Собираем робота и оживляем плату

Что должен делать робот. Сначала роботу нужно правильно выполнять отдельные команды: вращать каждое колесо, останавливаться и сообщать показания датчиков. До самостоятельной поездки проверим каждый узел по очереди, чтобы искать причину ошибки в одном месте.

Что используем и как это работает. Arduino Uno выполняет программу. Драйвер L298P по её сигналам управляет питанием моторов: вывод DIR задаёт направление, PWM — долю времени подачи питания. Мотор превращает электрическую энергию во вращение, а колесо — в движение. Два датчика отражения снизу помогают различать светлую поверхность и чёрную линию.

Как связать измерение с действием. Команда и результат — разные вещи. Надпись в мониторе означает, что программа дошла до печати; вращение проверяем глазами. На подставке проверим оба направления каждого колеса и остановку, затем сравним показания датчиков над белой и чёрной карточками. Так узнаем, как именно собран наш робот.

Вы работаете вдвоём. Один — Пилот: держит детали и отвёртку. Второй — Штурман: читает шаг вслух, подаёт детали и проверяет результат по картинке.

1. Решите, кто начинает Пилотом.
2. После каждой детали, которая закреплена винтами, меняйтесь ролями.

Прежде чем собирать, найди каждую деталь. Так ты не перепутаешь похожие детали и сразу увидишь, если чего-то не хватает.

Основа 130 × 150

1 шт.

Кронштейн мотора

1 шт.

Кронштейн мотора (зеркальный)

1 шт.

Планка датчиков

1 шт.

Держатель Arduino

1 шт.

Крепление выключателя

1 шт.

Колесо

2 шт.

1. Разложи печатные детали в ряд, как на карточках.
2. Найди два кронштейна моторов. Они похожи, но зеркальные: положи их рядом и посмотри — полочки смотрят в разные стороны.
3. Рядом положи покупные детали: Arduino, шилд моторов, два мотора, шаровую опору, два датчика линии, батарейный отсек и пакеты с крепежом.

Почти все детали робота держатся на винтах и гайках. Соберём одно соединение на столе.

1. Возьми винт, две шайбы и гайку из пакета «Тренировка».
2. Надень шайбу на винт, проведи винт через две детали, надень вторую шайбу и накрути гайку пальцами.
3. Придержи гайку пальцем и затяни винт отвёрткой. Остановись, как только детали перестали шевелиться.

Чтобы «левое колесо» всегда значило одно и то же, отметим перед робота.

1. Положи основу плоско: маленькое квадратное окно — дальше от тебя, длинное прямоугольное — ближе.
2. Дальняя сторона — перед. Наклей на неё бумажную стрелку «вперёд».
3. Лево и право определяй как водитель, который сидит в роботе и смотрит по стрелке.

Кронштейны держат моторы снизу основы.

1. Переверни основу так, чтобы стрелка осталась видна сбоку.
2. Приложи кронштейны к нижней стороне, как на рисунке. Большие круглые отверстия смотрят наружу — туда будут выходить оси колёс.
3. Вставь винты сверху, снизу надень шайбы и гайки. Сначала наживи все винты пальцами, потом затяни.

Ось мотора — вращающийся стержень, на который надевается колесо. Она должна выйти наружу через отверстие кронштейна.

1. Приложи первый мотор к кронштейну изнутри. Ось проходит через большое отверстие наружу.
2. Закрепи мотор винтами из пакета «Моторы». Держи мотор рукой, пока затягиваешь.
3. Так же установи второй мотор.
4. Наклей на провода метки: Л — левый мотор, П — правый. Сверься со стрелкой «вперёд».

1. Совмести отверстие колеса с осью мотора. Форма отверстия должна совпасть с формой оси.
2. Надень колесо, придерживая мотор за корпус. Не бей по колесу.
3. Посмотри сбоку: колесо не должно касаться кронштейна или основы.

Колёс два, поэтому роботу нужна третья точка опоры сзади — шаровая опора.

1. Закрепи шаровую опору снизу у задней стороны основы. Стойки из пакета «Опора» подобраны по высоте.
2. Поставь робота на стол. Он должен стоять ровно на двух колёсах и опоре.
3. Аккуратно покачай робота. Ничего не должно болтаться.

Arduino — «мозг» робота. Плата лежит на держателе, чтобы её контакты снизу не касались винтов.

1. Закрепи держатель Arduino в центре основы стойками вверх.
2. Положи плату на стойки так, чтобы разъём USB был у края и до него можно было дотянуться.
3. Закрепи плату винтами. Затягивай их по очереди, понемногу.

