Beam роботы arduino

Четыре слова делающих BEAM-роботов живыми

02.02.2014, 13:12 Источник: www.pobot.ru

Биология — мир вокруг нас после 4 миллиардов лет эволюции служит прекрасным источником вдохновения, особенно когда в нашем распоряжении современные материалы, двигатели, электроника и т.д. BEAM-роботы могут заимствовать находки матери-природы для наилучшего приспособления к реальному миру.

Электроника — используется для управления BEAM-роботом. Одна из особенностей BEAM-стиля — минималистический подход в использовании электроники, позволяющий создавать изящные автоматические творения, которые повторяют живых существ. При этом используя всего несколько деталей для того или иного решения. Можно добиться сложного поведения и реакций на окружающий мир, взяв за основу даже очень простые схемы. Часто нейронная цепочка может дать гораздо более приспособленное поведение, нежели очень длинные программные коды.

Эстетика — означает, что BEAM-роботы должны выглядеть хорошо, «элегантно». «Я инженер, но даже я ценю красивый дизайн» — говорит Тилден. Конструкция должна быть «красивой», причем не только с дизайнерской точки зрения, но и по своим конструктивным решениям. Кроме того, если разработка смотрится «чисто», то более вероятно, что она и работать будет соответственно, и ее будет легче протестировать и отладить, чем запутанную и непокорную конструкцию. «Сделайте это красиво и оно будет работать лучше».

Механика — часто — секрет хорошей разработки BEAM-робота. Использовав «хитрую» конструкцию, вы можете уменьшить сложность остальной части робота (к примеру, уменьшить количество актуаторов или сенсоров). Даже самую простую конструкцию можно сделать разнообразной в поведении, если применить интересные механические решения.

Источник

Как сделать BEAM-робота

Еще недавно все эти Электроники, Терминаторы и прочие Железные Дровосеки рождались исключительно в бурном воображении фантастов. Однако уже сейчас сосуществование робота и человека стало уже почти обыденным, и все чаще звучат слова о том, что третье тысячелетие будет принадлежать именно этим искусственным созданиям. (Андрей Ильин)

Введение

Робототехника с каждым месяцем развивается, появляются новые виды роботов, новые возможности; количество инвестиций в сферу робототехники с каждым годом увеличивается, привлекается все больше молодых ученых, самоучки-робототехники потрясают своими безумными изобретениями…

Этот список можно продолжать еще долго. Но основная мысль все выше сказанного – РОБОТОТЕХНИКА ШАГАЕТ СЕМИМИЛЬНЫМИ ШАГАМИ.

Именно в данный момент, в настоящее время, в то время, в которое живем мы с вами, развиваются роботы! Развивается целая индустрия, которая в будущем будет многим приносить миллионы. Как говорится, океану пофиг черпаешь ты из него ложками или цистернами.

Именно сейчас нужно ловить волну!

К этому я вас призываю и помогаю. Помогаю тем, что делюсь своим опытом, своими знаниями…

Создание робота

Все…хватит всяких речей, нужно действовать!

Как вы уже поняли, будем мы делать робота, который будет ехать к источнику света и останавливаться, если такового нет. Стоит сказать, что это самый простой робот, которого может сделать каждый без какого-либо образования. Схема создания данного робота описана на многих сайтах, но ни на одном из них не написано как действительно нужно соединять все провода, микросхемы, двигатели и другое. Одно дело, когда человек видит голую схему, которую не каждый и поймет, а другое дело, когда все дотошно и понятно показано на фотографиях.

В этой статье я ничего нового не открываю, не делаю какого-то нового робота.

Я просто взял схему робота, описанную на многих сайтах рунета, сделал по ней робота. Но все свои действия я сфотографировал.

Данная статья представляет собой небольшой пошаговый обучающий курс по созданию реального робота.

Шаг 1

Итак…наша задача сделать BEAM-робота. Что для этого нужно?

1. L293D (драйвер двигателей) – 280 рублей (1 штука)
2. Резистор не мене 100 Ом (я использовал 180 Ом) – 36 рублей (2 штуки)
3. Фототранзистор – 23 рубля (2 штуки)

Это основные детали, которые нам понадобятся. Но нужен еще корпус робота, источник питания, двигатель и колеса.

Я не захотел изобретать велосипед и поэтому взял корпус от своей старой игрушки, два электромотора 203:1 и гусеничное шасси. И у меня получилась вот такая конструкция.

