Робот на smart car, объезжающий препятствия

В этой статье я покажу, как собрать простого робота объезжающего препятствия, используя Arduino.

Для этого нам понадобится следующие компоненты:

Плата Arduino UNO
Motor Drive Shield dual L239D
Сервопривод SG90
Ультразвуковой дальномер Ultrasonic Module HC-SR04
Платформа smart car на 4 колесах + 4 указателя скорости
Держатель для 6 батареек AA

Все компоненты можно приобрести на этом сайте 🙂

Как вы уже догадались, в качестве “глаз” мы будем использовать ультразвуковой дальномер. Он имеет угол обзора примерно 15 градусов. К сожалению, этого не достаточно для обеспечения наших задач. Сервопривод позволит нам обойти это ограничение и выступит в роли “шеи”. Все двигатели, сервопривод и дальномер подключать будем к шилду (Motor Drive Shield dual L239D). Возможности шилда позволяют нам подключить 2 сервопривода + на выбор:

4 мотора постоянного тока с потреблением не больше 600mA, 4.5 – 36В
2 мотора постоянного тока и один шаговый двигатель
2 шаговых двигателя

На борту данного шилда имеется две микросхемы L293D (1). L-ка позволяет управлять слаботочными двигателями с током потребления до 600 мА на канал. Моторы подключаются к разъемам M1, M2, M3, M4 на шилде (2). Центральные выводы на пятипиновых клеммниках соединены с землей и служат для удобства при подключении пятипроводных шаговых двигателей. Для управления на прямую выводами L-ки (IN1, IN2, IN3, IN4), отвечающимими за выбор направления вращения, необходимо 4 вывода, а для двух микросхем целых 8. Для уменьшения количества управляющих выводов в игру вступает сдвиговый регистр 74НС595 (3). Благодаря регистру, управление сводится с 8-ми пинов к 4-ем.

Также, на плату выведены 2 разъема для подключения сервоприводов (4). Управление сервоприводами стандартное с помощью библиотеки Servo.h и никак не связано с библиотекой которую мы будем рассматривать далее.

Питание силовой части производится либо от внешнего клеммника (5) либо замыканием джампера (6).

К явным минусам данного шилда можно отнести то, что он задействует практически все цифровые пины:

Выводы отвечающие за скорость вращения двигателей:

Цифровой вывод 11 – DC Мотор №1 / Шаговый №1
Цифровой вывод 3 – DC Мотор №2 / Шаговый №1
Цифровой вывод 5 – DC Мотор №3 / Шаговый №2
Цифровой вывод 6 – DC Мотор №4 / Шаговый №2

Выводы отвечающие за выбор направления вращения двигателей (подключены к микросхеме 74HC595): Цифровые выводы 4, 7, 8 и 12.

Выводы для управления сервоприводами (выведены на штырьки на краю платы):

Цифровой вывод 9 – Сервопривод №1
Цифровой вывод 10 – Сервопривод №2

В итоге незадействованными цифровыми выводами остаются только пины 2 и 13. Однако есть выход из данной ситуации. У нас остались незадействованные аналоговые входы A0-A5, их можно использовать как цифровые. К ним мы и будем подключить наш ультразвуковой дальномер. В коде они будут записываться как цифровые с 14 по 19.

Следующая проблема, которую необходимо решить – определиться с источником питания для робота. Варианты такие:

Питаем Arduino и моторы от одного источника постоянного тока: подключаем этот источник к DC-входу Arduino или EXT_PWR на шилде, замыкаем джампер JP1. Вообще, питать моторы и Arduino от одного источника питания – плохая идея, Arduino может постоянно сбрасываться и вообще нестабильно работать.
Питаем Arduino от USB, а моторы – от отдельного источника постоянного тока. Удаляем джампер JP1 на шилде, подключаем USB к Arduino, а питание моторов – на шилд в EXT_PWR.
Питаем Arduino и моторы от двух независимых источников постоянного тока. Удаляем джампер JP1 на шилде, подключаем первый источник через DC-вход к Arduino, а второй – в EXT_PWR на шилде.

Внимание: соблюдайте полярность на EXT_PWR: оно подается после высоковольтного защитного диода D1 на Arduino. Если вы все правильно подключили – светодиод должен загореться!

Я решил остановиться на последнем варианте и использовать крону для питания платы Arduino и 6 батареек типа AA для питания моторов.