Загрузи пустой скетч и прочитай сообщение об успешной загрузке.

void setup() {} void loop() {}

Это проверка платы, USB-связи и загрузки. Она ещё ничего не говорит о моторах, шилде, датчиках и качестве механической сборки. Работоспособность проверим после подключения всех узлов.

Выводы Arduino не могут дать моторам достаточно тока. Поэтому моторы подключаются к шилду — плате, которая надевается сверху на Arduino и включает моторы по её командам.

1. Совмести ножки шилда с гнёздами Arduino и аккуратно надави сверху. Ни одна ножка не должна остаться снаружи или согнуться.
2. Подключи провода моторов к клеммам шилда:

3. Батарейный отсек с выключателем уже подключён взрослым. Проверь, что выключатель выключен. Если провода отсека не подключены — сам их не подключай, позови взрослого.

Датчики линии будут «смотреть» на пол и замечать чёрную линию. Ставим их спереди, поперёк робота.

1. Закрепи планку датчиков снизу у переднего края основы на стойках.
2. Закрепи на планке два датчика — левый и правый — чувствительной стороной вниз, к полу. Датчики на одинаковой высоте.
3. Подключи датчики к шилду по таблице. Буквы у контактов датчика: S — сигнал, V — питание, G — земля.

4. Уложи провода так, чтобы они не касались колёс.

Теперь проверим, что каждая часть робота работает: оба колеса и оба датчика. Программа для проверки уже открыта в редакторе справа.

// Программа проверки для робота курса (Arduino Uno + шилд L298P).// Робот стоит на подставке: колёса висят в воздухе.// Колесо крутится со скоростью 120 из 255 около 0,3 секунды.const int LEFT_DIR = 7;const int LEFT_PWM = 6;const int RIGHT_DIR = 4;const int RIGHT_PWM = 5;const int LEFT_SENSOR = A4;const int RIGHT_SENSOR = A5;const int FORWARD = HIGH;const int BACKWARD = LOW;const int TEST_PWM = 120;const unsigned long PULSE_MS = 300;bool running = false;unsigned long startedAt = 0; void reportSensors() {  Serial.print("LEFT=");  Serial.print(analogRead(LEFT_SENSOR));  Serial.print(" RIGHT=");  Serial.println(analogRead(RIGHT_SENSOR));} void beginPulse(int dirPin, int pwmPin, int direction) {  digitalWrite(dirPin, direction);  analogWrite(pwmPin, TEST_PWM);} // ===== Готовая оболочка — не меняй =====void stopMotors() {  analogWrite(LEFT_PWM, 0);  analogWrite(RIGHT_PWM, 0);  running = false;} void setup() {  pinMode(LEFT_PWM, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_PWM, OUTPUT);  stopMotors();  pinMode(LEFT_DIR, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_DIR, OUTPUT);  pinMode(LEFT_SENSOR, INPUT);  pinMode(RIGHT_SENSOR, INPUT);  Serial.begin(9600);  Serial.println("READY: 1=L forward, 2=L backward, 3=R forward, 4=R backward, d=sensors, s=stop");} void loop() {  if (running && millis() - startedAt >= PULSE_MS) {    stopMotors();    Serial.println("PWM=0; verify physical stop");  }  if (!Serial.available()) return;  char command = Serial.read();  if (command == 's') {    stopMotors();    Serial.println("PWM=0; verify physical stop");    return;  }  // Пока идёт импульс, новые команды не продлевают и не перезапускают его.  if (running) return;  if (command == 'd') {    reportSensors();    return;  }  if (command < '1' || command > '4') return;  // Удаляем накопленные команды: один ввод не должен запускать очередь движений.  while (Serial.available()) Serial.read();  stopMotors();  startedAt = millis();  running = true;  if (command == '1') beginPulse(LEFT_DIR, LEFT_PWM, FORWARD);  if (command == '2') beginPulse(LEFT_DIR, LEFT_PWM, BACKWARD);  if (command == '3') beginPulse(RIGHT_DIR, RIGHT_PWM, FORWARD);  if (command == '4') beginPulse(RIGHT_DIR, RIGHT_PWM, BACKWARD);  Serial.println("Observe wheel; no automatic hardware PASS");}

