Сделать робота в домашних условиях самостоятельно? Легко! Робототехника: с чего начать изучение, где заниматься и каковы перспективы.
Робототехника - одно из перспективнейших направлений в сфере интернет-технологий, а то, что за ИТ-сферой будущее, в наше время и объяснять не надо. Кроме того, роботостроение может показаться занимательней прочего: сконструировать робота значит почти что создать новое существо, пусть и электронное, что, конечно же, привлекает. Впрочем, и в этой отрасли все может оказаться непросто, особенно на первых порах. Вместе с экспертами попытаемся разобраться, зачем нужна роботехника и как к ней подступиться.
Робототехника — одно из перспективнейших направлений в сфере интернет-технологий, а то, что за ИТ-сферой будущее, в наше время и объяснять не надо. Роботостроение — увлекательнейшая штука: сконструировать робота значит почти что создать новое существо, пусть и электронное.
С 60-х годов прошлого века автоматизированные и самоуправляющиеся устройства, делающие какую-либо работу за человека, стали использоваться для исследований и в производстве, затем в сфере услуг и с тех с каждым годом прочнее занимают свое место в жизни людей. Конечно, нельзя сказать, что в России все сплошь выполняется самостоятельными механизмами, однако определенный вектор в эту сторону точно намечается. Вот уже и Сбербанк планирует заменить три тысячи юристов умными машинами.
Вместе с экспертами попытаемся разобраться, зачем нужна роботехника и как к ней подступиться.
Чем отличается робототехника для детей от профессиональной?
Если коротко, то робототехника для детей направлена на изучение предмета, тогда как профессиональная - на решение конкретных задач. Если специалисты создают промышленные манипуляторы, выполняющие разные технологические задачи, или специализированные колесные платформы, то любители и дети, конечно же, занимаются вещами попроще.
Татьяна Волкова, сотрудник Центра интеллектуальной робототехники: «Как правило, с чего все начинают: разбираются с моторами и заставляют робота элементарно ехать вперед, потом - делать повороты. Когда робот выполняет команды движения, можно уже подключить датчик и сделать так, чтобы робот ехал на свет или, наоборот, «убегал» от него. А дальше идет любимая задача всех новичков: робот, который ездит по линии. Устраиваются даже различные гонки роботов».
Как понять, есть ли у ребенка склонность к робототехнике?
Для начала нужно купить конструктор и посмотреть, нравится ли ребенку собирать его. А дальше и в кружок можно отдать. Занятия помогут ему развить мелкую моторику, фантазию, пространственное восприятие, логику, концентрацию и терпеливость.
Чем быстрее получится определиться с направлением роботехники — конструирование, электроника, программирование — тем лучше. Все три области обширны и требуют отдельного изучения.
Александр Колотов, ведущий специалист STEM-программ в Университете Иннополис: «Если ребенку нравится собирать конструктор, то ему подойдёт конструирование. Если ему интересно изучать, как устроена вещь, то ему понравится заниматься электроникой. Если у ребенка тяга к математике, то его заинтересует программирование».
Когда начинать обучение робототехнике?
Начинать изучение и записываться в кружки лучше всего с детства, впрочем, не слишком рано — в 8-12 лет , говорят специалисты. Раньше ребенку сложнее уловить понятные абстракция, а позднее, в подростковом возрасте, у него могут появиться другие интересы, и он станет отвлекаться. Также ребенка необходимо мотивировать на изучение математики, чтобы ему было интересно и легко в будущем проектировать механизмы и схемы, составлять алгоритмы.
С 8-9 лет ребята уже могут понимать и запоминать, что такое резистор, светодиод, конденсатор, а позже и понятия из школьной физики осваивать с опережением школьной программы. Не важно, станут они специалистами в этой области или нет, полученные знания и навыки точно даром не пропадут.
В 14-15 лет нужно продолжать заниматься математикой, отодвинуть занятия в кружке по робототехнике на второй план и начать изучение программирования более серьезно - разбираться не только в сложных алгоритмах, но и в структурах хранения данных. Далее идут математический базис и знания в алгоритмизации, погружение в теорию механизмов и машин, проектирование электромеханической оснастки робототехнического устройства, реализацию алгоритмов автоматической навигации, алгоритмы компьютерного зрения и машинное обучение.
Александр Колотов: «Если в этот момент познакомить будущего специалиста с основами линейной алгебры, комплексным счислением, теорией вероятности и статистики, то к поступлению в вуз он уже будет хорошо представлять, зачем ему стоит обращать дополнительное внимание на эти предметы при получении высшего образования».
