Обзор готовых каркасов для создания роботов на Arduino. «Платформа-М»: Роботизированный комплекс широких возможностей. Корпус и сборка ходовой

Я рад с гордостью вам представить моего нового робота - RedBoard. Это робототехническая платформа двигается по всем направлениям и умеет двигать так же и клешнёй. Надеюсь, этот робот вам понравится и найдете в этой статье для себя что-то новое и интереснее...Здесь будет принципиальная схема устройства, возможная схема печатной или шаблонной платы проекта, а также прошивка контроллера Arduino, его связь с android устройством через канал связи Bluetooth и последующий алгоритм обработки данных, программа управления двигателями.

Прежде, чем начать разрабатывать какой-нибудь проект, надо сначала создать его эскиз, допустим, на бумаге. Дальше развивать эту тему, пока не станет ясно, что робот будет работать отлично и не будет никаких сомнений, что он сможет испортиться. Начиная разрабатывать RedBoard, я подумал, почему бы не сделать мне маленькую платформу, которая будет поднимать какие-нибудь вещи, а затем в будущем будет ездить у меня по дому, разумеется автоматически, и поливать цветы при помощи помпы (водяного насоса). Тогда бы мы избежали использования и необходимости в Android смартфоне, что в принципе неплохо. Итак, родилась идея платформы RedBoard, управляемой контроллером Arduino. Перейдем к фото устройства.

Для сборки этого робота нам необходимо:

• Деревянный брусок;
• Кронштейны и другие детали для двигателей;
• 3 Серводвигателя для манипулятора и клешни;
• 2 мотора или 2 тех же сервопривода (но их необходимо переработать в сервоприводы постоянного вращения);
• Доп. детали для соединений деталей (болты, шайбы и т.д.);
• 4 колеса;
• Краска (для тех, кому необходимо);
• Остальные компоненты для робота, т.е. микросхемы, провода и другое будут описаны в разделе Электроника.

Теперь перейдем к сборке. Берём деревянный брусок и перекрашиваем, если необходимо. Просверливаем в верхней области бруска отверстие для сервопривода. Постепенно пытайтесь вставить в отверстие серводвигатель, оберегая провод управления. Далее после прикручивания сервопривода к бруску, можно начать строить манипулятор. Затем, ставьте колёса под бруском, используя кронштейны для них. Отлично, сборка готова, теперь перейдём к схеме бота и установке электронных компонентов.

К микроконтроллеру Atmega 328 подключаются три сервопривода с внешним питанием, и 4 вывода от драйвера моторов l293d. Дальше hc-06 подключен к контроллеру так:

Arduino pins HC-06
RX TX
TX RX
VCC VCC
GND GND

Прошивать контроллер Arduino проще простого.

• Скачиваем Arduino IDE с сайта www.arduino.cc;
• Следуем инструкции установки и затем запускаем программу;
• Скачиваем или пишем сами программу/скетч/прошивку для нашего Arduino микроконтроллера(ссылка на исходник программы ниже);
• Прошиваем, загружаем, выбрав в вкладке Сервис плату Uno, если у вас таковая, а потом Последовательный COM Порт - тот, в который вы воткнули провод из Arduino, а узнать какой com порт, можно узнать в диспетчера задач, в Мой компьютер - свойства системы - диспетчер задач. Плату будет видно во вкладке COM-порты.
• После загрузки отключаем кабель от компьютера и подключаем аккумулятор к сети робота.
• И это всё...

Выдергиваем из платы Arduino Uno микроконтроллер, если возможно, потом подключаем выводы так:
Arduino = Atmega328
Rx = Tx
Tx = Rx
VCC = VCC
GND = GND
RESET = RESET

И ещё, конечно же, подключаем к контроллеру Atmega328 кварцевый резонатор на 16 МГц.

RedBoard, в конечном итоге, управляется при помощи Android телефона. В нем установлена программа Bluetooth spp tools pro . Эту программу можно бесплатно скачать с Google Play... В программе очень легкий интерфейс. Сначала ищешь свой HC06, а потом заходишь в режим клавиатуры, значит мы будем жать на какие-то кнопки и микроконтроллерная плата должна принимать какие-то значения. Эти значения назначаются в самой программе, если нажать в настройках Button set. Эти значения уже есть в программе робота, которую я написал.

