Мобильные роботы на базе Arduino

Книга учит начинающих конструкторов строить мобильных роботов на популярной платформе Arduino в форме практических проектов. Воспользуйтесь единой четырёхколесной базой, чтобы воспроизводить учебные проекты от простой машинки на радиоуправлении до интеллектуального говорящего робота.

Вы узнаете, как управлять моторами, собирать механику и соединять электронику, программировать основные функции и управлять роботом. Создаваемые роботы смогут обходить препятствия, выбираться из запутанных лабиринтов, искать кегли и определять их цвета, ориентироваться по электронному компасу, гироскопу и даже балансировать на двух колёсах.

Электронное приложение к книге содержит детали робота для печати на 3D-принтере, векторные рисунки для резки лазером, листинги, дополнительные библиотеки и программы.

Особенности второго издания

Обновлены все алгоритмы, добавлены проекты с гироскопом-акселерометром, говорящий робот, голосовое управление роботом, механическая «рука» и др.

Данные

• Автор: Михаил Момот
• Формат: 165×233 мм
• Кол-во страниц: 336
• Тип издания: мягкая обложка
• Печать: чёрно-белая
• Год выхода: 2021 (второе издание)
• Издательство: «БХВ-Петербург»
• ISBN: 978-5-9775-3861-9

Оглавление

Введение

Глава 1. Основные составные части робота

• Информационно-измерительная система
  • Датчик касания
  • Датчик температуры
  • Датчик освещённости
  • Датчик препятствия
  • Ультразвуковой датчик расстояния
  • Оптический рефлекторный датчик расстояния
  • Детектор шума
  • Энкодер
  • Датчик движения
  • Датчик газа
  • Датчик влажности
  • Видеокамера
• Система принятия решений
  • Микроконтроллер
  • Контроллер Arduino
• Система связи
  • Инфракрасный приёмник
  • Канал Bluetooth
  • Канал Wi-Fi
  • Дисплей
• Исполнительная система
  • Электрический двигатель постоянного тока
  • Сервомотор
  • Шаговый двигатель
• Система энергоснабжения
• Механика робота
• Вспомогательные элементы
  • Резистор
  • Светодиод
  • Выключатель
  • Сервисные платы
• Выводы

Глава 2. Провода и их соединения

• Виды проводов
  • Одножильные
  • Многожильные
• Способы соединений проводов
  • Скрутка
  • Разъёмные соединения
  • Пайка и её основы
    • Оборудование и материалы
    • Этапы пайки
    • Выбор паяльника
    • Уход за паяльником
    • Припои
    • Флюсы
• Выводы

Глава 3. Электропитание

• Закон Ома
• Электрическая мощность
• Характеристики элементов питания
  • Номинальное напряжение
  • Номинальный ток
  • Ёмкость
  • Форм-фактор
• Типы элементов электрического питания
  • Солевые батареи
  • Алкалиновые батареи
  • Никель-металлогидридные аккумуляторы
  • Литий-ионные аккумуляторы
• Стабилизация электропитания
  • Стабилизация напряжения
  • Стабилизация электрического тока
• Измерение электрического тока, напряжения и сопротивления
• Выводы

Глава 4. Основы программирования Arduino

• Компьютерная программа
• Алгоритм
• Среда разработки Arduino IDE
  • Установка Arduino IDE
  • Начало работы с Arduino IDE
  • Подключение контроллера Arduino к ПК
• Мигаем светодиодом
• Мониторинг работы программы
• Переменные
• Условные операторы
  • Оператор if ... else
  • Оператор switch ... case
  • Операторы циклов while и for
• Функции
• Элементы объектно-ориентированного программирования
• Разделение программы (внутренние библиотеки)
• Выводы

Глава 5. Ходовая часть

• Типы ходовых частей
  • Ноги
  • Гусеницы
  • Колёса с дифференциалом
  • Колёса на моторах
  • Летающие роботы
• Выбор двигателей
  • Драйверы двигателей
  • Широтно-импульсная модуляция
  • Вращение в обе стороны
• Сборка макета
  • Управляем двигателем без Arduino
  • Подключаем контроллер Arduino
  • Тестовая программа управления двигателями
  • Добавляем регулирование на основе ШИМ
  • Тестовая программа управления двигателями с регуляцией на основе ШИМ
  • Регулирование скорости вращения без использования аппаратного ШИМ
• Выводы

