ЭЛЕКТРОННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАБОР | Гуманитарная информатика. 2016. № 10. DOI: 10.17223/23046082/10/8

ЭЛЕКТРОННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАБОР

Уровень развития современной техники позволяет самостоятельно создать простейшую мобильную модель робота для решения базовых задач робототехни- ки: выход из лабиринта, движение по чёрной линии, объезд препятствий. На дан- ный момент существует множество различных конструкторов, позволяющих со- здать собственного робота. Рассмотрены основные особенности и недостатки популярных конструкторов (LEGO MINDSTORM, Bioloid/Технолаб), по резуль- татам исследования сформирован список материалов для изготовления будущего набора. Создан эскиз базовой конструкции, чтобы понять, какие детали необхо- димы в наборе. Рассмотрены различные варианты моделей, доступные для сборки на основе базового набора.

ELECTRONIC EDUCATIONAL KIT «AON».pdf Анализ существующих аналогов Анализ аналогов проводился в два этапа. Сначала были исследо- ваны несколько широко используемых конструкторов, сделан вывод об использовании материалов для изготовления, расположении креп- лений. Далее проведён сравнительный анализ роботов на базе Arduino. Результаты анализа позволили создать базовый набор «ЭОН» и несколько простых конструкций. Параметр Робот Параметр Arduino Robot Sparki RoboCake Размер 202,5 ∙ 180,9 ∙ 140,8 114,3 ∙ 152,4 ∙ 101,6 150,4 ∙ 154,2 ∙ 120,6 Мобильность + + + Датчики Громкоговоритель, светодиоды Ультразвуковые датчики расстояния, трехосевой акселерометр, трехосевой магнитометр, фото- транзисторы, датчи- ки движения по ли- ниям, ИК-датчик Датчик температуры, датчик расстояния Управление Программное; Клавиатура из 5 кнопок, кнопка сброса Программное; Пульт ДУ Программное Визуальные индикаторы Цветной графический LCD-экран ЖК-дисплей Светодиоды на плате Arduino Тип микроконтроллера Программируемый ATmega32u4 Программируемый ATmega328 Программируемый ATmega328 74 Электронный образовательный набор Строение базовой модели «ЭОН» Arduino (Ардуино) - это плата, представляющая собой инструмент для проектирования электронных устройств (электронный конструк- тор), более плотно взаимодействующий с окружающей физической средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые факти- чески не выходят за рамки виртуальности. Программная часть состо- ит из бесплатной программной оболочки (IDE) для написания про- грамм, их компиляции и программирования аппаратуры. Аппаратная часть представляет собой набор смонтированных печатных плат, про- дающихся как официальным производителем, так и сторонними про- изводителями [1]. Arduino может использоваться как для создания автономных объектов автоматики, так и подключаться к программному обеспечению через стандартные проводные и беспроводные интерфейсы. Детали корпуса Детали корпуса были вырезаны на фрезерном станке из фанер- ных листов. Для скрепления деталей корпуса использовались болты и гайки. Также была разработана модель, созданная на базе платформы из оргстекла. Сборка За основу корпуса были взяты детали «ЭОН», затем к нему были добавлены электронные компоненты - микроконтроллер Ардуино Леонардо, драйвер двигателей L298, ультразвуковой сенсор, два дви- гателя, монтажная плата, блок питания и выключатель. Драйвер под- ключен к моторам, микроконтроллеру и к блоку питания. Питание от драйвера идет на микроконтроллер. Программирование базовой модели «ЭОН» Для демонстрации возможностей «ЭОН» была создана мобиль- ная модель робота. Для решения одной из базовых задач робототех- ники - выход робота из лабиринта - было необходимо, чтобы робот при обнаружении препятствия на расстоянии менее 30 см поворачи- вал в правую сторону. 75 Б.Ш. Зурбаев, Ю.О. Лобода, А.