Конструируем роботов на Arduino®. Электронный домашний питомец

А. А. Салахова
КОНСТРУИРУЕМ
РОБОТОВ

на Arduino®
Arduino

Электронный
домашний
питомец

2-е издание,
электронное

Лаборатория знаний
Москва
2022

УДК 373.167
ББК 32.97
С16

С е р и я о с н о в а н а в 2016 г.
Ведущие редакторы серии Т. Г. Хохлова, Ю. А. Серова
Салахова А. А.
С16
Конструируем роботов на Arduino

R
○. Электронный до-
машний питомец / А. А. Салахова. — 2-е изд., электрон. —
М. : Лаборатория знаний, 2022. — 68 с. — (РОБОФИШ-
КИ). — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". —
Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-00101-968-8
Стать гениальным изобретателем легко! Серия книг «РОБО-
ФИШКИ» поможет вам создавать роботов, учиться и играть
вместе с ними.
Вы
соберёте
на
платформе
Arduino
и
запрограммируете
настоящего
электронного
питомца,
с
которым
можно
играть
в разные игры, кормить, когда он проголодается, лечить, если
он заболеет, купать, словом, ухаживать за ним, как и за живым
котёнком или щенком.
Для
технического
творчества
в
школе
и
дома,
а
также
на занятиях в робототехнических кружках.
УДК 373.167
ББК 32.97

Деривативное издание на основе печатного аналога: Констру-
ируем роботов на Arduino

R
○. Электронный домашний питомец /
А. А. Салахова. — М. : Лаборатория знаний, 2018. — 64 с. : ил. —
(РОБОФИШКИ). — ISBN 978-5-00101-157-6.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от
нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации

ISBN 978-5-00101-968-8
© Лаборатория знаний, 2018

Здравствуйте!

Издание, которое вы держите сейчас в руках, — это не просто описание 
и практическое руководство по выполнению конкретного увлекательно-
го проекта по робототехнике. И то, что в результате вы самостоятель-
но сумеете собрать своими руками настоящее работающее устройство, 
конечно, победа и успех!
Но главное — вы поймёте, что такие ценные качества характера, 
как терпение, аккуратность, настойчивость и творческая мысль, прояв-
ленные при работе над проектом, останутся с вами навсегда, помогут 
уверенно создавать своё будущее, стать реально успешным человеком, 
независимо от того, с какой профессией свяжете жизнь.
Создавать будущее — сложная и ответственная задача. Каждый день 
становится открытием, если он приносит новые знания, которые затем 
могут быть превращены в проекты. Особенно это важно для тех, кто 
выбрал дорогу инженера и технического специалиста. Знания — это 
база, которая становится основой для свершений.
Однако технический прогресс зависит не только от знаний, но и от 
смелости создавать новое. Всё, что нас окружает сегодня, придумано 
инженерами. Их любопытство, желание узнавать неизведанное и конструировать 
то, чего никто до них не делал, и создаёт окружающий 
мир. Именно от таких людей зависит, каким будет наш завтрашний 
день. Только идеи, основанные на творческом подходе, прочных знаниях 
и постоянном стремлении к новаторству, заставляют мир двигаться 
вперёд.
И сегодня, выполнив этот проект и перейдя к следующим, вы сделаете 
очередной шаг по этой дороге. 

Успехов вам!

Команда Программы «Робототехника:
инженерно-технические кадры инновационной России»
Фонда Олега Дерипаска «Вольное Дело»

Дорогой друг!

