Приветствующий робот

Концепция управления различными серводвигателями с помощью платы Arduino Uno представлена​​ здесь в увлекательном проекте под названием «Робот-приветствие». Робот поворачивает голову на 180 ° и сканирует людей в пределах своего диапазона с помощью ультразвукового модуля. Если он находит кого-нибудь поблизости, он приветствует человека «намастэ», сжимая обе руки вместе, что является традиционным индийским способом пожелать людей. Робота можно использовать в офисах, торговых центрах, парках и залах для вечеринок, где он может приветствовать и привлекать людей.

Рис.1: Авторский прототип приветствующего робота намасте.

На рис. 1 изображен авторский прототип этого робота. Обратите внимание, что в авторском прототипе ультразвуковой модуль установлен на груди, но при тестировании было замечено, что если он установлен на глазах, он может сканировать гораздо большую площадь в непосредственной близости.

На рис. 2 показана принципиальная схема приветствующего робота намасте. 

Серводвигатели от M1 до M5 используются для движения локтей, плеч и головы. Плата Arduino Uno (Board1) использует библиотеку Servo.h для управления этими серводвигателями. Серводвигатель для головы продолжает вращаться на 180 °, как уже упоминалось. Ультразвуковой модуль HC-SR04 устанавливается на глаза для сканирования любого объекта в его окрестностях. Запись и воспроизведение звукового сообщения «намасте» осуществляется с помощью IC APR9301 (IC1). Серводвигатели. Эти двигатели чрезвычайно полезны в робототехнике. Они маленькие, но чрезвычайно мощные для своего размера. Серводвигатель в основном состоит из двигателя постоянного тока, системы передач, датчика положения (который в основном представляет собой потенциометр) и управляющей электроники, как показано на рис.3.

Рис.2: Принципиальная схема робота-приветствия намасте, управляемого Arduino

Рис.3: Компоненты серводвигателя

Двигатель постоянного тока соединен с зубчатым механизмом, который обеспечивает обратную связь с датчиком положения. Потенциометр позволяет схеме управления контролировать текущий угол серводвигателя. Если вал находится под правильным углом, двигатель отключается. Если схема обнаруживает, что угол неправильный, она оставляет двигатель включенным, пока угол не будет достигнут. Обычный сервопривод используется для получения углового движения до 180 °; он не может поворачиваться дальше из-за механического упора на его главной выходной шестерне.

Провод управления используется для сообщения угла поворота. Угол определяется длительностью импульса, подаваемого на провод управления. Это называется импульсно-кодовой модуляцией. Провода управления двигателями с M1 по M5 подключены к контактам 11, 9, 6, 10 и 5 платы Board1 соответственно. Сервопривод ожидает увидеть 2-миллисекундный импульс каждые 20 миллисекунд (0,02 секунды). Длительность импульса определяет, насколько сильно вращается двигатель. Например, 1,5-миллисекундный импульс заставит двигатель повернуться во фронтальное положение на 90 ° (часто называемое нейтральным положением). Если импульс короче 1,5 миллисекунд, вал двигателя повернется менее чем на 90 °. Если импульс длится более 1,5 миллисекунд, вал повернется ближе к 180 °, как показано на рисунке 4.

Рис.4: Положение сервопривода

Модуль ультразвукового приемопередатчика (HC-SR04). Модуль ультразвукового приемопередатчика HC-SR04 использует сонар для определения расстояния до объекта, как это делают летучие мыши или дельфины. Он предлагает отличное бесконтактное обнаружение на расстоянии от 2 см до 400 см с высокой точностью и стабильными показаниями в простом в использовании корпусе. Поставляется в комплекте с ультразвуковым передатчиком и модулем приемника. На рис. 5 показан ультразвуковой модуль.

Рис.5: Ультразвуковой модуль HC-SR04

Чтобы начать измерение, контакт 2 (TRIG) модуля должен получить импульс высокого уровня в течение не менее 10 микросекунд. Это инициирует передачу модулем восьми циклов ультразвуковых импульсов с частотой 40 кГц и ожидания отраженного ультразвукового пакета. Когда датчик обнаруживает отраженную вспышку, он устанавливает вывод 3 (ECHO) на «высокий». Задержка в получении отраженного импульса указывает расстояние до препятствия, которое можно легко вычислить как:

