AVR и Arduino

Робот на Arduino. Гусеничная платформа Pololu Zumo.

Использование платы Arduino позволяет в короткие сроки и с минимальными затратами создать готовое электронное устройство.  Одной из областей применения платы стали миниатюрные роботы, количество вариантов конструкций которых, сегодня составляет сотни, если не тысячи. При конструировании роботов, любители сталкиваются с большим числом проблем, главной из которых становится реализация механической части. Американская фирма Pololu решила упростить эту задачу и выпустила простой и дешевый набор для создания миниатюрного гусеничного робота.

Общий обзор.

Платформа Pololu Zumo Robot Kit for Arduino поставляется в виде двух наборов. Первый из них, Zumo Chassis Kit позволяет создать гусеничное шасси небольшого размера. Второй набор называется Zumo Shield for Arduino и выполнен в виде платы расширения, на которой установлены необходимые компоненты управления двигателями и роботом. Для создания завершенного устройства, к вышеприведенным наборам требуется дополнительно приобрести два мотор-редуктора. Наборы можно использовать по отдельности, что не ограничивает функционал будущих роботов возможностями Arduino.

Набор Zumo Chassis	Набор Zumo Shield

Совместное использование двух наборов нацелено на создание компактного гусеничного робота, ориентированного на использование в соревнованиях по Робосумо. Если участие в подобных мероприятиях не планируется, то Zumo может стать неплохой платформой для любительского конструирования механических устройств. В качестве дополнения, производитель дополнительно предлагает широкий набор датчиков и иных устройств, расширяющих возможности базового комплекта.

Гусеничная платформа.

Робот Zumo в сборе

Конструкция гусеничной платформы выполнена в виде батарейного отсека на 4 элемента типоразмера AA. К этому отсеку крепятся колеса, двигатели и плата управления. Отсек снабжен крышкой на защелке, и позволяет легко менять батарейки в процессе эксплуатации. Свободные колеса крепятся к платформе с помощью винтов особой конструкции и гаек. При сборке следует не забывать использовать металлические шайбы, которые обеспечивают свободное вращение колес и надежное их крепление.

Ведущие колеса устанавливаются непосредственно на выходные концы валов мотор-редукторов. Сами мотор-редукторы имеют миниатюрное исполнение и оснащены металлическими шестернями. На первый взгляд эти элементы кажутся слабыми и ненадежными. Тем не менее, со своей задачей они справляются хорошо. Устанавливаются моторы в специальный паз батарейного отсека и закрепляются только с помощью диэлектрической крышки. Эта крышка в свою очередь крепится на винтах и служит также диэлектрической прокладкой для управляющей платы. Следует отметить, что ни одного самореза в конструкции не используется. Гусеницы робота выполнены из мягкой пластмассы и легко одеваются и снимаются на уже установленные колеса.

Плата управления.

Плата управления выполнена в виде шилда для Arduino. Но в отличие от традиционных вариантов имеет нестандартный размер, ориентированный на использование в данном наборе Pololu. Некоторый недостаток платы заключается в установке Arduino в перевернутом виде, что практически не позволяет использовать распространенные дополнительные платы.

Принципиальная схема платы Zumo Shield

На плате управления расположены следующие элементы:

• драйвер управления двигателями DRV8835
• 3-х осевой компас/акселерометр LSM303DLHC
• контроллер питания с необходимой обвязкой и выключателем
• пользовательская кнопка
• кнопка "Cброс"
• светодиоды – пользовательский, индикаторы питания и заряда батарей
• звукоизлучатель

Дополнительно к установленным элементам на плате имеется большое число мест для подключения датчиков и элементов расширения.

При использовании в качестве управляющей платы Arduino Uno, занятыми оказываются только 8 цифровых линий. Все аналоговые входа, а также 6 дискетных выводов остаются доступными пользователю для подключения различных устройств. Если планируется использовать встроенный компас, то потребуется плата Leonardo, так как только на ней разведены линии интерфейса I2C.

Отдельно следует отметить продуманную схему питания робота. При подключении USB-кабеля к процессорной плате, питание будет подано только на цифровую часть. Это позволяет заливать программу не беспокоясь о случайном поведении устройства. Его двигатели получат питание только если  задействоан выключатель питания на плате

О сборке.

Полностью собранный набор

Сборка обеих частей не вызывает больших затруднений и доступна любителям среднего уровня подготовленности. Все что требуется – умение паять штыревые компоненты и собирать конструкции с помощью винтовых соединений. Инструкция по сборке робота выложена на официальном сайте и снабжена множеством фотографий. Разобраться в последовательности сборки можно даже без знания английского языка. Единственный момент, который следует учесть, это имеющаяся модель платы Arduino. Для старых вариантов, оснащенных процессором в DIP-корпусе, не устанавливается часть перемычек. Современные устройства типа Leonardo, оснащенные деталями поверхностного монтажа, подразумевают полный объем устанавливаемых компонентов.

В процессе сборки и дальнейшего использования робота чувствуется глубокая продуманность конструкции. Производитель предусмотрел множество, на первый взгляд несущественных, моментов, повышающих эксплуатационные свойства изделия. Например, конструкция робота практически полностью разборная, что придает ей ремонтопригодность и возможность модернизации, также на плате  Zumo  имеются  дополнительные места для установки датчиков и внешних элементов пользователя. 

Программная часть

Производитель предлагает своим пользователям набор библиотек для Arduino IDE, позволяющие легко и просто реализовать все возможности платы. В стандартном варианте имеются следующие библиотеки:

• PushButton – обработка кнопки
• QTRSensor – работа с датчиками препятствий серии QTR
• ZumoBuzzer – библиотека воспроизведения звуков
• ZumoMotors – команды управления двигателями
• ZumoReflectanceSensorArray – библиотека функций работы с несколькими датчиками

Дополнительно на сайте производителя можно скачать библиотеку работу с компасом LSM303.

Благодаря наличию специальных библиотек, программирование алгоритма функционирования робота на Arduino не представляет особой сложности. Достаточно использовать только одну функцию задания скорости вращения моторов и платформа начнет двигаться. Другие библиотеки только расширяют возможности платформы.

Zumo Robot Kit - отличный стартовый набор, позволяющий всем желающим создать собственного робота. Благодаря интеграции с широко известным программно-аппаратным комплексом Arduino, этот набор оказывается прост не только в сборке, но и в программировании. Возможность подключения дополнительных датчиков значительно расширяет технические характеристики изделия и дает шанс создать собственную уникальную конструкцию.