Arduino에서 최초의 로봇(로봇 “헌터”) 제작 경험

안녕하세요.

이 기사에서는 Arduino를 사용하여 첫 번째 로봇을 조립하는 과정을 설명하고 싶습니다. 이 자료는 저처럼 일종의 '자율주행 카트'를 만들고 싶은 초보자들에게도 도움이 될 것입니다. 이 기사는 다양한 뉘앙스에 대한 추가 작업 단계에 대한 설명입니다. 최종 코드(가장 이상적이지 않을 가능성이 높음)에 대한 링크는 기사 끝에 제공됩니다.

가능할 때마다 아들(8세)도 참여시켰습니다. 정확히 작동한 것과 작동하지 않은 것 - 기사의 일부를 이에 전념했으며 아마도 누군가에게 유용할 것입니다.

로봇에 대한 일반적인 설명

먼저 로봇 자체에 대한 몇 마디(생각). 처음에는 표준적인 것을 조립하고 싶지 않았습니다. 동시에 섀시, 엔진, 초음파 센서, 라인 센서, LED, 트위터 등 구성 요소 세트는 매우 표준이었습니다. 처음에는 자신의 영토를 지키는 이 "수프 세트"로 로봇이 발명되었습니다. 서클라인을 넘은 범인을 향해 달려갔다가 다시 중앙으로 돌아옵니다. 그러나 이 버전에는 항상 원 안에 머물기 위해 그려진 선과 추가 수학이 필요했습니다.

그래서 고민 끝에 조금 생각을 바꿔 '사냥꾼' 로봇을 만들기로 결정했습니다. 처음에는 축을 중심으로 회전하여 가까운 대상(사람)을 선택합니다. "먹이"가 감지되면 "사냥꾼"은 깜박이는 불빛과 사이렌을 켜고 먹이를 향해 달려가기 시작합니다. 사람이 멀어지거나 도망가면 로봇은 새로운 목표를 선택하고 추적하는 등의 작업을 수행합니다. 이러한 로봇은 제한된 원이 필요하지 않으며 개방된 공간에서 작업할 수 있습니다.

보시다시피 이것은 따라잡기 게임과 매우 흡사합니다. 결국 로봇은 충분히 빠르지는 않았지만 주변 사람들과 정직하게 상호 작용합니다. 특히 아이들이 좋아합니다. 기술디자인의 대중화를 위한 좋은 해법이라고 생각합니다.

로봇 구조

그래서 우리는 아이디어를 결정했습니다. 공들여 나열한 것. 요소 목록은 로봇이 무엇을 할 수 있어야 하는지에 따라 구성됩니다. 여기에 있는 모든 내용은 매우 명확하므로 즉시 번호 매기기를 살펴보겠습니다.

로봇의 "두뇌"는 Arduino uno 보드(1)입니다. 중국에서 주문한 세트에요. 우리의 목적으로는 충분합니다(사용된 핀 수에 중점을 둡니다). 동일한 키트에서 우리는 두 개의 구동 휠(2)과 하나의 후면(자유 회전)(3)이 부착된 기성 섀시(4)를 가져왔습니다. 키트에는 기성품 배터리함(5)도 포함되어 있습니다. 로봇 전면에는 초음파 센서(HC-SR04)(6)가 있고 후면에는 모터 드라이버(L298N)(7)가 있으며 중앙에는 LED 플래셔(8)가 있고 약간의 측면에는 트위터(9)가 있습니다.

레이아웃 단계에서는 다음을 살펴봅니다.

- 모든 것이 맞도록
- 균형을 이루다
- 합리적으로 배치

우리 중국 동료들은 이미 우리를 위해 부분적으로 이 작업을 수행했습니다. 따라서 무거운 배터리 함은 중앙에 배치되고 구동 휠은 대략 그 아래에 위치합니다. 다른 모든 보드는 가볍고 주변에 배치할 수 있습니다.

뉘앙스 :

1. 키트의 섀시에는 많은 공장 구멍이 있지만 여전히 그 안에 논리가 무엇인지 파악하지 못했습니다. 엔진과 배터리 팩이 문제 없이 고정된 다음, 이 보드나 저 보드를 고정하기 위해 새 구멍을 뚫는 것으로 "조정"이 시작되었습니다.
2. 보관 장소에 있는 황동 선반과 기타 고정 장치가 큰 도움이 되었습니다(때때로 꺼내야 했습니다).
3. 클램프를 통해 각 보드의 버스바를 통과시켰습니다(다시 창고에서 찾았습니다). 매우 편리합니다. 모든 전선이 잘 놓여 있고 매달리지 않습니다.

개별 블록

이제 내가 겪어볼게 블록 각각에 대해 개인적으로 말씀 드리겠습니다.

배터리 함

로봇이 좋은 에너지원을 가지고 있어야 한다는 것은 분명합니다. 옵션은 다를 수 있는데 저는 AA 배터리 4개가 포함된 옵션을 선택했습니다. 전체적으로 약 5V를 제공하며 이 전압은 안정 장치를 우회하여 Arduino 보드의 5V 핀에 직접 적용될 수 있습니다.