Какие конструкторы выбрать?
Для каждого возраста существуют свои образовательные программы, конструкторы и платформы, различающиеся степенью сложности. Можно найти как зарубежные, так и отечественные продукты. Есть дорогие наборы для робототехники (в районе 30 тыс. руб. и выше), есть и подешевле, совсем простые (в пределах 1-3 тыс. руб.).
Если ребенку 8-11 лет , можно купить конструкторы Lego или Fischertechnik (хотя, конечно, производители имеют предложения как для более младшего, так и для старшего возрастов). Конструктор Lego для робототехники обладает интересными деталями, яркими фигурками, он легок в сборке и снабжен подробной инструкцией. Серия конструкторов Fischertechnik для робототехники приближает к настоящему процессу разработки, здесь вам и провода, и штекеры, и визуальная среда программирования.
.jpg)
В 13-14 лет можно начать работать с ТРИК или модулями Arduino, которые, по словам Татьяны Волковой, является практически стандартом в области образовательной робототехники, а также Raspberry. ТРИК сложнее Lego, но легче Arduino и Raspberry Ri. Последние две уже требуют базовых навыков программирования.
Что еще потребуется изучить?
Программирование . Избежать его возможно только на первоначальном этапе, потом же без него никуда. Начать можно с Lego Mindstorms, Python, ROS (Robot Operating System).
Базовую механику. Начинать можно с поделок из бумаги, картона, бутылок, что важно и для мелкой моторики, и для общего развития. Самого простого робота можно сделать вообще из отдельных деталей (моторчики, провода, фотодатчик и одна несложная микросхема). Познакомиться с базовой механикой поможет «Мастерилка с папашей Шперхом».
Основы электроники. Для начала научиться собирать простые схемы. Для детей до восьми лет эксперты советуют конструктор «Знаток», дальше можно перейти к набору «Основы электроники. Начало».
Где заниматься робототехникой детям?
Если видите у ребенка интерес, можно отдать его в кружки и на курсы, хотя можно заниматься и самостоятельно. На курсах ребенок будет под руководством специалистов, сможет найти единомышленников, займется робототехникой на регулярной основе.
.jpg)
Также желательно сразу понять, чего хочется от занятий: участвовать в соревнованиях и бороться за призовые места, участвовать в проектной деятельности или просто заниматься для себя.
Алексей Колотов: «Для серьезных занятий, проектов, участия в соревнованиях нужно выбирать кружки, с небольшими группами по 6—8 человек и тренером, который приводит учеников к призовым местам на соревнованиях, который постоянно сам развивается и дает интересные задачи. Для занятий в виде хобби можно пойти в группы до 20 человек».
Как выбирать курсы для занятий робототехникой?
При записи на курсы обратите внимание на педагога , рекомендует коммерческий директор компании Promobot Олег Кивокурцев. «Бывают прецеденты, когда педагог просто отдает ребятам оборудование, а дальше занимайтесь кто чем хочет», — согласна с Олегом Татьяна Волкова. От таких занятий толку будет мало.
При выборе курсов также стоит обратить внимание и на имеющуюся материально-техническую базу . Есть ли там конструкторские наборы (не только Lego), имеется ли возможность писать программы, изучать механику и электронику, самому делать проекты. На каждую пару учащихся должен быть свой робототехнический комплект. Желательно с дополнительными деталями (колесами, шестернями, элементами каркаса), если хочется участвовать в соревнованиях. Если с одним набором работает сразу несколько команд то, скорее всего, никаких серьезных соревнования не предполагается.
Поинтересуйтесь, в каких соревнованиях участвует клуб робототехники . Помогают ли эти конкурсы закрепить полученные навыки и дают ли возможность для дальнейшего развития.
.jpg)
Соревнование Robocup 2014
Как изучать робототехнику самостоятельно?
Курсы требуют денег и времени. Если первого не хватает и регулярно ходить куда-либо не получится, можно заняться с ребенком самостоятельным изучением. Важно, чтобы родители обладали необходимой компетенцией в этой сфере: без помощи родителя, ребенку освоить робототехнику будет достаточно сложно, предостерегает Олег Кивокурцев.
Найдите материал для изучения. Их можно брать в Интернете, из заказываемых книг, на посещаемых конференциях, из журнала «Занимательная робототехника». Для самостоятельного изучения есть бесплатные онлайн-курсы, например, «Строим роботов и другие устройства на Arduino: от светофора до 3D-принтера».
Нужно ли изучать роботехнику взрослым?
