Как Делать Робота В Домашних Условиях



как делать робота в домашних условиях

У начинающего робототехника всегда возникает два вопроса: как сделать робота и из чего сделать робота . На эти два вопроса пытается ответить этот сайт, посвященный BEAM-роботам, алгебре логики и логическим схемам роботов.

BEAM (произносится бим ) является отличной школой робототехники и электроники, так как позволяет вести освоение шаг за шагом, от простого к сложному. От создания роботов с простейшими рефлексами до систем, управляемых нейронными сетями.

При создании BEAM-существ широко применяются аналоговые технологии, позволяющие реализовать разновидности нечеткой логики, и нейронная поведенчески-ориентированная архитектура систем управления, основанная на стимул-ответных реакциях.

РОБОТЫ и БИОЛОГИЯ

BEAM-роботы являются одними из, пожалуй, самых интересных робототехнических созданий. Один из основных принципов дизайна BEAM-робота - следование природе живых существ. Таким образом, и сам BEAM-робот является, в некотором роде, почти живым существом.

Именно следование биологическим принципам при проектировании роботов наделяет эти биоморфные создания неподражаемым поведением, которое очень сложно достичь при использовании полностью цифровых устройств (процессоров и микроконтроллеров). BEAM-робот по большей части - это аналоговое устройство, использующее широкие возможности аналогового подхода.

BEAM-технология позволяет создавать простых и шустрых роботов с уникальным поведением из доступных и распространенных компонентов без необходимости сложного программирования.

Конструкция робота, выполненная с учетом анатомии насекомых, позволяет даже очень простым роботам демонстрировать достаточно интересное поведение. Насекомые выбраны в качестве одной из основных моделей в силу того, что их нервная система является одной из самых простых и эффективных относительно других живых существ. Сложное поведение может стать результатом работы всего нескольких нейронов.

Аналог и цифра

Поведение роботов должно быть приближено к поведению живых организмов, поэтому за основу берутся аналоговые принципы. Конечно же, использование микроконтроллеров не запрещается, но базовые инстинкты робота должны быть реализованы на основе независимых нейронных цепей.

СИСТЕМЫ ПОВЕДЕНИЯ

В основе нижнего слоя архитектуры BEAM-роботов лежат конструкции, обеспечивающие реализацию поведения типа стимул-реакция . Такое поведение обычно реализуется с помощью низкоуровневых нервных сетей .

Нейронная поведенчески-ориентированная архитектура - основа всего BEAM-роботостроения.

Использование аналоговых принципов позволяет реализовать системы с нечеткой логикой.

Кроме того, поведенчески-ориентированная архитектура доктора Тилдена может быть сведена до частного случая предикативной архитектуры Родни Брукса, как нейронного процесса, использующего метод предикативной (условной) реакции на стимул.

BEAM-роботы: от простого к сложному

Базовым принципом ВЕАМ-философии является эволюция роботов: развитие снизу вверх от простых конструкций к сложным системам.

Простота и красота BEAM-роботов привлекает к этому хобби людей всех возрастов и уровней образования. Уже с первых шагов даже начинающий способен создать работоспособные конструкции не учась программировать и не углубляясь в длительное освоение микропроцессорной техники. Если у вас хватает умения для того, чтобы выпрямить скрепку, то значит у вас хватит умения построить и BEAM-робота.

BEAM является лучшим путем изучения робототехники, логических схем и электроники для начинающих. А безграничные потенциалы, заложенные в BEAM-технологии, делают ее отличным хобби как для молодых конструкторов так и для зрелых людей, увлекающихся роботами. В отличие от большинства, основанных на процессорах роботов, BEAM-роботы дешевы, просты и могут быть построены любителями всего за несколько часов.

КАК СДЕЛАТЬ РОБОТА

Ответить на вопрос: Как сделать робота? в случае использования BEAM-технологий достаточно просто. Часто бывает необходима всего одна микросхема, которая служит роботу и мозгом, и силовой частью, управляющей двигателями. Большинство BEAM-роботов делают в домашних условиях. Создание самодельных роботов с использованием BEAM-технологии - одно из лучших хобби.

