პირველი რობოტის შექმნის გამოცდილება Arduino-ზე (რობოტი „მონადირე“)

გამარჯობა

ამ სტატიაში მინდა აღვწერო Arduino-ს გამოყენებით ჩემი პირველი რობოტის აწყობის პროცესი. მასალა გამოადგება სხვა დამწყებთათვის, როგორიც მე ვარ, რომელთაც სურთ რაიმე სახის „თვითმმართველი ურიკის“ დამზადება. სტატია არის ჩემი დამატებებით მუშაობის ეტაპების აღწერა სხვადასხვა ნიუანსებზე. საბოლოო კოდის ბმული (სავარაუდოდ არ არის ყველაზე იდეალური) მოცემულია სტატიის ბოლოს.

შეძლებისდაგვარად ჩავრთე ჩემი შვილი (8 წლის) მონაწილეობაში. კონკრეტულად რა იმუშავა და რა არა - ამას მივუძღვენი სტატიის ნაწილი, ალბათ ვინმეს გამოადგება.

რობოტის ზოგადი აღწერა

პირველი, რამდენიმე სიტყვა თავად რობოტის შესახებ (იდეა). თავიდანვე არ მინდოდა რაღაც სტანდარტული შეკრება. ამავდროულად, კომპონენტების ნაკრები საკმაოდ სტანდარტული იყო - შასი, ძრავები, ულტრაბგერითი სენსორი, ხაზის სენსორი, LED-ები, ტვიტერი. თავდაპირველად, ამ "სუფთა ნაკრებიდან" გამოიგონეს რობოტი, რომელიც იცავს მის ტერიტორიას. ის მიდის დამნაშავისკენ, რომელმაც გადაკვეთა წრის ხაზი და შემდეგ ბრუნდება ცენტრში. თუმცა, ეს ვერსია მოითხოვდა დახაზულ ხაზს და დამატებით მათემატიკას, რათა მუდმივად დარჩეს წრეში.

ამიტომ, ცოტა ხნის ფიქრის შემდეგ, ცოტათი შევცვალე იდეა და გადავწყვიტე "მონადირე" რობოტი გამეკეთებინა. დაწყებისას ის ბრუნავს თავისი ღერძის გარშემო, ირჩევს ახლომდებარე სამიზნეს (ადამიანს). თუ "მტაცებელი" აღმოჩენილია, "მონადირე" ანთებს მოციმციმე შუქებს და სირენას და იწყებს მისკენ სვლას. როდესაც ადამიანი შორდება/გარბის, რობოტი ირჩევს ახალ სამიზნეს და მისდევს მას და ა.შ. ასეთ რობოტს არ სჭირდება შეზღუდული წრე და მას შეუძლია ღია ადგილებში მუშაობა.

როგორც ხედავთ, ეს ძალიან ჰგავს დაჭერის თამაშს. მიუხედავად იმისა, რომ საბოლოოდ რობოტი არ აღმოჩნდა საკმარისად სწრაფი, ის გულწრფელად ურთიერთობს გარშემომყოფებთან. ბავშვებს განსაკუთრებით მოსწონთ (ოღონდ ხანდახან ეტყობა გათელვას აპირებენ, გული უცდის...). ვფიქრობ, ეს კარგი გამოსავალია ტექნიკური დიზაინის პოპულარიზაციისთვის.

რობოტის სტრუქტურა

ასე რომ, ჩვენ გადავწყვიტეთ იდეა, მოდით გადავიდეთ განლაგება. ელემენტების სია იქმნება იმის მიხედვით, თუ რა უნდა შეეძლოს რობოტს. აქ ყველაფერი საკმაოდ აშკარაა, ასე რომ, მოდით დაუყოვნებლივ გადავხედოთ ნუმერაციას:

რობოტის "ტვინი" არის arduino uno დაფა (1); ჩინეთიდან შეკვეთილ კომპლექტში იყო. ჩვენი მიზნებისთვის, ეს სავსებით საკმარისია (ჩვენ ყურადღებას ვამახვილებთ გამოყენებული ქინძისთავების რაოდენობაზე). იმავე ნაკრებიდან ავიღეთ მზა შასი (2), რომელზედაც დამაგრებულია ორი წამყვანი ბორბალი (3) და ერთი უკანა (თავისუფლად მბრუნავი) (4). ნაკრები ასევე მოიცავდა მზა ბატარეის განყოფილებას (5). რობოტის წინ არის ულტრაბგერითი სენსორი (HC-SR04) (6), უკან არის ძრავის დრაივერი (L298N) (7), ცენტრში არის LED flasher (8) და ცოტა მხარეს არის ტვიტერი (9).

