14. Як нагодувати робота

Постановка задачі

Для живлення робота необхідно використати надійну батарею, яку би було легко заряджати та обслуговувати.

Ємність - не менше 2000 mAh, а бажано більше.
Робоча напруга - 7-8V (ідеальна для Arduino, досить непогана для наших двигунів).  Батарея не повинна сильно втрачати напругу в процесі розряджання. При зниженні напруги суттєво нижче 7V, Arduino може працювати нестабільно.
Робочий струм - поки не знаємо. Робот не до кінця готовий - важко  сказати який струм він буде споживати. З того, що видно зараз - варто розраховувати на навантаження між 1 і 2 А.

Здавалось би - параметри є, береш Гугл - і вперед. Що може бути простіше, ніж батарейку купити?

13. Драйвер двигунів

Вибір

Вибираючи плату з драйвером двигунів, ми зробили ще одну помилку. Здавалося би - що тут думати. Береш перший-ліпший оптимальний по ціні модуль - і двигуни їдуть. Але виявилося, що варто було подумати трохи грунтовніше.

Ми спокусилися на найдешевшу версію, виконану у вигляді шилда: Motor Drive Shield L293D For Arduino Duemilanove Mega UNO

12. Перехід на Arduino MEGA 2560

Вибір

Arduino MEGA 2560 до певної міри ідентична з Arduino UNO. Як мінімум перші 7 сантиметрів :-)

Спроектована вона так, щоб на тих перших семи сантиметрах контакти були ті ж, і розміщені таким самим чином. Тому всі шилди, спроектовані для Arduino UNO, ідеально підходять і для Arduino MEGA.

11. Переосмислення проекту: від прототипу до зрілості

Отже, станом на сьогодні, ми маємо досить цікавого робота. Він вміє рухатися вперед і повертати вправо та вліво, вміє виконувати якісь нескладні сценарії а також може керуватися віддалено через Wi-Fi. Для краси ми до нього приліпили ще кронштейн із ультразвуковим сенсором відстані HC-SR04. Що робити з тим сенсором - ще не розібралися. Але після його встановлення наш робот перетворився із злісного червоноокого термінатора Т400 на досить няшне створіння в стилі Wall-E.

10. Дистанційне керування

Нарешті дійшли руки до модуля ESP13, якого нам помилково прислали разом із шасі і який до цього часу припадав пилюкою в надійному місці. Цей модуль ідеально підійшов для реалізації дистанційного керування нашим роботом.

9. Діодне освітлення з використанням регістра зсуву

Відколи ми почали додавати до робота нові і нові пристрої, серйозною проблемою  стала обмежена кількість виводів Arduino Uno. І то наш проект ще зовсім далекий до завершення. Що ж буде далі?

Варіантів вирішення є досить багато, аж до використання кількох плат Arduino, кожна з яких має свою спеціалізацію. Але погодьтеся, ставити додаткову плату Arduino щоб просто поблимати діодами - то якось звучить зовсім неправильно.

Є прості і давно пророблені рішення, які дозволяють легко оминути такі обмеження. Найпоширенішими з них є протоколи I2C та SPI, які підтримуються Arduino зразу "з коробки".

Гарний огляд цих протоколів дає Джеремі Блум у своїх уроках Arduino (англ. або рос.). Лаконічний і дуже конкретний опис також можна почитати в статті Розширяємо порти (рос.). Глибше в деталі можна пірнути тут: Підключаємо купу пристроїв до  Arduino п'ятьма дротами (рос.).

8. Програмна архітектура і багатозадачність

Думальний процес робота включає багато елементів. Це і логіка низького рівня (ввімкнути двигуни, блимнути світлодіодом, пропищати щось в динамік), і логіка середнього рівня (доїхати до перешкоди, зупинитися, помітивши край прірви - зупинитися, розвернутися, втекти), і логіка високого рівня (вибрати стратегію поведінки, дослідити і запам'ятати схему приміщень). Всі ці "думки" у вигляді програмного коду крутяться в "голові" робота постійно і одночасно. І буде дуже недобре, якщо, робот захопиться розрахунком маршруту, і гепнеться зі сходів не помітивши прірву перед собою. Можливість думати про багато речей одночасно називається багатозадачністю.

Якщо ви добре розбираєтеся в програмуванні і не відчуваєте потреби заглиблюватися у роздуми про особливості реалізації багатозадачності - просто скачайте архів з кодом і правте його на свій розсуд. Весь наступний текст просто пояснює звідки цей код взявся і чому він є саме таким.

7. Генерування звуків

Отже наш робот навчився повзати. Прийшов час дати йому голос. Очевидно, що той же ж R2D2 не в останню чергу став знаменитістю через свої особливі трелі і свисти. Наш робот має бути не гіршим.

Для синтезу складних звукових ефектів є багато недорогих модулів, які легко інтегрувати з Arduino. Включно з модулями, які можуть відтворювати MP3 файли із внутрішньої пам'яті або micro-SD карт.

