Автономные роботы на контроллере Arduino

Робототехника становится частью быта человека. Пылесосы, кухонные комбайны, умные дома — все эти устройства работают за счет соединения сложной электроники и программного обеспечения. Но собрать простого робота можно и без помощи навыков программирования. Например, на основе платы Ардуино.

• Что такое Ардуино?
• Роботы на Arduino: описание и назначение
• Готовые роботы на базе Arduino
• Проекты Arduino Robot
• Устройство и особенности механизма автономного робота на Ардуино
• Преимущества и перспектива роботов Ардуино
• Заключение

Что такое Ардуино?

С этим названием чаще всего ассоциируют программируемые печатные платы. Ардуино — это бренд, который принадлежит компании Arduino AG. Она основана в 2016 году, однако началом ее работы принято считать 2003 год. Тогда команда энтузиастов создала форк программно-аппаратной платформы Wiring, который был назван Arduino.

Справка! Основной разработчик и автор Arduino — Массимо Банци. Система написана на «С++». Аппаратная платформа — AVR.

Основные разработчики компании Arduino AG

Под Arduino принято понимать программно-аппаратную среду, при помощи которой можно прототипировать и строить различные модели в области радиоэлектроники, автоматики и робототехники. Проще говоря, Ардуино — это плата-контроллер, которая состоит из двух основных компонентов:

• открытой программной оболочки (IDE);
• аппаратной части, состоящей из готовых смонтированных печатных плат.

Система устроена так, чтобы пользователь смог построить простые автономные электронные системы с минимальным порогом знаний в области электроники и программировании.

Роботы на Arduino: описание и назначение

Если сравнить робота на Ардуино, например, с живым существом, то его смело можно назвать мозгом. Все проекты на данном контроллере можно разбить на две условные группы: простые и сложные. В зависимости от поставленной задачи потребуются разные платы:

Arduino Uno. Простая плата, которая подойдет для начального уровня. Очень простая и надежная. В качестве основы используется чип ATmega328 на тактовой частоте 16 МГц, 2 Кб оперативной памяти. 1 Кб EEPROM, 32 Кб на флеш. На плате распаяны 14 входов (выходов) для подключения сенсоров, приводов и других устройств в цифровом формате, а также 6 аналоговых входов. Этот контроллер подойдет для сборки простых роботов: пауков, машинок, манипуляторов и прочих.

Arduino Uno

Arduino Mega / Mega 2560. Подойдет для более сложных проектов. В данной плате есть большее количество входов и выходов: 48 и 54 (для Mega и Mega 2560 соответственно). Для нужд оперативной памяти отведено 8 Кб, 4 Кб EEPROM. Количество флеш-памяти: 128 Кб или 256 Кб (Mega 2560). Этот контроллер используют в сложных проектах, например для построения робота-пылесоса с несколькими датчиками ориентира в пространстве.

Arduino Mega

Это не все контроллеры, которые выпускает компания. В ее продуктовой линейке есть более 30 печатных плат, дополнительных контроллеров, а также готовых обучающих китов для сборки автоматизированных систем.

Готовые роботы на базе Arduino

Сегодня рынок радиоэлектроники переживает второе рождение. Это происходит не без участия компании Arduino AG. «Ардуино» внесла огромный вклад в развитие и продажу разных сервоприводов, датчиков, контроллеров и прочих элементов для сборки автономных систем. И, естественно, без нее практически невозможно представить современный мир робототехники. Готовые роботы на базе Arduino можно найти:

1. На сайте производителя Arduino AG. Компания производит готовые кит-наборы, при помощи которых можно обучиться работать с системой. Например, на сайте можно приобрести роботизированную руку-манипулятор в формате кит-комплекта.

2. В интернет-магазинах. Часто это киты-конструкторы в комплекте с обучающей литературой. Набор помогает разобраться в базовых принципах аппаратной и софтовой части Ардуино.

Роботы-игрушки. Разные машинки, гуманоидоподобные роботы. Продаются в виде кит-комплектов или разборных (готовых) моделей. Ими играют как есть, либо дополняют и модифицируют с помощью других компонентов и деталей.

Однако большую популярность имеют именно самодельные модели, которые изготавливают сами пользователи по готовым схемам.

Интересно! Ардуино имеет огромный успех именно в форме конструктора. Являясь основным контролером, он позволяет собирать сложные автономные системы, которые можно настроить под собственные нужды.

Проекты Arduino Robot

На просторах сети можно найти множество проектов, посвященных сборке автономных систем на базе Arduino. Начиная от автоматических кормушек и роботов-пылесосов, заканчивая сложными роботами-игрушками для детей и взрослых.

Интересно! В 2020 году группа энтузиастов запустила самодельный «черный ящик» на орбиту земли. В основе устройства лежал контроллер Arduino Mega 2560. Аппарат успешно выдержал испытание вакуумом, работая при температуре -50 °С.

Устройство «черного ящика» на орбите земли

В качестве примера рассмотрим схему построения детской игрушки с датчиками приближения (расстояния), двигателем для движения, сервоприводом и датчиками линии. Часто этот проект используют как основное шасси для более сложных моделей.

Схема

Устройство и особенности механизма автономного робота на Ардуино

При разработке или сборке робота на Ардуино, нужно учесть ряд особенностей:

1. Контроллер не переносит большие нагрузки по току. Это нужно учитывать, например, при подключении мощного двигателя. Специально для этих целей используют «драйверы двигателя». Этот компонент поможет избежать перегрузок на основной плате.
2. Питание. Чтобы робот был по-настоящему автономным, нужно подобрать правильный элемент питания. Здесь нужно отталкиваться от реального потребления всех компонентов, плюс учитывать параметры тока.
3. Комплектующие. Все компоненты автономной системы должны быть рассчитаны заранее. То есть они должны работать в одной электросхеме с заданными параметрами. Данный фактор нужно учесть еще на этапе проектирования.

Это основные характеристики, которые стоит учесть при проектировании автономного робота на Ардуино.

Преимущества и перспектива роботов Ардуино

Платформа ежегодно развивается и растет. Компания разрабатывает новые печатные платы, сенсоры и датчики. К достоинствам Ардуино можно отнести:

1. Низкую стоимость разработки. Основная плата обойдется в $20 — $25.
2. Простой вход в теоретическую часть. Изучить базовые принципы программирования может даже школьник.
3. Проект Ардуино полностью открыт. Его можно изменять и дополнять.
4. Для постройки робота не нужен программатор.
5. Кроссплатформенная среда разработки.

Контроллер набирает популярность во всем мире. Подтверждением этому могут стать тысячи сайтов с готовыми проектами, схемами и FAQ по данной системе. Стандартизация выводов и входов для подключаемых устройств делает Arduino довольно привлекательной для сторонних производителей техники.

Контроллер Ардуино — это самый бюджетный мостик в мир робототехники. Освоить базу можно за несколько недель. А первый робот обойдется всего в пару тысяч рублей, если собирать его самостоятельно.