Интернет - магазин инструкций к конструктору Lego Education

Робот-паук на сервоприводах + ИК-управление

14.02.2018, 10:24
Источник: cxem.net


Четырехногий робот-паук создан для демонстрации работы сервомашинок под управлением контроллера Arduino (для кружка робототехники).

У робота два режима:

  • автономный - робот движется вперед, при обнаружении препятствия (используется ультразвуковой датчик) поворачивается и движется дальше;
  • внешнее управление с помощью ИК-пульта.

Использовались сервомашинки Turnigy TGY-9025MG металлическим редуктором.

IMAG0327.jpg

В качестве ног робота использовались заглушки для струйных картриджей, скрепленные с помощью поликапролактона

IMAG0325.jpg

IMAG0332.jpg

Корпус был сделан из упаковочного материала для компов. Для сервомашинок требуется отдельное питание. В качестве источника питания используется Li-po батарея Turnigy 2S 1600 mAh. 

IMAG0329.jpg

IMAG0331.jpg

Вот вид сверху и снизу робота в процессе сборки.

IMAG0335.jpg

IMAG0336.jpg

Для управления сервоприводом в Arduino имеется стандартная библиотека Servo. На платах, отличных от Mega, использование библиотеки отключает возможность использования analogWrite() (PWM) на пинах 9 и 10 (вне зависимости подключены к этим пинам сервы или нет). На платах Mega, до 12 серв могут использоваться без влияния на функциональность PWM, но использование от 12 до 23 сервомашинок отключит PWM на пинах 11 и 12. Cервопривод подключается 3-мя проводами: питание, земля и сигнальный. Питание – красный  провод. Черный(или коричневый) провод – земля подключается к GND выводу Arduino, сигнальный(оранжевый/желтый/белый) провод подключается к цифровому выводу контроллера Arduino. Будем использовать выводы 5,6,7,8 Arduino.

Напряжение выдаваемое батареей 7.4 – 8.4 В. Т.к. для питания сервоприводов необходимо напряжение 4.8 – 6.0 В будем использовать стабилизатор напряжения 5В, собранный на микросхеме L7805. Одна микросхема постоянно перегревалась, проблема решилась установкой параллельно двух микросхем L7805. 

Для обнаружения препятствий будем использовать ультразвуковой датчик HC-SR04, который позволяет определять расстояние до объекта в диапазоне от 2 до 500 см с точностью 0.3 см. Если расстояние до препятствия меньше 10 см, робот делает поворот и движется дальше вперед.  

images.jpg

В качестве пульта используется  пульт lg, приемник ИК-сигналов - TSOP31238(1-GND, 2 - +5V, 3-OUT).

krab10.jpg

TSOP31238.jpg

Схема электрическая

Схема робота

И весь робот в сборе (плата Arduino питается от батарейки Крона).

krab11.jpg

krab12.jpg

Приступим к написанию скетча

Для управления сервоприводами используется Arduino библиотека Servo. Нам необходимо реализовать совокупность движений сервоприводов для движения робота-паука вперед, назад, поворота по часовой стрелке и поворота против часовой стрелки. Кроме того необходимо реализовать функции остановки робота, а также для экономии электроэнергии предусмотрим режим засыпания (когда сервоприводы находятся в режиме detach) и пробуждения (перевод сервоприводов в режим attach).  Поэтому каждое движение робота состоит из нескольких шагов.

Например движение вперед состоит из следующих шагов:

  1. левая передняя нога вперед;
  2. правая передняя нога вперед;
  3. левая задняя нога вперед;
  4. правая задняя нога вперед;
  5. четыре ноги вместе назад (что приведет к перетаскиванию тела робота-паука).

Данные для угла поворота каждой сервы на каждом шаге для каждого движения робота-паука хранятся в трехмерном массиве arr_pos.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
int arr_pos[4][6][4]={
 
   { // forward
   {90,90,90,90},{45,90,90,90},{45,135,90,90},
   {45,135,45,90},{45,135,45,135},{135,45,135,45}
   },
 
   { // back
   {90,90,90,90},{90,90,90,45},{90,90,135,45},
   {90,45,135,45},{135,45,135,45},{45,135,45,135}
   },
 
   { // circle_left
   {90,90,90,90},{0,90,90,90},{0,0,90,90},
   {0,0,0,90},{0,0,0,0},{180,180,180,180}
   },
 
   { // circle_right
   {90,90,90,90},{180,90,90,90},{180,180,90,90},
   {180,180,180,90},{180,180,180,180},{0,0,0,0}
   }
 
 };
 
int pos_stop[1][4]={{90,90,90,90}};

Процедура course(int variant)реализует перемещения сервоприводов для каждого шага следующих движений робота-паука: вперед, назад, поворота по часовой стрелке и поворота против часовой стрелки.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
void course(int variant)
 {
 int i=0;
 for(i=1;i<6;i++)
   {
   if(arr_pos[variant-1][i][0]!=arr_pos[variant-1][i-1][0])
   {myservo11.write(arr_pos[variant-1][i][0]);}
 
   if(arr_pos[variant-1][i][1]!=arr_pos[variant-1][i-1][1])
   {myservo12.write(arr_pos[variant-1][i][1]);}
 
   if(arr_pos[variant-1][i][2]!=arr_pos[variant-1][i-1][2])
   {myservo13.write(arr_pos[variant-1][i][2]);}
 
   if(arr_pos[variant-1][i][3]!=arr_pos[variant-1][i-1][3])
   {myservo14.write(arr_pos[variant-1][i][3]);}
 
   delay(200);
   }
 }

Для остановки, засыпания и пробуждения робота-паука существует процедура go_hor_all()

1
2
3
4
5
6
7
8
void go_hor_all()
 {
 myservo11.write(pos_stop[0][0]);
 myservo12.write(pos_stop[0][1]);
 myservo13.write(pos_stop[0][2]);
 myservo14.write(pos_stop[0][3]);
 delay(500);
}

Реализуем простое ИК-управление с пульта. Выбираем 7 клавиш, данные о кодах заносим в скетч в виде констант. И в цикле loop() реализуем логику выбора движений робота-паука при нажатии клавиш ИК-пульта. Программа получения кода get_ir_kod() вызывается по прерыванию CHANGE на входе 2. Используется Arduino библиотека IRremote.