Но не думаю, что у вас есть такая же игрушка. Поэтому альтернативным вариантом будет создания корпуса из… дерева. Да-да – из дерева. Не пугайтесь. Конечно, вы можете сделать и из пластмассы, но не у каждого она есть. А вот дерево везде можно найти.

Корпус нашего робота будет состоять из прямоугольника со сторонами 100 мм на 60 мм (ширина может быть больше, если вы будете использовать электродвигатели больших размеров).

Вот такая конструкция должна получиться, если вы будете делать корпус из древесины. Цифрами обозначены:

1. Электромотор с колесом
2. Электромотор с колесом
3. Шарик со сквозным отверстием, через которое пропущена проволока и прикреплена к корпусу

Думаю, что с корпусом вы дальше сами разберетесь, потому что это не самая главная проблема, которую нам нужно решить, да и если вы захотели сделать робота, то смекалка у вас точно должна быть.

Шаг 2

Ну что же… вы сделали корпус и теперь можно приступать к паяльным работам.

Я не буду рассказывать про всякие параметры L293D: об этом вы можете прочитать на других сайтах. Я покажу вам фотографии, на которых вы наглядно увидите, что и куда нужно подсоединять.

Для начала берем L293D и разгибаем входы-выходы.

Шаг 3

К двум электромоторам припаиваем четыре провода.

Шаг 4

Берем держатель батареек и припаиваем к минусу два провода.

Шаг 5

Теперь берем пять проводков, и соединяем их вот так.

К этой конструкции подсоединяем резистор, фототранзистор и еще один провод. Очень важно: резистор припаиваем к короткой ножке фототранзистора, а синий провод — к длинной.

Шаг 6

Сейчас будем все подсоединять к драйверу двигателей.
Для начала — четыре провода к ENABLE1 и Vss, Vs и ENABLE2.

Подсоединим фототранзисторы к INPUT1 и INPUT4.

Шаг 7

Ну а сейчас соединим получившуюся конструкцию с двумя двигателями.
На рисунке: верхний мотор припаиваем к OUTPUT1 и OUTPUT2, а нижний к OUTPUT4 и OUTPUT3.

Шаг 8

Вот практически и все: осталось только все это соединить с источником питания. Я использовал три батарейки типа АА на 1.5 В.
Сначала подсоединим минус (черный провод, к которому подсоединены два синих — GND и GND, GND и GND)

Ну а красный провод (плюс) — от держателя батареек к концу левого резистора.

Как видно на рисунке, я припаял красный провод не напрямую к резистору, а через выключатель.

Заключение

Вот мы с вами и сделали несложного BEAM-робота, который реагирует на световые лучи.

Конечно, можно сделать так, чтобы наш робот следовал за рукой или по линии, но это уже отдельная история, к которой мы еще вернемся.

Источник

Beam роботы arduino

Уже в продаже: первая в своем роде книга «BEAM-робототехника. От азов до создания практических устрйств». Книга для кружков робототехники и самостоятельного обучения на дому. Книга доступна по цене 699 руб Подробнее о книге

Версии плат

Оригинальные платы Arduino производит Smart Projects.

На данный момент доступны 13 версий плат, [7] перечисленных ниже.

1. Serial Arduino, программируется через последовательное соединение (разъём DB9), используется ATmega8.
2. Arduino Extreme, с USB-интерфейсом для программирования, используется ATmega8.
3. Arduino Mini, миниатюрная версия Arduino, использующая поверхностный монтаж ATmega168.
4. Arduino Nano, ещё миниатюрнее, с питанием от USB и поверхностным монтажом ATmega168.
5. LilyPad Arduino, минималистичный дизайн для носимых применений с поверхностным монтажом ATmega168.
6. Arduino NG, с USB-интерфейсом для программирования, используется ATmega8.
7. Arduino NG plus, с USB-интерфейсом для программирования, используется ATmega168.
8. Arduino BT, с Bluetooth-интерфейсом для программирования, используется ATmega168.
9. Arduino Diecimila, текущая версия, использует USB-интерфейс и Atmega168 в DIP28 корпусе (как на картинке).
10. Arduino Duemilanove («2009»), на основе ATmega168 (в новых версиях ATmega328), с автоматическим выбором питания от USB или внешнего источника.
11. Arduino Mega («2009»), на основе ATmega1280
12. Arduino Mega2560 («2010»), на основе ATmega2560. Используется конвертер USB-UART на базе ATmega8U2
13. Arduino Uno (2010) на основе ATmega328. Используется конвертер USB-UART на базе ATmega8U2

Программное обеспечение

Интегрированная среда разработки Arduino это кроссплатформенное приложение на Java, включающее в себя редактор кода, компилятор и модуль передачи прошивки в плату.

