Что вам нужно для создания собственного автономного робота

Вы когда-нибудь хотели построить своего собственного робота? Это не так сложно, как вы думаете, используя комплект или набор стандартных электронных компонентов.

Главное препятствие - ориентироваться в ошеломляющем количестве вариантов, доступных для создания колесного робота, включая его микроконтроллер, шасси, двигатели и датчики. Самый простой вариант - купить полный комплект робота, но если вы хотите создать робота по индивидуальному заказу, мы шаг за шагом проведем вас через основные варианты выбора.

1. Микроконтроллер / SBC

Вашему роботу понадобится электронный «мозг» для управления всеми его функциями, включая движение. Два самых популярных варианта - это Raspberry Pi и Arduino.

Raspberry Pi - это одноплатный компьютер (SBC) с микропроцессором Arm, который может работать с полной операционной системой Linux. Основное преимущество роботов в том, что они мощнее микроконтроллера, такого как Arduino, позволяя запускать более сложные программы. Это идеально подходит для распознавания лиц и других форм искусственного интеллекта, поэтому вы можете создать действительно умного робота.

Еще одно преимущество состоит в том, что вы можете запрограммировать его практически на любом языке. Один из самых популярных для робототехники на Python, который менее сложен, чем C для новичков в программировании.

С другой стороны, Arduino идеально подходит для более простых проектов робототехники. Помимо того, что он обычно дешевле, он потребляет меньше энергии, поэтому требуется больше времени для разряда портативного блока питания или аккумуляторной батареи.

Хотя обычно он программируется на C с использованием Arduino IDE на компьютере, можно использовать графическая IDE под названием Xod для управления роботами Arduino.

Другие микроконтроллеры также подходят для робототехники, включая Teensy, BeagleBone, micro: bit и Raspberry Pi Pico.

2. Шасси

Для вашего колесного робота вам понадобится шасси, чтобы сформировать его тело, разместить в нем электронику и установить двигатели (с помощью кронштейнов).

Есть множество комплекты шасси доступны в различных размерах и из различных материалов, как правило, для двух- или четырехколесных роботов, иногда с шестью колесами. Большинство из них представляют собой простые платформы для монтажа электроники и двигателей; более дорогие варианты могут включать в себя систему подвески.

Кроме того, вы можете создать собственное шасси из таких материалов, как пластик, металл, дерево, кирпичи Lego или даже картон. Важно учитывать, насколько прочным должен быть ваш робот. Если вам нужно справиться с труднопроходимой местностью, вам понадобится более прочное шасси.

3. Двигатели

Чтобы ваш робот двигался, вам понадобятся моторы. Для колесного робота это будут стандартные двигатели постоянного тока, которые - в отличие от сервоприводов или шаговых двигателей - свободно вращаются на высокой скорости.

Некоторые двигатели имеют встроенный редуктор для увеличения крутящего момента и перемещения более тяжелых нагрузок. Проверьте передаточное отношение передачи (или уменьшения скорости): чем оно выше, тем больше крутящий момент и ниже скорость. Для начинающих проектов рекомендуются более высокие коэффициенты.

Если вам требуется точное считывание и контроль скорости двигателя, можно также добавить магнитный или оптический датчик скорости на каждый вал двигателя, который будет передавать данные обратно на ваш микроконтроллер.

Скорость каждого двигателя обычно регулируется с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции), которая включает в себя отправку потока цифровых импульсов включения-выключения: чем больше импульсов в цикле, тем быстрее он вращается.

4. Драйвер двигателя

Вы не можете подключать двигатели постоянного тока напрямую к одноплатному компьютеру или плате микроконтроллера, поскольку последняя не сможет обеспечить достаточную мощность для двигателей, и вы можете повредить плату.

Вместо этого вам понадобится плата драйвера / контроллера мотора, подключенная между моторами и микроконтроллером, а также к источнику питания. Недорогие платы драйверов часто основаны на двухканальной микросхеме H-моста L298N или DRV8833. Количество каналов определяет, сколькими двигателями можно управлять независимо, поэтому вам понадобится больше каналов (и драйверов) для 4WD или 6WD.