Настало время собрать все воедино:

втыкаем шилд в плату Arduino
подключаем моторы к шилду (разъемы M1, M2, M3, M4)
подключаем сервопривод к шилду (смотрим на маркировку на плате, чтобы не ошибиться пинами)
подключаем дальномер к шилду (Vcc – 5В, Gnd – земля, Trig – к пину A0, Echo – к пину A1)
подключаем питание

И последний штрих – запускаем тестовую программу, которая будет управлять моторами: (для запуска потребуется библиотека AFMotor).

#include "AFMotor.h"  // Подключаем библиотеку для работы с шилдом 

// Подключаем моторы к клеммникам M1, M2, M3, M4
AF_DCMotor motor1(1);
AF_DCMotor motor2(2);
AF_DCMotor motor3(3);
AF_DCMotor motor4(4);

void setup(){
	// Задаем максимальную скорость вращения моторов (аналог работы PWM) 
	motor1.setSpeed(255);
	motor1.run(RELEASE);
	motor2.setSpeed(255);
	motor2.run(RELEASE);
	motor3.setSpeed(255);
	motor3.run(RELEASE);
	motor4.setSpeed(255);
	motor4.run(RELEASE);
}

void loop(){
	// Двигаемся условно вперед одну секунду 
	motor1.run(FORWARD); // Задаем движение вперед
	motor2.run(FORWARD);
	motor3.run(FORWARD);
	motor4.run(FORWARD);
	motor1.setSpeed(255); // Задаем скорость движения
	motor2.setSpeed(255); 
	motor3.setSpeed(255); 
	motor4.setSpeed(255); 
	delay(1000);

	// Останавливаем двигатели
	/* Очень не рекомендуем резко переключать направление вращения двигателей.
	Лучше дать небольшой промежуток времени.*/

	motor1.run(RELEASE); 
	motor2.run(RELEASE);
	motor3.run(RELEASE);
	motor4.run(RELEASE);
	delay(500);

	// Двигаемся в обратном направлении
	motor1.run(BACKWARD);  // Задаем движение назад
	motor2.run(BACKWARD);
	motor3.run(BACKWARD);
	motor4.run(BACKWARD);
	motor1.setSpeed(255);  // Задаем скорость движения 
	motor2.setSpeed(255); 
	motor3.setSpeed(255); 
	motor4.setSpeed(255); 
	delay(1000);

	// Останавливаем двигатели  
	motor1.run(RELEASE);
	motor2.run(RELEASE);
	motor3.run(RELEASE);
	motor4.run(RELEASE);
	delay(500);
}

#include "AFMotor.h" // Подключаем библиотеку для работы с шилдом

// Подключаем моторы к клеммникам M1, M2, M3, M4

AF_DCMotor motor1(1);

AF_DCMotor motor2(2);

AF_DCMotor motor3(3);

AF_DCMotor motor4(4);

void setup(){

// Задаем максимальную скорость вращения моторов (аналог работы PWM)

motor1.setSpeed(255);

motor1.run(RELEASE);

motor2.setSpeed(255);

motor2.run(RELEASE);

motor3.setSpeed(255);

motor3.run(RELEASE);

motor4.setSpeed(255);

motor4.run(RELEASE);

}

void loop(){

// Двигаемся условно вперед одну секунду

motor1.run(FORWARD); // Задаем движение вперед

motor2.run(FORWARD);

motor3.run(FORWARD);

motor4.run(FORWARD);

motor1.setSpeed(255); // Задаем скорость движения

motor2.setSpeed(255);

motor3.setSpeed(255);

motor4.setSpeed(255);

delay(1000);

// Останавливаем двигатели

/* Очень не рекомендуем резко переключать направление вращения двигателей.

Лучше дать небольшой промежуток времени.*/

motor1.run(RELEASE);

motor2.run(RELEASE);

motor3.run(RELEASE);

motor4.run(RELEASE);

delay(500);

// Двигаемся в обратном направлении

motor1.run(BACKWARD); // Задаем движение назад

motor2.run(BACKWARD);

motor3.run(BACKWARD);

motor4.run(BACKWARD);

motor1.setSpeed(255); // Задаем скорость движения

motor2.setSpeed(255);

motor3.setSpeed(255);

motor4.setSpeed(255);

delay(1000);

// Останавливаем двигатели

motor1.run(RELEASE);

motor2.run(RELEASE);

motor3.run(RELEASE);

motor4.run(RELEASE);

delay(500);

}

Надеюсь у вас все получилось и ваш робот сделал первые “шаги” 🙂

Мы имеем следующие способности и компоненты робота:

4 моторчика, каждым мотором мы можем управлять независимо от других
сервопривод с рабочим ходом +\- 85-90 градусов и большой скоростью поворота
ультразвуковой дальномер с углом обзора примерно 15 градусов