Если Вы уже вышли из детского возраста, это не значит, что двери робототехники для Вас закрыты. Можно так же записаться на курсы или изучать ее самостоятельно.
Если человек решил заниматься этим как хобби, то путь его будет таким же, как у ребенка. Однако понятно, что дальше любительского уровня без профессионального образования (инженера-конструктора, программиста и электронщика) продвигаться вряд ли получится, хотя, конечно, устраиваться на стажировки в компании и упорно грызть гранит нового для вас направления никто не запрещает.
Олег Кивокурцев: «Взрослому будет проще освоить робототехнику, но важным фактором является время».
Для тех, у кого близкая специальность, но хочется переучиться, также есть разные курсы в помошь. Например, для специалистов по машинному обучению одойдет бесплатный онлайн-курс по вероятностной робототехнике «Искусственный интеллект в робототехнике». Также существуют образовательная программа Intel, просветительский проект «Лекториум», дистанционные курсы ИТМО. Не забудьте и про книги, например, есть много литературы для начинающих («Основы робототехники», «Введение в робототехнику», «Настольная книга робототехника»). Подберите то, что больше всего понятно и подходит вам.
Следует помнить, что серьезная работа отличается от любительского увлечения как минимум стоимостью затрат на оборудование и перечнем поставленных перед работником задач. Одно дело - своими руками собирать самого простого робота, совсем другое - заниматься, например, машинным зрением. Поэтому изучать основы конструирования, программирования и аппаратной инженерии все-таки лучше с ранних лет и впоследствии, если понравилось, поступать в профильный университет.
В какие вузы идти учиться?
.jpg)
Направления, связанные с робототехникой, можно найти в следующих вузах:
— Московский технологический университет (МИРЭА, МГУПИ, МИТХТ);
— Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана;
— Московский государственный технологический университет «Станкин»;
— Национальный исследовательский университет «МЭИ» (Москва);
— Сколковский институт науки и технологий (Москва);
— Московский государственный университет путей сообщения Императора Николая II;
— Московский государственный университет пищевых производств;
— Московский государственный университет леса;
— Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (СГУАП);
— Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО);
— Магнитогорский государственный технический университет;
— Омский Государственный технический университет;
— Саратовский государственный технический университет;
— Университет Иннополис (Республика Татарстан);
— Южно-Российский федеральный университет (Новочеркасский ГТУ).
Самое главное
Знать азы робототехники в скором времени может оказаться полезно и обывателям, а возможность стать специалистом в этой сфере выглядит очень перспективно, так что хотя бы попробовать себя в «роботостроительстве» определенно стоит.
Одним из очень трудоёмких и увлекательных занятий является постройка собственного робота.
Каждый, от подростка до взрослого, мечтает сделать или маленького и симпатичного, или большого и многофункционального робота, сколько людей столько различных модификаций робототехники. А вы хотите сделать робота?
Перед таким серьёзным проектом следует прежде убедиться в своих возможностях. Построение робота занятие не из дешевых и не самых простых. Подумайте, какого робота вы хотите сделать, какие функции он должен выполнять, возможно, это будет просто декоративный робот из старых деталей или это будет полнофункциональный робот со сложными, двигающимися механизмами.
Я встречал много народных умельцев, создающих декоративных роботов из старых, отработавших свой век механизмов, таких как часы, будильники, телевизоры, утюги, велосипеды, компьютеры и даже автомобили. Эти роботы делаются просто для красоты, они, как правило, оставляют очень яркие впечатления, особенно они, нравятся детям. Подросткам вообще интересны роботы как нечто загадочное, ещё неизведанное.
Детали декоративных роботов крепятся различными способами: на клею, сваркой, на винтах. В таком занятии лишних деталей не бывает в ход идут любые детали, от маленькой пружинки до самого большого болта. Роботы могут быть маленькими, настольными, а некоторые умельцы умудряются сделать декоративных роботов в человеческий рост.
Намного сложнее и не менее интересно сделать действующего робота. Не обязательно робот должен быть похож на человека, это может быть консервная банка с рожками и гусеницами:) тут можно проявлять фантазию до бесконечности.
Раньше роботы были в основном механические, все движения контролировались сложными механизмами. Сегодня большинство грубых механических узлов можно заменить на электрические схемы, а «мозгом» робота может быть всего одна микросхема, в которую через компьютер вводят нужные данные.
Сегодня компания «Лего» выпускает специальные наборы для конструирования роботов, пока такие конструкторы стоят дорого и доступны не всем.
