你好
在這篇文章中，我想描述使用 Arduino 組裝我的第一個機器人的過程。 這些材料對於像我這樣想要製作某種「自動運行的購物車」的初學者很有用。 這篇文章描述了我對各種細微差別的補充的工作階段。 文章末尾給出了最終程式碼（很可能不是最理想的）的連結。
只要有可能，我都會讓我的兒子（8 歲）參與其中。 到底什麼對它有效，什麼無效——我已經專門用了這篇文章的一部分來討論這個問題，也許它對某人有用。
機器人的一般描述
首先，簡單介紹一下機器人本身（這個想法）。 我一開始並不想組裝一些標準的東西。 同時，這套組件非常標準——底盤、引擎、超音波感測器、線路感測器、LED、高音揚聲器。 最初，機器人就是從這套「湯具」發明出來的，用來守護自己的領地。 他向越過圓圈線的違規者駛去，然後返回中心。 然而，這個版本需要一條畫線，加上額外的數學運算才能始終留在圓圈中。
因此，經過一番思考，我改變了想法，決定做一個「獵人」機器人。 一開始，它繞著軸旋轉，選擇附近的目標（人）。 如果偵測到“獵物”，“獵人”就會打開閃光燈和警報器，並開始向它駛去。 當人們走開/逃跑時，機器人會選擇一個新目標並追逐它，依此類推。 這樣的機器人不需要有限的圈子，可以在空曠的地方工作。
正如您所看到的，這很像一場追趕遊戲。 儘管最終機器人的速度不夠快，但它誠實地與周圍的人互動。 小孩特別喜歡（但有時好像要踩到一樣，心跳加速…）。 我認為這是普及技術設計的一個很好的解決方案。
機器人結構
所以，我們已經決定了這個想法，讓我們繼續吧 佈局。 元素列表由機器人應該能夠執行的操作組成。 這裡的一切都很明顯，所以讓我們立即看一下編號：
機器人的「大腦」是一塊 arduino uno 板 (1)； 是從中國訂購的一套。 對於我們的目的來說，這已經足夠了（我們關注的是使用的引腳數量）。 我們從同一套件中取出了一個現成的底盤 (2)，其上連接有兩個驅動輪 (3) 和一個後輪（可自由旋轉）(4)。 該套件還包括一個現成的電池盒 (5)。 機器人前面有超音波感測器（HC-SR04）（6），後面有一個馬達驅動器（L298N）（7），中間有一個LED閃光燈（8），還有一個小側面有一個高音揚聲器（9）。
在佈局階段，我們查看：
- 以便一切都合適
- 保持平衡
- 合理佈局
我們的中國同事已經為我們做了部分工作。 因此，笨重的電池艙被放置在中央，驅動輪大約位於其下方。 所有其他板都很輕，可以放置在外圍。
細微差別：
- 套件中的底盤有很多工廠孔，但我仍然沒有弄清楚它們的邏輯是什麼。 引擎和電池組的固定沒有問題，然後“調整”開始，鑽新孔以固定這個或那個板。
- 儲存區域的黃銅架和其他緊固件很有幫助（有時我們必須把它們拿出來）。
- 我將每塊板上的母線穿過夾具（再次，我在儲藏室中找到了它們）。 非常方便，所有電線都很好地放置，不會晃動。
單獨的區塊
現在我將通過 區塊 我會親自告訴你每一個。
電池倉
顯然，機器人必須擁有良好的能源。 選項可能有所不同，我選擇了 4 節 AA 電池的選項。 它們總共提供大約 5V 電壓，並且該電壓可以直接施加到 arduino 板的 5V 引腳（繞過穩定器）。
當然，我有一些謹慎，但這個解決方案是相當可行的。
由於到處都需要電源，為了方便起見，我在機器人的中心製作了兩個連接器：一個「分配」地面（右側），第二個 - 5 V（左側）。
馬達及驅動器
首先，關於安裝發動機。 此安裝座是工廠製造的，但具有較大的公差。 換句話說，引擎可能左右擺動幾毫米。 對於我們的任務來說，這並不重要，但在某些地方它可能會產生影響（機器人將開始向側面移動）。 為了以防萬一，我將引擎嚴格平行設定並用膠水固定。
正如我上面所寫，為了控制電機，使用了 L298N 驅動器。 根據文檔，每個馬達都有三個引腳：一個用於改變速度，一對引腳用於旋轉方向。 這裡有一點很重要。 事實證明，如果電源電壓為 5 V，那麼速度控制根本不起作用！ 也就是說，要嘛根本不轉，要嘛轉到最大。 這個功能讓我「消磨」了好幾個晚上。 最後，我在一個論壇上的某處發現了一個提及。
一般來說，我在轉動機器人時需要較低的轉速，以便它有時間掃描空間。 但是，由於這個想法沒有任何結果，我不得不採取不同的做法：一個小轉彎 - 停止 - 轉彎 - 停止，等等。同樣，不是那麼優雅，但可行。
我還要在這裡補充一點，每次追逐後，機器人都會選擇一個隨機方向進行新的轉彎（順時針或逆時針）。
超聲波傳感器
我們必須尋找折衷解決方案的另一個硬體。 超音波感測器在真實障礙物上產生不穩定的數字。 事實上，這是預料之中的。 理想情況下，它可以在比賽中光滑、均勻和垂直的表面上發揮作用，但如果有人的腿在它面前“閃現”，就需要引入額外的處理。
這樣的處理我設置 三項罪名。 基於對真實兒童的測試（測試期間沒有兒童受到傷害！），事實證明這足以使數據標準化。 這裡的物理原理很簡單：我們有從 必要的 物體（給出所需的距離）並從更遠的物體（例如牆壁）反射。 後者是 45、46 形式的測量中的隨機發射， 230，46，46，45，45， 310、 46... 中值濾波器濾除的就是這些。
經過所有處理後，我們得到了到最近物體的距離。 如果小於某個閾值，那麼我們就會打開警報，徑直駛向「入侵者」。
閃光器和警報器
也許是上述所有元素中最簡單的元素。 它們可以在上面的照片中看到。 這裡沒有什麼可寫的，所以現在讓我們繼續討論硬件 碼.
