ילדים אמיתיים (לא נפגעו ילדים במהלך הבדיקות!), התברר שזה מספיק כדי לנרמל את הנתונים. הפיזיקה כאן פשוטה: יש לנו אותות המשתקפים נחוץ חפצים (נותנים את המרחק הנדרש) ומשתקפים מאלה רחוקים יותר, למשל, קירות. האחרונים הם פליטות אקראיות במדידות בצורה 45, 46, 230, 46, 46, 45, 45, 310, 46... את אלה מנתק המסנן החציוני.

לאחר כל העיבוד, נקבל את המרחק לאובייקט הקרוב ביותר. אם זה פחות מערך סף מסוים, אז אנחנו מפעילים את האזעקה ונוסעים ישר לכיוון ה"פולש".

מבזק וסירנה

אולי האלמנטים הפשוטים ביותר מכל האמור לעיל. ניתן לראות אותם בתמונות למעלה. אין כאן מה לכתוב על חומרה, אז עכשיו בואו נעבור קוד.

תוכנית בקרה

אני לא רואה טעם לתאר את הקוד בפירוט, מי צריך אותו - הקישור נמצא בסוף המאמר, הכל די קריא שם. אבל זה יהיה נחמד להסביר את המבנה הכללי.

הדבר הראשון שהיינו צריכים להבין הוא שרובוט הוא מכשיר בזמן אמת. ליתר דיוק, לזכור, כי גם לפני וגם עכשיו אני עדיין עובד באלקטרוניקה. אז, אנחנו מיד שוכחים מהאתגר לְעַכֵּב(), שבו הם אוהבים להשתמש במערכונים לדוגמה, ואשר פשוט "מקפיא" את התוכנית לפרק זמן מוגדר. במקום זאת, כפי שממליצים אנשים מנוסים, אנו מציגים טיימרים לכל בלוק. המרווח הנדרש חלף - הפעולה בוצעה (הגברת בהירות הנורית, הדלקה את המנוע וכן הלאה).

ניתן לחבר טיימרים. לדוגמה, הטוויטר פועל באופן סינכרוני עם המבזק. זה מפשט מעט את התוכנית.

באופן טבעי, אנו מפרקים הכל לפונקציות נפרדות (אורות מהבהבים, צליל, סיבוב, תנועה קדימה וכן הלאה). אם לא תעשה זאת, לא תוכל להבין מה מגיע מאיפה ומאיפה.

ניואנסים של פדגוגיה

את כל מה שתואר לעיל עשיתי בזמני הפנוי בערבים. בצורה נינוחה ביליתי כשלושה שבועות על הרובוט. זה יכול היה להיגמר כאן, אבל הבטחתי גם לספר לכם על עבודה עם ילד. מה אפשר לעשות בגיל הזה?

עובדים לפי ההנחיות

תחילה בדקנו כל פרט בנפרד - לדים, טוויטר, מנועים, חיישנים וכו'. יש מספר רב של דוגמאות מוכנות - חלקן ממש בסביבת הפיתוח, אחרות אפשר למצוא באינטרנט. זה בהחלט משמח אותי. אנחנו לוקחים את הקוד, מחברים את החלק, מוודאים שהוא עובד, ואז אנחנו מתחילים לשנות אותו כך שיתאים למשימה שלנו. הילד יוצר את החיבורים לפי התרשים ותחת חלק מהפיקוח שלי. זה טוב. אתה גם צריך להיות מסוגל לעבוד אך ורק על פי ההוראות.

סדר העבודה ("מפרט לכללי")

זו נקודה קשה. אתה צריך ללמוד שפרויקט גדול ("ליצור רובוט") מורכב ממשימות קטנות ("חבר חיישן", "חבר מנועים"...), ואלו, בתורן, מורכבות משלבים קטנים עוד יותר ("מצא תוכנית," "חבר לוח." ", "הורד קושחה"...). על ידי ביצוע משימות מובנות פחות או יותר של הרמה הנמוכה, אנו "סוגרים" את המשימות של הרמה הבינונית, ומהן נוצרת התוצאה הכוללת. הסברתי, אבל אני חושב שהמימוש לא יגיע בקרוב. אי שם, כנראה, בגיל ההתבגרות.

הרכבה

קידוחים, הברגות, ברגים, אומים, הלחמות וריח רוזין - איפה היינו בלעדיו? הילד קיבל את המיומנות הבסיסית "עבודה עם מלחם" - הוא הצליח להלחים כמה חיבורים (עזרתי קצת, לא אסתיר את זה). אל תשכח את הסבר הבטיחות.

עבודת מחשב

כתבתי את התוכנית עבור הרובוט, אבל עדיין הצלחתי להשיג כמה תוצאות חיוביות.

ראשית: אנגלית. הם רק התחילו את זה בבית הספר, אז נאבקנו להבין מה זה פישאלקה, מיגלקה, ירקוסט ותעתיקים אחרים. לפחות הבנו את זה. בכוונה לא השתמשתי במילים שפת אם באנגלית, מכיוון שעדיין לא הגענו לרמה הזו.

שנית: עבודה יעילה. לימדנו שילובי מקשי קיצור וכיצד לבצע במהירות פעולות סטנדרטיות. מדי פעם, כשכתבנו את התוכנית, אני והבן שלי החלפנו מקומות ואמרתי מה צריך לעשות (החלפה, חיפוש וכו'). הייתי צריך לחזור שוב ושוב: "לחיצה כפולה על בחירה", "החזק Shift", "החזק את Ctrl" וכן הלאה. תהליך הלמידה כאן אינו מהיר, אבל אני חושב שהמיומנויות יופקדו בהדרגה "בתת הקורטקס".

טקסט נסתראפשר לומר שהאמור לעיל כמעט ברור מאליו. אבל, בכנות, בסתיו הזה הייתה לי ההזדמנות ללמד מדעי המחשב בכיתה ט' בבית ספר אחד. זה נורא. תלמידים לא יודעים דברים בסיסיים כמו Ctrl + Z, Ctrl + C ו-Ctrl + V, בחירת טקסט תוך כדי לחיצה על Shift או לחיצה כפולה על מילה, וכן הלאה. זאת למרות שהם היו בשנה השלישית ללימודי מדעי המחשב... תסיקו את המסקנה שלכם.

שלישית: מגע הקלדה. את ההערות בקוד הפקדתי בידי הילד להקליד (תנו לו להתאמן). מיד הנחנו את הידיים בצורה נכונה כך שאצבעותינו יזכרו בהדרגה את מיקום המפתחות.

כפי שאתה יכול לראות, אנחנו עדיין רק בתחילת הדרך. נמשיך לחדד את הכישורים והידע שלנו; הם יהיו שימושיים בחיים.

אגב, לגבי העתיד...

פיתוח עתידי

הרובוט עשוי, נוסע, ממצמץ ומצפצף. מה עכשיו? בהשראת מה שהשגנו, אנו מתכננים לחדד אותו עוד יותר. יש רעיון לעשות שלט רחוק - כמו רובר ירח. יהיה מעניין, לשבת ליד שלט, לשלוט בתנועה של רובוט שנוהג במקום אחר לגמרי. אבל זה יהיה סיפור אחר...

ובסוף, למעשה, גיבורי המאמר הזה (סרטון בלחיצה):

תודה לך!

→ קישור קוד

מקור: www.habr.com