განლაგების ეტაპზე ჩვენ ვუყურებთ:

- ისე რომ ყველაფერი მოერგოს
- იყოს დაბალანსებული
- რაციონალურად განთავსდება

ჩვენმა ჩინელმა კოლეგებმა ეს უკვე ნაწილობრივ გააკეთეს ჩვენთვის. ასე რომ, მძიმე ბატარეის განყოფილება მოთავსებულია ცენტრში, ხოლო წამყვანი ბორბლები განლაგებულია დაახლოებით მის ქვეშ. ყველა სხვა დაფა მსუბუქი წონაა და შეიძლება განთავსდეს პერიფერიაზე.

ნიუანსი:

1. ნაკრებიდან შასს ბევრი ქარხნული ხვრელი აქვს, მაგრამ მაინც ვერ მივხვდი, რა ლოგიკაა მათში. ძრავები და ბატარეის ნაკრები უპრობლემოდ იყო დამაგრებული, შემდეგ „მორგება“ დაიწყო ახალი ხვრელების გაბურღით ამა თუ იმ დაფის დასამაგრებლად.
2. სპილენძის თაროები და სხვა შესაკრავები შესანახი ადგილებიდან დიდი დახმარება იყო (ზოგჯერ გვიწევდა მათი ამოღება).
3. თითოეული დაფიდან სამაგრები გავატარე დამჭერების მეშვეობით (ისევ ვიპოვე საცავში). ძალიან მოსახერხებელია, ყველა მავთული ლამაზად დევს და არ იკეცება.

ინდივიდუალური ბლოკები

ახლა მე გავივლი ბლოკები და მე გეტყვით პირადად თითოეულზე.

ბატარეის განყოფილება

ნათელია, რომ რობოტს უნდა ჰქონდეს ენერგიის კარგი წყარო. ვარიანტები შეიძლება განსხვავდებოდეს, მე ავირჩიე ვარიანტი 4 AA ბატარეით. საერთო ჯამში ისინი აძლევენ დაახლოებით 5 ვ-ს და ეს ძაბვა შეიძლება პირდაპირ იქნას გამოყენებული arduino დაფის 5V პინზე (სტაბილიზატორის გვერდის ავლით).

რა თქმა უნდა, მე მქონდა გარკვეული სიფრთხილე, მაგრამ ეს გამოსავალი საკმაოდ ეფექტურია.

იმის გამო, რომ ელექტროენერგია ყველგან არის საჭირო, მოხერხებულობისთვის მე გავაკეთე ორი კონექტორი რობოტის ცენტრში: ერთი "ანაწილებს" მიწას (მარჯვნივ), ხოლო მეორე - 5 ვ (მარცხნივ).

ძრავები და მძღოლი

პირველ რიგში, ძრავების დამონტაჟების შესახებ. სამონტაჟო არის ქარხნული, მაგრამ დამზადებულია დიდი ტოლერანტებით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ძრავებს შეუძლიათ რამდენიმე მილიმეტრის რყევა მარცხნივ და მარჯვნივ. ჩვენი ამოცანისთვის ეს არ არის კრიტიკული, მაგრამ ზოგან შეიძლება ჰქონდეს ეფექტი (რობოტი დაიწყებს გვერდზე გადასვლას). ყოველი შემთხვევისთვის ძრავებს მკაცრად პარალელურად დავაყენე და წებოთი დავაფიქსირე.

