Радиоуправляемый катер на Arduino и радио модуле NRF24L01 из потолочной плитки

Робот – машинка на Ардуино становятся одним из самым популярных инженерных проектов в школьной робототехнике. Именно с таких устройств, автономных или управляемых со смартфона и bluetooth, начинается путь в робототехнику “после Lego”. К счастью, сегодня можно без труда купить все необходимые компоненты и достаточно быстро создать своего первого робота для езды по линии или объезда препятствий. В этой статье вы найдете подробную видео инструкцию как сделать продвинутый автомобиль Arduino Car своими руками, с питанием, датчиками линии, расстояния и управлении через bluetooth.

Робот на ардуино своими руками

В отличие от других проектов, создание робота – автомобиля (Arduino Car) требует понимания и навыков работы сразу с несколькими важными компонентами, поэтому не стоит приступать к созданию машинок без получения базовых навыков работы с платформой Arduino. В любом случае, вам нужно будет но только подключить готовые модули, но и собрать конструкцию, шасси с двигателями, обеспечить правильное питание и управление. Все это потребует определенного терпения.

Вот список ключевых компонентов, которые обязательно встретятся в проекте.

Контроллер Ардуино

Куда уж без него, если мы говорим о проектах на этой платформе. Как правило, роботы машины делают на базе плат Arduino Uno и Nano. Mega будут слишком большие, Pro Mini сложнее подключать к компьютеру и соединять с остальными компонентами, а Leonardo требуют дополнительных навыков в программировании, они дороже и их основное преимущество (тесная интеграция с компьютером в качестве периферийного устройства) в данном случае не слишком востребована.

Есть еще вариант использования плат ESP8266 или ESP32, тогда в проекте появляется возможность управления машиной через WiFi. Но и сами платы и их программирование требует определенных навыков, в этой статье мы будем говорить преимущественно об Uno или Nano.

Конструкция, шасси и двигатели робота на Ардуино

Для того, чтобы что-то поехало или стало перемещаться, надо снабдить “это” колесами, гусеницами или манипуляторами-ногами. Вот тут выбор совершенно не ограничен, можно использовать совершенно любые комбинации и сочетания платформ. Как правило, в качестве начального варианта берутся уже готовые наборы платформ с Алиэкспресс.

Если работать со стандартными наборами вам не интересно, можно создать платформу своими руками. Например, разобрать игрушечные радиоуправляемые машинки или любые двигатели на 5-12 вольт, с редукторами или без. Колеса можно создать и самим, что тоже является интересной задачей.

Драйвер двигателей

Ардуино – достаточно ранимое устройство, не терпящее больших нагрузок по току. Соединяя его с “брутальными” мощными двигателями, не избежать беды. Поэтому для нормальной совместной работы нам нужно будет включить в схему робота компонент, отвечающий за управление двигателями – подающий и отключающий ток на их обмотки. Речь идет о микросхеме или готовом модуле, которые называют драйвером двигателя. На нашем сайте есть статьи, посвященные драйверам, построенным на схеме H-моста.  Если вы покупаете готовые шасси, то обязательно предусмотрите возможность размещения на них подходящего драйвера.

Красивый корпус

Как правило, вся конструкция автомобиля строится вокруг его шасси. Если посмотреть примеры готовых проектов, то они часто выглядят как “провода на колесиках” – внешний вид их изобилует пучками соединительных проводов, ведущих от восседающего на троне контроллера Ардуино к драйверам, моторам и датчикам. Между тем, красивый и функциональный корпус не только вызывает правильные эстетические чувства и помогает выделить вашу модель от остальных. Хороший корпус может превратить игрушку в реальное устройство, помогает привить навыки конструирования и промышленного дизайна, что важно для инженеров любого возраста.

Питание робота

Обеспечение правильной схемы питания – это то, что очень часто оказывается на последнем месте в списке приоритетов начинающих ардуинщиков. Между тем, именно ошибки в схеме электропитания становятся основными причинами проблем, возникающих в процессе работы умных устройств на Ардуино. Создавая ардуино-машинку нужно предусмотреть питание контроллера, двигателей, драйвера и датчиков. У всех них есть свои ограничения и особенности работы, требуется создать оптимальное по весу и сложности решение, позволяющее учесть все эти ограничения.

