[Из песочницы] Женим Ардуино с Лего и строим первобота

Захотелось мне увлечь своего ребенка техникой и приобщить к программированию. Чтобы не только виртуальные дома в майнкрафте строил, но и ручками поработал. Просто программировать абстрактные задачи — для взрослых людей не увлекательное занятие, что уж говорить про детей. Надо чтобы для наглядности все моргало и шевелилось по нашему желанию.

Было решено взять ардуинку, а там видно будет…

В первую очередь оговорюсь, что ребенок тут чисто для присказки, самому давно Ардуинку и железки потрогать хотелось. А тут такой комфорт настал — заказывай, что пожелаешь, паять практически ничего ненадо. Только глаза разбегаются и дурные идеи спать не дают.

Для начала была куплена сама плата Arduino UNO, плюс ворох всякой рассыпухи, чтобы было под рукой. Все это, за копейки, в ожидаемые сроки, приехало от извесных китайских друзей.

Потратив вечер на объяснение основ электричества с проводами, выключателями, светодиодами и простейшими датчиками стало понятно — тупик близок. Интереса у ребенка хватило на первые 30 минут. Дальше задор таял на глазах. Надо переходить к решению более сложных вопросов.

Делаем робота! (чтобы за пивом к кладовку бегал)

Примеров в интернете куча, как-нибудь справимся. Все-таки папа — Инженер (ИТ). Была бы цель и вера в светлое роботизированное будущее.

Опять шерстим магаз — стандартные колесные платформы — «как у всех» или уже из разряда не бюджетных игрушек. Итог будет как с управляемыми машинками — несколько дней поиграть да потом еще раз от раза. Не спортивно как-то.

«Да у нас Леговских деталей — вагон» — говорит мое второе я, не желающее выходить из детского возраста.

Ок, па-проблем, вот задача минимум:

• Будем строить робоплатформу на леговских деталях с ардуино мозгами.
• Только стандартный наборы кубиков, да россыпь от Лего-техник, планки и соединения. (Не, майндсторма у нас нету. Жаба душит.)
• Мотоцыклетные колеса будем крутить индивидуально, плюс третье — мелкое, для поддержки.
• Как-то адаптируем бюджетные степ-моторы и сервы от Али под Лего.
• Что б был автономным насколько это возможно, а не разряжался через 10 минут.
• Во. И управлять что б с телефона.

Как оружие проектируют под патрон, так и мы начали от имеющихся составляющих, подбивая их к конечной цели.

1) Андроид телефон по блютуфу будет управлять роботом. Все просто.

Берем блютуф HC-06 платку с приемо-передатчиком. На телефоне запускаем приложение из маркета — «Bluetooth RC Controller».
Комманд — более чем достаточно для начала. Будем ловить нажатые на телефоне кнопки и что-нибудь программить.

2) Питание. Попробовали колодки с 6-ю АА батарейками, адаптер под Крону…

От Кроны ардуина уходила в ребут (может конечно не контакт в разъеме). Блок с батарейками как-то много места занимал, да и батареек/аккумуляторов не на пасешься. В итоге взяли блок под два Li-ion аккумулятора. Пишут 9900 mAh 3.7V. Получилось питание чуть больше 7 вольт на ардуинку с обвесом на ХЗ сколько-то Ампер-часов.

3) Были самые дешевые степ моторы 28BYJ-48 и микро серво SG90. Их то и стали адаптировать под лего.

4) Ось степ-мотора жестко вставляется в круглые дырки лего-техникс.

Я использовал LEGO Part 32523 — Technic Beam 1 x 3 Thick для передачи момента на мотоколеса. Крепим колеса на степ-моторы. Исходя из их радиуса прикидываем размеры нашего будущего робота.

5) Собираем робо-платформу.

• Соединяем мотоколеса площадкой для батарейного отсека.
• Платки с ULN2003 для степ-моторов встают в распор между деталями.
• Добавляем третье колесо для опоры.
• Делам впереди посадочное место для серво.
• Сверху крепим на площадку Deek-Robot шилд с Arduino NANO, а UNO пока оставим про запас.

Фото

6) Разбираемся с управлением этим всем хозяйством с Ардуинки.

В основном все по примерам. Достаточно просто. Приняли комманду — выполнили действие. Колеса решено было крутить с независимыми скоростями. Этим добились эффекта что платформа может и на месте развернуться и по дуге поворачивать.

Вот неприятные мелочи, что решились параллельно со строительством Лего-платформы:

Итог:

Поигрались в Лего. Поразобрались с Ардуино и некоторой переферией. Нашли дешевую альтернативу лего-майндсторму.
Получилась вполне рабочая платформа для дальнейших игрушек с Ардуино.

Что дальше?

Прицепить на серво карандаш и научить тележку рисовать. Благо что степ моторы позволяют сориентировать платформу на местности с минимальными погрешностями.

Минутка видео с покатушками:

#include   int lSpeed = 4; int rSpeed = 4; int maxSpeed = 16;  const char bNone =  0; const char bFwd  =  2;  byte tSteps[] = {8, B1000, B1100, B0100, B0110, B0010, B0011, B0001, B1001};  CustomStepper stepR(4,  5,  6,  7, (byte *)&tSteps, 4075.7728395, maxSpeed, STOP); CustomStepper stepL(8,  9, 10, 11, (byte *)&tSteps, 4075.7728395, maxSpeed, STOP);  #define BT Serial enum {   jF = 'F', // Forward   jB = 'B', // Back   jL = 'L', // Left   jR = 'R', // Right };  int incSpeed(int I, int i) {   I = I + i;   if (I > maxSpeed) I = maxSpeed;   else if (I < -maxSpeed) I = -maxSpeed;   return I; }  // Process steppers void stepRun() {   if (!stepL.isDone()) stepL.run();   if (!stepR.isDone()) stepR.run(); }  // change steppers speeds independently void stepRotate(char L, char R) { // owercode here   if (L != bNone)   {     lSpeed = incSpeed(lSpeed, L);     if (lSpeed == 0)       stepL.setDirection(STOP);     else     {       stepL.setRPM((lSpeed > 0) ? lSpeed : - lSpeed);       stepL.setDirection((lSpeed > 0) ? CW : CCW);       if (stepL.isDone())         stepL.rotate();     }   }    if (R != bNone)   {     rSpeed = incSpeed(rSpeed, R);     if (rSpeed == 0)       stepR.setDirection(STOP);     else     {       stepR.setRPM((rSpeed > 0) ? rSpeed : - rSpeed);       stepR.setDirection((rSpeed > 0) ? CCW : CW);       if (stepR.isDone())         stepR.rotate();     }   }   stepRun(); }  void setup() {   BT.end();   BT.begin(9600); }  void loop() {   switch (BT.read())   {     case jF: stepRotate( bFwd,  bFwd);  break;     case jB: stepRotate(-bFwd, -bFwd);  break;     case jL: stepRotate(-bFwd,  bFwd);  break;     case jR: stepRotate( bFwd, -bFwd);  break;   }    stepRun(); }