Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Доп. образование / Статьи / Конструирование робота в сельской школе для соревнований по кегельрингу на базе микроконтроллера Atmega8

Конструирование робота в сельской школе для соревнований по кегельрингу на базе микроконтроллера Atmega8

  • Доп. образование

Поделитесь материалом с коллегами:

Конструирование робота для соревнований по кегельрингу в сельской школе.

на базе микроконтроллера Atmega8.

  1. Введение. Актуальность и значимость. Изучение робототехники на базе доступных микроконтроллеров в сельской школе с учетом финансовых возможностей малокомплектных школ. В настоящее время проблема формирования технических знаний, умений и навыков у подростков приобретает особую значимость и актуальность в связи с изменением ценностных ориентаций, когда гордость за свои знания и руки (я это могу сделать сам!) сменило мышление «купи- продай», а то и добудь нечестным или даже преступным способом.

Снизилось при отсутствии финансирования и количество кружков технического направления из-за их дорогостоящей материальной базы.

Сократилось число обучающихся в ПТУ, т.к. упал престиж рабочих профессий.

Новизна. Позабытое старое. Нет необходимости изыскивать большие финансовые затраты, все материалы доступно из старого бытового хлама, (кроме двигателей с редукторами), и главное конструируя этого робота, учащиеся попутно изучают и алгоритмы, в частности алгоритмы ветвления.

Сама конструкция робота позволяет дальнейшее усовершенствование, в частности на плате выведены свободные разряды портов, которые в случае необходимости можно запрограммировать для других целей.

Цель проекта. Разработка и изготовление роботов с нуля с применением доступных материалов, электронных компонентов с минимальной затратой финансовых средств в сельской школе.

Задачи проекта:

  1. Анализ простейших роботов

  2. Выбрать подходящую конструкцию робота

  3. Изучить вспомогательные компьютерные программы для рисования схем и изготовления печатного монтажа.

  4. Изучить программу codevision для программирования микроконтроллеров AVR.

  5. Научиться работать с программой Proteus 7 Professional – системой схемотехнического моделирования.

  6. Прошивать микроконтроллеры файлом прошивки.

  7. Собрать робот для соревнований по кегельрингу на базе микроконтроллера Atmega8.

Стратегия достижения поставленных целей. Реализация поставленных задач будет происходить в 3 этапа: подготовительный, технологический, итоговый.

Подготовительный: анализ простейших роботов, выбор компьютерных программ, выбор подходящей конструкции робота с учетом деталей, накопление деталей и механизмов.

  1. Технологический: составление и редактирование принципиальной схемы с учетом имеющихся деталей, изготовление печатной платы, монтаж деталей на плату. Составление алгоритма действия робота, программы на языке СИ, компилирование программы и тестирование программы с помощью Proteus 7 Professional – системой схемотехнического моделирования.

Итоговый. Сборка робота в целом, прошивка микроконтроллера, настройка и тестирование робота.

При изготовлении робота были приняты во внимание следующие факторы: доступность материалов и деталей для изготовления робота (в финансовом плане), простота конструкции робота, возможности робота по усовершенствованию действий, повторяемость изготовления робота.

Данные робота. С учетом вышеизложенного был собран робот для соревнований по кегельрингу. Программа составлена на языке программирования Си применительно для данного микроконтроллера. Питание робота 6 Вольт, редукторы двигателей 1:48, электронная часть собрана на микроконтроллере Atmega8 и драйвере двигателей (устройство для управлениями двигателями) L293D.

Дизайн проекта с учетом поставленной задачи (минимизации затрат) оставляет желать лучшего.

ОСНОВНОЕ СДЕРЖАНИЕ.