Зная характеристики и возможности железа, мы можем накидать алгоритм для программы:

робот должен ехать прямо, пока не увидит препятствие
увидев препятствие, он должен оглядеться и определить оптимальный маршрут (поехать в ту сторону, где помеха находятся дальше или отсутствует)
если препятствие оказалось слишком близко, робот по каким либо причинам его не заметил и уткнулся в него (слабая отражающая способность, крохотная преграда, или робот подъезжал к нему под таким углом, что звук просто не мог отразиться обратно) – необходимо отъехать назад и дальше следовать второму пункту данного алгоритма
после завершения маневра ехать по прямой линии до следующей преграды

Итак, задача ясна. Ниже представлена готовая и откомментированная программа. По-моему мнению, это наилучший способ разъяснить, как она работает 🙂

Скачать код: Robot.zip

Помните, что робот имеет только один сервопривод – следовательно осматриваться он может только в одной плоскости и помехи, которые будут находится ниже и выше угла обзора дальномера, будут просто игнорироваться и робот в них врежется. Частично это можно обойти, играясь с этим условием (get_distance() < 50).

На этом все, спасибо за внимание 🙂

Видео с очень похожим роботом:

Инфомрация взята с:

http://zelectro.com.ua/Adafruit_motor_shield
http://mk90.blogspot.ru/2009/03/motorshield-adafruit.html
http://learn.adafruit.com/adafruit-motor-shield/overview

Материал прислал: Александр Укштейн

Возможно, вам потребуются файлы:

библиотека AFMotor

Похожее

15 thoughts on “Робот на smart car, объезжающий препятствия”

Иван says:

Спасибо автору! Искал информацию по сборке и наконец то нашел. Но по не опытности купил другую плату (UNO V3) и шилд на L298.

04.07.2015 at 17:25

Ответить
- Евген says:
  
  обычно все по неопытности так и делают)))
  
  12.02.2016 at 13:27
  
  Ответить
Алик says:

А возможно ли сделать так чтоб он постоянно вращал налево /направо сонар а не только когда увидит препятствие?

28.02.2016 at 17:29

Ответить
- Alex Santehnik says:
  
  да, это возможно. нужно изменить часть кода.
  
  29.02.2016 at 10:18
  
  Ответить
Расул says:

в программе косяк, при проверке кода выдает ошибки по 4-5 строкам, в программировании не силен

06.03.2018 at 18:06

Ответить
- Дмитрий says:
  
  Возможно, вы не подключили библиотеку AFMotor.h
  
  07.03.2018 at 15:01
  
  Ответить
art says:

что означает 1t

24.03.2018 at 20:05

Ответить
- Дмитрий says:
  
  а где это встречается?
  
  26.03.2018 at 12:33
  
  Ответить
Ivan says:

Что такое &lt и &gt

27.12.2019 at 23:46

Ответить
- Дмитрий says:
  
  Это не корректно отображались открывающая и закрывающая кавычки. Исправлено. Спасибо за замечание! 🙂
  
  28.12.2019 at 11:39
  
  Ответить
Дмитрий says:

Вы выслали сообщение об ошибке, но не выслали ваш код, на который нужно посмотреть, чтобы указать вам на ошибку!

16.02.2020 at 15:31

Ответить
Дмитрий says:

Вы выслали сообщение об ошибке, но не выслали ваш код, на который нужно посмотреть, чтобы указать вам на ошибку!

16.02.2020 at 15:31

Ответить
Andrei says:

Вставлял выше написанную программу в 217 строк по управлению “робот smart car”(вся программа не записывается, вставляю первые строки).
// Подключаем нужные библиотеки
#include “Servo.h” // для работы с сервоприводом
#include “AFMotor.h” // для работы с шилдом

// задаем пины, к которым мы подключили ультразвуковой дальномер
…

17.02.2020 at 20:34

Ответить
- Дмитрий says:
  
  Попробуйте скачать снова. Перезалил, сделал чтобы можно было скачать файлом.
  
  18.02.2020 at 14:08
  
  Ответить
Andrei says:

Спасибо, закачал Вашу программу все пошло.

18.02.2020 at 21:06

Ответить

Робот на smart car, объезжающий препятствия

Понравилось это:

Похожее

15 thoughts on “Робот на smart car, объезжающий препятствия”

Добавить комментарий Отменить ответ

Share this:

Понравилось это:

Похожее

15 thoughts on “Робот на smart car, объезжающий препятствия”

Добавить комментарий Отменить ответ