Расстояние (в сантиметрах) = T / 58

Где:
T = ширина импульса на выводе ECHO в микросекундах

Контакты TRIG и ECHO модуля подключены к контактам 3 и 12 платы Board1 соответственно. Микросхема записи и воспроизведения голоса (APR9301-V2). Это высококачественная ИС для записи и воспроизведения голоса. Продолжительность записи сообщения зависит от номинала внешнего резистора R1, подключенного к его выводу 7. Режимы работы описаны ниже. Режим записи. Когда переключатель S1 нажат, светодиод LED1 светится, указывая на то, что запись началась. Теперь вы можете говорить в микрофон MIC1, чтобы записать свой массаж (в нашем случае «намасте»). IC1 остается в режиме записи, пока нажат переключатель S1 и вывод 27 IC1 заземлен. Запись прекращается через 20 секунд (в данном случае выбирается сопротивлением 52 кОм), контакт 25 IC1 становится «высоким» и LED1 перестает светиться. Продолжительность записи может быть увеличена или уменьшена в зависимости от номинала резистора R1 следующим образом:
38 кОм в течение 16 секунд
52 кОм в течение 20 секунд
67 кОм в течение 24 секунд
75 кОм в течение 30 секунд

Режим воспроизведения. Когда на выводе 23 на мгновение устанавливается низкий уровень, записанное сообщение воспроизводится с самого начала и его можно услышать из динамика LS1. Режим ожидания. На выводе 6 IC1 остается низкий уровень, поэтому он возвращается в режим ожидания после завершения записи и воспроизведения. Если на контакте 6 высокий уровень, он будет в режиме пониженного энергопотребления, запись и воспроизведение невозможны, а потребление тока обычно меньше одного микроампера. Плата Arduino Uno. Arduino - это платформа для создания прототипов электроники с открытым исходным кодом, основанная на гибком, простом в использовании аппаратном и программном обеспечении. Он предназначен для художников, дизайнеров, любителей и всех, кто интересуется созданием интерактивных объектов или окружающей среды. Arduino Uno - это плата на базе микроконтроллера ATmega328. Он состоит из 14 контактов цифрового ввода / вывода, шести аналоговых входов, USB-соединения для программирования встроенного микроконтроллера, разъема питания, разъема ICSP и кнопки сброса. Он работает с кварцевым генератором 16 МГц и содержит все необходимое для поддержки микроконтроллера. Его очень легко использовать, поскольку пользователю просто нужно подключить его к компьютеру с помощью USB-кабеля или подключить к нему адаптер переменного тока в постоянный или аккумулятор, чтобы начать работу. Контакт 4 платы Board1 подключен к LED2, который загорается, когда робот обнаруживает кого-то и приветствует его словом «намасте». Контакт 8 подключен к контакту 23 IC1 для воспроизведения записанного сообщения. Этот вывод переходит в низкий уровень, когда робот обнаруживает кого-то через ультразвуковой модуль. В схеме используются две батареи 9 В: одна для питания платы Arduino (Board1), а другая для питания схемы записи и воспроизведения, как показано на рис. 2. Регулируемое питание 5 В для сервоприводов и ультразвукового модуля обеспечивается самой платой Arduino. Свечение светодиода на Board1 указывает на наличие источника питания.

Программное обеспечение для робота написано на языке программирования Arduino. Плата Arduino Uno программируется с использованием программного обеспечения Arduino IDE. Atmega328 на плате Arduino Uno поставляется с загрузчиком, который позволяет загружать в него новый код без использования внешнего аппаратного программатора. Обменивается данными по протоколу STK500. Вы также можете обойти загрузчик и запрограммировать микроконтроллер с помощью заголовка внутрисхемного последовательного программирования (ICSP), но программирование загрузчика выполняется быстро и легко. Выберите правильную плату в меню «Инструменты → Плата» в Arduino IDE и запишите программу (скетч) через стандартный USB-порт компьютера. Односторонняя печатная плата фактического размера для схемы робота намасте показана на рис. 6, а схема ее компонентов - на рис. 7. Соберите схему на печатной плате, чтобы сэкономить время и минимизировать любые ошибки сборки. Запрограммируйте плату Arduino с помощью программного обеспечения, предоставленного на EFY DVD и на сайте source.efymag.com, и подключите ее к собранной печатной плате, как показано на рис.2.

Рис.6: Односторонняя печатная плата реального размера для приветствующего робота намасте.

Рис.7: Компоновка компонентов печатной платы

Включите систему записи и воспроизведения с помощью батареи 9 В., подключенной к BATT. 2. Теперь нажмите и удерживайте переключатель S1, чтобы записать сообщение. Подключите все серводвигатели и ультразвуковой модуль, а также включите секцию Arduino, подключив еще одну батарею 9 В к BATT.1. Теперь робот готов к работе.

Скачать код нажмите здесь