Цель игры достаточно проста: за максимально короткое время полностью автономный робот должен выбить из круга расположенные в нем кегли. В качестве кеглей используются самые обычные жестяные банки из-под напитков. Банок всего 8, и они равномерно располагаются на ринге: в каждой четверти ринга должно находиться не более двух банок. Банки ставятся на расстоянии 12-15 сантиметров от широкой черной ограничительной линии. Ширина черной линии - 5 см. Диаметр ринга - 1 м., цвет - белый. Традиционным материалом для изготовления ринга служит обычный ватман.
Ограничений не слишком много: допускается использование любых конструкций, которые не превышают размер 20 см. по ширине и длине. Высота и вес робота не ограничиваются. Робот не должен иметь каких-либо приспособлений для выталкивания банок и выбивать их с ринга исключительно своим корпусом. Во время соревнования размеры робота должны оставаться неизменными. Кроме того, запрещено использование каких-либо клейких приспособлений на корпусе робота для сбора кеглей.
hello_html_6c410be6.pnghello_html_6c410be6.png


1.Подготовительный этап.

С учетом возможностей школы, а также новизной проекта была выбрана схема робота бегущего по линии как наиболее простого и доступного в изготовлении. Были выбраны следующие программы:

1. Для составления программы на языке СИ и ее компилирования выбрана программа Codevision, которая позволяет создать проект по составлению программы на языке Си, проверить ее на ошибки и получить файл прошивки для микроконтроллера.hello_html_6c410be6.png

  1. Для схемотехнического моделирования используется программа Proteus 7 Professional .

  2. Для прошивки микроконтроллера используется программа Khazama AVR Programmer

  3. Программа для составления печатных плат Sprint-Layout.

  4. Программа для рисования электрических схем Splan

2.Технологический

А)Схема робота

hello_html_1aba5d13.jpg



Робот изготовлен с применением микроконтроллера Atmega8, драйвера двигателей L293. Он имеет 5 датчиков освещенности, составленных из пары светодиод – фототранзистор (из них задействованы только три датчика путем подбора из 5). Светодиоды и фототранзисторы применены из неисправных извещателей пожарной охраны. Проводимость фототранзистора зависит от интенсивности падающего на него отраженного от поверхности светового потока. Интенсивность светового потока зависит от отражающей способности поверхности: белый отражает больше, черный меньше. Два крайних датчика управляют двумя двигателями, когда они находятся над белым участком , соответствующие двигатели включены и робот движется вперед. Когда один из крайних датчиков наезжает на линию (черную), соответствующий двигатель останавливается и происходит поворот робота.

Микроконтроллер Atmega8 допускает режим многократного внутрисхемного программирования, т.е. его можно загрузить программой не вынимая из схемы робота.

Б) Пишем программу для робота на языке программирования СИ с помощью программы Codevision

hello_html_2a600524.jpg


Условно алгоритм действия робота состоит в повторении одного бесконечного цикла, которая повторяется все время с момента включения напряжения питания.

В цикле проверяются состояния датчиков, и в зависимости от комбинации состояний датчиков включается тот или иной двигатель.

Алгоритм действия робота:

1.В начале робот устанавливается в центре ринга. При этом оба датчика освещены и включаются оба двигателя вперед. (Робот движется по радиусу к черной линии).

2. При достижении черной линии, ограничивающей круг любым из двух датчиков, останавливается двигатель управляемый этим датчиком, а второй двигатель продолжает работать до момента достижения второго датчика границы круга. Таким образом происходит выравнивание робота по отношению к кругу.

3. Когда оба датчика находятся на линии круга, включаются оба двигателя назад на 0,8 сек. (время подбирается с учетом достижения робота центра круга) и робот возвращается в центр круга.

4. Совершается поворот на 45 градусов (время поворота подбирается) с помощью двух противоположно вращающихся двигателей.