물론 약간의 주의가 필요했지만 이 솔루션은 상당히 실행 가능합니다.

모든 곳에서 전원이 필요하므로 편의상 로봇 중앙에 두 개의 커넥터를 만들었습니다. 하나는 접지(오른쪽)를 "분배"하고 두 번째는 5V(왼쪽)입니다.

모터 및 드라이버

먼저 엔진 장착에 대해 설명합니다. 마운트는 공장에서 제작되지만 공차가 큽니다. 즉, 엔진이 좌우로 몇 밀리미터 정도 흔들릴 수 있습니다. 우리 작업에서는 이것이 중요하지 않지만 일부 장소에서는 영향을 미칠 수 있습니다(로봇이 옆으로 움직이기 시작합니다). 만일을 대비해 엔진을 엄격하게 평행하게 설정하고 접착제로 고정했습니다.

위에서 쓴 것처럼 모터를 제어하려면 L298N 드라이버가 사용됩니다. 문서에 따르면 각 모터에는 5개의 핀이 있습니다. 하나는 속도 변경용이고 다른 하나는 회전 방향용 핀입니다. 여기에는 한 가지 중요한 점이 있습니다. 공급 전압이 XNUMXV이면 속도 제어가 작동하지 않는 것으로 나타났습니다! 즉, 전혀 회전하지 않거나 최대로 회전합니다. 이것이 제가 며칠 저녁을 "죽이게" 만든 기능입니다. 결국 포럼 중 하나에서 언급을 발견했습니다.

일반적으로 로봇을 회전시킬 때 공간을 스캔할 시간을 갖기 위해서는 낮은 회전 속도가 필요했습니다. 하지만 이 아이디어에서 아무것도 나오지 않았기 때문에 작은 회전-중지-회전-중지 등을 다르게 수행해야 했습니다. 다시 말하지만, 그렇게 우아하지는 않지만 실행 가능합니다.

또한 각 추적 후에 로봇이 새로운 회전을 위해 임의의 방향(시계 방향 또는 시계 반대 방향)을 선택한다는 점을 여기에 추가하겠습니다.

초음파 센서

타협 솔루션을 찾아야 했던 또 다른 하드웨어 부분입니다. 초음파 센서는 실제 장애물에 대해 불안정한 숫자를 생성합니다. 사실 이건 예상했던 일이다. 이상적으로는 매끄럽고 균일하며 수직인 표면이 있는 대회 어딘가에서 작동하지만 누군가의 다리가 앞에서 "번쩍이는" 경우 추가 처리가 도입되어야 합니다.

그런 처리로 나는 설정했다. 중앙값 필터 세 가지 카운트에 대해. 실제 어린이를 대상으로 한 테스트에 따르면(테스트 중에 어린이에게 피해가 발생하지 않았습니다!) 데이터를 정규화하는 데 매우 충분한 것으로 나타났습니다. 여기서의 물리학은 간단합니다. 신호가 반사되어 있습니다. 필요한 물체(필요한 거리 제공)와 벽과 같이 더 먼 물체에서 반사됩니다. 후자는 45, 46, 230, 46, 46, 45, 45, 310, 46... 중앙 필터가 차단되는 것이 바로 이것입니다.

모든 처리가 끝나면 가장 가까운 물체까지의 거리를 얻습니다. 특정 임계값보다 작으면 경보를 켜고 "침입자"를 향해 직진합니다.

자동 점멸 장치 및 사이렌

아마도 위의 모든 요소 중 가장 간단한 요소일 것입니다. 위 사진에서 볼 수 있습니다. 여기에는 하드웨어에 관해 쓸 내용이 없으므로 이제 다음으로 넘어가겠습니다. 암호.

제어 프로그램

코드를 자세히 설명하는 요점이 누구에게 필요한지 알 수 없습니다. 링크는 기사 끝 부분에 있으며 거기에서 모든 것을 읽을 수 있습니다. 그러나 일반적인 구조를 설명하는 것이 좋을 것입니다.

우리가 가장 먼저 이해해야 했던 것은 로봇이 실시간 장치라는 것이었습니다. 더 정확하게는 기억해야 할 것은 이전과 현재 모두 전자 제품 분야에서 일하고 있기 때문입니다. 그래서 우리는 도전을 즉시 잊어버립니다. 지연(), 그들은 예제 스케치에 사용하기를 좋아하며 특정 기간 동안 프로그램을 단순히 "정지"합니다. 대신, 숙련된 사람들의 조언에 따라 각 블록마다 타이머를 도입합니다. 필요한 간격이 경과했습니다. 작업이 수행되었습니다(LED 밝기 증가, 엔진 켜기 등).

타이머는 서로 연결될 수 있습니다. 예를 들어 트위터는 플래셔와 동시에 작동합니다. 이는 프로그램을 약간 단순화시킵니다.

당연히 우리는 모든 것을 별도의 기능(번쩍이는 불빛, 소리, 회전, 앞으로 이동 등)으로 분해합니다. 이렇게 하지 않으면 무엇이 어디서, 어디서 오는지 알 수 없습니다.