РОБОТОТЕХНИКА ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ

Стоит добавить, что BEAM-технология - лучший путь для знакомства с основами электроники. а сами BEAM-роботы являются одними из непременных участников сайтов, рассказывающих про робототехнику для начинающих.

Для того, чтобы сделать своего первого робота необходимо познакомиться всего с несколькими электронными деталями. Список этих электронных деталей для создания робота очень небольшой.

  • электромотор (обычно их два, но можно сделать робота, используя всего один электродвигатель)
  • фотоэлемент (обычно фототранзистор или фотодиод, их тоже понадобится пару штук)
  • простая логическая микросхема (она будет служить роботу нервной системой и силовой частью, управляющей электромоторчиками)
  • батарейки

    Вот собственно и все, что понадобится для создания BEAM-робота, наделенного фототропным поведением. Ваш первый робот будет реагировать на свет. Более того, следуя заложенному в него фототропизму, он будет следовать за светом.

    Хотя робот очень прост, но у него будет широкий потенциал для развития. Добавив в него пару светодиодов и резисторов, Вы получите робота, способного избегать препятствия. Ваш робот уже не будет глупо упираться в стенку, а сможет миновать неожиданную преграду.

    Исследование алгоритмов маршрутизации в многосегментных беспроводных сетях

    Научный руководитель: к.т.н. доцент Красичков Алексей Александрович

    Программирование роботов в домашних условиях

    Введение

    В своём индивидуальном задании я хотел бы рассказать о том, как можно весело провести время, применив полученные в университете знания на практике :). Программирование роботов, а точнее микроконтроллеров, на которых они построены, - это не сложно. Вот увидите! Начну с теории и описания всего того, что нам пригодится.

    Что такое Arduino?

    Arduino – аппаратная вычислительная платформа, основными компонентам которой являются простая плата ввода/вывода и среда разработки на языке Processing/Wiring. Arduino может использоваться как для создания автономных интерактивных объектов, так и подключаться к программному обеспечению, выполняемому на компьютере. Документация на аппаратную часть и программный код опубликованы под лицензией «copyleft», но разработчики выразили желание, чтобы название «Arduino» (и производные от него) было торговой маркой для официального продукта и не использовалось для производных работ без разрешения. В официальном документе об использовании названия Arduino подчеркивается, что проект открыт для всех желающих работать над официальным продуктом.

    До недавнего времени создание роботов считалось очень непростой процедурой, требующей от разработчика высокой квалификации и специального образования, а также длительного времени на разработку. Но с появлением плат Arduino это занятие может позволить себе почти каждый, кто хоть немного знаком с программированием! Потому как подключение платы к компьютеру не сложнее подключения к нему, например, флешки, а запрограммировать нужные операции требуется на «упрощенном Си» в специальной интегрированной среде разработки, откуда одним нажатием кнопки мыши можно сразу же и прошить плату. Проще некуда, но обо всем по порядку.

    Плата Arduino состоит из микроконтроллера Atmel AVR (ATmega328 и ATmega168 в новых версиях и ATmega8 в старых) и элементной обвязки для программирования и интеграции с другими схемами. На каждой плате обязательно присутствуют линейный стабилизатор напряжения 5 В и 16 МГц кварцевый генератор (в некоторых версиях керамический резонатор). В микроконтроллер предварительно прошит загрузчик, поэтому внешний программатор не нужен.

    На концептуальном уровне все платы программируются через RS-232 (последовательное соединение), но реализация этого способа отличается от версии к версии. Текущие версии плат, программируются через USB, что осуществляется благодаря микросхеме конвертера USB-to-serial вроде FTDI FT232. В некоторых вариантах для программирования требуется подключение отдельной платы USB-to-serial или кабеля.

