Первая часть гайда по созданию управляемой мини-платформы. Готовим детали и начинаем сборку робота.
В интернете полно статей и видео с названиями в духе: «Собираем робота с нуля в домашних условиях». Однако большинство из них довольно беспощадны по части требуемых компонентов и сложны для новичков: повторяешь точь-в-точь все шаги из инструкции, вот только у авторов всё работает, а у тебя почему-то нет.
Поэтому мы решили подготовить собственное руководство для тех, кто жаждет собрать робота, но не знает, как подступиться к этому делу. Вы узнаете, как собирать (и обязательно соберёте!) собственного робота — машинку на дистанционном управлении. Выглядеть наш агрегат будет примерно так:
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Роботом можно будет управлять прямо с вашего смартфона по Bluetooth. Именно с такого проекта новички часто начинают свой путь в робототехнике.
Это руководство будет состоять из двух частей. В первой части мы соберём саму машинку, а во второй расскажем, как запрограммировать движения и настроить управление роботом со смартфона.
Этапы создания мини-платформы
Вот основные шаги нашего туториала:
- Подготовка деталей. Можно использовать детали из готовых наборов или смоделировать собственные и распечатать на 3D-принтере.
- 3D-моделирование*. Если всё же решитесь печатать детали сами, в середине статьи вас ждёт инструкция и готовые модели для печати.
- Сборка. Физически соединим элементы корпуса.
- Подключение электроники. Подключим моторы, проведём питание для робота. В некоторых случаях может понадобиться паяльник, если вы купили «голые» моторы с ещё не припаянными проводами.
- Программирование. Напишем программу для управления роботом. Настроим и «пульт управления» — мобильное приложение Arduino Bluetooth Control.
В первой части гайда мы рассмотрим только первые три этапа.
Какие материалы понадобятся
Для создания робота понадобятся стандартные материалы для сферы робототехники — их можно приобрести в специальных магазинах с товарами для Raspberry Pi и Arduino или на любом маркетплейсе. Чтобы ускорить процесс, приобретите готовый набор для сборки умного автомобиля — например, такие есть на Ozon и AliExpress.
Если у вас уже есть опыт создания подобных проектов, вы можете выполнить задания туториала «со звёздочкой» и дополнительно попрактиковаться в моделировании. В этом случае вам потребуется 3D-принтер.
Теперь пройдёмся по основным компонентам нашего будущего робота.
Arduino Uno
Именно эта плата будет управлять всеми компонентами робота. Мы советуем выбрать самый распространённый микроконтроллер в семействе Arduino — Arduino Uno. Он прост и понятен для новичков, а его функций будет достаточно для реализации любой идеи. К тому же о нём создано огромное количество материалов — их можно использовать для вдохновения или в качестве пошаговой инструкции при создании дальнейших проектов.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Компоненты корпуса
Вот из каких частей будет состоять «скелет» робота:
- Пластины (нижнее основание и верхняя платформа) — основа корпуса. На верхней пластине (крышке) будет закреплён батарейный отсек и плата Arduino Uno. К нижней пластине (основанию) будут прикреплены моторы и драйвер для моторов.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
- Соединительные пластины. В нашей модели и нижнее основание, и верхняя платформа сделаны из половинок, соединённых перемычками — соединительными пластинами. Вы же можете использовать две цельные детали.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
- Кронштейны (стойки-фиксаторы) для моторов — 8 штук.
Фото: AliExpress / Skillbox Media
Если вы используете готовый набор, то, скорее всего, найдёте все нужные детали в комплекте.
DC-моторы с редукторами (4 штуки)
Чтобы привести нашего робота в движение, нам понадобится по два мотора на каждую сторону конструкции — всего 4 штуки. Они будут крепиться к нижнему основанию с помощью вертикальных кронштейнов и управлять движением колёс.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Драйвер двигателя L298N
Драйвер будет управлять скоростью и направлением движения робота.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Bluetooth-модуль HC-06
Bluetooth-модуль нужен для беспроводного управления роботом с телефона.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Колёса
Ну и куда же без них 🙂
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Дополнительные компоненты
- Крепёж: винты, гайки, а также стойки длиной 3 см (8 штук) — они будут соединять верхнюю и нижнюю пластины конструкции.
Скриншот: kit.com.ua / Skillbox Media
- Провода, стяжки для проводов.
- Источник питания — две литийионные батареи по 3,7 вольта.
- Держатель для батареи.
3D-моделирование*
Если же вы решили спроектировать модель сами, сделать это можно в любом доступном CAD-редакторе, например Fusion 360, Siemens NX, SolidWorks, Onshape.
При подготовке этого туториала мы использовали программу Onshape. Для работы с ней не нужно ничего устанавливать на компьютер, можно работать прямо в браузере. Эта программа удобна для создания простых деталей, а также имеет встроенную систему контроля версий, что позволит откатиться к предыдущей версии в случае, если вы допустили ошибку. Если же вы планируете серьёзно заниматься прототипированием, рекомендуем освоить работу и в полноценных десктопных CAD-программах.
Теперь приступим к моделированию деталей. Габариты робота сделаем такими:
- длина — 54 см,
- ширина — 22 см,
- высота — 3 см.
Нам понадобятся пластины для верхнего и нижнего основания нашего робота. Мы заранее учли ограничения принтера — размеры печатного стола не позволили бы распечатать цельную пластину, поэтому мы изначально смоделировали две пары полупластин. Вы можете сделать нижнее и верхнее основания цельными.