В нас поки нічого такого нема. Але завжди можна знайти якийсь вихід.

6. Нове шасі - перші рухи

Не пройшло і місяця, як прибуло наше шасі. Акуратна коробочка з купою шматків фарбованого металу, болтиками, кріпленнями, двигунами, і дротами.

Скажу чесно - спочатку були трохи побоювання. Заплатити відчутну суму грошей за покупку через Інтернет китайського виробу, який ми бачили тільки на фото і одному відеоролику…

На щастя - наші побоювання виявилися марними. Всі металеві деталі зроблені дуже якісно. Ніяких гострих країв, всі отвори і зрізи акуратно зашліфовані. Фарбування акуратне, рівномірне і стійке до протирання та подряпин. Деталі виконані точно - все сходиться і стикується ідеально. Всі коліщата монтуються на підшипники, тому опір тертя мінімальний.

Радості від складання шасі було не менше, ніж від складання хорошого конструктора Lego чи якоїсь шафки IKEA :-)

5. Вибір шасі для робота

Підготовчі кроки можуть забрати багато часу. Ми з сином пройшли їх десь за два місяці. І от, нарешті все готово - стартовий набір куплено, курси початківців пройдено і є більш-менш розуміння що хочемо робити далі.

А хочемо ми створити робота, який зможе легко пересуватися по кімнатах, долаючи пороги висотою до 5 см. При цьому він має бути достатньо стійким, щоб носити на собі сенсори, відеокамеру, можливо мобільний телефон або TFT екран. В уяві зразу ж малюється платформа на гусеницях, висотою не менше 10 см, а шириною і довжиною десь 20x20 см і більше.

Пошук тривав досить довго. Виробники пропонують багато хороших варіантів платформ, і вибрати було важко. Гарний вибір шасі пропонує і DiyLab, але щось до таких моделей душа не лежала.

Аж поки ми випадково не наштовхнулися на це відео:

Сумніви відпали - ми таке хочемо. Тут дійсно не було ні краплі тверезого розрахунку. Лише емоції :-)

4. Паяльна станція

Я завжди думав, що поганому радіотехніку - паяльник заважає. І вже зовсім змирився, що мабуть в мене не зовсім правильно руки ростуть, бо з паянням щось не складалося зовсім.

Один мій паяльник був великий і потужний. Коли він наближався до якоїсь плати - мікросхеми від страху розбігалися з неї, і всі інші деталі також. Коли я дізнався, що той паяльник в основному призначений для паяння відер - прикупив менший. Але він виявився настільки слабим, що не міг розплавити навіть сам припой (добротний, ще радянських часів). Не кажучи вже про те, щоб щось припаяти.

Експерименти з Arduino дали останній поштовх щоб навчитися робити все правильно. Як виявилося - багато що залежить таки від паяльника. А також від припою, якого є багато марок. А також від флюсу.

3. Середовища програмування

Як не крути, а інженеру-робототехніку таки доведеться писати програми. Тут для Arduino є вибір між багатьма варіантами. Розглянемо те, що годиться для початківців.

• Arduino IDE базове і дуже просте середовище, яке дозволяє писати програми на С/С++.  Ставити його треба в будь-якому випадку, бо має в комплекті USB драйвери для роботи з Arduino, які використовують всі інші оболонки. Для початкових експериментів підходить ідеально, бо створене максимально простим і надійним. Якщо ж проект великий і кількість файлів з текстами програми росте, використовувати стандартну оболонку стає незручно. 

2. Стартовий набір

Для зручності початківців продавці створюють готові стартові набори, купивши який можна бути спокійним, що маєш все необхідне. Часто в комплекті дають ще й книжечку з описами експериментів, які плавно ведуть від простих схем до складніших.

Перш ніж бігти купувати котрийсь із стартових наборів, дуже раджу зупинитися і подумати - а що ж саме ви збираєтеся робити. Не варто нагрібати великі купи електронного мотлоху, який, може, і вмикатися ніколи не буде.

Перш за все - подивіться кілька відеокурсів для початківців. Це дасть відчуття як виглядає вживу експериментування з Arduino і електронними схемами.

Робототехнікам [до]шкільного віку, або тим, хто має дуже небагато досвіду, раджу почати з курсу "Відеоуроки з Arduino для дошкільнят" (рос.)


Наступним рівнем можна вважати уроки Джеремі Блюма:  рос. або англ.

Подивилися? Не передумали? Тоді можна приступати до покупки стартового набору.

1. Початок

Якось так сталося, що захопилися ми з сином ідеєю створити свого робота. Ну, не зовсім вже суперрозумного і автономного як телята з Boston Dynamics, але такого, щоб повзав собі по будинку і око радував.

Саме про реалізацію цього проекту і буде даний цикл дописів.

Ясно, що спочатку ми уявляли свого робота десь так:

Але історично склалося інакше, і вийшов він десь отаким: