Разработка программируемого робота с контроллером Arduino

1.

2. Актуальность выпускной работы

На сегодняшний день робототехника
является одной из важнейших отраслей
развития прогресса, многие современные
компании создают свои прототипы
различных роботов, разного предназначения,
чтобы быть в ногу со временем.
Несомненно, робототехника является
актуальной темой на многие годы вперед.

3.

Целью данной выпускной работы
является проектирование и создание
робота для применения в учебном
процессе в качестве пособия по
робототехнике.

4.

В данной выпускной работе необходимо
разработать робота, выполняющего
задачу по избеганию препятствий.
Назначением данной работы является
изучение принципа построения и
программирования робототехники на
микроконтроллере, и применение в
дальнейшем полученных знаний в
дальнейших проектах.

5.

Рассмотрим три основных аналога, роботов
преодолевающих препятствия

6. Робот с концевыми выключателями

Достоинствам данного робота, как и
недостатком, является его простота и
отсутствие
микроконтроллера.
Робот
непрограммируемый,
не
может
вести
вычисления и анализ данных для принятия
решения,
работает
на
физических
самодельных датчиках в виде «усов» может
обнаружить
препятствие
только
при
столкновении с ним. После столкновения робот
отъезжает немного назад разворачивается и
продолжает движения. Но этого вполне
достаточно,
чтобы
передвигаться,
и
преодолевать на пути препятствия.

7. Робот с концевыми выключателями

8. Робот с инфракрасными датчиками

Достоинствам данного робота является,
программируемый микроконтроллер
ATmega32. Робот может принимать
решение исходя из данных датчиков. Робот
избегает столкновения при обнаружении
стены (предмета), объезжает препятствия,
определяет направление движения.
Обнаруживает препятствия до
столкновения с ним. Определяет, с какой
стороны, находится препятствие - слева или
справа, после принимает решение и
движется в свободном направлении.
Имеет хороший угол обзора, 35 градусов
на каждый датчик.

9. Робот с инфракрасными датчиками

10. Принцип работы инфракрасного датчика

Минусы:
1. Не работает с темными поверхностями
2. Подвержен инфракрасным помехам
3. Не измерят расстояние до объекта

11. Робот с ультразвуковым датчиком

Существенным преимуществом робота является
использование цифрового ультразвукового датчика,
программируемая платформа Arduino на языке
«С/C++» на микроконтроллере ATmega328p. Робот
может вычислять расстояние до предмета, в
диапазоне четырех метров, вычисляет заранее
расстояние, переводя в сантиметры, и принимает
решение о дальнейшем действии. Из минусов
можно отметить, что используется только один,
ультразвуковой датчик, направленный только
вперед, с узким углом обзора 30 градусов, это
ограничивает обзор робота в пространстве, он
замечает препятствия только прямо перед собой.
Слева и справа получаются слепые зоны видимости,
робот не сможет рассчитать заранее, в какую
сторону повернутся, чтобы снова не наткнутся на
препятствие.

12. Робот с ультразвуковым датчиком

13.

Ультразвуковой модуль определяет расстояние до объекта по
времени выпущенной и отраженной звуковой волны, он
испускает звуковые волны частотой 40 кГц и слушает эхо
(отражённый импульс от предметов), по времени
распространения звуковой волны туда и обратно, модуль
вычисляет расстояние до препятствия.

14. Сравнение аналогов

Критерии
Наличие
программируемого
МК
Вычисление
расстояния до
объекта
Ориентация в
пространстве
Автономность
Определения
препятствия до
столкновении с ним
Определения
препятствия с
любым цветом
покрытия
Робот, с
концевыми
выключателями
Робот, с
инфракрасными
датчиками
Робот с
ультразвуковым
датчиком
–
+
+
–
–
+
–
+
–
+
+
+
–
+
+
+
–
+

15. ВЫБОР ПЛАТФОРМЫ И КОМПЛЕКТУЮЩИХ

16. Arduino Uno ATmega328

Флеш-память 32 Кб
ОЗУ-2 Кб (ATmega328).
EEPROM-1 Кб (ATmega328).
Тактовая частота-16 МГц.
Цифровые Входы/Выходы -14
Аналоговые входы - 8
Постоянный ток через вход/выход - 40 мА
Постоянный ток для вывода 3.3 В- 50 мА

17. ПЛАТА РАСШИРЕНИЯ МОТОР ЩИТ L293D

18. Ультразвуковой модуль HC-SR04

Дальность действия - 2–400 см
Эффективный угол обзора - 15°
Рабочий угол обзора - 30°
Аналог-URM04 v2.0

19.

Micro Servo SG 90
MR01
Рабочее напряжение - 4,8 – 5В.
Рабочий диапазон - от 1,5 до 4,5В.
Скорость реакции - от 0,12 s/60°
Потребления тока– 1,07A.
Максимальный угол поворота - 180°

20.

Аккумулятор литиевый ионный NOKIA
Контроллер TP4056 Повышающий модуль питания
MT3608

21.

22.

23.

24.

25.

После проведения сравнительного
анализа различных средств реализации
роботов, для разработки робота был
выбраны языки программирования
C/C++, так как для программирования в
программе Arduino IDE поддерживает два
языка C/C++.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

В результате работы над проектом был разработан
и собран робот, выполняющий задачи по
избеганию препятствий во время путешествия.
Во время разработки учитывалась как техническая
составляющая часть, так и программная, в
сравнении с аналогами. Из опыты аналогов было
взято только самые лучшие решения для проекта и
воплощены в один оптимальный проект.