А. Глебов и др. Для выполнения задания была создана программа с циклом про- верки расстояния ультразвуковым датчиком и согласования работы двигателей с сенсором. Вначале вводятся переменные для работы с портами драйвера, затем объявляется переменная для ультразвукового сенсора и функция для его работы: в первую очередь активируется сам датчик, затем подается звуковой импульс. На основе полученного времени считы- вается величина импульса. Полученная переменная переводится в сантиметры. В конце функция возвращает расстояние. Далее инициируются входы и выходы устройства, а также задаются низкое напряжение на 12-м порте и обратная связь. После запуска включается функция ультразвукового сенсора. После считывания расстояния начинается часть программы, связанная с работой электродвигателей. Порты, обозначенные ina и inb, регули- руют тягу. Для создания эффекта постоянной тяги было принято ре- шение переключать двигатели с высокой частотой. Если расстояние больше 30 см, то робот двигается прямо. Если на расстоянии меньше 30 см возникает препятствие, то робот поворачивает направо с помощью отключения правого двигателя. Вначале указывается скорость двигателей, затем на основе полученного расстояния проверяется условие поворота. Далее на двигатели устанавливается скорость и задается частота переключения двига- телей. Если условие неверно, т.е. расстояние меньше 30 см, то правый двигатель отключается. В ходе работы возникали неполадки, связанные с некорректной работой двигателей и их взаимодействии с ультразвуковым сенсором. Для решения этих проблем неоднократно модифицировался про- граммный код робота, а также менялись рабочие порты драйверов и ходовая часть. Возможные пути развития В первую очередь электронный образовательный набор предна- значен для обучения. Его главное преимущество в том, что подобный набор можно изготовить и собрать самостоятельно на базе образова- тельных учреждений разного уровня. Также при разработке трёхмер- ных моделей для базовых или дополнительных деталей конструктора были предусмотрены возможности их изготовления из разных мате- 76 Электронный образовательный набор риалов в зависимости от типа робота (наземный, воздушный). «ЭОН» прост в освоении и у него достаточно дешевые комплектующие. За- мена деталей не требует усилий, что позволяет собрать робота из имеющихся деталей менее чем за 2 часа. В настоящее время ведется также разработка методического пособия по данному набору, позволяющее обучаться самостоятельно [2]. Планируется перейти с использования платы Arduino на соб- ственную, сделанную самостоятельно, это позволит упростить обуче- ние и сделать его максимально комфортным, поскольку окончательно исчезнет эффект «чёрного ящика». Кроме того, простота создания компонентов «ЭОН» предоставляет широкий простор для создания дополнительных ресурсных наборов, которые будут позволять соби- рать более сложные модели роботов. Электронный образовательный набор может быть использован не только при обучении по направлению «Гуманитарная информатика»; в силу своей экономичности и практичности он поможет учебным заведениям в качественном проведении занятий по курсу робототех- ники, который может появиться во всех российских школах.

Ключевые слова

3D print, Arduino Leonardo, designer, constructor, robot, 3D-принтер, Ардуино Леонардо, конструктор, робот

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Гоголицина О.А.Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Семенов С.К.Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Глебов А.А.Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Лобода Ю.О.Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Зурбаев Б.Ш.Национальный исследовательский Томский государственный университет
Всего: 5

Ссылки

Шандаров Е.С., Пнев Д.С., Лобода Ю.О. Создание мобильных роботов ЭОН на базе платформы Arduino // Комплекс лабораторных работ - tropa.tomsk.ru [Электронный ресурс]. URL: http://tropa.tomsk.ru/elibraries/materials-on-robotics/ index.php (дата обращения: 10.05.2016).
Arduino: Википедия [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/ wiki/Arduino (дата обращения: 5.03.2016).
 ЭЛЕКТРОННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАБОР | Гуманитарная информатика. 2016. № 10. DOI: 10.17223/23046082/10/8

ЭЛЕКТРОННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАБОР | Гуманитарная информатика. 2016. № 10. DOI: 10.17223/23046082/10/8