Για την κατασκευή του ρομποτικού οχήματος χρειάζονται τα παρακάτω υλικά:
# 1. Κιτ ρομποτικού οχήματος
Το κιτ περιλαμβάνει:
- Σασί από plexiglass κομμένο με laser
- 2 DC (συνεχούς ρεύματος) κινητήρες (Gear motors 1:48) 3 – 6v
- 2 τροχούς με λάστιχο
- 1 τροχό (Universal Wheel)
- 1 x μπαταριοθήκη (για 4 ΑΑ μπαταρίες)
- 2 x ροδέλες (για καταγραφή ταχύτητας)
- Βίδες,παξιμάδια, αποστάσεις
# 2. Arduino Uno R3
Το Arduino είναι μια υπολογιστική πλατφόρμα βασισμένη σε μια απλή μητρική πλακέτα με ενσωματωμένο μικροελεγκτή και εισόδους/εξόδους, και η οποία μπορεί να προγραμματιστεί με τη γλώσσα Wiring (ουσιαστικά πρόκειται για τη C/C++ με κάποιες μετατροπές). Το Arduino μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη ανεξάρτητων διαδραστικών αντικειμένων αλλά και να συνδεθεί με υπολογιστή μέσω προγραμμάτων με Processing, Max/MSP, Pure Data, SuperCollider. Οι περισσότερες εκδόσεις του Arduino μπορούν να αγοραστούν προσυναρμολογημένες. Το διάγραμμα και πληροφορίες για το υλικό είναι ελεύθερα διαθέσιμα για αυτούς που θέλουν να συναρμολογήσουν το Arduino μόνοι τους. Προορίζεται για καλλιτέχνες, σχεδιαστές, χομπίστες, και οποιονδήποτε ενδιαφέρεται για τη δημιουργία διαδραστικών αντικειμένων ή περιβαλλόντων.
Περισσότερες πληροφορίες στο επίσημο site του μικροελεγκτή: http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno
# 3. Ασπίδα κινητήρων για Arduino (Motor Shield v1.0)
Το Arduino και τα συμβατά boards χρησιμοποιούν την τεχνολογία των shields (ασπίδων), τυπωμένων boards επεκτάσεων κυκλωμάτων που συνδέονται στα κανονικά παρεχόμενα Arduino pin-headers. Τα shields μπορούν να παρέχουν έλεγχο στα motors, GPS, Ethernet, LCD εικόνας, breadboarding (προτυποποίησης) ή και στον έλεγχο μοτέρ (DC motors, Brushless, Servos, βηματικά).
Για να ελέγχουμε τα 2 μοτέρ του ρομποτικού οχήματος θα χρειαστούμε μια ασπίδα DK Electronics Motor Shield v1.0 η οποία έχει τα παρακάτω χαρακτηριστικά:
- 4 H-Bridges ( 4 Η-Γέφυρες) : L293D chipset το οποίο παρέχει 0.6A σε κάθε γέφυρα (1.2A μέγιστο) με θερμική προστασία. Μπορεί να διαχειριστεί μοτέρ από 4.5VDC έως 25VDC.
- Διαχειρίζεται μέχρι 4 κινητήρες συνεχούς ρεύματος (DC motors) με επιλογή ταχύτητας 8bit ( 0 – 255 ) και
- Μέχρι 2 κινητήρες βηματικούς (Stepper motors)
- Αντιστάσεις (Pull down resistors) που προστατεύουν τους κινητήρες απενεργοποιώντας τους κατά την εκκίνηση
- Κουμπί μηδενισμού (Reset button)
- Παρέχει συμβατότητα με Arduino Mega 1280 & 2560, Diecimila, Duemilanove και UNO
Προσοχή: Προκειμένου να λειτουργήσει η ασπίδα θα χρειαστεί να φορτώσουμε και μια βιβλιοθήκη με κατάλληλες συναρτήσεις που ελέγχουν τους κινητήρες. Μπορείτε να την κατεβάσετε κάνοντας κλικ στο σύνδεσμο AF_Motor Arduino library.
Στη συνέχεια από το μενού Σχέδιο->Εισαγωγή βιβλιοθήκης->Import Library κάντε εισαγωγή της βιβλιοθήκης και είστε έτοιμοι.
# 4. Αισθητήρας υπερήχων (Ultrasonic Sound Sensor)
Προκειμένου να μπορέσει το ρομποτικό όχημα να κινηθεί αυτόνομα στο χώρο, θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ένα αισθητήρα υπέρηχων (Ultrasonic Distance Sensor) για τον υπολογισμό της απόστασης του οχήματος από τα πιθανά εμπόδια. Οι αισθητήρες υπερήχων λειτουργούν με την ίδια αρχή που λειτουργούν τα ραντάρ και τα σόναρ. Εκτιμούν την απόσταση ενός στόχου λαμβάνοντας υπόψη τους την αντανάκλαση ενός ραδιοκύματος ή ενός ηχητικού σήματος πάνω στο στόχο. Μεταδίδουν υψηλής συχνότητας κύματα και χρησιμοποιώντας το επιστρεφόμενο σήμα καθορίζουν την απόσταση ή ακόμα και την ταχύτητα του στόχου. Για να το επιτύχουν αυτό χρησιμοποιούν τον χρόνο που έκανε το σήμα για να καλύψει την απόσταση από τον αισθητήρα στο αντικείμενο και πίσω.