Лично мне интересно сделать робота своими руками из подручных материалов. Самая большая проблема, возникающая при строительстве, это нехватка знаний в области электрики. Если по механике можно ещё что-то сделать без проблем, то с электрическими схемами дела обстоят сложнее, часто требуется совместить несколько разных электрических узлов, тут и начинаются сложности, но всё это поправимо. При создании робота могут возникнуть проблемы с электродвигателями, хорошие моторчики стоят дорого, приходится разбирать старые игрушки, это не очень удобно. Так же стали дефицитными многие радиодетали, всё больше техники делается на сложных микросхемах, а тут нужны серьёзные знания. Несмотря на все трудности многие из нас продолжают создавать удивительных роботов для самых разных целей. Роботы могут стирать, убирать пыль, чертить, двигать предметы, веселить нас или просто украшать рабочий стол.
На сайте я периодически буду публиковать фотографии своих новых роботов, если вас тоже интересует эта тема, то обязательно присылайте свои истории с фотографиями или напишите о своих изобретениях на форуме.
Как из разных материалов сделать робота в домашних условиях без соответствующего оборудования? Подобные вопросы все чаще стали появляться на различных блогах и форумах, посвященных изготовлению всевозможных приборов своими руками и робототехнике. Конечно же, сделать современного, многофункционального робота - практически невыполнимая задача в домашних условиях. Но сделать простейшего робота на одной микросхеме драйвера и используя несколько фотоэлементов вполне возможно. Сегодня не трудно найти в интернете схемы с подробным описанием этапов изготовления мини-роботов, умеющих реагировать на источники освещения и препятствия.
Получится весьма шустрый и мобильный робот, который будет прятаться в темноту, или двигаться на свет, или бежать от света, или же передвигаться в поисках света в зависимости от способа соединения микросхемы с моторами и фотоэлементами.
Можно даже добиться того, что Ваш сообразительный робот будет следовать только по светлой или, наоборот, темной линии,а можно сделать так, что мини-робот будет следовать за Вашей рукой - достаточно всего лишь добавить несколько ярких светодиодов в его схему!
На самом деле сделать несложного робота своими руками может даже новичок, который только начинает осваивать это ремесло. В этой статье мы рассмотрим вариант самодельного робота, реагирующего на препятствия и объезжающего их.
Перейдем сразу к делу. Для того,чтобы сделать домашнего робота,нам понадобятся следующие детали,которые вы без труда найдете под рукой:
1. 2-е батарейки и корпус под них;
2. Два моторчика (1,5 вольт каждый);
3. 2-а SPDT выключателя;
4. 3-и скрепки;
4. Шарик из пластика с отверстием;
5. Небольшой кусок одножильного провода.
Этапы изготовления домашнего робота:
1. Кусок провода нарезаем на 13 частей по шесть сантиметров и каждый с обеих сторон оголяем на 1 см.
Паяльником присоединяем к SPDT выключателям по 3 провода,а к моторчикам - по 2 провода;
2. Теперь берем корпус для батареек,с одной стороны которого от него отходят два разноцветных провода (скорее всего - черного и красного цветов). Нам нужно припаять еще один провод к другой стороне корпуса.
Теперь нужно развернуть корпус для батареек и приклеить оба SPDT выключателя к стороне с припаянным проводом в форме латинской буквы V;
3. После этого по обе стороны корпуса надо приклеить моторчики таким образом,чтобы они вращались вперёд.
Затем берем большую скрепку и разгибаем ее. Протаскиваем разогнутую скрепку через сквозное отверстие пластикового шарика и распрямляем концы скрепки параллельно друг к другу. Приклеиваем концы скрепки к нашей конструкции;
4. Как сделать домашнего робота так,чтобы он действительно мог объезжать препятствия? Важно спаять все установленные провода так,как изображено на фото;
5. Делаем антенны из разогнутых скрепок и приклеиваем их к SPDT выключателям;
6. Осталось вставить батарейки в корпус и домашний робот начнет движение, объезжая препятствия на своем пути.
Теперь Вы знаете, как сделать домашнего робота,который умеет реагировать на препятствия.
Как вы можете сами сделать робота с определенными принципами поведения? Целый класс подобных роботов создается с помощью BEAM-технологии, типичные принципы поведения которых основаны на так называемой "фоторецепции". Реагируя на изменение интенсивности освещения, такой мини-робот движется медленнее или,наоборот, быстрее (фотокинезис).
Для изготовления робота, движение которого направлено от света или к свету и обусловлено реакцией фототаксиса, нам понадобятся два фотосенсора. Реакция фототаксиса будет проявляться следующим образом: если свет попадает на один из фотосенсоров BEAM-робота,то включается соответствующий электромотор и робот разворачивается в сторону источника света.
