Робот на Arduino

Гордон МакКомб

Робот на Arduino

Gordon McComb

How to Make a Robot

Maker Media, Inc.
San Francisco

Гордон МакКомб

Робот на Arduino

Москва, 2018

УДК 004.896:621.865
ББК 32.816

М15

МакКомб Г.

М15 Робот на Arduino  / пер. с анг. Н. Чередниченко. – М.: ДМК Пресс, 2018. – 52 с.: ил.

ISBN 978-5-97060-656-8

В издании простым языком рассказывается, как создать робота своими руками на базе наборов Arduino.
Вы сможете сконструировать робота с пятью основными функциями:
• запрограммированный набор движений;
• ориентация в пространстве;
• обнаружение препятствий;
• дистанционное управление;
• движение по заданной траектории.
Книга будет интересна всем, кто увлекается робототехникой и хочет получить практические навыки роботостроения.

УДК 004.896:621.865
ББК 32.816

Authorized Russian translation of the English edition of How to Make a Robot, ISBN 9781680454697.
This translation is published and sold by permission of O’Reilly Media Inc., which owns or controls all rights to sell the same.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было сред
ствами без письменного разрешения правообладателей.

ISBN 978-1-680-45469-7 (анг.) 
Copyright © 2018 Maker Media, Inc.

ISBN 978-5-97060-656-8 (рус.) 
© Перевод, оформление, издание – ДМК Пресс, 2018

Давайте построим робота!

Вот как можно создать настоящего робота, который будет выполнять 
ваши команды. Мы назовем его Мake:Bot. Постройте его с нуля, 
используя часто встречающиеся электронные запчасти (список 
приведен на стр. 52) плюс инструменты и материалы, которые можно 
найти в местном промторге или магазине электроники.
Мake:Bot использует программируемое микропроцессорное 
управляющее устройство Arduino, чтобы сделать робота разумным. 
Arduino – недорогое, простое в использовании устройство.
Ваш Мake:Bot на самом деле является пятью роботами, совмещенными 
в одном, каждый из которых будет выполнять одну из пяти основных 
функций роботов:
 
y тайчи-бот повторяет запрограммированный набор движений;
 
y тактильный бот использует свои «усики» для ориентации 
в пространстве;
 
y бэт-бот распространяет звуковые волны для обнаружения 
препятствий;
 
y бот дистанционного управления позволяет контролировать его 
с помощью пульта от телевизора;
 
y линейный бот движется по начерченной на доске линии.
Желательно, чтобы вы имели соответствующие навыки в пайке, также 
вам следует освежить свои навыки программирования процессора 
Arduino. Кроме этого, вам не требуется никакого предыдущего опыта 
для создания Мake:Bot. Внимательно прочтите каждый раздел перед 
началом работы.
А теперь – на старт!

Необходимые инструменты

Клеевой пистолет 
и клей-карандаш 
(синтетический 
термостойкий 
клей «Хай Темп»)

Кусачки

Острогубцы

Припой
Малая крестообразная отвертка

Линейка

Паяльник

Защитные очки

Нож-мультитул

Инструмент  
для снятия  
изоляции

Дополнительно

ВНИМАНИЕ

Строительные ножи очень острые!  
Используйте только с защитной полоской. Нарежьте кусочек картона для 
защиты поверхностей. Всегда используйте защитные очки.

Проект 0
Основы моторики роботов

Способность передвигаться из точки А в точку Б обязательна для роботов. Обычно такую возможность обеспечивают 
электрические двигатели. Напряжение заставляет мотор крутиться, приводя его в действие.
Батарейный блок выступает источником питания для мотора. Чтобы изменить вектор вращения мотора, достаточно всего лишь 
поменять местами анод и катод. 

Важнейшие аспекты работы двигателя – скорость и крутящий момент. 
Под скоростью подразумевается скорость вращения мотора. Обычно она 
исчисляется количеством оборотов в минуту. Под крутящим моментом 
подразумевается производимое мотором механическое усилие. 

