Собрать робота своими руками: пошаговый план

Сборка собственного робота – увлекательный и познавательный процесс, который интересен в любом возрасте. Сегодня многие платформы и тематические блоги предлагают простые инструкции по сборке управляемого робота. Однако на практике всегда обнаруживаются какие-то недочёты, не позволяющие полноценно насладиться процессом создания от сборки до программирования и управления.

Вроде бы всё сделал правильно, но… Что-то попросту не налаживается, а программный код робот почему-то не воспринимает и упрямо не хочет подчиняться. Досадно? Ещё бы! Специалисты «Enjoy robotics» подготовили для вас поэтапное, подробное руководство по проектированию и программированию робота с учётом всех возможных нюансов и тонкостей по настройке вашего изобретения. Поехали!

Самый распространённый способ собрать робота – просто по инструкции собрать готовый заводской набор. Однако зачастую не хватает каких-либо деталей, инструкция по сборке непонятна или сложна для восприятия. Мы же предлагаем пошаговое руководство по сборке собственного робота: разберём средства и материалы, соединим элементы из комплекта сборки в единый рабочий проект. После завершения программирования и сборки управлять им можно будет даже со смартфона.

Основные этапы сборки робота:

• подготовка деталей и оборудования к сборке;
• 3D-моделирование;
• сама сборка;
• подсоединение электронной части к роботу;
• программирование и настройка.

В нашем руководстве мы разбираем полноценно 2 этапа – подготовку и сборку. Если есть возможность, можно провести 3D-моделирование, но можно обойтись и без него. Конечно, первый управляемый вами робот, собранный по нашей инструкции – это не человекоподобный андроид, а платформенная мини-машинка. Но удовольствия готовый результат принесёт вам очень много – гарантируем!

Давайте представим себе небольшую платформенную машинку на классической колёсной базе. Однако вместо привычной кабины у неё будет установлена плата-микроконтроллер, моторы с приводами и припаянными проводками. Представили? Вот это и есть наш робот, которого мы будем собирать. Рассмотрим, что нам понадобится для сборки и удачного завершения проекта.

Ну что, теперь самое волнительное? Запасайтесь терпением и вниманием, приступаем к сборке робота.

Для предотвращения простоя во время работы рекомендуем сразу, заранее убедиться в наличии всех необходимых деталей и инструментов. Полный перечень запчастей и комплектующих включает в себя следующие позиции:

• детали корпуса: верхняя пластина, нижняя пластина, соединительные пластины, вертикальные кронштейны для крепления двигателей;
• двигатели с редукторами;
• колёса;
• микроконтроллер (Arduino Uno);
• модуль управления двигателями;
• батарейный блок питания – 2 батареи Li-Ion 3.7 V;
• стойки, крепёжные элементы (винты, гайки);
• провода и разъёмы;
• зажимы и фиксаторы кабелей;
• инструменты для пайки соединений (паяльник).

Важно! В сборке робота главное – не торопиться и не перескакивать шаги инструкции. Делайте всё по инструкции, и робот обязательно по-дружески мигнёт вам светодиодом и выполнит заданную команду!

Процесс комплексной сборки робота можно описать последовательным набором шагов. И мы готовы погрузить вас во все тонкости и подробности. Десять шагов – и вы у цели:

• Шаг 1. Соединение моторов с проводами: то легко: достаточно просто одним концом припаять каждый проводок к мотору. У нас таких моторов 4. На каждом 2 проводка. Следовательно, в итоге получим проводов, соединённых со своим мотором попарно;
• Шаг 2. Платформенная фиксация моторов: делается очень просто, с помощью специальных крепёжных элементов. Здесь же рекомендуем закрепить и драйвер, чтобы потом не дёргаться, куда его прилепить. А так он будет находиться в непосредственной близости от моторов (зачем это нужно, узнаем далее на третьем шаге). Попарно соединённые провода у моторов (помните, что они разноцветные) при этом нужно спаять между собой хвостиками в одном направлении так, чтобы они оба указывали в одну точку;
• Шаг 3. Этот этап подключения достаточно важен, так как предусматривает защиту модуля Arduino от перегрузки: для этого нам понадобится драйвер. Дело в том, что моторы работают на более высоком напряжении, чем микроконтроллер. Чтобы он не сгорел от перепада напряжения, мы и установим оптимизацию в виде драйвера. Но это не единственное его преимущество: драйвер способствует более точному управлению мотором – следит за скоростью, корректирует направление движения мотора;
• Шаг 4. Рассмотрим порядок подключения выводов двигателей к драйверу. Оно осуществляется следующим образом.