Среда разработки основана на языке программирования Processing и спроектирована для программирования новичками, не знакомыми близко с разработкой программного обеспечения. Язык программирования аналогичен используемому в проекте Wiring [5] . Строго говоря, это C++, дополненный некоторыми библиотеками. Программы обрабатываются с помощью препроцессора, а затем компилируется с помощью AVR-GCC.

перевод книги «Getting Started with Arduino

Источник

BEAM роботы

В этой статье речь пойдет об интереснейших роботах, принцип построения которых заключается в использовании простых аналоговых цепей. Мы рассмотрим их особенности и основные принципы, а в конце попробуем сделать простого робота.
Это просто даже для начинающих радиолюбителей!

Одобряется при создании робота использовать как можно меньшее число электронных элементов и можно даже пустить в ход электронные отходы.

Важнейшим принципом конструирования BEAM-робота является подражание природе живых существ.
BEAM робот должен обладать свойствами, присущими живым существам. Конечно же речь не идет о таких признаках как дыхание, рост, размножение, потому что роботу это и не нужно. Зато питание, движение и развитие для данных роботов являются главным смыслом жизни.

Движение является неотьемлимым признаком (свойством) любого живого существа. Это самое простое, что можно реализовать в BEAM роботе. В моем понимании движение бывает самопроизвольное или обдуманное (намеренное). По отношению к умным роботам можно сказать, что от них требуются только обдуманные движения. Например у человека невольно могут придти в движение мышцы лица для передачи мимики (например из-за внезапно возникшей эмоции), а для робота любое ненужное движение ведет к нерациональной трате энергии.

Сложной, но интересной задачей стоит создание искусственного интеллекта BEAM робота, ведь по философии BEAM роботостроения в них не используются микроконтроллеры и микропроцессоры, а все осуществляется на аналоговых дискретных компонентах. Использование микроконтроллеров не запрещается, но базовые инстинкты робота должны быть основаны на использовании множества поведенческих моделей, связанных напрямую с сенсорами и датчиками при минимальном уровне обработки сигналов.

Питание

В большинстве случаев элементом питания является батарейка. Но если вы хотите создать робота с автономным питанием, то нужно использовать энергию излучения (например солнечный свет). Устройство, преобразующее солнечную энергию в постоянный электрический ток называется солнечная батарея, состоящая из полупроводниковых фотоэлементов. Солнечные батареи дают небольшое количество электрической энергии в режиме реального времени, но только в присутствии солнца. Для того чтобы не «умереть» при отсутствии солнца, целесообразно использовать аккумуляторные элементы для сохранения накопленной энергии на «черный день». ну или на пасмурный день.

Адаптация и поведение

Робот на аналоговых схемах больше приспособлен к окружающей среде по сравнению с цифровым роботом, эффективность которого заканчивается при попадании в ситуацию не прописанную в программе его цифрового мозга. Иными словами цифровые роботы не могут решать задачи, ответы на которые не заложены в их программе.

Концепция BEAM-роботов, предложенная Марком Тилденом, состояла в том, что реакция на внешние факторы должна обеспечиваться на первом этапе самой машиной, без участия какого-либо «мозга», как это происходило и в живой природе, на пути от простейших к человеку. По этому же пути должно идти совершенствование и создание более сложных робосистем.

Виды

Существуют разные виды роботов BEAM, которые созданы для выполнения разных задач.
Аудиотропы — реагируют на звуки.
Фототропы — реагируют на свет.
Радиотропы — реагируют на радиочастоты.
Термотропы — реагируют на тепловое излучение.

Наиболее часто встречаются фототропы, поскольку поиск света является наиболее очевидной задачей для использующего солнечную энергию робота.

Модульная структура

Лично мне нравится идея создания BEAM робота из отдельных функциональных модулей, и руководствуясь принципом «от простого к сложному» можно будет развивать робота, добавляя все новые и новые модули. Каждый модуль сам по себе может работать отдельно, т.е. не будет использоваться централизованный мозг для обработки информации.