Хотя кто-то со знанием электроники может создать свой собственный драйвер двигателя с Н-мостом, проще купить плату драйвера. Существует множество шляп, доступных для установки на Raspberry Pi, и специальный Motor Shield для Arduino.

Ключевым фактором при выборе драйвера двигателя является обеспечение того, чтобы он мог выдерживать напряжение, необходимое для двигателей, а также их непрерывный рабочий ток. Если вы не можете найти последний в технических характеристиках двигателей, он обычно на 20-25% ниже, чем ток останова. Максимальный ток привода двигателя должен примерно вдвое превышать длительный ток двигателя.

5. Колеса

Естественно, они необходимы колесному роботу! Простой двухколесный робот проще всего подходит для новичков, обычно с небольшим колесиком без двигателя спереди, чтобы помочь ему сохранить равновесие.

Четырехколесный робот - это следующий шаг вперед, обеспечивающий дополнительную стабильность и управляемость. Если вы хотите независимое управление каждым мотором / колесом для настоящего полного привода, вам понадобятся две двухканальные микросхемы драйвера двигателя на вашей плате. В качестве альтернативы вы можете использовать один драйвер для управления двумя двигателями на каждом канале, при условии, что он имеет достаточный максимальный ток, чтобы справиться со всеми.

Для бездорожья вы можете даже установить до шести колес, но для их размещения вам понадобится более длинное шасси. Вы можете добавить гусеницы для дополнительного сцепления или даже систему качающейся тележки, как на марсоходе NASA Perseverance Mars.

Хотя можно иметь управляемые колеса, использующие сервоприводы для вращения их и их двигателей, наиболее распространенный метод управления роботом - это просто вращать колеса с одной стороны быстрее, чем с другой.

Еще один интересный вариант - использовать колеса Mecanum, специальные ролики которых позволяют им двигаться вбок, когда четыре колеса вращаются по определенной схеме. Отлично подходит для параллельной парковки!

6. Мощность

Если ваш робот будет подключен к розетке, это немного ограничит вас, поэтому вам понадобится портативный источник питания. Есть два основных метода:

1. Используйте отдельные источники питания для двигателей и электроники.
2. Используйте один источник питания, подключенный к обоим через BEC (схему разрядника батареи). Ваша плата драйвера двигателя может включать BEC.

Какой бы вариант вы ни выбрали, возможные источники питания включают в себя блоки питания USB, аккумуляторные батареи (например, 4x AA) и литий-полимерные батареи. Просто убедитесь, что вы подаете правильные значения напряжения и тока. Многие платы драйверов двигателей обеспечивают защиту от перегрузки по току и обратной полярности.

7. Датчики

Хотя можно запрограммировать робота на движение по заданному шаблону или управлять им вручную с удаленного устройства, добавление датчиков позволит ему действовать автономно.

Ультразвуковой датчик расстояния, такой как HC-SR04, позволит роботу почувствовать стену или другое препятствие перед собой и предпринять действия для уклонения.

Еще один популярный вариант - заставить робота следовать по дорожке на полу. Один или несколько ИК-датчиков слежения за линией, установленных спереди, позволяют ему обнаруживать темную полосу на полу и двигаться по ней.

Вы даже можете придать своему роботу «глаза», добавив небольшую камеру. Изображения можно интерпретировать с помощью библиотеки компьютерного зрения, такой как OpenCV, для обнаружения объектов или даже лиц.

Создайте своего собственного автономного робота: успех

Теперь у вас есть обзор того, как построить собственного колесного робота. Мы надеемся, что это вдохновило вас на ваш первый набег в чудесный мир робототехники. После того, как вы построите своего первого робота, вы можете захотеть создать другого типа, например, с ногами или роботизированной рукой.

Лучший Dark Web-браузер для вашего устройства

Хотите получить доступ к даркнету? Вам нужно использовать темный веб-браузер, который может доставить вас туда и защитить вашу конфиденциальность.

Читать далее

Об авторе