ძრავების გასაკონტროლებლად, როგორც ზემოთ დავწერე, გამოიყენება L298N დრაივერი. დოკუმენტაციის მიხედვით, მას აქვს სამი პინი თითოეული ძრავისთვის: ერთი სიჩქარის შესაცვლელად და წყვილი ქინძისთავები ბრუნვის მიმართულებისთვის. აქ არის ერთი მნიშვნელოვანი წერტილი. გამოდის, რომ თუ მიწოდების ძაბვა არის 5 ვ, მაშინ სიჩქარის კონტროლი უბრალოდ არ მუშაობს! ანუ ან საერთოდ არ ტრიალებს, ან მაქსიმუმზე გადადის. ეს ის თვისებაა, რამაც გამოიწვია რამდენიმე საღამოს „მოკვლა“. ბოლოს სადღაც ერთ-ერთ ფორუმზე აღმოვაჩინე ხსენება.

ზოგადად რომ ვთქვათ, რობოტის მობრუნებისას მჭირდებოდა ბრუნვის დაბალი სიჩქარე - ისე, რომ მას შეეძლო სივრცის სკანირება. მაგრამ, რადგან ამ აზრზე არაფერი გამომივიდა, სხვანაირად მომიწია ამის გაკეთება: პატარა შემობრუნება - გაჩერება - შემობრუნება - გაჩერება და ა.შ. ისევ არც ისე ელეგანტური, მაგრამ შესასრულებელი.

აქვე დავამატებ, რომ ყოველი დევნის შემდეგ რობოტი ირჩევს შემთხვევით მიმართულებას ახალი შემობრუნებისთვის (საათის ისრის მიმართულებით ან საათის ისრის საწინააღმდეგოდ).

ულტრაბგერითი სენსორი

ტექნიკის კიდევ ერთი ნაწილი, სადაც კომპრომისული გამოსავალი უნდა ვეძებოთ. ულტრაბგერითი სენსორი წარმოქმნის არასტაბილურ რიცხვებს რეალურ დაბრკოლებებზე. სინამდვილეში, ეს მოსალოდნელი იყო. იდეალურ შემთხვევაში, ის მუშაობს სადღაც შეჯიბრებებზე, სადაც არის გლუვი, თანაბარი და პერპენდიკულარული ზედაპირები, მაგრამ თუ ვინმეს ფეხები "ციმციმებს" მის წინ, საჭიროა დამატებითი დამუშავების დანერგვა.

როგორც ასეთი დამუშავება დავაყენე მედიანური ფილტრი სამი პუნქტისთვის. რეალურ ბავშვებზე ჩატარებული ტესტების საფუძველზე (ტესტების დროს არცერთი ბავშვი არ დაშავებულა!) სავსებით საკმარისი აღმოჩნდა მონაცემების ნორმალიზებისთვის. აქ ფიზიკა მარტივია: ჩვენ გვაქვს სიგნალები ასახული საჭირო ობიექტები (საჭირო მანძილის მიცემა) და ასახული უფრო შორიდან, მაგალითად, კედლები. ეს უკანასკნელი არის შემთხვევითი ემისიები გაზომვით 45, 46, 230, 46, 46, 45, 45, 310, 46... სწორედ მათ წყვეტს მედიანური ფილტრი.

ყველა დამუშავების შემდეგ ვიღებთ მანძილს უახლოეს ობიექტამდე. თუ ის გარკვეულ ზღურბლზე ნაკლებია, მაშინ ჩართავთ სიგნალიზაციას და მივდივართ პირდაპირ "შემოჭრილისკენ".

ციმციმი და სირენა

ალბათ ყველა ზემოთ ჩამოთვლილიდან ყველაზე მარტივი ელემენტები. ისინი შეგიძლიათ იხილოთ ზემოთ მოცემულ ფოტოებში. აქ ტექნიკის შესახებ არაფერია დასაწერი, ასე რომ, ახლა მოდით გადავიდეთ კოდი.

საკონტროლო პროგრამა

მე ვერ ვხედავ კოდის დეტალურად აღწერის აზრს, ვის სჭირდება ეს - ბმული არის სტატიის ბოლოს, იქ ყველაფერი საკმაოდ იკითხება. მაგრამ კარგი იქნებოდა ზოგადი სტრუქტურის ახსნა.

