Создание робота, избегающего препятствия, на Raspberry Pi — руководство для начинающих

Если вы новичок в Raspberry Pi и хотите практичный проект, сочетающий софт и железо, это руководство проведет через построение Python-контролируемого робота, обнаруживающего и избегающего препятствия с помощью инфракрасных датчиков.

Роботы-исключители препятствий популярны для изучения робототехники и удивительно просты в сборке. Следуя этому туториалу, вы добавите надежное избегание объектов к своему роботу или просто исследуете Python и GPIO-экосистему Raspberry Pi.

Что понадобится

1. Raspberry Pi B, B+, 2, 3 или 4 плюс базовая периферия (SD-карта, клавиатура, мышь, блок питания).
2. IR-модули датчиков расстояния (напр., популярный 4-канальный IR-сенсор).
3. Геарные DC-моторы с подходящим крутящим моментом для вашего шасси.
4. Плата драйвера моторов L293D.
5. Робот-шасси и колеса.
6. Опорное колесо для стабильности.
7. Макетная плата и двусторонний скотч.
8. Перемычки male-to-male / female-to-male.
9. 9 V батарея и подходящие коннекторы.
10. Кнопка и резистор 220 Ом (для контроля включения).

Как это работает

Ядро функциональности робота опирается на два IR-сенсора, обнаруживающих объекты в диапазоне 5–6 см. Когда объект присутствует, выходной пин датчика идет в LOW (0 В). Когда объект отсутствует, он остается HIGH (5 В). Raspberry Pi считывает эти цифровые сигналы через свои GPIO-пины, и прикрепленный Python-скрипт направляет моторы соответственно.

IR (инфракрасные) модули состоят из IR-светодиода-передатчика и фотодиода-приемника. Объект отражает часть испускаемого IR-света обратно к приемнику, вызывая LOW-сигнал, сигнализирующий о приближении. Эти сигналы идут на GPIO-входы Pi.

Когда робот стартует — запускается нажатием кнопки — Pi запускает DC-моторы вперед через драйвер L293D. Если IR-сенсор обнаруживает препятствие, скрипт сначала кратковременно реверсирует моторы, затем выполняет поворот для обхода препятствия.

Шаг 1: Проводка IR-сенсоров

Подайте питание сенсорам 5 В и GND от Raspberry Pi, и соедините выходные пины с GPIO пинами 3 и 16 (используя официальную схему GPIO pinout). Режим GPIO.BOARD нумерует пины как они появляются на хедере.

Сохраните следующий скрипт как irtest.py:

import RPi.GPIO as GPIO import time GPIO.setwarnings(False) GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # Правый сенсор (GPIO 3) GPIO.setup(3, GPIO.IN) # Левый сенсор (GPIO 16) с pull-up GPIO.setup(16, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP) while True: right = GPIO.input(3) left = GPIO.input(16) if right == 0: print "Obstacle detected on Right", right time.sleep(0.1) elif left == 0: print "Obstacle detected on Left", left time.sleep(0.1) 

Запустите sudo python irtest.py. Когда вы перекроете сенсор рукой, консоль выведет сообщение, указывающее, с какой стороны обнаружено препятствие.

Шаг 2: Подключение моторов через драйвер L293D

Подайте питание L293D от 9 V батареи (плюс на + пин, минус на – пин). Соедините землю платы с GND Raspberry Pi. Выводы моторов подключите к выходным пинам драйвера, а контрольные пины — к дополнительным GPIO (см. даташит L293D для определения пинов). С подключенными моторами скрипт может командовать движением вперед, назад и поворотами.

После сборки железа включите Raspberry Pi, нажмите кнопку и наблюдайте, как робот навигирует, избегая препятствий.

Для дополнительных ресурсов скачайте наш бесплатный eBook по Raspberry Pi и Arduino для углубления навыков.