А затем свет попадет и на второй сенсор и тогда включается второй электромотор. Теперь мини-робот начинает движение к источнику света. Если свет опять попадает лишь на один фотосенсор, то робот вновь начинает разворачиваться к свету и продолжает двигаться к источнику, когда свет освещает оба сенсора. Когда свет не попадает ни на один сенсор,мини-робот останавливается.
Как сделать робота,следующего за рукой? Для этого наш мини-робот должен быть оснащен не только сенсорами,но и светодиодами. Светодиоды будут излучать свет и робот будет реагировать на отраженный свет. Если мы перед одним из сенсоров расположим ладонь,то мини-робот повернет в ее сторону.
Если Вы уберете ладонь чуть в сторону от соответствующего сенсора,то робот "послушно" последует за ладонью. Для того,чтобы отраженный свет четко улавливался фототранзисторами,выбирайте для конструирования робота яркие светодиоды (более 1000 мКд) оранжевого или красного цвета.
Не для кого не секрет, что ежегодно увеличивается количество инвестиций в сферу робототехники, создаются много новых поколений роботов, с развитием технологий производства появляются новые возможности создания и применения роботов,а талантливые мастера-самоучки продолжают удивлять мир своими новыми изобретениями в сфере робототехники.
Встроенные фотосенсоры реагируют на свет и направляются к источнику,а датчики распознают препятствие на пути и робот меняет направление движения. Для того, чтобы сделать такого простого робота своими руками, вовсе не надо иметь "семь пядей во лбу" и высшее техническое образование. Достаточно приобрести (а некоторые детали можно найти под рукой) все необходимые детали для создания робота и поэтапно соединять все микросхемы, сенсоры, датчики, провода и двигатели.
Давайте рассмотрим вариант робота из вибромоторчика от мобильника, плоской батарейки, двустороннего скотча и... зубной щетки.
Для того, чтобы начать делать этого простейшего робота из подручных средств, возьмите свой старый, ненужный мобильный телефон и извлеките из него вибромоторчик. После этого возьмите старую зубную щетку и отрежьте лобзиком головку.
На верхнюю часть головки зубной щетки клеем кусочек двустороннего скотча и сверху - вибромоторчик. Осталось только обеспечить мини-робота электропитанием,установив рядом с вибромоторчиком плоскую батарейку. Все! Наш робот готов - за счет вибрации робот будет двигаться на щетинках вперед.
♦ МАСТЕР-КЛАСС ДЛЯ "ПРОДВИНУТЫХ САМОДЕЛКИНЫХ":
Нажмите на фото
Наверняка, насмотревшись фильмов про роботов, тебе не раз хотелось построить своего боевого товарища, но ты не знал с чего начать. Конечно, у тебя не получится построить двуногого терминатора, но мы и не стремимся к этому. Собрать простого робота может любой, кто умеет правильно держать паяльник в руках и для этого не нужно глубоких знаний, хотя они и не помешают. Любительское роботостроение мало чем отличается от схемотехники, только гораздо интереснее, потому что тут так же затронуты такие области, как механика и программирование. Все компоненты легкодоступны и стоят не так уж и дорого. Так что прогресс не стоит на месте, и мы будем его использовать в свою пользу.