5.Начинается движение вперед и все повторяется сначала.




hello_html_666af27d.jpg

Проверяем правильность написания программы, ошибок не должно быть ( No errors)

hello_html_m4f5acde9.jpgПолучаем файл прошивки и сохраняем его.

hello_html_m858f5c8.jpg


Для схемотехнического моделирования используется программа Proteus 7 Professional. Вначале на монтажном столе собираем схематически нашу схему робота, основой которого является микроконтроллер Atmega8, двигатели заменяем светодиодами, для наглядности датчики заменим кнопками-выключателями. Загружаем в память микроконтроллера нашу программу-прошивку и запускаем. Нажатием соответствующих кнопок имитируем срабатывание датчиком…убеждаемся в правильности работы робота.

Далее необходимо прошивку загрузить в микроконтроллер, для этого используем программу программатор Khazama AVR Programmer

hello_html_m42970971.jpg

Выбираем тип микроконтроллера, очищаем флеш-память и загружаем в память микроконтроллера нашу программу (полученную нами прошивку).

hello_html_m3463e7f1.jpg

В) Печатный монтаж составлен с помощью программы Sprint-Layout 5.0Rus

Макет печатного монтажа распечатывается на фотобумаге, затем с помощью утюга переносится на фольгированный стеклотекстолит и травится в растворе хлорного железа.

После просушки происходит лужение платы в кипящей воде со сплавом Розе, температура плавления которого составляет 93 градуса. ( Технология ЛУТ - лазерно-утюжная технология). Сверлим, устанавливаем детали, запаиваем. Плата готова.

hello_html_m48cf0fe7.jpg

Точно также готовим печатную плату для установки датчиков.

Затем собираем все платы робота на шасси с двигателями, устанавливаем кассету для аккумуляторов.

hello_html_33ade51c.jpg

Общий вид робота

Робот изготовлен с применением следующих составных частей:

  1. Покупные:

1.Шасси автомобиля с установленными двигателями с редукторами

2.Кассета для 4-х пальчиковых батареек.

3. Микроконтроллер Atmega8

4.Драйвер двигателей L293


2. Изготовленные в школе:

hello_html_m5256b823.jpg

1. Плата с датчиками освещенности.

hello_html_17de35c4.jpg

  1. Монтажная плата робота

Робот передвигается с помощью двух электродвигателей постоянного тока на 6 Вольт. Двигатель с редуктором 1:48 собраны в одном корпусе в единое целое. Робот снабжен 5-ю датчиками, определяющими его положение относительно линии.

3.Итоговая. Собираем работ. Для этого берем за основу шасси игрушечного автомобиля с установленными двигателями с редукторами 1:48. Собираем датчики в линейку, выполним электрическое соединение всех составляющих робота. Строим площадку для робота, рисуем черную линию шириной 50 мм и испытываем робот в действии.


Заключение.

С учетом поставленной задачи израсходовано всего финансовых и материальных средств на робота:

  1. Шасси автомобиля с установленными двигателями – 1 шт. (610 руб.)

  2. Хлорное железо – 100 гр.- 50 руб.

  3. Транзисторы, резисторы, микросхемы, конденсаторы в пределах 100 руб. (на два робота)

  4. Микроконтроллер Atmega8 -120 руб.

  5. Драйвер двигателей L293D – 80 руб.

Итого: 970 рублей, что для нас вполне приемлемая сумма.

Выводы: Тестирование данных роботов показала приемлемую работу робота. В зависимости от отражающей способности рабочего стола иногда возникает необходимость механического регулирования расстояния от датчиков до рабочей площадки. Данная конструкция робота может быть использована и для гонок по линии, для чего необходимо изменить прошивку микроконтроллера.

Литература:

1.http://robomir.ucoz.ru/

Каталог статьей - роботы, программирование, AVR микроконтроллеры

2. http://myrobot.ru

Роботы, робототехника, микроконтроллеры

3. http://radiomaster.com.ua/shema/page/2/



Автор
Дата добавления 29.09.2016
Раздел Доп. образование
Подраздел Статьи
Просмотров35
Номер материала ДБ-223313
Получить свидетельство о публикации
Похожие материалы

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх