![](https://habrastorage.org/webt/gl/ns/-_/glns-_buoqzn27w8vziv4uhyq0e.png)
С этим роботом я играюсь уже несколько месяцев. Перемещается он за счет поворачивания колес относительно груза маятника, а скорость контролирует, ориентируясь на обратную связь от датчика наклона. На его сборку меня вдохновила снятая на Consumer Electronics Show (CES 2020) видео-демонстрация с роботом Ballie от Samsung. Было понятно, что это для них чисто хайповый проект, который в серийное производство не выйдет. Тем не менее у меня возник интерес собрать нечто аналогичное.
Я поэкспериментировал с различными видами моторов: мотор-редуктором на постоянном токе, редукторными шаговыми двигателями и, наконец, двигателями с карданным подвесом. Версии с мотор-редукторами имели откровенные проблемы ввиду наличия мертвых зон и люфта, что делало невозможным точное управление, когда колесам для поворота нужно было менять направление вращения.
Версия же с карданным мотором, хоть и потребовала более сложного программного обеспечения для управления, но была лишена всех этих проблем и показала наилучшие результаты.
Управляется робот через ATMEGA2560 при помощи платы Arduino Mega с надстроенной поверх самодельной платой драйвера мотора. Управление реализуется с помощью двух радиотрансиверов Xbee, один из которых установлен в самом роботе, а второй на джойстике. Запитывается робот от 3-элементной батареи LiPo емкостью 1500мАч.
Программное обеспечение
Программный стек, включая загрузчик, я написал с нуля (только avr-gcc, никакого кода
.ino
). В основу программы для драйвера мотора легла информации и примеры из проекта Simplefoc, который ведет группа людей, занимающихся Field Oriented Control (векторным управлением) высокоэффективных электромоторов.Для определения ориентации робота используется комплекс Pololu “MinIMU-9 V2”, состоящий из гироскопа, акселерометра и магнитометра. Полученные от гироскопа показатели интегрируются, сообщая угол наклона, для которого затем при помощи акселерометров применяется коррекция дрейфа.
После этого петля обратной связи приводит моторы в движение вперед-назад, работая против маятника в попытке нейтрализовать измеренный угол наклона. Добавление смещения к этому углу с помощью джойстика приводит к устремлению мотора в сторону угла наклона, и робот катится в нужном направлении.
Корпус
Корпус я разработал в Blender, нарезал в Cura, а напечатал в PLA, используя Ender3 Pro.
![](https://habrastorage.org/webt/4e/ak/ht/4eakhtsigozclhprlnvk5seegks.png)
![](https://habrastorage.org/webt/ng/mj/cz/ngmjczbn7a1oypzijq-igkvj5jm.png)
Датчик вращения вала
Карданный подвесной мотор состоит из неподвижного набора катушек (статора) и вращающегося набора магнитов (ротора). Управление ротором реализуется путем пропускания тока через катушки, что приводит к генерации магнитных полей под прямым углом к полям магнитов.
Положение ротора измеряется при помощи микросхемы магнитного датчика вращения AS5048B и вращающегося магнита, закрепленного на валу двигателя. Этот магнит имеет форму диска, но намагничен по диаметру, а не вдоль своей оси, в результате чего его поле вращается вместе с валом двигателя. Ориентацию поля измеряет AS5048B при помощи четырех датчиков Холла, преобразуя измерения в цифровой сигнал, который может быть прочитан через двухпроводной интерфейс (TWI) ATMEGA.
![](https://habrastorage.org/webt/ff/0u/ra/ff0urau_8masbqjuefb9befchey.png)
![](https://habrastorage.org/webt/6e/qt/zr/6eqtzrkfo1a0tjnpq8ztykn0d00.png)
На рисунке ниже представлен узел датчика вращения (показан лицом верх), крепление магнита и карданный мотор.
![](https://habrastorage.org/webt/_k/tv/6e/_ktv6eckikhflpsgdeemldhkeou.jpeg)
Драйвер мотора
Для создания тяги я использовал пару карданных моторов iPower GM5208-12. Обоими управляет ATMEGA посредством их интерфейсов PWM (широтно-импульсной модуляции) через микросхему драйвера LM6234, которая преобразует поступающие от ATMEGA низковольтные сигналы 5В в импульсы 12В, питающие катушки мотора от LiPo-батареи.
При проектировании схемы мотора я опирался на указания к применению, предоставленные производителем (AMS):
![](https://habrastorage.org/webt/i_/n_/wj/i_n_wjrbob6dfokvjxx1du7zmg4.png)
Первое тестирование проводилось на макетной плате с использованием соединительных проводов:
![](https://habrastorage.org/webt/nc/sy/di/ncsydij7lobwwyhejfyyqqocw-m.jpeg)
После всю эту конструкцию я собрал основательно уже на Arduino Proto Shield:
![](https://habrastorage.org/webt/8w/vh/_w/8wvh_wv-f7szo65ljliekxwqppy.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/d8/lw/vm/d8lwvmc3fvl3k0wbkqhivgxl9wy.jpeg)
В полном комплекте плата выглядит так:
![](https://habrastorage.org/webt/wk/7x/u6/wk7xu6hzqfu1cgk_9qhrjyjbgxo.jpeg)
Финальная сборка
Один в один:
![](https://habrastorage.org/webt/wf/a4/sl/wfa4sl7w3d9cn8mez7h7wwbe8ew.jpeg)
Результаты
Перемещение по комнате и кухне:
Постукивание на заднем фоне – это наши каминные часы. Сам робот полностью беззвучен.
Материалы
Исходный код: скачать
Файлы stl: скачать
![](https://habrastorage.org/webt/ou/g5/kh/oug5kh6sjydt9llengsiebnp40w.png)