Список радиоэлементов

Роботизированный комплекс "Платформа-М" / Фото: ИА ОРУЖИЕ РОССИИ, Г. Будлянский

Роботизация войск является одним из важнейших приоритетов в совершенствовании и модернизации российской армии. Создаваемые отечественными разработчиками и производителями роботы и роботизированные комплексы способны решать широкий круг задач.

Снижение потерь личного состава при ведении боевых действий во все времена была одной из главных задач любого командира. Особую актуальность эта проблема приобрела с внедрением в войска и массовым применением автоматического стрелкового оружия. В современных условиях одним из путей ее решения стало оснащение войск роботами и роботизированными комплексами. При комплексном подходе они смогут «взять на себя» решение ряда задач и, тем самым, снизить потери в живой силе.

В уходящем году некоторые СМИ упоминали роботизированный комплекс «Платформа-М» (ОАО «НИТИ «Прогресс»). Одной из первых демонстраций комплекса стал его показ в мае и июне на параде Победы и учениях в Калининграде. Позднее разработчики «Платформы» показали ее на «Дне инноваций Минобороны РФ» в августе текущего года.

"Платформа-М" на учениях в Калининграде / Фото: www.sdelanounas.ru

По данным разработчика, комплекс «Платформа-М» является боевым роботом и предназначен для решения широкого круга задач на поле боя. Среди них ведение разведки, обнаружение и поражение стационарных и подвижных целей, огневая поддержка подразделений, патрулирование и охрана важных объектов.

В зависимости от полезной нагрузки, робот может ставить дымовые завесы, осуществлять дистанционную постановку мин и проделывать проходы в минных полях противника. При необходимости, он может стать «подносчиком патронов» и доставлять в назначенное место различные грузы.

Внешний вид робота на базе Платформа-М / Фото mp3car.ru

Комплекс представляет собой универсальную самоходную гусеничную дистанционно-управляемую платформу с размещенной на ней полезной нагрузкой. При собственной массе не более 800 кг робот способен нести до 300 кг полезной нагрузки. В условиях прямой видимости на дальности до 1500 м «Платформа-М» может передвигаться со скоростью до 12 км/ч, преодолевать препятствия высотой (глубиной) 210 мм и уклон не менее + 25 градусов. Время непрерывного движения бронированного по 3 классу защиты комплекса длиной, шириной и высотой не более 1600, 1200 и 1200 мм достигает не менее 10 часов.

В качестве полезной нагрузки на «Платформе-М» могут размещаться средства поражения (пулеметы, до 4 гранатометов «АГС-30» и ПТРК «Корнет»), комплекс оптико-электронной разведки (РЛС «Фара», тепловизор, дальномер, видеокамеры), спецсредства для обнаружения различных веществ, минный заградитель («КТПН-3»), трал для разминирования и др. средства. При необходимости, комплекс может нести средства аудио пропаганды (громкоговорители).

Боевая полезная нагрузка комплекса "Платформа-М" / Фото: ИА "ОРУЖИЕ РОССИИ", Г. Будлянский

По данным разработчиков «Платформа-М» разрабатывалась по заданию Минобороны в течение 4 лет. В настоящее время комплекс прошел госиспытания и началось его серийное производство. На учениях в Калининградской области боевые роботы использовались для ликвидации условных бандформирований в городских условиях, нанесения ударов по стационарным и подвижным целям. Примечательно, что роботизированный комплекс использовался совместно с беспилотными летательными аппаратами. Это значительно расширяет возможности комплекса и повышает эффективность его практического применения в реальных условиях боевой обстановки.

Роботизированный комплекс "Платформа-М" (слева) Фото: ИА "ОРУЖИЕ РОССИИ", Г. Будлянский

Кооперативный робот (кобот), который используется как платформа для отработки когнитивных систем в ряде исследовательских проектов.

, The RoboticCub Project, Европа

Платформа антропоморфного типа для разработок в области искуственного интеллекта и когнитивных способностей. iCub - сокращенное от "искуственное познавательное тело.