Канал А ( выводы OUT1, OUT2):

• первый двигатель подсоединяется между выводами OUT1 и OUT2;
• второй двигатель также соединяется с этими же выводами: один провод к OUT1, второй — к OUT2.

Канал В (выводы OUT3, OUT4):

• третий двигатель подключается между выводами OUT3 и OUT4;
• четвёртый двигатель аналогично подключают: первый провод — к выводу OUT3, второй — к выводу OUT4.
• Шаг 5. Дадим возможность нашему роботу оживиться – настало время подключить питание: соединяем последовательно 2 литий-ионные батареи номиналом 3,7 В каждая (+7,4 В суммарно), соблюдая полярность. Плюсовой контакт подсоединяется к входному разъёму драйвера «+12 V». Напряжение совместимо с рабочим диапазоном устройства (от 5 до 35 В);
• Шаг 6. Далее нужно завершить предыдущий процесс: присоединяем отрицательный вывод источника питания к GND на драйвере L298N;
• Шаг 7. Важный момент: мы дошли до интеллектуализации нашего робота. Здесь при помощи подключения к Arduino мы дадим ему возможность обрабатывать команды и реагировать на них так, как это задумано создателем. Помните соломенное пугало Страшилу из «Волшебника изумрудного города?» Он получил от Волшебника то, о чём долго мечтал – мозги! А тут в роли волшебников выступаем мы сами. Подключите контакт GND платы Arduino к контакту GND драйвера. Питание логики драйвера обеспечьте через вывод 5V от микроконтроллера. Стоит отметить, что модуль L298N изначально оснащён перемычками, задающими максимальную скорость вращения двигателей. В случае их удаления появится возможность программного управления скоростью. Для текущей реализации рекомендуем оставить заводские перемычки подключёнными;
• Шаг 8. На этом этапе необходимо подключить провода к контактам, отвечающим за управление двигателя робота: здесь важно убедиться, в нужном ли направлении крутятся моторы. Это легко осуществить через их подключение к источнику электропитания. Если обнаружено, что направление вращения неверное, нужно поменять подключение к драйверу;
• Шаг 9. Подключение моторов к Arduino: для этого контакты следует завести к пинам Arduino 6-9. После этого подсоединяется «земля» от выводов GND и 5V-драйверов к пинам с аналогичным названием на Arduino;
• Шаг 10. Практически заключительная стадия процесса сборки: Bluetooth-модуль подсоединяется к выводам порта UART микроконтроллера Arduino следующим образом:
• RXD модуля — к выводу TX платы Arduino;
• TXD модуля — к выводу RX платы Arduino.

Питание модуля организуется через контакты Arduino:

• контакт VCC модуля соединяется с шиной питания +5 В;
• контакт GND модуля подключается к общей точке заземления («земля») Arduino.

Важно! Перед началом загрузки программного обеспечения необходимо временно отсоединить Bluetooth-модуль от платы Arduino. Данная мера обусловлена одновременным задействованием интерфейсов TX/RX микроконтроллера как для передачи данных между компьютером и платой, так и для работы модуля связи. После завершения прошивки модуль следует повторно подсоединить к соответствующим контактам Arduino.

На этом техническая сборка робота и минимальное его программирование завершены. Осталось последнее: собрать верх и низ вашего робота. Набор для финальной сборки простой: просто прикрепите обе элементные части друг к другу с помощью стоек, пластин и винтового крепежа. Arduino-модуль и батарейный отсек нужно сориентировать на верхней платформе. Когда все винтики закручены, робот будет иметь вид четырёхколёсной машинки-платформы с проводами и платой микроконтроллера.

Принимайте наши поздравления: вы только что дошли до финала этого увлекательного технического приключения: собрали управляемого робота своими руками! Теперь нужно его настроить так, чтобы из простой механизированной платформы он превратился в послушного исполнителя команд. Робота можно подключить прямо к смартфону и управлять им удалённо. О тонкостях настройки и управления расскажем в другом материале: следите за обновлениями.

Сборка робота – задача, выполнением которой «от и до» можно по праву гордиться каждому, кто это осуществил. Кто из нас не хотел личного маленького помощника или армию роботов? Вопрос, конечно, риторический и субъективный, однако мы уверены: свой робот ещё никому не помешал. Творите, узнавайте новое, проектируйте, проявляйте фантазию в вопросах создания робота! И кто знает, может именно ваш прототип изобретения станет прорывом в робототехнике и создании ряда умных вещей. Остались вопросы или есть трудности в сборке робота? Готовы к обсуждению в комментариях к статье! Ваши «Enjoy Robotics».