Budowa robota mobilnego #1 – lista części, konstrukcja mechaniczna, elektronika

Każdy początkujący amator robotyki, czy też elektroniki myśli jak będzie wyglądał jego pierwszy robot… a raczej zastanawia się jak właściwie ma to zrobić!? No właśnie: Jakich części użyć? Jak to wszystko połączyć, aby działało? Jak przygotować konstrukcję mechaniczną robota? itd. Wychodząc na przeciw amatorom robotyki postanowiłem przygotować krótki, a za razem dokładny kurs budowy robota mobilnego, sterowanego dowolnym urządzeniem z systemem Android, za pomocą naszej własnej aplikacji!

Wstęp; Spis treści

Kurs postanowiłem podzielić na 3 artykuły. W pierwszej części (tej, którą właśnie czytasz) opisany jest wstęp do budowy takiego robota, lista części, instrukcja wykonania części mechanicznej oraz elektronicznej projektu.

  1. Budowa robota mobilnego #1 – lista części, konstrukcja mechaniczna, elektronika;
  2. Budowa robota mobilnego #2 – oprogramowanie (piszemy kod w C);
  3. Budowa robota mobilnego #3 – tworzymy aplikację mobilną, zakończenie;

Kolejne części będą pojawiały się w każdą kolejną sobotę, poczynając od dzisiaj.

poprzednia część  «-» kolejna część ⇒

Wstęp do budowy

Mamy zamiar zbudować robota mobilnego …tylko co to właściwie jest?! Wyjaśnianie zacznę typowo, czyli od zajrzenia do wikipedii:

Robot mobilny – robot zdolny do zmiany swojego położenia w przestrzeni. Roboty tego rodzaju mogą pływać, latać lub jeździć. Roboty mobilne mogą być robotami autonomicznymi tzn. takimi, których prawie nic nie ogranicza, np. przewody sterujące bądź zasilające, a jedyne ograniczenia to np. ściany lub przestrzeń w jakiej się znajdują itp..

Jednym słowem robot mobilny, to robot zdolny do zmiany swojego położenia i właśnie to chcemy osiągnąć. Dodatkowo naszą konstrukcję będzie można nazwać autonomiczną, ponieważ będzie mogła poruszać się bez ograniczeń.

Jakie są założenia?

  1. Robot będzie mógł być sterowany dowolnym urządzeniem z systemem Android (po pobraniu odpowiedniej aplikacji);
  2. Robot będzie mógł się poruszać niezależnie, po wcześniej zaprogramowanej trasie;

Lista części

Pewnie wielu amatorów po przeczytaniu pierwszych linijek tego kursu stwierdziło, że potrzebne będzie „milion” elementów i, że to w ogóle nie dla Was. Uspokajam więc – do budowy naszego robota wystarczy tylko kilka produktów. Oto ich lista:

  • Arduino – model dowolny. My w naszym kursie skorzystamy z klona Arduino UNO; [zdjęcie #1]
  • Moduł podwójnego sterownika silników, opartego na układzie scalonym L298; [zdjęcie #2]
  • Przewody połączeniowe – męsko-żeńskie (12 sztuk); [zdjęcie #3]
  • 4x silnik DC 6V z przekładnią 1:48 + 4x koło 65mm (często sprzedawane w komplecie); [zdjęcie #4 i 5]
  • Moduł buetooth HC-05 (więcej o nim dowiecie się poniżej);
  • Koszyk (pojemnik) na baterie 6xAA = 6xR6 + baterie
  • Kawałek kartonu

Dodatkowo warto zaopatrzyć się w opaski zaciskowe, taśmę dwustronną i nożyk.


HC-05 – moduł bluetooth za 3$

Zanim przejdziemy do dalszej części kursu, omówimy jeden z elementów naszej konstrukcji – moduł HC-05. Dlaczego wybraliśmy właśnie go? Jeżeli chodzi o bluetooth w elektronice, to HC-05 jest istną Atmegą8 wśród AVR’ów, to po prostu jeden z najpopularniejszych i najtańszych tego typu elementów. Właśnie z tego powodu zajmiemy się tym, a nie innym modułem.  Z racji iż występuje wielu producentów, produkty mogą się od siebie lekko różnić, lecz to raczej nie przeszkodzi nam w działaniu.

JYMCUHC05v1_06

Myślę, że dobrym wstępem będzie przeczytanie specyfikacji urządzenia:

  • Napięcie zasilania:
    • 5 V poprzez wbudowany stabilizator – podłączenie do pinu 5.0
    • 3,3 V – podłączenie do pinu 3.3
  • Wyprowadzenia pracują z napięciem 3,3 V
  • Pobór prądu:
    • Parowanie 80 mA
    • Transmisja: 8 mA
  • Klasa 2 – moc nadajnika maks. + 4 dBm
  • Zasięg: do 10 m (około 5 metrów w domu – przez ściany; do 15m na wolnej przestrzeni)
  • Standard: Bluetooth 2.0 + EDR
  • Profil SPP z możliwością ustawień poprzez komendy AT
  • Komunikacja: UART (RX, TX)
  • Domyślny kod parowania: 1234
  • Małe wymiary: 37 x 17 mm

Konfiguracja modułu odbywa się poprzez popularne komendy AT, aby wejść w ten tryb należy podłączyć wyprowadzenie KEY do 3,3 V. Przykładowe komendy to:

  • AT – testowanie połączenia, w odpowiedzi dostajemy OK./li>
  • AT+NAME – zwraca nazwę urządzenia.
  • AT+NAME=XXX – zmienia nazwę modułu na XXX.
  • AT+UART – zwraca konfigurację interfejsu UART, trzy wartości oddzielone przecinkami: prędkość, bit stopu, parzystość.
  • AT+UART=9600,0,0 – zmienia konfiguracje interfejsu UART: prędkość transmisji 9600, 1 bitu stopu, brak parzystości.