    Проект Arduino постоянно развивается и имеет множество модификаций. На данный момент доступны 10 версий плат, но конкретно в данном проекте использовалась плата Arduino Diecimila. Она представляет собой небольшую электронную плату, ядром которой является микроконтроллер ATmega168. На плате есть: 14 цифровых входов/выходов, 6 из которых могут работать в режиме ШИМ (PWM) (а следовательно управлять аналоговыми устройствами вроде двигателей и передавать двоичные данные), 6 аналоговых входов (исходной информацией служат не логические 0/1, а значение напряжения), тактовый генератор на 16 МГц, разъёмы питания и USB, ICSP-порт (что-то вроде последовательного интерфейса для цифровых устройств), несколько контрольных светодиодов и кнопка сброса. Этого вполне достаточно, чтобы подключить плату к USB-порту компьютера, установить необходимое программное обеспечение (драйвер и среду разработки) и начать программировать.

    Рисунок 1. - Внешний вид платы Arduino Diecimila.

    Краткая спецификация
    • Микроконтроллер: ATmega168
    • Рабочее напряжение: 5 В
    • Входное напряжение (рекомендуемое): 7-12 В
    • Входное напряжение (пределы): 6-20 В
    • Цифровые порты ввода/вывода: 14 портов (из них 6 с ШИМ-сигналом)
    • Аналоговые порты ввода: 6 портов
    • Ток для портов: 40 мА
    • Ток для 3.3В источника: 50 мА
    • ППЗУ (Flash Memory): 16 KB (из них 2 Кб используются загрузчиком)
    • ОЗУ (SRAM): 1 Кб
    • ПЗУ (EEPROM): 512 байт
    • Тактовая частота: 16 МГц
    Преимущества и недостатки

    Низкая цена. Платы Arduino относительно недороги по сравнению с другими микроконтроллерными платформами. Самый дешёвый вариант модуля Arduino может быть собран вручную, но даже предварительно собранные модули Arduino стоят менее $50.

    Кросс-платформенность. Программное обеспечение Arduino работает под управлением операционных систем Windows, Macintosh OS X и Linux, поскольку является открытым и работает на Java. Большинство микроконтроллерных систем ограничиваются Windows.

    Простая среда программирования. Программная оболочка является простой в использовании для новичков, но достаточно гибкой для продвинутых пользователей, чтобы быстро достичь нужного результата.

    Открытый исходный код. Язык может быть расширен с помощью библиотек C++, более продвинутые специалисты могут создать свой собственный инструментарий для Arduino на основе компилятора AVR C.

    Открытые спецификации и схемы оборудования. Arduino основан на микроконтроллерах ATMEGA8 и ATMEGA168 от Atmel. Схемы модулей опубликованы под лицензией Creative Commons, поэтому опытные схемотехники могут создать свою собственную версию модуля для своих нужд. Даже сравнительно неопытные пользователи могут сделать макетную версию модуля, чтобы понять, каким образом он работает, и сэкономить деньги.

    Что же нужно для того, чтобы сделать своего робота?

    Робота можно собственноручно собрать, как это делают многие энтузиасты, но можно переработать существующего. В качестве робота подойдет любая игрушка с подвижными деталями. В моём случае – это танк, с подвижными гусеницами, приводящимися в движение встроенными моторчиками (танк имел дистанционное управление). Вот этими моторчиками я и буду управлять с помощью платы.

    Важным этапом, естественно, служит получение в своё распоряжение одной из плат Arduino. В моём случае это плата Arduino Diecimila. Также для подключения платы к компьютеру необходим USB кабель любой длины стандарта A-B. Через этот кабель будет осуществляться обмен данными между компьютером и микроконтроллером, а также подача питания на плату, т.е. внешний блок питания не обязателен. Еще один компонент, который необходим для управления моторами – это плата расширения MotorShield.

    Рисунок 2. - Плата расширения MotorShield и комплект деталей.

    Рисунок 3. - Что и как подключать к MotorShield.