Две пластины будут фиксироваться вертикальными металлическими стойками, поэтому не забудьте предусмотреть отверстия для винтов по краям пластин. На нижней пластине нужно предусмотреть отверстия для крепления драйвера и вставки кронштейнов.
Нижняя пластина
Скриншот: личный архив Екатерины Можеговой
При моделировании верхней пластины важно учесть отверстия для Arduino Uno, батарейного отсека, а также отверстия для проведения проводов.
Верхняя пластина
Скриншот: личный архив Екатерины Можеговой
Теперь нужно смоделировать кронштейны и соединительные пластинки. Внешний вид и размеры не принципиальны, главное — учесть отверстия для креплений и замеренное расстояние между ними (штангенциркуль или просто линейка вам в помощь 😉).
Кронштейны
Скриншот: личный архив Екатерины Можеговой
Перемычки
Скриншот: личный архив Екатерины Можеговой
Итак, корпус робота в сборке вместе с моторами будет выглядеть примерно так (листайте, чтобы посмотреть в разных проекциях):
Скриншот: личный архив Екатерины Можеговой
Скриншот: личный архив Екатерины Можеговой
Вид сверху
Скриншот: личный архив Екатерины Можеговой
Вид снизу
Скриншот: личный архив Екатерины Можеговой
Готовую 3D-модель нужно экспортировать в формате STL, а затем сгенерировать GCODE — это формат файлов, который поддерживает большинство 3D-принтеров. Теперь всё должно быть готово к печати.
Подготовка к сборке
Перед тем как начать, давайте убедимся, что у нас есть всё необходимое, — чтобы в процессе сборки не пришлось дополнительно что-то заказывать.
Вот полный список материалов:
- детали корпуса:
- верхняя пластина;
- нижняя пластина;
- соединительные пластины;
- вертикальные кронштейны для моторов;
- моторы с редукторами;
- колёса;
- плата Arduino Uno;
- драйвер для моторов;
- батарейный отсек;
- стойки, винты и гайки;
- провода и соединения;
- зажимы и стяжки для проводов;
- паяльник — чтобы соединять провода с контактами.
А теперь переходим к сборке робота.
Собираем робота
Готовим нижнее основание
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Подключаем моторы к драйверу
Драйвер нам необходим для предотвращения перегрузки Arduino, так как моторы требуют более высокого напряжения, чем то, которое может поддерживать плата. А ещё драйвер помогает управлять скоростью и направлением движения мотора.
Используемый нами модуль L298N имеет два выхода для подключения моторов, что позволяет управлять двумя моторами напрямую. Однако к нему мы можем подключить и четыре мотора так, что каждый из двух каналов драйвера будет управлять двумя моторами одновременно.
Схема модуля L298N
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Для удобства подключения пронумеруем каждый мотор:
Изображение: личный архив Екатерины Можеговой
Канал A (разъёмы OUT1, OUT2):
- первый мотор — к контактам OUT1 и OUT2;
- второй мотор — к контактам OUT1 и OUT2.
Получится, что один провод мотора подключён к контакту OUT1, а другой — к контакту OUT2.
Канал B (разъёмы OUT3, OUT4):
- третий мотор — к контактам OUT3 и OUT4;
- четвёртый мотор — к контактам OUT3 и OUT4.
Аналогично: один провод мотора подключён к контакту OUT3, а другой — к контакту OUT4.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
В игру вступает Arduino
Самое время имплантировать «мозг» нашему роботу.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Важный момент: модуль L298N обычно поставляется с перемычками, которые обеспечивают вращение моторов на полной скорости. Если их убрать, можно будет управлять скоростью моторов программно. Мы оставим перемычки на месте.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Попробуйте подключить моторы к источнику питания, чтобы проверить, в какие стороны они вращаются. Если моторы вращаются не в нужном направлении, поменяйте их подключение к драйверу.
Подключаем элементы к Arduino
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Bluetooth-модуль нужно подключить к последовательным портам ввода/вывода 0 (RX) и 1 (TX). RXD и TXD Bluetooth-модуля подключим к TX- и RX-порту Arduino соответственно (они так и подписаны на плате). Подключим синезубый модуль к питанию от Arduino: соединим VCC и GND Bluetooth-модуля с питанием (5V) и «землёй» (GND) Arduino соответственно.
Перед загрузкой кода необходимо будет отключить Bluetooth-модуль от Arduino, а затем подключить обратно. Это связано с тем, что порты TX, RX Arduino используются также для загрузки кода с компьютера на микроконтроллер, то есть порт уже будет занят и Bluetooth-модуль не сможет «достучаться» до него.
Финальные штрихи
Теперь дело за малым: осталось соединить верхнюю и нижнюю части робота. Для этого нам понадобятся соединительные пластины, стойки и винты.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
По завершении сборки ваш робот будет выглядеть так.
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Фото: личный архив Екатерины Можеговой
Что дальше
Поздравляем, вы только что собрали своего собственного робота 🥳 Самое время заказывать пиццу, запускать сериал и всячески праздновать первый крупный робоуспех. В следующей части расскажем, как запрограммировать робота, настроить Arduino IDE и наладить управление машинкой со смартфона. Чтобы не пропустить вторую часть, продолжайте следить за выходом статей на сайте и в нашем телеграм-канале 😉
Задача со звёздочкой. Приступайте к этому шагу, если у вас есть 3D-принтер, а также опыт в моделировании деталей.