Шасси

Для того, чтобы робот мог двигаться, нужно сконструировать для него шасси.
Оно бывает разных типов: гусеничное, на колесах и даже на ногах.
Давайте рассмотрим их подробнее.

1. Гусеничное.

На рисунке представлено готовое шасси, которое не трудно найти в продаже. В большинстве случаев приходит в движение от пары мотор-редукторов.
Плюсы: хорошо поворачивает, не используя при этом рулевые механизмы; имеет повышенную проходимость; на него удобно монтировать электрические платы и отдельные компоненты.
Минусы: такое шасси трудно собрать дома самому, а стоимость составляет в среднем 90 долларов.

2. Шасси на колесах.

Плюсы: самый простой тип в отношении того, что его можно собрать дома самому (например из детского конструктора и пр.) или использовать игрушечную машинку.
Минусы: для осуществления поворота требуется рулевой поворотный механизм, а значит придется использовать дополнительный электродвигатель, что влечет за собой увеличение массы конструкции и повышение потребления электроэнергии.

3. Робот на ногах.

Это самый сложный тип.
Плюсы: их внешний вид приближен к живым существам, а движения выглядят более эффектно.
Минусы: используется большое количество механизмов, и очень часто такой робот нуждается в системе, обеспечивающей равновесие.

ДЕЛАЕМ САМИ!

Шасси для своего робота можете сделать так как показано на рисунке ниже.

За основу можно взять коробочку. Лучше из пластмассы, потому что это легкий материал. В этой же коробке удобно разместить элемент питания: аккумулятор, батарейки и т.п.
Учитывайте, что чем больше колеса, тем медленнее будет ехать робот (а может и не сдвинуться с места).

Второй вариант. Здесь использованы пластиковые хомутики для закрепления моторчиков.

Электромоторы можно взять со старой техники: магнитофоны, игрушки, дисководы и пр.

У меня дома имелись моторчики трех типов:

Выбор пал на верхний моторчик. Он показал хорошие характеристики по тяге и потреблению тока.

Также нам потребуется батарейный отсек, чтобы обеспечить питание. Питание можно организовать раздельное: для моторов (силовое) и для логической схемы.

Ниже представлена простая схема робота, который едет на свет фонарика.

Схема 1. «Идущий на свет».

В этой схеме использованы фотодиоды. Их выбираем по диапазону чувствительности, т.е. учитывая на какой свет робот будет идти. К примеру на свет от фонарика (видимый диапазон) или на лучик пульта от телевизора (инфракрасный диапазон). Если осветить фотоэлемент VD1, то будет вращаться Мотор 1, а если осветить фотоэлемент VD2, то будет вращаться Мотор 2. Учитывая это, моторы расположим так, чтобы когда VD1 освещен Мотор 1 поворачивал робота к свету.

А если моторы поменять местами, то робот наоборот будет отворачиваться от света.

Теперь рассмотрим фотоэлементы.
В качестве элементов, чувствительных к свету используются фотодиоды, фототранзисторы, фоторезисторы и т.п. В интернете присутствует много информации по этим элементам, поэтому я опишу их вкратце.

1. Фоторезистор: в темноте он представляет собой высокоомный резистор, а при освещении светом его сопротивление падает пропорционально интенсивности света, проявляя линейную зависимость. Как правило воспринимают только видимый свет.

2. Фотодиод: полупроводниковый прибор, так же как и обычный диод имеет анод и катод.
Если применить прямое включение, то освещенный фотодиод будет вырабатывать напряжение на выводах.
При обратном включении сопротивление облученного фотодиода падает так же как у фоторезистора.
По диапазону света фотодиоды делятся на ИК-диоды и для видимого света. ИК-диоды воспринимают только инфракрасное излучение, но также хорошо реагируют на лампы накаливания и на Солнце.

3. Фототранзистор: отличается от обычного транзистора тем, что на область базы подается свет, который управляет усилением тока эмиттер-коллектор.

Без особого успеха в качестве светочувствительного элемента можно использовать светодиод. Он обладает слишком малой чувствительностью и усилить ее можно лишь с помощью дополнительной схемы.

BEAM-робот, который получился у меня

В своем роботе я использовал разные фотодиоды неизвестного происхождения. На видео видно, что чувствительность одного из них больше.
Один из фотодиодов реагирует на лучик пульта от телевизора.
Также вся «начинка» залита термоклеем.
Надеюсь у вас получится лучше и красивее!

Источник