Введение
Итак. Что же такое робот? В большинстве случаев это автоматическое устройство, которое реагирует на какие-либо действия окружающей среды. Роботы могут управляться человеком или выполнять заранее запрограммированные действия. Обычно на роботе располагают разнообразные датчики (расстояния, угла поворота, ускорения), видеокамеры, манипуляторы. Электронная часть робота состоит из микроконтроллера (МК) – микросхема, в которую заключён процессор, тактовый генератор, различная периферия, оперативная и постоянная память. В мире существует огромное количество разнообразных микроконтроллеров для разных областей применения и на их основе можно собирать мощных роботов. Для любительских построек широкое применение нашли микроконтроллеры AVR. Они, на сегодняшний день, самые доступные и в интернете можно найти много примеров на основе этих МК. Чтобы работать с микроконтроллерами тебе нужно уметь программировать на ассемблере или на Cи и иметь начальные знания в цифровой и аналоговой электронике. В нашем проекте мы будем использовать Cи. Программирование для МК мало чем отличается от программирования на компьютере, синтаксис языка такой же, большинство функций практически ничем не отличаются, а новые довольно легко освоить и ими удобно пользоваться.Что нам нужно
Для начала наш робот будет уметь просто объезжать препятствия, то есть повторять нормальное поведение большинства животных в природе. Всё что нам потребуется для постройки такого робота можно будет найти в радиотехнических магазинах. Решим, как наш робот будет передвигаться. Самым удачным я считаю гусеницы, которые применяются в танках, это наиболее удобное решение, потому что гусеницы имеют большую проходимость, чем колёса машины и ими удобнее управлять (для поворота достаточно вращать гусеницы в разные стороны). Поэтому тебе понадобится любой игрушечный танк, у которого гусеницы вращаются независимо друг от друга, такой можно купить в любом магазине игрушек по разумной цене. От этого танка тебе понадобится только платформа с гусеницами и моторы с редукторами, остальное ты можешь смело открутить и выкинуть. Так же нам потребуется микроконтроллер, мой выбор пал на ATmega16 – у него достаточно портов для подключения датчиков и периферии и вообще он довольно удобный. Ещё тебе потребуется закупить немного радиодеталей, паяльник, мультиметр.Делаем плату с МК
Схема робота
В нашем случае микроконтроллер будет выполнять функции мозга, но начнём мы не с него, а с питания мозга робота. Правильное питание – залог здоровья, поэтому мы начнём с того, как правильно кормить нашего робота, потому что на этом обычно ошибаются начинающие роботостроители. А для того, чтобы наш робот работал нормально нужно использовать стабилизатор напряжения. Я предпочитаю микросхему L7805 – она предназначена, чтобы на выходе выдавать стабильное напряжение 5В, которое и нужно нашему микроконтроллеру. Но из-за того, что падение напряжения на этой микросхеме составляет порядка 2,5В к нему нужно подавать минимум 7,5В. Вместе с этим стабилизатором используются электролитические конденсаторы, чтобы сгладить пульсации напряжения и в цепь обязательно включают диод, для защиты от переполюсовки.
Теперь мы можем заняться нашим микроконтроллером. Корпус у МК - DIP (так удобнее паять) и имеет сорок выводов. На борту имеется АЦП, ШИМ, USART и много другого, что мы пока использовать не будем. Рассмотрим несколько важных узлов. Вывод RESET (9-ая нога МК) подтянут резистором R1 к «плюсу» источника питания – это нужно делать обязательно! Иначе твой МК может непреднамеренно сбрасываться или, проще говоря – глючить. Так же желательной мерой, но не обязательной является подключение RESET’а через керамический конденсатор C1 к «земле». На схеме ты так же можешь увидеть электролит на 1000 мкФ, он спасает от провалов напряжения при работе двигателей, что тоже благоприятно скажется на работе микроконтроллера. Кварцевый резонатор X1 и конденсаторы C2, C3 нужно располагать как можно ближе к выводам XTAL1 и XTAL2.
О том, как прошивать МК, я рассказывать не буду, так как об этом можно прочитать в интернете. Писать программу мы будем на Cи, в качестве среды программирования я выбрал CodeVisionAVR. Это довольно удобная среда и полезна новичкам, потому что имеет встроенный мастер создания кода.
Плата моего робота
Управление двигателями
Не менее важным компонентом в нашем роботе является драйвер двигателей, который облегчает нам задачу в управлении им. Никогда и ни в коем случае нельзя подключать двигатели напрямую к МК! Вообще мощными нагрузками нельзя управлять с микроконтроллера напрямую, иначе он сгорит. Пользуйтесь ключевыми транзисторами. Для нашего случая есть специальная микросхема – L293D. В подобных несложных проектах всегда старайтесь использовать именно эту микросхему с индексом «D», так как она имеет встроенные диоды для защиты от перегрузок. Этой микросхемой очень легко управлять и её просто достать в радиотехнических магазинах. Она выпускается в двух корпусах DIP и SOIC. Мы будем использовать в корпусе DIP из-за удобства монтажа на плате. L293D имеет раздельное питание двигателей и логики. Поэтому саму микросхему мы будем питать от стабилизатора (вход VSS), а двигатели напрямую от аккумуляторов (вход VS). L293D выдерживает нагрузку 600 мА на каждый канал, а этих каналов у неё два, то есть к одной микросхеме можно подключить два двигателя. Но, чтобы перестраховаться, мы объединим каналы, и тогда потребуется по одной микре на каждый двигатель. Отсюда следует, что L293D сможет выдержать 1.2 А. Чтобы этого добиться нужно объединить ноги микры, как показано на схеме. Микросхема работает следующим образом: когда на IN1 и IN2 подаётся логический «0», а на IN3 и IN4 логическая единица, то двигатель вращается в одну сторону, а если инвертировать сигналы – подать логический ноль, тогда двигатель начнёт вращаться в другую сторону. Выводы EN1 и EN2 отвечают за включение каждого канала. Их мы соединяем и подключаем к «плюсу» питания от стабилизатора. Так как микросхема греется во время работы, а установка радиаторов проблематична на этот тип корпуса, то отвод тепла обеспечивается ногами GND - их лучше распаивать на широкой контактной площадке. Вот и всё, что на первое время тебе нужно знать о драйверах двигателей.Датчики препятствий
Чтобы наш робот мог ориентироваться и не врезался во всё, мы установим на него два инфракрасных датчика. Самый простейший датчик состоит из ик-диода, который излучает в инфракрасном спектре и фототранзистор, который будет принимать сигнал с ик-диода. Принцип такой: когда перед датчиком нет преграды, то ик-лучи не попадают на фототранзистор и он не открывается. Если перед датчиком препятствие, тогда лучи от него отражаются и попадают на транзистор – он открывается и начинает течь ток. Недостаток таких датчиков в том, что они могут по-разному реагировать на различные поверхности и не защищены от помех - от посторонних сигналов других устройств датчик, случайно, может сработать. От помех может защитить модулирование сигнала, но пока мы этим заморачиватся не будем. Для начала, и этого хватит.