控製程式
我不認為詳細描述程式碼有什麼意義，誰需要它 - 連結位於文章末尾，那裡的所有內容都非常可讀。 但最好能解釋一下一般結構。
我們必須了解的第一件事是機器人是即時設備。 更準確地說，要記住，因為以前和現在我仍然從事電子業工作。 所以，我們立即忘了挑戰 延遲（），他們喜歡在範例草圖中使用它，並且它只是將程式「凍結」指定的時間段。 相反，正如經驗豐富的人建議的那樣，我們為每個區塊引入計時器。 所需的時間間隔已過 - 操作已執行（增加 LED 的亮度、開啟引擎等）。
定時器可以互連。 例如，高音揚聲器與閃光燈同步工作。 這稍微簡化了程序。
自然地，我們將一切分解為單獨的功能（閃光燈、聲音、轉彎、前進等）。 如果你不這樣做，那麼你將無法弄清楚什麼來自何處以及來自何處。
教育學的細微差別
我在晚上的空閒時間做了上述所有事情。 悠閒地，我在機器人上度過了大約三個星期的時間。 這本來可以結束，但我也答應告訴你有關與孩子一起工作的事情。 這個年紀能做什麼呢？
按照指示工作
我們首先分別檢查每個細節 - LED、高音揚聲器、馬達、感測器等。有大量現成的範例 - 一些在開發環境中，其他可以在網路上找到。 這當然讓我很高興。 我們獲取代碼，連接部件，確保其工作正常，然後開始更改它以適應我們的任務。 孩子在我的監督下根據圖表進行連接。 這很好。 您還需要能夠嚴格按照指示進行工作。
工作順序（“從特殊到一般”）
這是一個難點。 您需要了解一個大專案（「製造機器人」）由小任務（「連接感測器」、「連接馬達」...）組成，而這些任務又由更小的步驟組成（「找到一個機器人」）。程式，”“連接板。””，“下載韌體”...）。 透過執行或多或少可以理解的較低層級的任務，我們「關閉」中層的任務，並由此形成整體結果。 我解釋過，但我認為不會很快實現。 大概是在青春期的某個地方。
設備
鑽孔、螺紋、螺絲、螺帽、焊接和松香的氣味——如果沒有它們，我們會怎麼樣？ 孩子獲得了“使用烙鐵工作”的基本技能 - 他成功焊接了幾個連接（我幫了一點忙，我不會隱藏它）。 不要忘記安全說明。
電腦工作
我為機器人編寫了程序，但仍然取得了一些令人滿意的結果。
第一：英語。 他們在學校剛開始學習，所以我們很難弄清楚 pishalka、migalka、yarkost 和其他音譯是什麼。 至少我們明白這一點。 我故意不使用母語英語單詞，因為我們還沒有達到這個水平。
第二：高效率工作。 我們教授熱鍵組合以及如何快速執行標準操作。 當我們編寫程式時，我和兒子會定期交換位置，我說需要做什麼（替換、搜尋等）。 我必須一遍又一遍地重複：「雙擊選擇」、「按住Shift」、「按住Ctrl」等等。 這裡的學習過程並不快，但我認為技能會逐漸沉積在「皮層下」。
隱藏文字可以說，上面的內容幾乎是顯而易見的。 但是，說實話，今年秋天我有機會在一所學校教九年級的電腦科學。 那太糟了。 學生不知道 Ctrl + Z、Ctrl + C 和 Ctrl + V 等基本功能，不知道按住 Shift 的同時選擇文字或雙擊單字等。 儘管事實上他們已經是學習電腦科學的第三年了……得出你自己的結論。
第三：盲打。 我把程式碼中的註解委託給孩子去敲（讓他練習）。 我們立即正確地放置了雙手，使手指逐漸記住了琴鍵的位置。
正如您所看到的，我們才剛剛開始。 我們將繼續磨練我們的技能和知識；它們將對生活有用。
順便說一句，關於未來…
進一步的發展
機器人被製造出來，可以驅動、閃爍和發出蜂鳴聲。 現在怎麼辦？ 受到我們所取得成就的啟發，我們計劃進一步完善它。 有一個想法是製作一個遙控器——就像月球車一樣。 坐在遙控器前控制在完全不同的地方行駛的機器人的運動會很有趣。 但這將會是一個不同的故事...
最後，其實就是本文的英雄（影片點擊）：
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來源： www.habr.com