// Программа проверки для робота курса (Arduino Uno + шилд L298P).// Робот стоит на подставке: колёса висят в воздухе.// Колесо крутится со скоростью 120 из 255 около 0,3 секунды.const int LEFT_DIR = 7;const int LEFT_PWM = 6;const int RIGHT_DIR = 4;const int RIGHT_PWM = 5;const int LEFT_SENSOR = A4;const int RIGHT_SENSOR = A5;const int FORWARD = HIGH;const int BACKWARD = LOW;const int TEST_PWM = 120;const unsigned long PULSE_MS = 300;bool running = false;unsigned long startedAt = 0; // ===== Твоя часть =====void reportSensors() {  // Цель: показать в мониторе подписанные показания левого и правого датчиков.} void beginPulse(int dirPin, int pwmPin, int direction) {  // Цель: включить только указанный мотор с указанным направлением и TEST_PWM.} // ===== Готовая оболочка — не меняй =====void stopMotors() {  analogWrite(LEFT_PWM, 0);  analogWrite(RIGHT_PWM, 0);  running = false;} void setup() {  pinMode(LEFT_PWM, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_PWM, OUTPUT);  stopMotors();  pinMode(LEFT_DIR, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_DIR, OUTPUT);  pinMode(LEFT_SENSOR, INPUT);  pinMode(RIGHT_SENSOR, INPUT);  Serial.begin(9600);  Serial.println("READY: 1=L forward, 2=L backward, 3=R forward, 4=R backward, d=sensors, s=stop");} void loop() {  if (running && millis() - startedAt >= PULSE_MS) {    stopMotors();    Serial.println("PWM=0; verify physical stop");  }  if (!Serial.available()) return;  char command = Serial.read();  if (command == 's') {    stopMotors();    Serial.println("PWM=0; verify physical stop");    return;  }  // Пока идёт импульс, новые команды не продлевают и не перезапускают его.  if (running) return;  if (command == 'd') {    reportSensors();    return;  }  if (command < '1' || command > '4') return;  // Удаляем накопленные команды: один ввод не должен запускать очередь движений.  while (Serial.available()) Serial.read();  stopMotors();  startedAt = millis();  running = true;  if (command == '1') beginPulse(LEFT_DIR, LEFT_PWM, FORWARD);  if (command == '2') beginPulse(LEFT_DIR, LEFT_PWM, BACKWARD);  if (command == '3') beginPulse(RIGHT_DIR, RIGHT_PWM, FORWARD);  if (command == '4') beginPulse(RIGHT_DIR, RIGHT_PWM, BACKWARD);  Serial.println("Observe wheel; no automatic hardware PASS");}

// Программа проверки для робота курса (Arduino Uno + шилд L298P).// Робот стоит на подставке: колёса висят в воздухе.// Колесо крутится со скоростью 120 из 255 около 0,3 секунды.const int LEFT_DIR = 7;const int LEFT_PWM = 6;const int RIGHT_DIR = 4;const int RIGHT_PWM = 5;const int LEFT_SENSOR = A4;const int RIGHT_SENSOR = A5;const int FORWARD = HIGH;const int BACKWARD = LOW;const int TEST_PWM = 120;const unsigned long PULSE_MS = 300;bool running = false;unsigned long startedAt = 0; // Напиши диагностику по требованиям урока. При включении моторы стоят.void setup() {  pinMode(LEFT_PWM, OUTPUT);  pinMode(RIGHT_PWM, OUTPUT);  analogWrite(LEFT_PWM, 0);  analogWrite(RIGHT_PWM, 0);} void loop() {}

Как проверить робота

1. Проверь провода. Выключатель моторов выключен. Сверь провода с таблицами подключения: каждый на своём месте и не касается колёс. Колёса крутятся рукой свободно.
2. Загрузи программу. Нажми Загрузить на робота. Внизу открой Serial Monitor со скоростью 9600. Появится строка READY — плата отвечает. Нажми кнопку Reset на плате: колёса стоят.
3. Проверь датчики. Отправь d и прочитай два числа. Подложи под левый датчик белую бумагу и отправь d, потом чёрную — и снова d. Сделай так же с правым датчиком. На белом и чёрном числа должны заметно отличаться.
4. Проверь колёса. Включи выключатель моторов. Отправь 1 и смотри на колёса: коротко крутится только левое колесо вперёд и само останавливается. Потом по очереди отправь 2, 3 и 4.
5. Проверь остановку. Отправь 1 и сразу s — колесо останавливается. Выключи выключатель моторов и отправь 1 ещё раз: колёса не крутятся.
6. Запиши результат в журнал для каждого узла из таблицы: команду, ответ в Serial Monitor и фактическое вращение или показание датчика. Если узел ещё не проверен, так и запиши: «не проверен». Если что-то не так — выключи выключатель моторов, отключи USB, открой «Если не получилось», исправь и проверь этот узел ещё раз.

1. Запиши в бортовой журнал дату, имя робота и что получилось сегодня.
2. Отметь, какие узлы прошли проверку сразу, а какие ты исправлял.
3. Сохрани программу проверки — она пригодится, если робот начнёт вести себя странно.