Первый вариант датчиков моего робота
Прошивка робота
Чтобы оживить робота, для него нужно написать прошивку, то есть программу, которая бы снимала показания с датчиков и управляла двигателями. Моя программа наиболее проста, она не содержит сложных конструкций и всем будет понятна. Следующие две строки подключают заголовочные файлы для нашего микроконтроллера и команды для формирования задержек:
#include
#include
Следующие строки условные, потому что значения PORTC зависят от того, как ты подключил драйвер двигателей к своему микроконтроллеру:
PORTC.0 = 1;
PORTC.1 = 0;
PORTC.2 = 1;
PORTC.3 = 0;
Значение 0xFF означает, что на выходе будет лог. «1», а 0x00 – лог. «0».
Следующей конструкцией мы проверяем, есть ли перед роботом препятствие и с какой оно стороны:
If (!(PINB & (1<
...
}
Если на фототранзистор попадает свет от ик-диода, то на ноге микроконтроллера устанавливается лог. «0» и робот начинает движение назад, чтобы отъехать от препятствия, потом разворачивается, чтобы снова не столкнуться с преградой и затем опять едет вперёд. Так как у нас два датчика, то мы проверяем наличие преграды два раза – справа и слева и потому можем узнать с какой стороны препятствие. Команда «delay_ms(1000)» указывает на то, что пройдёт одна секунда, прежде чем начнёт выполняться следующая команда.
Заключение
Я рассмотрел большинство аспектов, которые помогут тебе собрать твоего первого робота. Но на этом робототехника не заканчивается. Если ты соберёшь этого робота, то у тебя появится куча возможностей для его расширения. Можно усовершенствовать алгоритм робота, как например, что делать, если препятствие не с какой-то стороны, а прямо перед роботом. Так же не помешает установить энкодер – простое устройство, которое поможет точно располагать и знать расположение твоего робота в пространстве. Для наглядности возможна установка цветного или монохромного дисплея, который может показывать полезную информацию – уровень заряда аккумулятора, расстояние до препятствия, различную отладочную информацию. Не помешает и усовершенствование датчиков – установка TSOP (это ик-приёмники, которые воспринимают сигнал только определённой частоты) вместо обычных фототранзисторов. Помимо инфракрасных датчиков существуют ультразвуковые, стоят подороже, и тоже не лишены недостатков, но в последнее время набирают популярность у роботостроителей. Для того, чтобы робот мог реагировать на звук, было бы неплохо установить микрофоны с усилителем. Но по-настоящему интересным, я считаю, установка камеры и программирование на её основе машинного зрения. Есть набор специальных библиотек OpenCV, с помощью которых можно запрограммировать распознавание лиц, движения по цветным маякам и много всего интересного. Всё зависит только от твоей фантазии и умений.Список компонентов:
- ATmega16 в корпусе DIP-40>
- L7805 в корпусе TO-220
- L293D в корпусе DIP-16 х2 шт.
- резисторы мощностью 0,25 Вт номиналами: 10 кОм х1 шт., 220 Ом х4 шт.
- конденсаторы керамические: 0.1 мкФ, 1 мкФ, 22 пФ
- конденсаторы электролитические: 1000 мкФ х 16 В, 220 мкФ х 16В х2 шт.