교육학의 뉘앙스

나는 저녁 자유시간에 위에서 설명한 모든 일을 했습니다. 여유롭게 로봇과 함께 XNUMX주 정도 시간을 보냈습니다. 여기서 끝날 수도 있었지만 아이와 함께 일하는 것에 대해서도 말씀 드리겠다고 약속했습니다. 이 나이에 무엇을 할 수 있습니까?

지시에 따라 작업

먼저 LED, 트위터, 모터, 센서 등 각 세부 사항을 개별적으로 확인했습니다. 이미 만들어진 예제가 많이 있습니다. 일부는 개발 환경에 있고 다른 일부는 인터넷에서 찾을 수 있습니다. 이것은 확실히 나를 행복하게 만듭니다. 우리는 코드를 가져와 부품을 연결하고 작동하는지 확인한 다음 작업에 맞게 변경하기 시작합니다. 아이는 나의 감독 하에 도표에 따라 연결을 만듭니다. 이것은 좋다. 또한 지침에 따라 엄격하게 작업할 수 있어야 합니다.

작업 순서(“특정에서 일반으로”)

이것은 어려운 점이다. 큰 프로젝트(“로봇 만들기”)는 작은 작업(“센서 연결”, “모터 연결”...)으로 구성되고, 이 작업은 더 작은 단계(“로봇 찾기”)로 구성된다는 점을 배워야 합니다. 프로그램,” “보드 연결”, “펌웨어 다운로드”...). 하위 수준의 다소 이해하기 쉬운 작업을 수행함으로써 중간 수준의 작업을 "종료"하고 그로부터 전반적인 결과가 형성됩니다. 설명했지만, 실현이 빨리 이루어지지는 않을 것 같습니다. 아마도 청소년기 어딘가에있을 것입니다.

설치

드릴링, 실, 나사, 너트, 납땜 및 로진 냄새 - 그것이 없다면 우리는 어디에 있을까요? 그 아이는 "납땜 인두 작업"의 기본 기술을 받았습니다. 그는 여러 연결부를 납땜하는 데 성공했습니다(조금 도움을 주었지만 숨기지 않겠습니다). 안전 설명을 잊지 마세요.

컴퓨터 작업

나는 로봇을 위한 프로그램을 작성했지만 여전히 좋은 결과를 얻었습니다.

첫째: 영어. 학교에서 막 시작했기 때문에 우리는 pishalka, migalka, yarkost 및 기타 음역이 무엇인지 알아내려고 애쓰고 있었습니다. 적어도 우리는 이것을 이해했습니다. 아직 이 수준에 도달하지 않았기 때문에 일부러 원어민 영어 단어를 사용하지 않았습니다.

둘째: 효율적인 작업. 우리는 단축키 조합과 표준 작업을 빠르게 수행하는 방법을 가르쳤습니다. 주기적으로 프로그램을 작성할 때 아들과 나는 자리를 바꿔가며 해야 할 일(교체, 검색 등)을 말했습니다. "두 번 클릭 선택", "Shift 누르기", "Ctrl 누르기" 등을 반복해서 반복해야 했습니다. 여기서 학습 과정은 빠르지는 않지만 기술은 점차적으로 "피질하"에 축적될 것이라고 생각합니다.

숨겨진 텍스트위의 내용은 거의 당연하다고 할 수 있습니다. 하지만 솔직히 이번 가을에 한 학교에서 9학년 때 컴퓨터 과학을 가르칠 기회가 있었습니다. 그건 정말 나쁘다. 학생들은 Ctrl + Z, Ctrl + C, Ctrl + V, Shift를 누른 채 텍스트를 선택하거나 단어를 두 번 클릭하는 등의 기본적인 사항을 모릅니다. 이것은 그들이 컴퓨터 과학을 공부하는 XNUMX년차라는 사실에도 불구하고... 스스로 결론을 도출해 보세요.

셋째: 터치 타이핑. 나는 코드에 있는 주석을 아이에게 입력하도록 맡겼습니다(연습하게 놔두었습니다). 우리는 손가락이 점차적으로 키의 위치를 ​​기억할 수 있도록 즉시 손을 올바르게 배치했습니다.

보시다시피, 우리는 아직 시작 단계에 있습니다. 우리는 계속해서 우리의 기술과 지식을 연마할 것이며, 그것들은 인생에서 유용할 것입니다.

그런데, 미래에 대해서...

추가 개발

로봇이 만들어지고, 운전하고, 깜박이고, 경고음이 울립니다. 지금은 무엇입니까? 우리가 달성한 성과에 영감을 받아 이를 더욱 개선할 계획입니다. 달 탐사선처럼 리모콘을 만드는 아이디어도 있습니다. 전혀 다른 곳에서 운전하고 있는 로봇의 움직임을 리모콘에 앉아 조종해 보는 것도 재미있을 것 같다. 그러나 그것은 다른 이야기가 될 것입니다 ...

그리고 실제로 이 기사의 주인공은 다음과 같습니다(동영상 클릭).

감사합니다!

→ 코드 링크

출처 : habr.com