Voi implementa un robot de aspirat. Spre deosebire de un Roomba adevărat, robotul de aspirat are forma unei mașinuțe, va folosi un senzor ultrasonic si un servomotor ca sa evite obstacolele, si va face viraje pe loc, deoarece fiecare roata va fi controlată independent folosind PWM.
Pentru partea de aspirat, voi folosi o sticla ca suport și un motoraș cu ventilator.
Considerând camera dreptunghiulară, robotul va încerca sa o parcurgă pe toată in zig-zag. Se deplasează înainte, pana de de un obstacol (peretele), moment în care investighează direcțiile posibile, folosind senzorul ultrasonic, si alege calea cea mai libera.
Scopul robotului e sa automatizeze curățenia prin casa.

• Arduino UNO R3 (ATmega328p + CH340)
• Shield cu Driver de Motoare L293D
• Motor cu reductor si roata
• Micro Servomotor SG90
• Senzor ultrasonic distanta HC-SR04
• Motor in miniatura 3-6V
• Elice
• Powerbank

Shield-ul pentru motoare se atașează direct pe Arduino. În urma consultării datasheet-ului pentru Adafruit Motor Shield V1, acesta folosește următorii pini:

• M1 - D11
• M2 - D3
• M3 - D5 (nu a fost folosit in varianta finala, dar e conectat prin shield)
• M4 - D6 (nu a fost folosit in varianta finala, dar e conectat prin shield)

Următorii pini sunt folosiți mereu de shield, indiferent dacă sunt conectate motoare sau indiferent de câte sunt conectate, deoarece sunt conectați la latch-ul 74HC595:

• D4
• D7
• D8
• D11

Pinii senzorului ultrasonic au fost legați astfel:

• TRIG (2) - D13 pe Arduino
• ECHO (3) - D2 pe Arduino
• VCC (1) - 5V pe Arduino
• GND (4) - GND pe Arduino

Servomotorul se leagă pe shield la S1, iar conform datasheet-ului:

• Control (3) - D10 pe Arduino
• VCC (2) - 5V pe Arduino
• GND (1) - GND pe Arduino

Bateriile se leagă la EXT_PWR de pe shield.

• VSCode + PlatformIO

• Adafruit Motor Shield Library - AFMotor.h

• Arduino Servo Library - Servo.h

Robotul Roomba va funcționa pe baza unui FSM, cu următoarele stări:

• IDLE - Stare de setup. Robotul este oprit și poziționează senzorul ultrasonic în poziția centrală. Trece apoi în starea de deplasare înainte (GO_FORWARD).
• GO_FORWARD - Robotul se deplasează înainte continuu. La intervale regulate (CHECK_INTERVAL), măsoară distanța față de obstacol. Dacă distanța este sub un prag critic (CRITICAL_DISTANCE), trece în starea GO_BACKWARD. Dacă distanța este sub un prag mai mare (DIST_THRESHOLD), trece în starea OBSTACLE_DETECTED. Pragul critic scade șansa robotului de a se bloca in colțuri sau locuri inaccesibile pentru el.
• GO_BACKWARD - Robotul se deplasează înapoi pentru o perioadă fixă (BACKWARD_TIME) pentru a se distanța de obstacol. La finalul perioadei, trece în starea OBSTACLE_DETECTED.
• OBSTACLE_DETECTED - Robotul oprește motoarele și pregătește scanarea mediului în jur pentru a decide o direcție sigură de deplasare. Trecerea se face către starea SCAN_ALL.
• SCAN_ALL - Robotul efectuează o scanare cu servomotorul în mai multe direcții pentru a colecta date despre distanțele în stânga, centru și dreapta. După scanare, trece în starea DECIDE_DIRECTION.
• DECIDE_DIRECTION - Pe baza datelor scanate, robotul determină unghiul optim pentru a vira, calculând un offset față de poziția centrală a servomotorului și durata necesară a virajului. În funcție de direcție, se trece în starea TURN_LEFT sau TURN_RIGHT.
• TURN_LEFT - Robotul efectuează o virare la stânga pentru durata calculată. După finalizarea virajului, oprește motoarele și revine la deplasarea înainte (GO_FORWARD).
• TURN_RIGHT - Robotul efectuează o virare la dreapta pentru durata calculată. După finalizarea virajului, oprește motoarele și revine la deplasarea înainte (GO_FORWARD).

Funcțiile pentru controlul motoarelor sunt in headerul MotorControl.h.
Am scris niște API-uri pentru a controla mai ușor mișcarea robotului, folosindu-ma de metodele expuse in AFMotor.h:

void stopMotors();
void forwardMotors();
void backwardMotors();
void turnLeftMotors();
void turnRightMotors();

Funcțiile pentru măsurarea distanței sunt in headerul Sonar.h.
Am creat un API pentru a controla senzorul ultrasonic, folosind cunoștiințele dobândite in laboratoarele de GPIO, Timere și Întreruperi. Am vrut sa folosesc Timer2 pentru a măsura timpul fără millis, dar suprascrierea ISR-ului de Overflow intervine peste librăria ce expune API-ul pentru motoare si apăreau conflicte. Totuși, am folosit întreruperi pentru măsurarea distanței.

void initSonar(void);
void initEchoInterrupt(void);
void sendTriggerPulse(void);
uint16_t measureDistance(void);

Cum funcționează ?
Se generează o întrerupere pe pinul la care este legat ECHO al senzorului ultrasonic la fiecare schimbare a semnalului.
Când TRIG emite unda, ECHO trece pe HIGH, iar când se întoarce unda, ECHO trece pe LOW. Se retine timestampul pentru fiecare dintre aceste evenimente, pentru a calcula timpul dus-întors al undei. Știind viteza sunetului, obținem distanța.

• Robotul a fost capabil sa evite obstacole si sa aleagă bine o noua direcție de deplasare.
• Sistemul de vid funcționează parțial – eficiența de aspirare este limitată (aproape inexistentă).
• Controlul motoarelor și al servomotorului este stabil.
• Senzorul ultrasonic detectează corect peretele și obstacolele.

https://cdn-learn.adafruit.com/downloads/pdf/adafruit-motor-shield.pdf

https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-7810-Automotive-Microcontrollers-ATmega328P_Datasheet.pdf

https://www.circuito.io/blog/arduino-uno-pinout/

https://github.com/adafruit/Adafruit-Motor-Shield-library/tree/master

https://github.com/cristiantudor1607/RoombaCar

Export to PDF