Создавая по-настоящему автономное устройство робота, нужно побеспокоиться и о времени его работы, и о возможности быстрой подзарядки или смены батареек. Как правило, выбираются решения из следующих вариантов:

• Обычные батарейки AA. Тут нужно понимать, что платы Arduino Uno, Nano и большинство двигателей, используемых в Ардуино-робототехнике, требуют напряжения в диапазоне 6-9 вольт. Поэтому придется собрать вместе последовательно не менее 4 батареек на 1,5 В, причем сами батарейки должны быть хорошего качества и обеспечивать работу с достаточно большим током. Например, большинство солевых батареек этим критериям не удовлетворяют. Батарейки AAA при создании ардуино-машинок практически не используются из-за своей пониженной емкости (хотя могут использоваться в миниатюрных моделях, где размер имеет первостепенное значение).
• Аккумулятор AA. Здесь возникает еще большее ограничение по напряжению и току. Большинство аккумуляторов выдают напряжение 1,2 вольт, поэтому их требуется больше для “собирания” нужных нам 6-9 вольт. Несомненным плюсом является возможность перезарядки.
• Литиевые аккумуляторы 18650. Это уже “серьезная артиллерия”, позволяющая получить большое время автономной работы, возможность подзарядки и приемлемые характеристики по току и напряжению. Рабочее напряжение для таких элементов питания – 3,7 В, что позволяет собирать готовую схему питания всего из двух элементов.
• Другие источники питания. Сюда можно включить как более мощные и габаритные никель-металлгидридные, кадмиевые аккумуляторы, так и многочисленные литий-ионные “плоские” варианты, используемые в дронах, смартфонах или другой портативной цифровой технике.

Каким бы ни был источник питания, нужно обеспечить его надежное крепление, удобное расположение, защиту от воздействия недружелюбной окружающей среды. Если вы подключаете к одному источнику и контролер, и двигатели, и датчики, то нужно позаботиться о правильной схеме, включающей, например, надежную связь “по земле” всех устройств.

Где купить платформу и запчасти

Все, о чем говорится в этой статье, можно без проблем купить на всем известном сайте. К сожалению, подавляющее большинство предложений основываются на стандартной платформе 4WD автомобиля с двумя несущими планками, не очень надежными двигателями и колесами, любящими ездить в “развалочку”. Но эти варианты относительно не дороги и вполне подойдут для начала работы.

Платформа Ардуино 4WD с двигателями, колесами и рамой без электронных компонентов4WD платформа для Ардуино с необычным видом крепления элементовКонструктор машинки Ардуино на платформе 4WD с пультом управления Bluetooth и PS2Типовой набор 4WD машинки с Ардуино, шилдами и основными датчиками

Инструкция по сборке робота-автомобиля

В этой статье расскажем вам о том, как по шагам собрать универсального робота на колесной или гусеничной платформе.  Управлять им будет микроконтроллер Ардуино нано. Если вам не нравится долго читать, посмотрите в конце статьи на видео, подготовленное нашими партнерами – каналом ArduMast Club.

Пример платформы робота-машины на Ардуино

Предлагаем инструкцию по созданию универсальной платформы, которая потом пригодится для создания самых разных проектов, независимо от выбранного контролера или типа шасси. Вы можете использовать стандартные варианты из Алиэкспресса, как на видео, можете снабдить машину гусеницами и создать вездеход,  можете придумать вообще ни на что не похожий вариант. Главное, чтобы число двигателей не превышало 4 и сами ни не были слишком мощными (тогда придется менять тип управления моторами – другой драйвер двигателя).

Для реализации проекта нам понадобится:

• Контроллер Ардуино (в нашем случае, Arduino Nano).
• Драйвер двигателя L298N.
• Двигатели с редукторами.
• Корпус и шасси для крепления колес и оборудования
• Корпус для аккумуляторов 18650 с выключателем.
• Коммутационные провода.

Дополнительное оборудование, которое потребуется для создания полноценного проекта:

• Датчик расстояния и серво-мотор, на который он установлен.
• Инфракрасные датчики линии.
• Светодиоды для индикации и “красоты”.
• Пьезодинамик – пищалка.
• Bluetooth модуль (если собираетесь управлять машинкой дистанционно).
• Sensor shield (упрощает коммутацию).
• Модуль контроля заряда и подзарядки аккумуляторов.
• Сами аккумуляторы.

Схема электропитания робота автомобиля

Вопрос организации правильного стабильного электропитания является одним из самых важных в любом проекте.В нашей модели применена рекомендованная нами схема питания, основанная на использовании литийионных аккумуляторов формата 18650 и платы защиты их от переразряда и перезаряда.

Давайте разберем самый простой вариант схемы питания электромоторов. Перед началом сборки лучше заранее припаять провода к моторам.

Все достаточно стандартно и вы найдете в интернете десятки подобных примеров. Но в этой схеме есть большой минус – в случае полного разряда аккумуляторы придут в негодность.

Для добавления контроллера разряда придется внести следующие изменения в схему:

Теперь аккумуляторы будут защищены, но здесь нет возможности заряжать их.