Magni, Ubiquity Robotics

Платформа Magni от компании Ubiquity Robotics с двумя крупными колесами может перемещать до 100 кг полезной нагрузки, что позволяет создавать на ее основе самых разных роботов. В движение Magni приводят два электромотора мощностью 200 Вт каждый, способных разгонять ее до скорости в 2 м/c на горизонтальной плоскости. Энергетика: 7А +5В и 7А +12В постоянного тока. Компьютерная платформа - Raspberry Pi3 (четырехъядерный), ПО - ROS Kinetic / Ubuntu 16.04. Одна цифровая камера, направленная вперед. Десятиамперный аккумулятор обеспечивает 8 часов работы без подзарядки. При необходимости можно поставить свинцово кислотный аккумулятор мощностью до 32 А, что нарастит время автономной работы до суток. Платформа опционально может оснащаться 3D-сенсором с полем обзора в 120 градусов.
2018.03.16 .

, Aldebaran Robotics, Франция (приобретена группой SoftBank, Япония)

Антропоморфный ходящий двуногий робот, который может использоваться в качестве исследовательской платформы, поскольку позволяет заливать в него собственное ПО.

PR2, Willow Garage

Платформа андроидного типа с двумя манипуляторами руками, разработка Willow Garage. Примерная стоимость - около $400. Есть версия с одним манипулятором стоимостью $285 тысяч. Цены - на лето 2016 года.

Один из вариантов создания роботов на основе Arduino и других компьютерных плат — использование готовых корпусов и разработка собственной начинки. На рынке можно найти достаточное количество таких каркасов, которые включают также механическую базу (колеса, гусеницы, шарниры и т.п.). Взяв готовый корпус, вы сможете целиком сосредоточиться на программировании робота. Предлагаем небольшой обзор таких корпусов-скелетов роботов.

Почему нужны корпусы и скелеты роботов?

Создание робота — процесс многоэтапный, включающий в себя и проектирование, и сборку, и программирование. Знания робототехники граничат с физикой, механикой, алгоритмизацией. Начинающие юные робототехники по разному тяготеют к каждому из этапов создания роботов. Кому-то легче дается создание механических частей робота, но программирование вызывает сложности. Кто-то, наоборот, с легкостью программирует логику поведения робота, но процесс создания механической модели вызывает сложности.

Тем, кому процесс проектирования механики дается с трудом, и больше заводит именно процесс подбора различных датчиков и проектирование логики робота, стоит обратить внимание на различные механические базы для построения роботов. Они продаются без электроники, по сути это корпус или скелет будущего робота. Осталось только добавить им «мозг» (например, плату Arduino ), нервы и мышцы (датчики и приводы) и оживить их (запрограммировать). Иногда такие корпуса даже содержат моторы или датчики.

Платформы на 4 колесах — основа машинки Arduino

Платформа на колесах — это, безусловно самая простая и эффективная база для построения робота. В продаже есть много различных заготовок такого типа. Некоторые из их:

Платформа для создания робота на Arduino, выполненная из алюминиевого сплава. Платформа оснащена 4 колесами, к каждому из которых подключен отдельный мотор. Моторы идут в комплекте. Платформа может использоваться как основа автомобиля или любого другого ездящего робота. Размер платформы около 20 на 20 см. Винты, гайки и провода для подключения моторов также в комплекте.

Такое основание для вашего будущего робота можно купить примерно за $75 на сайте интернет-магазина DX.com .

Еще одна четырехколесная платформа для создания робота на базе Arduino привлекает внимание своими колесами. Они имеют диаметр 80 мм, ширину 60 мм, выглядят элегантно и надежно. У этой платформы акриловое основание толщиной 1,5 мм. Корпус имеет хорошую устойчивость и подходит для создания быстро передвигающегося робота. Aliexpress продает этот робот-скелет за $60. Комплектация аналогичная предыдущей — колеса, двигатели, провода и винты уже есть в наборе.

Двух- и трехколесные шасси для создания ездящих роботов

В следующей трехколесной платформе для создания робота на базе Arduino моторы подключены только к двум колесам и это снижает стоимость. В интернет магазине DX.com такое шасси продается за $20,5. Основание выполнено из прозрачного акрила. В комплекте 2 мотора, винты, гайки, провода, батарейный блок для 4 АА батарей. Размеры примерно 20 на 10 см.

