Розробка та створення автономної моделі на основі автомобіля Lamborghini з використанням Arduino – МАНЛаб


Розробка та створення автономної моделі на основі автомобіля Lamborghini з використанням Arduino

Рівень складності Високий
Рівень небезпеки Безпечно, але під наглядом керівника
Доступність використовуваних матеріалів Можливо виконати в домашніх умовах
Орієнтовний час на виконання роботи До 1 місяця

Блок 1. Резюме

Дослідницько-проектна діяльність є ефективним засобом формування компетентностей. Під час виконання навчальних проектів вирішується ціла низка різнорівневих дидактичних, виховних і розвивальних завдань: набуваються нові знання, вміння й навички, які знадобляться в житті; розвиваються мотивація, пізнавальні навички; формується вміння самостійно орієнтуватися в інформаційному просторі, висловлювати власні судження, виявляти компетентність. У перспективі це сприяє зміні ціннісних пріоритетів та світоглядної позиції молоді в бік формування відповідальної, соціально-активної, громадсько-патріотичної врівноваженої поведінки.

Проект спрямований на впровадження STEM-освіти в освітній процес закладів системи загальної середньої освіти.

Мета: популяризація науково-технічної творчості, залучення учнівської молоді до робототехніки, електроніки, створення і програмування роботизованих систем.

Завдання:

  1. Сформувати групу учасників проекту й опрацювати теоретичний матеріал із програмування та правил дорожнього руху.
  2. Створити автономну модель робоавтомобіля, що рухається заданою трасою.
  3. Налаштувати створену модель відповідно до руху за правилами дорожнього руху.
  4. Реалізувати проект до Всеукраїнських змагань «Роботрафік – 2018».

Блок 2. Попередня інформація

Підготовка і реалізація вдалої моделі є чітко регламентованим технологічним процесом, який вимагає знань у різних сферах. Зокрема, перш ніж почати роботу над створенням моделі автомобіля, необхідно вивчити ази мови програмування С або С++ для роботи з пристроями  Arduino. Оскільки модель автомобіля повинна рухатися за правилами дорожнього руху, то необхідною умовою створення проекту є знання правил дорожнього руху.

Блок 3. Обладнання

  • Клон Arduino Mega 2560 Rev3 з USB кабелем.
  • Макетна плата безпаєчна MB-102 400 точок.
  • Макетна плата мікро безпаєчна SYB-170 170 точок.
  • Макетна плата MB-102 830 отворів.
  • Комплект перемичок (120шт., 20 см).
  • Ультразвуковий датчик відстані HC-SR04.
  • Модуль ІК-відбивача TCRT5000.
  • Сервопривод MG 90S Micro.
  • Драйвер двох двигунів на L298N.
  • Плата розширення IrDA2 click у форм-факторі mikroBUS ™ для комунікацій в IR-діапазоні.
  • Автомобіль на р/к MZ Lamborghini Reventon 1:10.
  • Витратні матеріали.

Блок 4. Експериментальна процедура

І етап роботи: формування групи учнів та оволодіння теоретичними знаннями.

ІІ  етап роботи: реалізація проекту.

Розбираємо машинку. Ваш перший крок – розібрати машинку. Зніміть корпус і витягніть усі плати з машинки. Мотор не чіпаємо. У проекті нам знадобляться рідні шасі, колеса і мотори.

Готуємо сенсори та електроніку.

Установлюємо Arduino і датчик

У корпусній частині машинки треба зробити отвори під кріплення вашого контролера Arduino. Отвори під кріплення залежать від габаритів рухомої платформи машинки. У цьому конкретному випадку плата була розташована перпендикулярно несучій системі. Подібне розташування зручне ще й тим, що відстані від двигунів передньої і задньої підвіски до пінів плати приблизно однакове.

Над передньою підвіскою встановлюємо наші емітер і детектор. Їх бажано встановити вище щодо землі. Надалі можна передбачити ззаду світлодіоди, які будуть вмикатися під час заднього ходу машинки.

Живлення

У проекті використовується блок живлення на 9 В. У цьому випадку він був встановлений під несучою системою платформи на колесах. Для збільшення часу автономної роботи нашого автомобіля можна встановити більш потужний блок живлення.

Підключення до Arduino

З підключенням можна розібратися і на основі фото. Але, про всяк випадок, нижче наведена схема підключення в текстовій формі.

Не забувайте, що позитивна нога світлодіода – довша. Якщо ви все одно не впевнені, можете подивитися цю інструкцію з підключення світлодіодів до Arduino.

Програма Arduino

З огляду на специфіку проекту, вам треба внести до наведеного нижче базового скетчу досить багато змін, які залежать від розміру машинки і коліс, швидкості обертання коліс, ваги авто, освітлення навколишнього середовища.

Блок 5. Аналіз отриманих даних

Після тестування розробленої конструкції можна виділити такі проблеми:

  • обмежений діапазон чутливості сенсора;
  • проблеми, пов’язані зі швидкістю машини, а саме – неможливість швидкої зупинки;
  • необхідність підлаштовувати датчик під різні умови освітлення;
  • ну і, звичайно ж, дешевий китайський пластик жодним чином не надає автономній машинці на Arduino хорошої жорсткості і надійності конструкції.

У принципі, внести компенсацію залежно від рівня освітлення можна, але це окрема історія і модифікація, які не входили до завдань базового проекту.

Машинка не врізається в стіни, але з 90%-ю ймовірністю збере бампером все ніжки стільців і столів у кімнаті. Тобто з виявленням більш дрібних перешкод є явні проблеми. Відповідно, треба або збільшувати кількість емітерів, або використовувати більш дорогі моделі з більшою чутливістю.

Блок 6. Напрями розвитку

Проект отримав розвиток за кількома напрямами:

  •  cтворення гімназійної студії робототехніки «SOGIROBOT»;
  •   участь у Всеукраїнських змаганнях «Роботрафік – 2018»;

  • участь у Sumy Ukrainian STEM Festival – 2018.