Для зарядки можно использовать модуль повышения напряжения с 5v до необходимого уровня зарядки, который зависит от количества серий используемых аккумуляторов. Он имеет гнездо типа микро USB и при частом использовании оно может сломаться, поэтому мы рекомендуем установить дополнительное гнездо для последующей подзарядки пяти вольтовым блоком питания. Для зарядки двух литий-ионных аккумуляторов необходимо настроить выходное напряжение на 8,4 Вольта.

Подключаем двигатели и плату

С питанием платформы мы разобрались, теперь подключим остальные компоненты. Для начала припаиваем провода к моторам, затем обматываем их изолентой, чтобы случайно в дальнейшем не оторвать контакты. Можно сделать так, что в итоге на 2 двигателя будут идти всего два провода вместо 4х. Это немного упростит монтаж и сэкономит место на платформе.

Монтируем драйвер двигателей на платформу так, чтобы его радиатор был спереди. ЭТО ВАЖНО! В противном случае, вам придется переписывать программу для микроконтроллера.

Затем размещаем холдер и плату БМС. Не забываем оставлять место спереди для последующего монтажа каких-либо сенсоров. Ардуиио нужно разместить так, чтобы была в дальнейшем возможность подключить его к ПК для прошивки. Это же правило относится и к модулю для зарядки аккумуляторов.

Питание для ардуино и других электронных компонентов мы возьмем от драйвера двигателей.

Подключаем Bluetooth к машинке

Мы собираемся использовать модуль Bluetooth через  SoftwareSerial (библиотеку SoftwareSerial.h), поэтому подключаем модуль блютуз к 3 и 4 цифровым пинам ардуино.  RX к D3,   TX к D4

Платформа робота готова! Теперь осталось загрузить прошивку для контроллера Ардуино и программу для смартфона RC CAR. Вы можете посмотреть на нашем сайте обзор Android приложений для работы с Arduino.

Программирование робота на Ардуино

Так как мы делаем инструкцию по сборке универсального робота, то неплохо бы предусмотреть все необходимое для разных вариантов ее использования. Весь код вы можете найти в архиве: https://yadi.sk/d/jIYZQDI-GuytMw

Для езды по черной линии мы задействовали 3 пина под датчики линии и три пина для подключения светодиодов, чтобы иметь возможность визуального контроля наличия линии. Другими словами, если под левым сенсором есть черная линия, то загорится левый светодиод и так далее. Кроме того, мы разработали и протестировали схему, в которой будут одновременно использоваться и управление скоростью моторов по ШИМ, и серводвигатель.

Видео инструкция по сборке робота на Ардуино

Предлагаем вашему вниманию подробную видео-инструкцию по сборке робота автомобиля на Ардуино от нашего партнера – канала ArduMast Club.

Надеемся, статья была полезна для вас. В комментариях под видео вы сможете найти код, схемы робота, соединения деталей, скетч и ссылки на интернет-магазины, в которых вы можете купить все необходимые компоненты.

• Цена: $9.50

Купил зарядку для ума в виде популярного конструктора arduino и понял одну простую вещь: не все там так гладко, как хочется. Одна покупка тянет за собой другую и так далее и далее, пока сам себе не стукнешь по рукам и не скажешь хватит. Поэтому, чтобы сэкономить вам время, нервы и финансы хочу поделиться опытом сборки простейшей машинки, которая будет объезжать препятствия.

Что нам понадобится:

1. Шасси для робота, я взял это =9,50$ 2. Драйвер двигателя, например L9110s=1,22$ 3. Датчик, который будет определять препятствие, я остановился на самом популярном и дешевом варианте дальномере HC-SR04=0,94$ Однако, никто не мешает воспользоваться более дорогими аналогами или чем-то подобным 4. Крепление датчика,синий, не самый лучший, но жизнеспособный вариант. =1,08$ В качестве аналогов: прозрачный, еще существует неуловимый желтый, наиболее прошаренный, но ссылку так и не нашел. Кто будет искать на вид он похож на синий, но имеет нормальные отверстия под винт м3 и 4 шурупа для крепления дальномера. 5. Плата arduino, которая будет обрабатывать данные с датчика и выдавать решение, куда ехать дальше. Остановился на UNO, как на самой удобной для моделирования на «лету» =5.88$ Эта плата выбрана из-за возможности заменить микроконтроллер в случае фатальной неудачи, так что можно купить версию в два раза дешевле Итого я потратил примерно 19$ на самое основное Однако дальше больше: набор латунных стоек для удобства сборки =8,90$, провода =7,10$, дюпон разъемы (покупал давно, дешевле и для других целей, ссылка для понимания о чем речь),клищи для обжимки разъемов =13,21$, повербанк=1,15$ + по мелочи винты, шайбы, отвертки, аккумуляторы…

