18. Світлодіоди та фари

Мабуть, не менше половини крутості високотехнологічній електроніці дають натикані всюди світлодіоди. Холодними своїми променями вони нарочито підкреслюють зверхність над простими смертними із тіла і крові, які нездатні випромінювати нічого корисного.

Не винятком є і наш робот. В цьому пості розповімо як ми обвішували його фарами та підсвітками і що з цього вийшло.

17. Покращення дистанційного керування

 

Складніші задачі - цікавіші розв'язки

Останні кілька місяців ми були зайняті вдосконаленням системи віддаленого керування роботом. Перша версія, яку ми створили пів року тому, працює непогано, і має достатній запас функціональності, щоб покрити більшість  планованих нами задумів. І  RoboRemo з роллю пульта керування справляється просто фантастично.

Але кількох важливих речей таки бракувало:

• Можливості передавання відео з робота, щоб бачити обстановку навколо нього
• Можливості керувати роботом за допомогою джойстика або ігрового керма
• Великий екран, на якому можна розмістити детальну панель керування з купою перемикачів, індикаторів, потоком відлагоджувальних повідомлень і т.д.

16. Інфрачервоні сенсори відстані

Апаратна частина

Зазнавши невдачі з ультразвуковими сенсорами відстані, ми засіли за креслярські ватмани гугл, щоб все ж знайти для нашого робота надійний спосіб орієнтування на місцевості і розпізнавання перешкод на шляху.

Необхідно було знайти такі сенсори відстані, якими можна обставити при потребі всього робота навколо і покази яких можна зчитувати блискавично (не чекаючи поки прокрутяться сервомашинки). Треба, щоб сенсори не конфліктували між собою, були недорогі і здатні розпізнавати невеликі перешкоди.

Справжньою знахідкою виявився набір інфрачервоних сенсорів, які так і називаються "інфрачервоні сенсори для уникання перешкод роботами на основі Ардуіно". За три з половиною долари пропонують аж 5 штук - цілком достатньо для початку.

15. Ультразвуковий сенсор відстані

Принцип дії

Прийшов час нарешті навчити робота орієнтуватися на місцевості і відправити його у "вільне плавання" по кімнаті. Ще раніше ми поставили на робота кронштейн із ультразвуковим сенсором відстані HC-SR04, але до цього моменту він виконував виключно декоративну функцію.

Як саме працює такий сенсор відстані тут описувати не будемо - раджу почитати спеціалізовані статті Ultra-Sonic "Ping" Sensor (англ.) або Ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR04 (рос.).

Суть проста - в якийсь момент часу сенсор випромінює ультразвуковий імпульс. Той імпульс біжить вперед, відбивається від перешкоди (якщо вона є) і повертається назад в приймач сенсора. Знаючи швидкість звуку в повітрі (~300 м/с) легко порахувати яку відстань пробіг імпульс від сенсора до перешкоди.

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

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 :-)

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.