你好
在这篇文章中，我想描述使用 Arduino 组装我的第一个机器人的过程。 这些材料对于像我这样想要制作某种“自动运行的购物车”的初学者很有用。 这篇文章描述了我对各种细微差别的补充的工作阶段。 文章末尾给出了最终代码（很可能不是最理想的）的链接。
只要有可能，我都会让我的儿子（8 岁）参与其中。 到底什么对它有效，什么无效——我已经专门用了这篇文章的一部分来讨论这个问题，也许它对某人有用。
机器人的一般描述
首先，简单介绍一下机器人本身（这个想法）。 我一开始并不想组装一些标准的东西。 同时，这套组件非常标准——底盘、发动机、超声波传感器、线路传感器、LED、高音扬声器。 最初，机器人就是从这套“汤具”中发明出来的，用来守护自己的领地。 他向越过圆圈线的违规者驶去，然后返回中心。 然而，这个版本需要一条画线，加上额外的数学运算才能始终留在圆圈中。
因此，经过一番思考，我改变了想法，决定做一个“猎人”机器人。 一开始，它绕轴旋转，选择附近的目标（人）。 如果检测到“猎物”，“猎人”就会打开闪光灯和警报器，并开始向它驶去。 当人走开/逃跑时，机器人会选择一个新目标并追逐它，依此类推。 这样的机器人不需要有限的圈子，可以在空旷的地方工作。
正如您所看到的，这很像一场追赶游戏。 尽管最终机器人的速度不够快，但它诚实地与周围的人互动。 小孩子特别喜欢（但有时又好像要踩到一样，心跳加速……）。 我认为这是普及技术设计的一个很好的解决方案。
机器人结构
所以，我们已经决定了这个想法，让我们继续吧 布局。 元素列表由机器人应该能够执行的操作组成。 这里的一切都很明显，所以让我们立即看一下编号：
机器人的“大脑”是一块 arduino uno 板 (1)； 是从中国订购的一套。 对于我们的目的来说，这已经足够了（我们关注的是使用的引脚数量）。 我们从同一套件中取出了一个现成的底盘 (2)，其上连接有两个驱动轮 (3) 和一个后轮（可自由旋转）(4)。 该套件还包括一个现成的电池盒 (5)。 机器人前面有一个超声波传感器（HC-SR04）（6），后面有一个电机驱动器（L298N）（7），中间有一个LED闪光灯（8），还有一个小侧面有一个高音扬声器（9）。
在布局阶段，我们查看：
- 以便一切都合适
- 保持平衡
- 合理布局
我们的中国同事已经为我们做了部分工作。 因此，笨重的电池舱被放置在中央，驱动轮大约位于其下方。 所有其他板都很轻，可以放置在外围。
细微差别：
- 套件中的底盘有很多工厂孔，但我仍然没有弄清楚它们的逻辑是什么。 发动机和电池组的固定没有问题，然后“调整”开始，钻新孔以固定这个或那个板。
- 存储区域的黄铜架和其他紧固件很有帮助（有时我们不得不把它们拿出来）。
- 我将每块板上的母线穿过夹具（再次，我在储藏室中找到了它们）。 非常方便，所有电线都很好地放置，不会晃动。
单独的块
现在我将通过 块 我会亲自告诉你每一个。
电池仓
显然，机器人必须拥有良好的能源。 选项可能有所不同，我选择了 4 节 AA 电池的选项。 它们总共提供大约 5V 电压，并且该电压可以直接施加到 arduino 板的 5V 引脚（绕过稳定器）。
当然，我有一些谨慎，但这个解决方案是相当可行的。
由于到处都需要电源，为了方便起见，我在机器人的中心制作了两个连接器：一个“分配”地面（右侧），第二个 - 5 V（左侧）。
电机及驱动器
首先，关于安装发动机。 该安装座是工厂制造的，但具有较大的公差。 换句话说，发动机可能左右摆动几毫米。 对于我们的任务来说，这并不重要，但在某些地方它可能会产生影响（机器人将开始向侧面移动）。 为了以防万一，我将发动机严格平行设置并用胶水固定。
正如我上面所写，为了控制电机，使用了 L298N 驱动器。 根据文档，每个电机都有三个引脚：一个用于改变速度，一对引脚用于旋转方向。 这里有一点很重要。 事实证明，如果电源电压为 5 V，那么速度控制根本不起作用！ 也就是说，要么根本不转，要么转到最大。 这个功能让我“消磨”了好几个晚上。 最后，我在一个论坛上的某处发现了一个提及。
一般来说，我在转动机器人时需要较低的转速，以便它有时间扫描空间。 但是，由于这个想法没有任何结果，我不得不采取不同的做法：一个小转弯 - 停止 - 转弯 - 停止，等等。同样，不是那么优雅，但可行。
我还要在这里补充一点，每次追逐后，机器人都会选择一个随机方向进行新的转弯（顺时针或逆时针）。
超声波传感器
我们必须寻找折衷解决方案的另一个硬件。 超声波传感器在真实障碍物上产生不稳定的数字。 事实上，这是预料之中的。 理想情况下，它可以在比赛中光滑、均匀和垂直的表面上发挥作用，但如果有人的腿在它面前“闪现”，就需要引入额外的处理。
这样的处理我设置 三项罪名。 基于对真实儿童的测试（测试期间没有儿童受到伤害！），事实证明这足以使数据标准化。 这里的物理原理很简单：我们有从 权 物体（给出所需的距离）并从更远的物体（例如墙壁）反射。 后者是 45、46 形式的测量中的随机发射， 230，46 46，45 45 310、 46... 中值滤波器滤除的就是这些。
经过所有处理后，我们得到了到最近物体的距离。 如果小于某个阈值，那么我们就会打开警报，径直驶向“入侵者”。
闪光器和警报器
也许是上述所有元素中最简单的元素。 它们可以在上面的照片中看到。 这里没有什么可写的，所以现在让我们继续讨论硬件 代码.