Если ты добрался до платформы Arduino, значит, тебе действительно 
быть инженером! Ты прошёл большой путь в робототехнике и решил 
перейти на новый уровень — создавать роботов на Arduino! Теперь всё 
будет совершенно серьёзно! Тайны настоящего роботоконструирования 
ждут именно тебя!
У тебя проблема — родители не разрешают завести дружелюбного 
щенка или пушистого тёплого котёнка? Они говорят, что питомец — 
это большая ответственность, что на его шерсть может быть аллергия 
у твоей младшей сестрёнки, что тебе трудно будет уделять питомцу 
достаточно внимания? Докажи им, что тебе всё по плечу! Отбрось аргумент 
про шерсть — на электронного питомца не бывает аллергии! 
Всего за пару часов ты соберёшь на платформе Arduino и запрограммируешь 
настоящего электронного питомца, испытывающего голод, способного 
заболеть, скучающего или, наоборот, довольного и здорового.
Если тебя продолжат уверять, что модель животного требует намного 
меньше внимания, ведь ей не страшен холод или жара, неважно, достаточно 
ли света и тому подобное, ты сможешь разубедить спорщиков. 
«Электронный» не значит «виртуальный». В отличие от распространённых 
японских игрушек на состояние твоего подопечного, благодаря 
электронным датчикам, будут оказывать влияние условия окружающего 
мира! Например, тебе придётся следить, чтобы забытое открытое окно 
не навредило твоему электронному другу. А в качестве приятного бонуса 
ты узнаешь много нового о японской культуре и даже выучишь 
несколько японских слов и выражений. 
Интересно? Тогда вперёд!

Электронные 
и виртуальные питомцы

Япония по праву считается одной из передовых стран в области высоких 
технологий. Электронные устройства прочно вошли во все сферы 
жизни японцев. Если современного европейца не удивить робопылесо-
сом или умной кофеваркой, то для жителей Страны восходящего солнца 
привычно иметь в доме электронного (в виде отдельного устройства 
с датчиками) или виртуального (в виде программы) питомца. 
Появление таких необычных «братьев меньших» объясняется тремя 
причинами: теснотой японских жилищ, нехваткой времени и желанием 
улучшить настроение и снизить уровень стресса. В Японии практически 
не держат дома собак, а самый популярный живой питомец — это крохотная 
птичка под названием японская амадина (рис. 1). Амадины отличаются 
неприхотливостью и встречаются только в неволе. В отличие 
от своих родственников (зебровых амадин или амадин Гульда), которые 
в последние годы стали популярны в России, эти крохи не требуют 
специального ухода, хорошо уживаются и не дерутся между собой. 
В своем желании иметь дома антистресс японцы пошли ещё дальше — 
они придумали искусственных питомцев! Теперь, если хозяин почему-то 
сильно задержится, от этого не будет зависеть чья-то жизнь!
Электронные питомцы-роботы исполняют заложенную в них программу 
и требуют реального взаимодействия (погладить, накормить, 
кинуть палочку и так далее). Один из них — робот-
пёс Aibo (рис. 2), выпущенный компанией Sony 
в 1999 году. Его название переводится как «друг, 
приятель». а также может быть сокращением англоязычного 
Artificial Intelligence RoBOt — робот 
с искусственным интеллектом. 
Электронный пёс умеет ходить, распознавать 
предметы, команды хозяина и лица людей. Осуществляется 
это путём обработки информации от 
встроенных датчиков: видеокамеры, микрофона, инфракрасного 
датчика расстояния. В последней модели 
добавлен беспроводный доступ в Интернет. 
Собака изображает шесть эмоций в зависимости от 
ситуации, например «обижается», если на неё гром-
Рис. 1. Японская амадина

ко кричат. Кроме того, Aibo может развиваться, запоминая привычки 
хозяина. Способности робота становятся доступными постепенно и совершенствуются 
день ото дня, если у питомца включён режим «щенка», 
либо открыты сразу — для режима «взрослого» пса. 
У игрушки предусмотрены 20 степеней свободы, делающих её поведение 
разнообразным. Если этих функций недостаточно, хозяину достаточно 
дописать редактируемую программу. Благодаря этой особенности 
робопсы были постоянными участниками различных робототехнических 
фестивалей и соревнований. Однако, как признались создатели Aibo, 
основной их целью был не выпуск игрушки, а отработка программного 
обеспечения и алгоритмов искусственного интеллекта. Программа 
по изображению эмоций и регулированию поведения в зависимости 
от социального окружения (людей, других роботов и так далее) была 
настолько хороша, что с помощью Aibo изучали поведение настоящих 
собак и взаимодействие с ними. В 2006 году, когда эксперименты закончились 
и цель проекта была достигнута, производство закрыли. 
Игрушка тамагочи, выпущенная в 1996 году, является виртуальным 
питомцем, так как не имеет датчиков (рис. 3). Это название быстро 
стало нарицательным для всех виртуальных питомцев. Игра заключа-
лась в уходе за питомцем от момента его вылупления из яйца до самой 
смерти от старости при хороших навыках игрока. 
Виртуальные питомцы были так популярны, что для них даже ор-
ганизовали «детские сады»! Занятые взрослые и школьники отдавали 
своих тамагочи специальному человеку, чтобы он кормил и присматри-
вал за питомцами. Плохой уход и отсутствие внимания влияли на ха-
рактер тамагочи — делали его злым на взрослом уровне. 