Należy pamiętać, po komendzie  muszą wystąpić znaki \cr\lf. Pełny zestaw komend można znaleźć w dokumentacji modułu.

Dzięki temu urządzeniu będziemy w stanie bezprzewodowo komunikować się z naszym Arduino, a co za tym idzie robotem.

Teraz gdy poszerzyliśmy już trochę naszą wiedzę o zastosowanym module powróćmy do sedna sprawy i przejdźmy dalej.


Elektronika

Nasza elektronika składa się głównie z 3 elementów – Arduino UNO, modułu sterownika silników L298 oraz HC-05. Połączenie ich razem nie będzie niczym trudnym, właściwie uznałbym to za rzecz banalną. Myślę, że najlepszą opcją będzie pokazanie poglądowego „schematu” naszego robota. Oto on:

Schemat poglądowy podłączenia urządzeń elektronicznych
Schemat poglądowy

Należy zauważyć, że schemat obejmuje tylko główną elektronikę – dodatkowo (co nie zostało opisane) należy do gniazda GND na naszej płytce z modułem L298, podłączyć czarny przewód z koszyka na baterie, natomiast do VMS podłączamy przewód czerwony.

Z doświadczenia wiem, że nie zawsze jest tak łatwo jak się wydaje, chociaż w tym wypadku chyba nie może być ciężko, ale na wszelki wypadek przygotowałem również film, w którym dokładnie pokazuję jak podłączyć wszystko, tak aby działało.

Jeżeli już skończyłeś przejdź do kolejnego zagadnienia, a mianowicie konstrukcji.

Konstrukcja

Konstrukcja naszego robota będzie równie banalna jak w przypadku elektroniki. Do jej wykonania będzie nam potrzebny kawałek …kartonu. Tak! Zbudujemy robota z kartonu. 😀 Jedyne co musimy zrobić to przyciąć go do odpowiednich wymiarów, a mianowicie:

150 mm x 110 mm

Oczywiście jeżeli ktoś chce może wykonać takową „podstawkę” chociażby z pianki modelarskiej, styropianu czy plexy.

Teraz nie pozostało nam nic innego jak przymocować nasze elementy do podstawki korzystając z taśmy dwustronnej oraz opasek zaciskowych. Zaczynamy od silników – przymocowujemy je w odpowiednim ułożeniu (jak na zdjęciu #1) do kartonika, za pomocą taśmy dwustronnej. Teraz obracamy całość na drugą stronę i mocujemy, również z wykorzystaniem taśmy dwustronnej, koszyk na baterie (zdjęcie #2 i #3). Warto również wyciąć nożykiem małą dziurkę po środku robota, dzięki czemu unikniemy plątaniny z przewodami silnikowymi (zdjęcie #3 i #4).

Teraz możemy zająć się umiejscowieniem Arduino, modułu sterownika oraz HC-05. Postępujemy podobnie jak w przypadku poprzednich elementów, czyli po prostu wszystko przyklejamy korzystając z taśmy dwustronnej (zdjęcie #1). 🙂 Następnie podłączamy przewody idące z silników, w sposób następujący:

  1. Przewody z lewych silników idą do gniazda po lewej stronie (patrząc od strony z gniazdami), przy czym czerwone przewody podłączone są do wejścia bardziej po lewej, a czarne bardziej po prawej
  2. Przewody z prawych silników idą do gniazda po prawej stronie (patrząc od strony z gniazdami), również czerwone przewody podłączone są do wejścia bardziej po lewej, a czarne bardziej po prawej

Wszystko to dokładnie widać na zdjęciu #2 poniżej. (a bynajmniej mam taką nadzieję)

Już prawie skończyliśmy! Nie pozostało nam nic innego jak wpiąć koła i zakończyć konstruowanie. Wasz końcowy efekt powinien być podobny do tego na zdjęciu poniżej. Jeżeli Wam się udało, to na prawdę gratuluję! 😀

20160130_170223

poprzednia część  «-» kolejna część ⇒

Wszystko podłączone i przygotowane! Pozostało tylko zaprogramować nasz komputer pokładowy – Arduino i przygotować aplikację mobilną na Androida, ale o tym w kolejnych częściach, które pojawią się 13.01 oraz 20.01.

Karol Wojsław

Karol Wojsław -- licealista, założyciel i redaktor Mechatrobot.pl. Interesuje się robotyką i elektroniką oraz informatyką. Z racji swojego wieku nie ma ogromnej wiedzy, ale wytrwale dąży do tego, aby artykuły, które publikuje były coraz lepsze.