控制程序
我不认为详细描述代码有什么意义，谁需要它 - 链接位于文章末尾，那里的所有内容都非常可读。 但最好能解释一下一般结构。
我们必须了解的第一件事是机器人是实时设备。 更准确地说，要记住，因为以前和现在我仍然从事电子行业工作。 所以，我们立即忘记了挑战 延迟（），他们喜欢在示例草图中使用它，并且它只是将程序“冻结”指定的时间段。 相反，正如经验丰富的人建议的那样，我们为每个块引入计时器。 所需的时间间隔已过 - 操作已执行（增加 LED 的亮度、打开引擎等）。
定时器可以互连。 例如，高音扬声器与闪光灯同步工作。 这稍微简化了程序。
自然地，我们将一切分解为单独的功能（闪光灯、声音、转弯、前进等）。 如果你不这样做，那么你将无法弄清楚什么来自何处以及来自何处。
教育学的细微差别
我在晚上的空闲时间做了上述所有事情。 悠闲地，我在机器人上度过了大约三个星期的时间。 这本来可以结束，但我也答应告诉你有关与孩子一起工作的事情。 这个年纪能做什么呢？
按照指示工作
我们首先分别检查每个细节 - LED、高音扬声器、电机、传感器等。有大量现成的示例 - 一些在开发环境中，其他可以在互联网上找到。 这当然让我很高兴。 我们获取代码，连接部件，确保其工作正常，然后开始更改它以适应我们的任务。 孩子在我的监督下根据图表进行连接。 这很好。 您还需要能够严格按照指示进行工作。
工作顺序（“从特殊到一般”）
这是一个难点。 您需要了解一个大项目（“制造机器人”）由小任务（“连接传感器”、“连接电机”...）组成，而这些任务又由更小的步骤组成（“找到一个机器人”）。程序，”“连接板。””，“下载固件”...）。 通过执行或多或少可以理解的较低级别的任务，我们“关闭”中层的任务，并由此形成总体结果。 我解释过，但我认为不会很快实现。 大概是在青春期的某个地方。
安装
钻孔、螺纹、螺钉、螺母、焊接和松香的气味——如果没有它们，我们会怎样？ 孩子获得了“使用烙铁工作”的基本技能 - 他成功焊接了几个连接（我帮了一点忙，我不会隐藏它）。 不要忘记安全说明。
电脑工作
我为机器人编写了程序，但仍然取得了一些令人满意的结果。
第一：英语。 他们在学校刚刚开始学习，所以我们很难弄清楚 pishalka、migalka、yarkost 和其他音译是什么。 至少我们明白这一点。 我故意不使用母语英语单词，因为我们还没有达到这个水平。
第二：高效工作。 我们教授热键组合以及如何快速执行标准操作。 当我们编写程序时，我和儿子会定期交换位置，我说需要做什么（替换、搜索等）。 我不得不一遍又一遍地重复：“双击选择”、“按住Shift”、“按住Ctrl”等等。 这里的学习过程并不快，但我认为技能会逐渐沉积在“皮层下”。
隐藏文字可以说，上面的内容几乎是显而易见的。 但是，说实话，今年秋天我有机会在一所学校教九年级的计算机科学。 那太糟了。 学生不知道 Ctrl + Z、Ctrl + C 和 Ctrl + V、按住 Shift 的同时选择文本或双击单词等基本知识。 尽管事实上他们已经是学习计算机科学的第三年了……得出你自己的结论。
第三：盲打。 我把代码中的注释委托给孩子去敲（让他练习）。 我们立即正确地放置了双手，使手指逐渐记住了琴键的位置。
正如您所看到的，我们才刚刚开始。 我们将继续磨练我们的技能和知识；它们将对生活有用。
顺便说一句，关于未来……
进一步发展
机器人被制造出来，可以驱动、闪烁和发出蜂鸣声。 现在怎么办？ 受到我们所取得成就的启发，我们计划进一步完善它。 有一个想法是制作一个遥控器——就像月球车一样。 坐在遥控器前控制在完全不同的地方行驶的机器人的运动会很有趣。 但这将是一个不同的故事......
最后，其实就是本文的英雄（视频点击）：
谢谢你！
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来源： habr.com