Глава 6. Сборка базовой модели

• Минимальный комплект
• Элементы питания
• Двигатели
• Драйвер двигателей
• Соединение платы драйвера и двигателей
• Проверка правильности подключения платы драйвера и двигателей
• Верх корпуса
• Установка устройств обратной связи
  • Светодиод
  • Зуммер
• Укладка проводов
• Выводы

Глава 7. Схема управления движением

• Переменные и функции управления моторами
• Функции движений
• Первая поездка
  • Алгоритм
  • Программа
• Разделяем программу на два файла
• Сигнал светодиодом
• Выводы

Глава 8. Дистанционное управление роботом

• Способы дистанционного управления
• Управление роботом по каналу инфракрасной связи
  • Схема подключения
  • Рекомендации по установке
  • Установка расширенной библиотеки
  • Получение кодов кнопок для используемого пульта
  • Программа
• Управление роботом по каналу Bluetooth
  • Подбор элементной базы
  • Подключение к Arduino
  • Смена имени робота
  • Настройка смартфона
  • Устранение радиопомех
  • Программа Выводы

Глава 9. Движение по чёрной линии

• Обнаружение чёрной линии
  • Фотодиод
  • Фоторезистор
  • Фототранзистор
  • Инфракрасный датчик отражения TCRT 5000
• Подготовка робота: установка датчиков
• Выводы

Глава 10. Поворотная голова

• Ультразвуковой дальномер HC-SR04
• Схема подключения
• Измерение расстояния
• Управление сервомотором
• Монтаж головы
• Если что-то пошло не так…
• Выводы

Глава 11. Ходовые испытания: обход препятствий

• Программа проверки и настройки основных функций робота
  • Константы и постоянные времени
• Отладка программы
• Выводы

Глава 12. Робот, находящий выход из лабиринта

• Способ обхода лабиринта
• Обход лабиринта без модернизации робота
  • Программа
• Сравнение и выбор датчиков
  • Ультразвуковой датчик HC-SR04
  • Инфракрасный детектор препятствия
  • Инфракрасный датчик Sharp GP2Y0A21YK
  • Обоснование выбора датчиков препятствия
• Модернизация робота
  • Монтаж детекторов препятствия
  • Программа для робота с детекторами препятствия
  • Модернизируем программу
• Выводы

Глава 13. Робот, держащий направление по электронному компасу

• О компасе подробнее
• Электронный компас
  • Подключение
  • Организация обмена данными
• Модернизация робота
  • Получение данных от HMC5883L
  • Правильная установка магнитометра
  • Программа
  • Дополнительные материалы по калибровке
• Выводы

Глава 14. Робот, держащий направление по электронному гироскопу-акселерометру

• Гироскоп
• Акселерометр
• Электронный гироскоп
  • Подключение гироскопа-акселерометра MPU-6050
  • Получение данных с MPU-6050
  • Шкала значений MPU-6050
• Модернизация робота
  • Схема подключения
  • Программирование
    • Основные функции
    • Программа
• Выводы

Глава 15. Робот, играющий в кегельринг

• Простой кегельринг
• Двухцветный кегельринг
  • Порядок обхода
  • Обнаружение чёрной линии
  • Обнаружение кегли
  • Определение цвета кегли
  • Коррекция направления движения
• Модернизация робота с использованием гироскопа
  • Установка датчиков
  • Программа
• Выводы

Глава 16. Говорящий робот

• Создание и монтаж аудиосистемы робота
• Подготовка аудиосообщений
• Модернизация программы
• Выводы

Глава 17. Балансирующий робот

• Сборка балансирующего робота
  • Схема подключения
  • Конструкция
• Программирование
  • Программа на показаниях гироскопа
  • Программа с фильтром Калмана
  • Программа с комплементарным фильтром
    • Комплементарный фильтр
  • Точная настройка
• Выводы

Глава 18. Некоторые улучшения и прочая полезная информация

• Если не хватает портов ввода/вывода
  • Сдвиговые регистры: подключаем 8 светодиодов, электронное табло и управляем 18-ю выходами
  • Аналоговый мультиплексор: подключаем 16 и более аналоговых датчиков
  • Многоканальный PWM-драйвер: робот-андроид на 16 сервомоторах
  • Универсальное решение: два контроллера Arduino в связке
• Подключаем шаговые двигатели
• Робот, выполняющий голосовые команды
• Рука для робота
• Ещё раз об электронном архиве
• Как связаться с автором?

Приложение 1. Описание платы Arduino Sensor Shield v5.0

Приложение 2. Содержание электронного архива

Предметный указатель