# 5. Σερβοκινητήρας 9g
Τα servo είναι ουσιαστικά κινητήρες DC (συνεχούς ρεύματος) με ενσωματωμένους μειωτήρες, ένα τσιπ ελέγχου και ένα ποτενσιόμετρο με δυνατότητα περιστροφής από 0 μέχρι 180 μοίρες. Έτσι μπορούμε να του ορίσουμε την γωνία που επιθυμούμε κάθε φορά. Χρησιμοποιούνται σε ρομποτικούς βραχίονες, για τη σάρωση του χώρου με αισθητήρες, ως κινητήρες τροχών (χρειάζονται servo συνεχούς περιστροφής) κ.α.
Κάθε servo έχει τρεις επαφές για σύνδεση:
- Γείωση (GND), μαύρο καλώδιο ή καφέ
- Θετική (VCC), κόκκινο καλώδιο τυπικά από 4.8V-6.0V
- Ελέγχου (PWM), κίτρινο καλώδιο, σήμα ελέγχου για τον καθορισμό θέσης
Στο συγκεκριμένο project θα χρησιμοποιήσουμε ένα σερβοκινητήρα 9gr (9 γραμμαρίων) με πλαστικά γρανάζια προκειμένου να τοποθετήσουμε πάνω του τον αισθητήρα υπερήχων. Έτσι όταν το ρομποτικό όχημα συναντά κάποιο εμπόδιο θα έχει τη δυνατότητα να σαρώνει το χώρο δεξιά ή/και αριστερά και στη συνέχεια να αποφασίζει ποια κατεύθυνση θα ακολουθήσει.
# 6. Μονάδα Bluetooth
Για μπορέσουμε να τηλεκατευθύνουμε το ρομποτικό όχημα μέσω μιας εφαρμογής που θα δημιουργήσουμε με τη βοήθεια του MIT App Inventor, θα χρειαστούμε μια μονάδα Bluetooth κατάλληλη για το Arduino Uno. Η μονάδα HC06 αναλαμβάνει την σειριακή επικοινωνία του οχήματος με τη φορητή συσκευή χωρίς να χρειάζονται καλώδια. Παρέχει:
- Ενσωματωμένη κεραία
- Ταχύτητα μετάδοσης 9600 bps
- Μέγιστη εμβέλεια 9-10μ
- Bluetooth έκδοση: V2.0+EDR
- Εύκολο προγραμμτισμό μέσω των pins 0->RX και 1->ΤΧ του Arduino
# 7. Μπαταρίες
Για την τροφοδοσία του οχήματος μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε επαναφορτιζόμενες μπαταρίες που κυκλοφορούν στο εμπόριο. Θα χρειαστούμε από 4 έως 6 μπαταρίες για ένα όχημα με 2 κινητήρες. Οι μπαταρίες αυτές παρέχουν 1,2v με τεχνολογία Νικελίου-Μετάλλου (Ni-Mh) ή Ιόντων Λιθίου (Li-ion) και έχουν ικανοποιητική διάρκεια ζωής. Πρέπει να αποδίδουν τουλάχιστον 2500mAh και να είναι κατά προτίμηση ιόντων λιθίου.
Σε αυτό το project θα τοποθετήσουμε μια υψηλής χωρητικότητας μπαταρία πολυμερών ιόντων λιθίου Li-Po 7,4V η οποία έχει αρκετά πλεονεκτήματα. Συγκεκριμένα έχει πολύ χαμηλό βάρος, μικρό πάχος-προφίλ ορισμένων χιλιοστών, ανθεκτικότητα στην υπερφόρτιση με μικρό κίνδυνο διαρροής χημικών και πολύ μικρούς χρόνους φόρτισης (30-40 λεπτά).
Μπαταρία 7.4 V πολυμερών ιόντων λιθίου
# 8. Καλώδια σύνδεσης
Θα χρειαστούμε καλώδια για να συνδέσουμε το Arduino με τα μοτέρ, τους αισθητήρες, το σερβομοτέρ, τη μονάδα του Bluetooth και το διακοπτάκι που θα ενεργοποιεί το ρομποτικό όχημα. Το κιτ του Arduino περιέχει αρκετά καλώδια και διαφόρων ειδών που θα μας δώσουν τη δυνατότητα να συνδέσουμε σχεδόν όλα τα μέρη. Ορισμένα χρειάζεται να κοπούν και να κολληθούν με ένα ηλεκτρικό κολλητήρι ( τα καλώδια του διακόπτη και τα καλώδια που αντιστοιχούν στα Pins 0 και 1 για τη σύνδεση του Bluetooth.)
# 9. Διάφορα εργαλεία
Θα χρειαστούμε ένα ηλεκτρικό κολλητήρι για να συνδέσουμε το διακοπτάκι λειτουργίας του ρομποτικού οχήματος καθώς και τα Pins 0 & Pin 1 για τη μονάδα του Bluetooth που βρίσκονται στην ασπίδα. Ένα πολύμετρο είναι πάντα χρήσιμο για να μετράμε τις μπαταρίες αλλά και τις αντιστάσεις.
Εργαστήριο Ρομποτικής με Arduino 