Трехколесной платформе для робота Arduino. Фото dx.com

Двухколесное основание для робота. Фото dx.com

Гусеничные шасси для танков на Arduino

Гусеничные шасси более устойчивые чем те, что на колесах. Плюс в такой конструкции достаточно всего двух моторов, чтобы привести систему в движение, — а значит цена будет ниже, чем у четырехколесных платформ. Самая распространенная модель на гусеницах — это, конечно, танк, однако такая база может стать платформой для робота любой формы.

Гусеничное шасси для создания робота-танка на базе Arduino. В комплекте 2 мотора, гусеничная передача, винты, гайки. Размеры этого шасси 18,7 см х 11,5 см х 4,3 см. В интернет-магазине DX.com такое гусеничное шасси стоит $42.

Гусеничное шасси для робота. Фото dx.com

Корпус для робота-паука на Arduino

Паук — достаточно популярная форма роботов, поэтому в продаже имеются и такие корпуса-скелеты.Конструкция паука в отличие от роботов на колесах предусматривает движение в любую сторону.

Первый паук а в нашем обзоре стоит около $100 на Aliexpress .

Корпус для робота паука. Фото: aliexpress.com

В комплекте этого корпуса нет электроники, сервоприводов, их нужно покупать отдельно. С данной моделью паука рекомендовано использовать сервопривод MG 995 Servo. Забавно, что такой привод на сайте Aliexpress можно купить как за 33 доллара, так и за за 5 долларов (правда в этом случае придется купить 10 штук). Привод нужен под каждую лапу.

Кроме того для управления большим количеством сервоприводов потребуется многоканальный контроллер управления сервоприводами . Итоговая стоимость паука может получиться достаточно высокой.

Еще один скелет шестиногого робота-паука или даже робота-таракана привлек мое внимание своей ценой в $ 42,5. Робот на шести металлических лапах должен получиться пусть и не очень маневренный, зато устойчивый. Скелет этого таракана имеет длину 24 см, ширину — 18 см, высоту — 12 см. Приобрести этого черного таракана-робота можно на сайте интернет-магазина Aliexpress.

Корпус для робота таракана. Фото: aliexpress.com

Каркасы роботов гуманоидов

Достаточно интересной кажется модель робота-гуманоида стоимостью около $ 105. Здесь также нет электроники, зато много простора для творчества. Создание робота-гуманоида и программирование человеческой походки — непростые и интересные задачи. Начать пробовать свои силы в самостоятельном создании робота-гуманоида можно с покупки такого скелета на сайте интернет-магазина Aliexpress. Если верить описанию производителя, то на основе этого карскаса можно сделать даже танцующего робота.

Оболочка для робота гуманоида. Фото: aliexpress.com

Готовый робот, готовый корпус или создание Arduino робота с нуля?

Готовые полнокомплектые роботы на базе платы Arduino подойдут и для тех, кого электрические схемы не особо привлекают. Приобретая работающую модель робота, т.е. фактически готовую высокотехнологичную игрушку, можно разбудить интерес к самостоятельному проектированию и робототехнике. Открытость платформы Arduino позволяет из одних и тех же составных частей мастерить себе новые игрушки. Цена таких роботов колеблется в районе $ 100, что в общем относительно немного.

Готовые корпуса , которые мы рассмотрели в этом обзоре, предполагают бОльшую фантазию и бОльшее разнообразие получаемых роботов. В них вы не ограничены платами Arduino, можно использовать и другие «мозги». Преимущество этого способа перед созданием робота с нуля в том, что вы можете не отвлекаться на поиск материалов и разработку конструкций. Такой робот выглядит вполне серьезно и походит на промышленного.

Самым интересным, но и самым сложным, на наш взгляд, является полностью самостоятельное создание робота . Разработка корпуса из подручных материалов, приспособление для этих целей игрушечных машинок, и другой отслужившей техники может стать не менее увлекательным, чем программирование поведения робота. Да и результат будет совершенно уникальным.

Если вы только начинаете изучение Arduino робототехники, рекомендуем наш курс

Все цены приведены по состоянию на 22.05.14.