პირველი, რაც უნდა გვესმოდეს, იყო ის, რომ რობოტი არის რეალურ დროში მოწყობილობა. უფრო სწორედ, რომ გავიხსენოთ, რადგან ადრეც და ახლაც ელექტრონიკაში ვმუშაობ. ასე რომ, ჩვენ მაშინვე ვივიწყებთ გამოწვევას დაგვიანება (), რომლის გამოყენებაც უყვართ ესკიზების მაგალითებში და რომელიც უბრალოდ „აყინავს“ პროგრამას განსაზღვრული დროის განმავლობაში. ამის ნაცვლად, როგორც გამოცდილი ადამიანები გვირჩევენ, ჩვენ შემოგთავაზებთ ტაიმერებს თითოეული ბლოკისთვის. საჭირო ინტერვალი გავიდა - მოქმედება შესრულდა (გაიზარდა LED-ის სიკაშკაშე, ჩართვა ძრავა და ა.შ.).

ტაიმერები შეიძლება ერთმანეთთან იყოს დაკავშირებული. მაგალითად, ტვიტერი მუშაობს სინქრონულად ფლეშერთან. ეს ცოტათი ამარტივებს პროგრამას.

ბუნებრივია, ყველაფერს ვყოფთ ცალკეულ ფუნქციებად (ნათების მოციმციმე, ხმა, მოქცევა, წინსვლა და ა.შ.). თუ ამას არ გააკეთებთ, მაშინ ვერ შეძლებთ გაარკვიოთ რა საიდან და საიდან მოდის.

პედაგოგიკის ნიუანსი

საღამოობით თავისუფალ დროს ყველაფერს ვაკეთებდი ზემოთ. მშვიდად, დაახლოებით სამი კვირა გავატარე რობოტზე. ეს შეიძლებოდა აქ დასრულებულიყო, მაგრამ მეც დაგპირდი, რომ ბავშვთან მუშაობის შესახებ მოგიყვებოდი. რა შეიძლება გაკეთდეს ამ ასაკში?

იმუშავეთ ინსტრუქციის მიხედვით

ჩვენ ჯერ ცალ-ცალკე შევამოწმეთ თითოეული დეტალი - LED-ები, ტვიტერი, ძრავები, სენსორები და ა.შ. მზა მაგალითების დიდი რაოდენობა არსებობს - ზოგი პირდაპირ დეველოპერულ გარემოშია, ზოგი კი ინტერნეტშია. ეს რა თქმა უნდა მახარებს. ჩვენ ვიღებთ კოდს, ვაკავშირებთ ნაწილს, დავრწმუნდებით, რომ ის მუშაობს, შემდეგ ვიწყებთ მის შეცვლას ჩვენი ამოცანის შესაბამისად. ბავშვი აკავშირებს სქემის მიხედვით და ჩემი მეთვალყურეობის ქვეშ. Კარგია. თქვენ ასევე უნდა შეძლოთ მკაცრად იმუშაოთ ინსტრუქციის მიხედვით.

სამუშაოს თანმიმდევრობა („კონკრეტულიდან ზოგადამდე“)

ეს რთული წერტილია. თქვენ უნდა გაიგოთ, რომ დიდი პროექტი („რობოტის შექმნა“) შედგება მცირე ამოცანებისაგან („შეაერთეთ სენსორი“, „დააერთეთ ძრავები“...) და ისინი, თავის მხრივ, უფრო მცირე ნაბიჯებისგან შედგება („იპოვეთ პროგრამა", "დააკავშირე დაფა." ", "ჩამოტვირთე firmware"...). ქვედა დონის მეტ-ნაკლებად გასაგები ამოცანების შესრულებით ჩვენ „ვხურავთ“ საშუალო დონის ამოცანებს და მათგან ყალიბდება საერთო შედეგი. ავუხსენი, მაგრამ მგონი რეალიზება მალე არ მოვა. სადღაც, ალბათ, მოზარდობის ასაკში.