Рис. 3. Тамагочи ID (изображение взято 
с сайта производителя)

Рис. 2. Кибернетическая собака 
Aibo

Мы объединим оба вида электронных питомцев в одном! Ты скон-
струируешь устройство, реагирующее на изменения условий внешнего 
мира, внутри которого будет жить виртуальный питомец. Он будет об-
ладать следующими реакциями:

Причина
Реакция

Взаимодействие с окружающим миром и реакция питомца

Температура (ниже или выше нормы)
Простуда или перегрев. Ухудшение 
здоровья

Низкая освещённость
Засыпание в темноте

Шум
Ухудшение настроения в шумной об-
становке

Виртуальные функции и реакции

Недостаточное кормление
Голод

Недостаток внимания или порицание
Ухудшение настроения

Недостаток здоровья
Смерть питомца

Каждую потребность надо будет удовлетворять путём изменения ус-
ловий окружающей обстановки или виртуального кормления, прививки 
или игры. 
Эмоции твоего электронного питомца будут отображаться символьны-
ми мордочками на основе каомодзи («као» — лицо, «модзи» — знак) — 
японских смайликов. Когда появились первые программы для обмена 
текстовыми сообщениями через Интернет, японцы решили, что европей-
ских смайликов недостаточно для точного выражения эмоций. 
Дело в том, что в Европе эмоции изображаются в основном раз-
личными формами рта, а в Стране восходящего солнца особое вни-
мание уделяется взгляду. Каомодзи состоят из иероглифов и симво-
лов двухбайтовых и более кодировок. К сожалению, знаковые дисплеи 
и Arduino поддерживают лишь однобайтовую кодировку ASCII. Однако 
ты можешь самостоятельно составить символьные рисунки, похожие на 
каомодзи, из набора известных и часто используемых тобой символов. 
Множество японских смайликов можно найти на специальном русско-
язычном сайте: http://kaomoji.ru/
Ты пройдёшь путь японских и других мировых компаний — изгото-
вителей электронных питомцев. Тебя ждёт увлекательный и творческий 
процесс создания питомца с уникальным характером. Ты готов сделать 
питомца собственными руками? 
Если да, то вперёд! 

Обозначения

1. Скетч — программа или под-
программа, 
которую 
обрабатывает 
Arduino.
2. Скетчбук — проект Arduino, со-
держащий один или несколько скет-
чей (подпрограмм).
3. 5 V (5 вольт) — обозначение на-
пряжения питания платы.
4. 3,3 V (3,3 вольта) — обозначение 
альтернативного напряжения платы 
(по конкретным выходам).
5. GND (от англ. «ground» — зем-
ля) — заземление электрических эле-
ментов.
6. // — обозначение в программе 
однострочных комментариев, в кото-
рых приводится пояснительная ин-
формация.
7. /* текст */ — обозначение в про-
грамме комментариев из нескольких 
строк.

Оборудование:

• Компьютер (минимальные требования): 

Windows XP, Windows Vista, Windows 7, 

Windows 8, 
Win dows 8.1, 
Windows 10 

(32/64 bit)/Linux Mint, Ubuntu, Fedora/ 

Mac OS X; оперативная память не менее

512 Мб, процессор — 1,1 ГГц (или бы-

стрее); свободное место на диске — 

200 Мб. 

• Среда программирования Arduino IDE. 

• Плата Arduino UNO. 

• Плата расширения Troyka Shield.