!!! терминалы, разъемы, клещи можно заменить набором проводов

вышеперечисленное мне понадобится позже и не раз, не обязательно так разгоняться Парочка фото на закуску Провода и терминалы Стойки, болты, гайки, шайбы

Сборка

Переходим к самому интересному — к созданию Франкенштейна! Первым делом сверлим в синем кронштейне отверстие под болт м3, потому как иного варианта крепления я не нашел на термоклей сажаем дальномер. Собираем шасси и крепим наш датчик. Чтобы он располагался как можно ниже, пришлось закрепить его не сразу на шасси, а с помощью стойки опустить на несколько сантиметров вниз. Нижний край кронштейна получился на одном уровне с моторами. Крепим драйвер двигателя, подключаем моторы.

Приспосабливаем повербанк вместо батарейного отсека. Для этого делаем два отверстия под винты м3 для крепления на шасси, припаиваем два проводка «+» и «-» к USB на плате и выводим провода через еще одно просверленное отверстие. К сожалению у меня не было под руками подходящего выключателя, так что эту функцию будет выполнять отключение проводков от ардуины. Далее крепим это дело на шасси. Ставим ардуину, подключаем провода Удобно, что заряжается аккумулятор через повербанк. Вставляем аккумулятор прошиваем (воспользовался средой atmel studio 6), переворачиваем, чтобы не убежала, и тестируем, что получилось. На первый взгляд все норм, если появляется препятствие машинка отворачивает в сторону, проверяет наличие препятствия и в случае повторного обнаружения поворачивает в другую сторону. Что получилось на практике: препятствия обнаруживает на ура, поворачивает неплохо, опытным путем поставил нужные задержки, но практически не способна ехать по прямой из-за заднего направляющего колеса. Скорее всего это мне попался такой «тугой» вариант, но из-за этого машинка всегда едет по диагонали, мелочь, а неприятно.

Подведем итоги

Для начала, тем, кто решит делать что-то подобное, стоит обратить внимание на шасси с четырьмя моторами. Такой шаг, в теории, исключит вероятность движения по дуге, но может добавить головной боли при подборе драйвера двигателя. Но не спешите ломать голову, можно оставить этот, все должно отлично работать, по токам проходит впритык — два мотора на канал. А вот однобаночного повербанка не хватит точно. На мой взгляд это уже повод рискнуть. Так же придется покупать шайбы, т.к. при креплении к пластмассе могут быть неприятные вещи. Еще было бы отлично разделить питание ардуины и моторов, либо воспользоваться стабилизатором, на худой конец впаять конденсатор большой емкости, но это для истинных ценителей, у меня работает и так. На практике я уложился в цену примерно 2000 руб, можно было и дешевле, но это была моя зарядка для ума и первый опыт в программировании (для чего собственно все и затевалось), особо экономить не стал. Появится время прикручу радиоуправление и выключатель. P.S. Проблему движения по дуге решала замена моторов, спасибо за совет. При покупке шасси не спешите подтверждать, сначала испытайте его в деле. Больше косяков нет, все работает. мой первый обзор ^_^ Вот похожий обзор на готовый набор для сборки, а не с злостный хэндмэйд со сверлением, пайкой и термоклеем.

• 
• 
• 

• 
• 
• 

По пути ко мне пришла идея о создании радиоуправляемой машины своими руками, которая бы объезжала препятствия, поэтому я собрал и этот проект, видео и файл программы к которому прикладываю ниже.

Файлы

Шаг 16: Тестирование

• 
• 
• 

• 
• 
• 

Чтобы проверить робота-машину, я положил её на маленькую картонную коробку. Таким образом, колёса будут крутиться, но машинка будет оставаться на месте. Проверьте работоспособность, нажимая все доступные кнопки. Если всё работает, то можно по-настоящему управлять ей.

Заметка: если моторы вращаются в противоположном направлении, то просто поменяйте местами провода.

Шаг 17: Планы на будущее

• 
• 
• 
• 

• 
• 
• 
• 

В этом руководстве я объяснил, как создать простенькую машинку. Дальше я хочу добавить в неё некоторые улучшения. Вы можете присоединить к ней различные датчики, вот некоторые идеи:

1. Добавление ультразвукового датчика для объезда препятствий
2. Использование модуля WiFi, например ESP8266 или Node MCU вместо Bluetooth, для удлинения дистанции управления.
3. Добавление солнечной панели для зарядки батарей.

Используемые источники:

• https://arduinomaster.ru/uroki-arduino/robot-mashinka-avtomobil-arduino/
• https://mysku.ru/blog/aliexpress/32944.html
• https://masterclub.online/topic/15343-mashinka-na-arduino