მონტაჟი

ბურღვა, ძაფები, ხრახნები, თხილი, შედუღება და როზინის სუნი - სად ვიქნებოდით მის გარეშე? ბავშვმა მიიღო საბაზისო უნარი "მუშაობა გამაგრილებელთან" - მან მოახერხა რამდენიმე კავშირის შედუღება (ცოტათი დავეხმარე, არ დავმალავ). არ დაივიწყოთ უსაფრთხოების ახსნა.

კომპიუტერთან მუშაობა

მე დავწერე პროგრამა რობოტისთვის, მაგრამ მაინც მოვახერხე რამდენიმე ხელსაყრელი შედეგის მიღწევა.

პირველი: ინგლისური. სკოლაში ახლახან დაიწყეს, ამიტომ ჩვენ ვცდილობდით გაგვერკვია, რა იყო პიშალკა, მიგალკა, იარკოსტი და სხვა ტრანსლიტერაციები. მაინც გავიგეთ ეს. მე განზრახ არ გამოვიყენე მშობლიური ინგლისური სიტყვები, რადგან ჩვენ ჯერ არ მივაღწიეთ ამ დონეს.

მეორე: ეფექტური მუშაობა. ჩვენ ვასწავლეთ ცხელი კლავიშების კომბინაციები და სტანდარტული ოპერაციების სწრაფად შესრულება. პერიოდულად, როცა პროგრამას ვწერდით, მე და ჩემი შვილი ვცვლიდით ადგილებს და ვამბობდი, რაც უნდა გაეკეთებინა (ჩანაცვლება, ძებნა და ა.შ.). ისევ და ისევ მომიწია გამეორება: „ორმაგი დაწკაპუნებით აირჩიეთ“, „დააჭირეთ Shift“, „დააჭირეთ Ctrl“ და ა.შ. აქ სწავლის პროცესი არ არის სწრაფი, მაგრამ ვფიქრობ, რომ უნარ-ჩვევები თანდათან დაგროვდება „ქვეკორტექსში“.

დამალული ტექსტიშეიძლება ითქვას, რომ ზემოაღნიშნული თითქმის აშკარაა. მაგრამ, მართალი გითხრათ, ამ შემოდგომაზე მომეცა საშუალება მე-9 კლასში მესწავლა კომპიუტერული მეცნიერება ერთ სკოლაში. Საშინელებაა. სტუდენტებმა არ იციან ისეთი ძირითადი რამ, როგორიცაა Ctrl + Z, Ctrl + C და Ctrl + V, ტექსტის შერჩევა Shift-ის დაჭერისას ან სიტყვაზე ორჯერ დაწკაპუნებით და ა.შ. ეს იმის მიუხედავად, რომ კომპიუტერულ მეცნიერებაში მესამე კურსზე იყვნენ... დასკვნა თავად გამოიტანეთ.

მესამე: შეხებით აკრეფა. კოდში ჩაწერილი კომენტარები ბავშვს აკრიფა (დაე პრაქტიკოს). ხელები მაშინვე სწორად მოვათავსეთ, რომ თითებს თანდათან გაახსენდა გასაღებების მდებარეობა.

როგორც ხედავთ, ჩვენ ჯერ კიდევ ვიწყებთ. ჩვენ გავაგრძელებთ ჩვენი უნარებისა და ცოდნის დახვეწას; ისინი გამოადგებათ ცხოვრებაში.

სხვათა შორის, მომავალზე...

Შემდგომი განვითარება

რობოტი მზადდება, მართავს, აციმციმებს და რეკავს. Ახლა რა? მიღწეულით შთაგონებული, ვგეგმავთ მის შემდგომ დახვეწას. არსებობს იდეა დისტანციური მართვის პულტის გაკეთება - მთვარის როვერის მსგავსი. საინტერესო იქნებოდა დისტანციური მართვის პულტთან ჯდომა რობოტის მოძრაობის კონტროლი, რომელიც სულ სხვა ადგილას მოძრაობს. მაგრამ ეს სულ სხვა ამბავი იქნება...

და ბოლოს, ფაქტობრივად, ამ სტატიის გმირები (ვიდეო დაწკაპუნებით):

დიდი მადლობა!

→ კოდის ბმული

წყარო: www.habr.com