Робот-чертёжник: управление через Arduino

Кинематика и механическая часть из Lego

Первым делом выбери кинематическую схему устройства. Самый простой вариант для сборки из конструктора — двухколёсная тележка с центральным маркером, поднимаемым сервоприводом. Более сложный, но точный вариант представляет собой планшетный плоттер с неподвижным столом, где каретка ходит по осям X и Y на зубчатых рейках или ременных передачах.

В описании конструкции подробно зафиксируй передаточное отношение шестерёнок от мотора к ведущему колесу или рейке. Опиши механизм опускания пишущего узла, где обычно используют микросервопривод SG90. Сделай и добавь в проект чёткие фотографии узла крепления фломастера под прямым углом к рабочей поверхности листа.

Электронная схема и подключение компонентов

В проекте используется плата Arduino Uno или Nano, драйвер двигателей и исполнительные механизмы. Если для движения взяты шаговые двигатели 28BYJ-48 с платами ULN2003, распиши схему подачи внешнего питания. Питать шаговые моторы напрямую от контактов микроконтроллера нельзя из-за ограничений по силе тока платы.

Для отчёта обязательно составь принципиальную или монтажную схему соединений. Укажи назначение каждого цифрового пина платы, подключённого к управляющим входам драйвера и сигнальному проводу сервопривода.

Программный алгоритм и связь с компьютером

Разработку кода раздели на две понятные части. Первая часть находится в микроконтроллере и отвечает за перемещение моторов на заданное количество шагов, плавный разгон и поворот качалки сервопривода. Вторая часть работает на компьютере в среде Python или Processing, считывая координаты точек изображения и передавая команды роботу через последовательный порт Serial.

• Протокол связи между компьютером и микроконтроллером лучше построить на простых текстовых командах вида координаты и состояния пера.
• В коде для Arduino потребуется реализовать функцию пересчёта миллиметров чертежа в количество импульсов шагового двигателя.
• Для рисования наклонных линий пригодится классический алгоритм Брезенхема, распределяющий шаги по двум осям равномерно.

Калибровка и оценка погрешности

Преподаватель информатики на защите оценивает не просто факт движения механизма, а точность выполнения алгоритма. Проведи тестовый заезд. Задай роботу команду нарисовать квадрат размером 100 на 100 миллиметров, а затем измерь стороны и диагонали получившегося рисунка штангенциркулем или линейкой.

Сравни длину диагоналей на листе. Разница между ними покажет перекос осей или проскальзывание колёс при движении. Внеси эти замеры в таблицу испытаний, рассчитав процент погрешности перемещения пера на дистанции в один метр.

Где искать техническую информацию

Поскольку проект находится на стыке робототехники и прикладного программирования, опирайся на официальную документацию к используемым библиотекам. Для шаговых двигателей изучи примеры работы библиотеки Stepper или AccelStepper. По протоколу управления плоттерами полезно посмотреть спецификацию команд G-code, которые применяются во взрослых станках с числовым программным управлением.