• Макетная плата BreadBoard Mini (170 

то чек).

• Текстовый экран МЭЛТ 20 4.

• Аналоговый термометр (Troyka Module).

• Датчик освещённости (Troyka Module).

• ИК-приёмник (Troyka Module).

• ИК-пульт.

• Аналоговый датчик уровня шума с тре-

мя контактами или датчик уровня шума 

с четырьмя контактами (любой Arduino- 

совместимый).

• Соединительные провода с двумя кон-

цами типа «штекер», 5 шт. (2 чёр ных, 

2 красных, 1 оранжевый).

• Соединительные 
провода 
с 
концами 

типа «штекер и гнездо», 12 шт. (6 крас-

ных и 6 зелёных). 

• Соединительные 
тройные 
провода 

(шлейфы) с дву мя концами типа «гнез-

до» (входят в комплект датчиков осве-

щённости Troyka Module), 3 шт. 

• Кабель USB (A-B) для подключения 

Arduino к компьютеру.

• Импульсный блок питания для мо-

бильных устройств (2 A) или внешний 

аккумулятор типа Power Bank (необяза-

тельно).

• Клей ПВА.
• Несколько старых газет.

• Миска или тарелка, в которую могут 

поместиться экран МЭЛТ и UNO.

• Пищевая плёнка.

• Кисточка.

• Карандаш.

• Линейка.

• Блюдце или тарелка для размешивания 

массы папье-маше.

• Гуашь или другие краски.

• Ножницы или канцелярский нож.

• Пинцет.

Arduino — платформа с открытой аппаратной архитектурой. Это зна-
чит, что подробное описание самой платы, её компонентов, а также все 
электрические схемы, то есть спецификация, находятся в свободном до-
ступе. Спецификация позволяет любому производителю создать копию 
продуктов для платформы, тем самым делая их доступными большему 
количеству людей, а также создавать улучшенные, более эффективные 
версии плат и модулей или новые совместимые устройства. 
Для своего проекта ты можешь использовать модули, аналогичные 
указанным в списке, но других производителей. 

Этап 1. Общий план 
действий

Прежде чем твой питомец начнёт радовать тебя и твоих близких, тебе 
придётся хорошо поработать — выполнить несколько этапов сборки и 
программирования. Пусть это будет электронный питомец в виде за-
бавного котёнка с кличкой Томодачи (что значит по-японски «друг»). 
Детали его внешности ты можешь изменить самостоятельно в процессе 
создания.
Сейчас мы кратко расскажем тебе о пути, который ты должен прой-
ти, чтобы куча компонентов, перечисленных под заголовком «Оборудо-
вание», превратилась в электронного друга.
Во-первых, необходимо собрать электронную составляющую. Для 
начала тебе нужно подготовить основу устройства, к которой будут 
подключаться все остальные компоненты. Она состоит из трёх плат: 
платы Arduino UNO, платы расширения Troyka Shield с дополнительными 
портами и макетной платы. К готовой основе ты подключишь 
датчик освещённости и аналоговый термометр, выполненные в удобном 
формате Troyka Module. Благодаря этим датчикам питомец будет знать, 
не пора ли ему ложиться спать и достаточно ли тепло в комнате. Затем 
ты подключишь к плате Arduino UNO ещё один полезный датчик — 
приёмник инфракрасного сигнала. Через него ты будешь управлять 
своим питомцем с помощью ИК-пульта. Не помешает и датчик уровня 
шума, чтобы питомец мог слышать. Завершится сборка электронной части 
устройства подключением текстового экрана. А чтобы проверить, 
правильно ли ты выполнил сборку и исправны ли компоненты, потребуется 
установить программное обеспечение, а также подготовить и запустить 
тестовую программу.
Рассмотри общую схему будущего устройства (рис. 4). Попробуй догадаться, 
для чего используется каждый компонент?
Как ты думаешь, какую плату не видно на схеме? 
Попробуй мысленно представить поэтапное подключение устройства. 
Теперь начинай его собирать. Для этого внимательно рассмотри рисунки 
следующих этапов и прочитай подписи к ним. В случае затруднений 
обращайся за помощью к взрослым.