    Далее нужно определиться с целями: мне нужно к имеющемуся игрушечному танку приделать дистанционное управление, но не обычное «куда нажал – туда поехал», а такое, при котором танку передавались бы координаты на воображаемом поле и он самостоятельно бы их достигал. Т.е. нужно представить, что комната (или любой другой участок, по которому будет двигаться танк) разбита на квадраты, представляющие собой систему координат. Тогда танку необходимо будет передавать координаты какого-либо квадрата и он должен будет повернуться к нему и проехать необходимое расстояние, чтобы стать в этот квадрат.

    Рисунок 4. - Процесс проектирования.

    Рисунок 5. - Игрушечный танк с материнской платой.

    Рисунок 6. - Материнская плата явно больше платы Arduino :).

    Есть танк с моторами, есть плата, есть плата расширения. Необходимо средство для передачи координат. Это будет программа на компьютере пользователя, которая будет передавать данный на танк посредством Wi-Fi связи. Должен заметить, что Wi-Fi не понятен плате, поэтому на танке присутствует еще и обычная материнская плата (позже заменена на ноутбук :) ), которая будет от адаптера Wi-Fi транслировать данные в COM-порт, через который будет связь с платой Arduino. От нее сигналы уже будут поступать на плату расширения, и моторы должны будут закрутиться. Сложно это всё только на первый взгляд. На самом деле крепится все друг к другу просто, и задача сводится к написанию двух программ: одной – для передачи данных от компьютера пользователя на Wi-Fi адаптер, другой – для обработки данных внутри микроконтроллера.

    Рисунок 7. - Wi-Fi адаптер для приёма команд.

    Итак, поехали!

    Программу, отвечающую за обмен данными между ПК и микроконтроллером через COM-порт, писать можно на чём угодно. Пусть это будет Delphi.

    Для краткости приведу исходный код только той функции, которая будет передавать танку команды, отвечающие за поворот и передвижение на нужные угол/расстояние. Функция принимает на вход текущие координаты (x0,y0), новые координаты (x1,y1) и текущий угол поворота танка alpha. Возвращать функция будет новый текущий угол. Текущие координаты и угол хранятся вне функции. Код откомментирован в нужных местах, поэтому описывать не стану.

    Следующий этап - написание программы для прошивки её в плату. Синаксис языка очень прост, ведь он основан на языке C. Всё, что нам нужно, это принять данные с последовательного порта и обработать поступившую команду, включив вращение моторов танка в нужную сторону. Моторы включаются на определенное время и длительностью этого времени достигается движение на требуемое расстояние.

    В программе для приёма данных используется пин №9 (TxD). Соответственно 2й контакт СОМ порта материнской платы (RxD) необходимо подключить к пину №9 на Arduino. Ещё одно требование: нужно настроить СОМ порт материнской платы на скорость 9600 бод.

    www.ladyada.net/media/mshield ), легко подключаемый к нашему проекту одной строкой «#include AFMotor.h ». Моторы обозначим цифрами 1 для левой и 2 для правой гусениц. В коде, приведенном ниже, видно, что работа с моторами не представляет собой ничего сложного.

    Осталось только прошить эту программку в Arduino (а делается это нажатием одной кнопки в интерфейсе Arduino IDE) и можно развлекаться, засылая танк в тыл врага :).

    Заключение

    Конечно, можно не ограничиваться просто пересылкой координат. Можно добавить интерактивности, используя для управления танком джойстик. А используя веб-камеру, прикрепленную к башне танка, можно наблюдать за движением, сидя за компьютером. Но для этого понадобится дополнительное ПО. Но даже это не делает программирование Arduino чем-то непосильным. Работать с такой платой просто, легко, а главное - доступно! Хотя нет, главное - это получение море удовольствия как от результата, так и от самого процесса!

    Рекомендуемые ссылки
    www.freeduino.org - Известный во всём мире индекс знаний об Arduino и Freeduino
  • Источники: http://beam-robot.ru/, http://masters.donntu.org/2009/fvti/mudzhyri/ind/index.htm






    Комментариев пока нет!

    Поделитесь своим мнением