К режиму управления робота с ИК-пульта добавим автономный режим. В автономном режиме робот будет двигаться вперед, при достижении препятствия робот будет делать поворот и опять двигаться вперед. Ультразвуковой датчик HC-SR04 позволяет определять расстояние до объекта в диапазоне от 2 до 500 см с точностью 0.3 см. Сенсор излучает короткий ультразвуковой импульс (в момент времени 0), который отражается от объекта и принимается сенсором. Расстояние рассчитывается исходя из времени до получения эха и скорости звука в воздухе. Если расстояние до препятствия меньше 10 см, робот делает поворот и движется дальше вперед. Переход из режима ИК-управления в автономный режим производим нажатием клавиш "желтая" и "синяя".

Для работы с датчиком HC-SR04 будем использовать Arduino библиотеку Ultrasonic. Конструктор Ultrasonic принимает два параметра — номера пинов к которым подключены выводы Trig и Echo:

1
2
3
4
5
#include "Ultrasonic.h"
 
// trig -12, echo - 13
 
Ultrasonic ultrasonic(12, 13);

Получается такой код

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
// коды клавиш ИК пульта
// lg 6710v00090d
#define FORWARD 32       //  pr +
#define BACK  33         //  pr -
#define CIRCLE_LEFT 17   //  vol-
#define CIRCLE_RIGHT 16  //   vol+
#define STOP 54          //   зеленая
#define SLEEP 55          //  красная
#define AWAKE 37         //  ок
#define EXT 50          //  желтая
#define AUTO 52          //  синяя
 
... .... .....
  
void loop()
  {
  delay(1000);
  if(ext==0)
   {
   float dist_cm = ultrasonic.Ranging(CM);
   Serial.print("dist_cm=");Serial.println(dist_cm);
   if(dist_cm<10.0)
     ir_kod=CIRCLE_LEFT;
   else
     ir_kod=FORWARD;
   }
  if(ir_kod!=0)
   {
   Serial.print("ir_kod=");Serial.println(ir_kod); 
   switch(ir_kod)
     {
     case FORWARD :     // вперед
        course(1);
        Serial.print("forward\n");
        break;
     case BACK :     // назад
        course(2);
        Serial.print("back\n");
        break;
     case CIRCLE_LEFT:     // вращение влево
        course(3);
        Serial.print("circle_left\n");
        break;
     case CIRCLE_RIGHT :     // вращение вправо
        Serial.print("circle_right\n");
        course(4);
        break;
     case STOP :     // остановка
        ir_kod=0;
        go_hor_all();
        Serial.print("pause\n");
        break;
     case SLEEP :     // засыпание
        ir_kod=0;
        go_hor_all();
        myservo11.detach();myservo12.detach();
        myservo13.detach();myservo14.detach();
        digitalWrite(13,LOW);
        Serial.print("sleep\n");
        break;
     case AWAKE :     // пробуждение
        ir_kod=0;
        myservo11.attach(5);myservo12.attach(6);
        myservo13.attach(7);myservo14.attach(8);
        digitalWrite(13,HIGH);
        go_hor_all();
        Serial.print("awake\n");
        break;
     case AUTO :     // режим автономный
        //ir_kod=FORWARD;
        ext=0;
        myservo11.attach(5);myservo12.attach(6);
        myservo13.attach(7);myservo14.attach(8);
        Serial.print("auto\n");
        break;
    default:
        break;
     }
   }
 }
 
// получить код переданный с ИК пульта
void get_ir_kod()
 {
 detachInterrupt(0);    // отключить прерывание 0
 if (irrecv.decode(&results)) 
  {
  //Serial.println(results.value);
  if (results.value > 0 && results.value < 0xFFFFFFFF)
    {
    ir_dt = results.value;
    if(ir_dt==EXT && ext==0)
      {ir_kod = SLEEP;ext=1;}
    else if(ext==1)
      {
      if(ir_dt==FORWARD || ir_dt==BACK || ir_dt==CIRCLE_LEFT
         || ir_dt==CIRCLE_RIGHT || ir_dt==STOP || ir_dt==SLEEP
         || ir_dt==AWAKE || ir_dt==AUTO )
       ir_kod = ir_dt;
      }
    else
      ;
    }
    irrecv.resume();
  }
  attachInterrupt(0, get_ir_kod, CHANGE);
 }

Архив со скетчем и библиотеками Ultrasonic и IRremote можно скачать по ссылке:

Прикрепленные файлы:

Ключевые слова:
робототехника
робот
Роботы на платформе Ардуино
ардуино
/ИК-управление
сервопривод
Робот-паук



Занятие №3 Переключатель (Swith). Проект Arduino в лицее №17 г. Северодвинска
  • В котором рассказывается о том, как собрать первую схему, написать первую программу и заставить их работать вместе. Что хотим Подсоединенный к ...
  • Ардуино Uno R3 распиновка

    Ардуино Uno R3 распиновка
  • Краткое описание микроконтроллера Ардуино Uno R3 с картинкой распиновки и подробным описанием принципа работы ...



  • Если вы хотите получать больше статей, подобно этой, то кликните Поделиться в социальных сетях! Спасибо!

    Смотрите также:

    Обратите внимание полезная информация.