Поворачивается примерно  
в 4 раза быстрее

Лучший способ увеличить 
скорость и крутящий 
момент – добавить еще 
батарей.
Вставьте четыре батареи 
в четырехкамерную 
кассетницу, убедитесь, 
что аноды и катоды 
подсоединены правильно. 
Подключите двигатель 
к кассетнице.
Что происходит?
Мотор крутится в четыре 
раза быстрее благодаря 
тому, что напряжение 
увеличилось в четыре 
раза. Увеличивается 
крутящий момент. 
Дополнительный крутящий 
момент нужен для того, 
чтобы робот двигался 
быстрее.

ВНИМАНИЕ

Не подключайте мотор напрямую 
к процессору, иначе он сломается.

Щелочная кассетница 
(1,5 В на штуку)

Никель-металлогидридная 
батарея (1,2 В)

Щелочная батарея производит 1,5 В. Набор 
из четырех батарей, последовательно 
подсоединенных, производит 6 В. 
Подзаряжаемые батареи, такие как никельметаллогидридные, производят по 1,2 В, 
соответственно четыре – 4,8 В.
При использовании подзаряжаемой батареи 
постепенное снижение напряжения заставляет 
мотор робота вращаться медленнее.

6 В
4,8 В

Мake:Bot использует специальный мотор – сервопривод, который применяется в моделях с дистанционным управлением и 
игрушках. В отличие от традиционных приводов дистанционного управления, которые вращаются только в рамках дуги на 90 
градусов (приблизительно), сервоприводы для роботов свободно вращаются в любом направлении.

Цветные 
провода

Terminal 
connector

Картер 
двигателя

Направление контроля 
импульсов

2,0 мс

1,5 мс

1,0 мс

Остановился

Ось  
колеса

ВНИМАНИЕ

Никогда, ни при каких условиях 
не изменяйте полярность батареи 
при подсо единении к сервоприводу, 
иначе вы его повредите.

Функционирование мотора 
обеспечивается серией 
электрических импульсов различной 
продолжительности от 1 до 2 
миллисекунд.
Контролирующий сигнал создается 
с помощью процессора Arduino 
(см. проект 4).

Основным достоинством двигателей 
с дистанционным управлением является 
возможность контроля со стороны 
процессора Arduino, без необходимости 
создания дополнительных электросхем. 
К сервоприводам с дистанционным 
управлением легче прикреплять колеса 
и крепить их к самому роботу.

Общее кодирование  
цветовой схемы сервопривода

–
+
сигнал

–
+
сигнал

Проект 1
Установка процессора Arduino

Микропроцессор Arduino управляет всеми действиями Мake:Bot. Программное обеспечение процессора Arduino определяет 
действия робота. Интерфейс ввода/вывода общего назначения обеспечивает связь с аппаратным обеспечением вашего робота. 
Отдельные электросоединения позволяют передавать напряжение компонентам, которые вы подсоединяете.

Arduino доступен во многих моделях разных 
компаний. Я использую Arduino UNO. На стр. 52 
приведен полный список деталей Make:Bot. 
Размещение компонентов на Arduino может 
варьироваться в зависимости от модели. 
Ваша плата может немного отличаться от 
изображенной на рисунке, но это нормально, 
если она совместима с UNO. Разъем USB может 
различаться на разных платах. Не забудьте 
найти подходящий кабель для вашего Arduino 
и компьютера!

Arduino программируется с вашего компьютера 
с использованием кабеля USB. Также кабель подает 
напряжение в процессор при выключенных батареях. 
Программное обеспечение для Arduino предоставляется 
в рамках ОС Windows, Macintosh и Linux. Получите копию 
на www.arduino.cc и следуйте указаниям по загрузке 
и установке.

Замена 
платы

Светодиодные 
индикаторы
Цифровые 
контакты

Разъемы 
питания 
(2,1 мм)
Силовые контакты Аналоговые выводы

Автоматическое  
регулирование  
напряжения

Подача напряжения 
к светодиоду

USB-порт