[Перевод] Робот из LEGO и Arduino, обходящий препятствия
Мы обожаем LEGO и Crazy Circuits [LEGO-совместимая электроника / прим. перев.], поэтому решили скомбинировать их в простого и интересного робота, умеющего обходить препятствия. Мы покажем, как собрать такого робота и подробно опишем этот процесс. Ваша версия робота может не полностью совпадать с нашей.
Приводим список необходимой электроники и деталек LEGO. Не бойтесь экспериментировать с ними.
Комплектующие
Электроника
Для нашего проекта мы подобрали небольшой внешний источник питания, уютно вписывающийся в нашего робота. Вам, возможно, придётся сконструировать свой вариант для своего внешнего источника питания, или для комплекта батареек.
LEGO
Мы использовали различные детальки, а вам рекомендуем сделать так, как вы считаете нужным, и из того, что есть у вас на руках. Важно, чтобы у вас был способ приделать сервомоторы снизу, ультразвуковой датчик — так, чтобы он смотрел вперёд, и каким-то образом закрепить плату и источник питания. Для этого можно использовать двусторонний скотч, резинки, липучку. Приводим ссылки на наши детальки в магазине BrickOwl, однако вы можете купить их где угодно, где продаётся LEGO и совместимые наборы.
Шаг 1: строим шасси из LEGO
Мы начали с пластинки LEGO 6×12, это был минимальный размер, который нас устроил. Можно использовать более крупную, однако мельче уже будет сложнее.
Ширина робота определялась имеющимся у нас в наличии внешним источником питания, поскольку нам была нужна возможность вставлять его на место. Для аккумулятора большего размера потребуется робот большего размера.
Шасси должно быть достаточно высоким, чтобы на нём разместилась и батарея, и плата сверху.
Шаг 2: добавляем колёса
Каждый сервомотор нужно разместить снизу шасси. В итоге нам понадобились следующие комплектующие:
- Ось 4 LEGO со стопором (87083)
- Втулка LEGO (32123 / 42136)
- Круглый кирпичик LEGO 2×2 (3941 / 6143)
Для закрепления двух моторов нужно по 4 штуки каждой из комплектующих. После их закрепления добавляем колесо: LEGO Wedge Belt Wheel (4185 / 49750).
Как и с другими модельками LEGO, вариантов тут масса! У нас получилось с теми комплектующими, что мы перечислили, а вы можете попробовать что-нибудь другое.
Шаг 3: добавляем ролик
Наш ролик позволяет роботу кататься по плоскости на двух моторизованных колёсах, играя роль третьего колеса — так роботу легче поворачивать и двигаться.
Для его закрепления потребовались следующие детали:
- LEGO EV3 Technic Ball Pivots Set 5003245
- LEGO Technic Cross Block Beam 3 with Four Pins (48989 / 65489)
- LEGO Technic Brick 1×6 with Holes (3894)
В предыдущей версии мы использовали просто круглые детали LEGO в качестве «ноги», и на гладкой поверхности это работало нормально. Но не работало на ковре или не гладком полу. Если у вас нет ролика, рассмотрите вариант с такой «ногой».
Шаг 4: добавляем датчик расстояния
Ультразвуковой датчик расстояния нужно закрепить на передней части робота, чтобы он «видел», куда едет, и понимал, когда нужно остановиться, чтобы не столкнуться с препятствием.
Для датчика мы распечатали совместимый с LEGO корпус на 3D-принтере. Модель выложена на сайте Thingiverse: www.thingiverse.com/thing:3171004
Если 3D-принтера у вас нет, придумайте, как удержать датчик при помощи деталек LEGO, клейкой ленты, резинок, хомутов и т.п. Важно, чтобы он смотрел прямо — туда, куда едет робот, когда движется вперёд.
Шаг 5: добавляем плату
Плата — мозг всей операции. Она размещается наверху кубиков LEGO, поэтому её крепить легко.
Обычно плата Robotics Board используется совместно с проводящей плёнкой, позволяющей мастерить электрические цепи прямо поверх LEGO, но поскольку у нас тут всего лишь два мотора и датчик расстояния, их можно подключить напрямую к штырькам на плате.
Плату размещаем так, чтобы USB-кабель питания было легко воткнуть. Нам повезло найти в коробке с кабелями очень короткий USB-кабель.
Теперь можно подключать датчик и моторы!
По датчику: разъём echo нужно подключить к контакту 3 на плате, разъём trigger — к контакту 5, VCC — к 5 В, Gnd — к GND. Таким образом датчик будет получать питание и общаться с платой.
Затем нужно подключить каждый из моторов. Это сделать легко — коричневые провода на GND, красные — на 5 В, оранжевые — к контакту D6 для левого мотора и D9 для правого.
Шаг 6: программируем Robotics Board
Перед тем, как робот сможет работать, нужно загрузить код в микроконтроллер. Перед этим убедитесь, что у вас на компьютере установлена последняя версия Arduino IDE.
Свой код мы выложили в репозиторий на GitHub:
github.com/BrownDogGadgets/CrazyCircuits/tree/master/Projects/Avoidance%20Robot
Код простой, в нём много комментариев, чтобы было понятно, что за что отвечает.
Вам также потребуется библиотека NewPing
bitbucket.org/teckel12/arduino-new-ping/wiki/Home
Шаг 7: пускаем робота погулять
Построив робота и загрузив в него код, можно переходить к испытаниям!
Проще всего подключить внешний источник питания и дать роботу возможность ехать вперёд. Если выставить перед ним руку, он должен отодвинуться назад, повернуться и снова поехать вперёд (смотрите, чтобы он не съехал со стола!)
Мы построили простую шестиугольную «арену» из картона, чтобы роботу было где поездить. Не бойтесь экспериментировать с тем, что есть у вас.
Шаг 8: дальнейшее развитие
Если вам интересно развивать этот проект, вот вам вопросы:
— что вы узнали, собирая робота?
— что повлияло на ваш выбор деталей?
— поедет ли робот быстрее, если увеличить ему колёса?
В коде есть две переменных, исправив которые, вы измените время отката робота назад при обнаружении препятствия, и время, которое он будет поворачиваться. Попробуйте поменять goBackwardTime и turnRightTime и посмотреть, как это повлияет на поведение робота.
// сколько миллисекунд робот отъезжает назад
int goBackwardTime = 1000;
// сколько миллисекунд робот поворачивается
int turnRightTime = 1000;