- диод 1N4001 или 1N4004
- кварцевый резонатор на 16 МГц
- ИК-диоды: подойдут любые в количестве двух штук.
- фототранзисторы, тоже любые, но реагирующие только на длину волны ик-лучей
Код прошивки:
/*****************************************************Прошивка для робота
Тип МК: ATmega16
Тактовая частота: 16,000000 MHz
Если у тебя частота кварца другая, то это нужно указать в настройках среды:
Project -> Configure -> Закладка "C Compiler"
*****************************************************/
#include
#include
Void main(void)
{
//Настраиваем порты на вход
//Через эти порты мы получаем сигналы от датчиков
DDRB=0x00;
//Включаем подтягивающие резисторы
PORTB=0xFF;
//Настраиваем порты на выход
//Через эти порты мы управляем двигателями
DDRC=0xFF;
//Главный цикл программы. Здесь мы считываем значения с датчиков
//и управляем двигателями
while (1)
{
//Едем вперёд
PORTC.0 = 1;
PORTC.1 = 0;
PORTC.2 = 1;
PORTC.3 = 0;
if (!(PINB & (1<
//Едем назад 1 секунду
PORTC.0 = 0;
PORTC.1 = 1;
PORTC.2 = 0;
PORTC.3 = 1;
delay_ms(1000);
//Заворачиваем
PORTC.0 = 1;
PORTC.1 = 0;
PORTC.2 = 0;
PORTC.3 = 1;
delay_ms(1000);
}
if (!(PINB & (1<
//Едем назад 1 секунду
PORTC.0 = 0;
PORTC.1 = 1;
PORTC.2 = 0;
PORTC.3 = 1;
delay_ms(1000);
//Заворачиваем
PORTC.0 = 0;
PORTC.1 = 1;
PORTC.2 = 1;
PORTC.3 = 0;
delay_ms(1000);
}
};
}
О моём роботе
В данный момент мой робот практически завершён.
На нём установлена беспроводная камера, датчик расстояния (и камера и этот датчик установлены на поворотной башне), датчик препятствия, энкодер, приёмник сигналов с пульта и интерфейс RS-232 для соединения с компьютером. Работает в двух режимах: автономном и ручном (принимает сигналы управления с пульта ДУ), камера также может включаться/выключаться дистанционно или самим роботом для экономии заряда батарей. Пишу прошивку для охраны квартиры (передача изображения на компьютер, обнаружение движений, объезд помещения).
По пожеланиям выкладываю видео:
UPD. Перезалил фотографии и сделал небольшие поправки в тексте.
В век инноваций роботы — уже не диковинные машины. Но всё же Вы наверняка удивитесь: неужели робота можно сделать в домашних условиях?
Несомненно, робота со сложной конструкцией, микроэлементами, схемами и программами создать довольно сложно. И без знаний физики, механики, электроники и программирования тут не обойтись. Однако простейшего робота можно изготовить своими руками.
Робот – машина, которая должна автоматизировано выполнять какие-либо действия. Но для самодельного робота стоит более лёгкая задача – двигаться.
Рассмотрим 2 простейших варианта создания робота.
1. Смастерим маленького жучка, который будет вибрировать. Нам понадобится:
- мотор от детской машинки,
- батарейка литиевая CR2032 (таблетка);
- держатель для батарейки,
- скрепки,
- изолента,
- паяльник,
- светодиод.
Светодиод обматываем изолентой, оставляя свободным его концы. При помощи паяльника спаять конец светодиода и заднюю стенку батарейного держателя. Другой провод светодиода припаиваем к контактам мотора. Скрепки разгибаем, они будут лапками жучка. Припаиваем лапки к мотору. Лапки можно обмотать изолентой, так жук-робот будет более устойчив. Провода батарейного держателя необходимо соединить с проводами мотора. Как только литиевая батарейка будет установлена в держатель, жук начнёт вибрировать, двигаться. Смотрите видео по созданию такого простого робота ниже.
2. Делаем робота-художника. Нам понадобится:
- пластик или картон,
- мотор от детской машинки,
- литиевая батарейка CR2032,
- 3 фломастера,
- изолента, фольга,
- клей.
Из пластика или картона необходимо вырезать форму для будущего робота – объемный треугольник. По центру вырезается отверстие, в которое вставляется мотор. С 3-ёх краёв вырезаются 3 отверстия, куда вставляются фломастеры. К проводу мотора при помощи клея с кусочками фольги прикрепляется батарейка. Мотор вставляется в отверстие в тело робота, закрепляется там клеем или изолентой. Второй провод мотора присоединяется к батарейке. И робот-художник начинает двигаться!