Я — программист, увлёкся электроникой несколько месяцев назад и недавно открыл для себя робототехнику. Это область оказалась настолько интересной, что я просто не мог удержаться, и решил сделать что-нибудь, что хотя бы с натяжкой можно было бы назвать роботом. После долгих размышлений выбор пал на шестиногого «паучка».

Вдохновила меня на это дело вот эта заметка /projects/250.html о роботах Pololu robotics & electronics, спасибо Zoltberg’у за подсказку.
Для первого раза решил сильно не заморачиваться с самодельной платой с МК, и решил использовать свой экземпляр CraftDuino — с её помощью сделать прототип куда проще, ноги сделать из скрепок, как в статье, а шасси — из поликапролактона (ПКЛ).

Итак, я начал с платформы — сделал лист из ПКЛ толщиной миллиметра в три, шириной с плату CraftDuino, а длину подобрал так, чтобы кроме платы поместились ещё три сервопривода:

Потом прикрутил плату:

и сервоприводы

В версии Pololu ноги были прикреплены прямо к качалкам сервоприводов. Я решил, что резкие нагрузки в неродной сервам плоскости излишни, и приделал стержни из ПКЛ для крепежа примитивной механической передачи:

Передача в сборе:

Ноги сделал отдельно, чтобы прикрепить их позднее:

Насадил передачи на стержни и валы сервоприводов, откалибровав последние опытным путём: выставил им такие углы, при которых качалки боковых серв параллельны «бортам» платформы, а качалка нижней сервы — самой платформе:

После «приваривания» ног получился такой агрегат:

Но какой же я новичок в робототехнике, если не сделаю хоть одну ошибку? И я таки как минимум одну сделал! Получившийся монстр прилично кренился вперёд, раскачивался, из-за чего довольно медленно шёл. Тогда я решил переделать конструкцию: открутил плату, обрезал лишнюю часть платформы:

… и разместил плату снизу:

Для удобного подключения серв и экспериментов у меня были припасены три шнурка с кондёрами на 100 мкф:

Разъёмы питания серв я объединил в «гребёнку», а управляющие линии левой, средней и правой серв повесил на 8, 10 и 12 пины CraftDuino соответственно:

Как видно, конструкция довольно тривиальна. Посмотрим-ка теперь код (:

#include <Servo.h>


// Функция определения знака целого числа, понадобится ниже. Возвращает -1, 0 или 1
int sign(int value)
{
  return (value < 0 ? -1 : (value > 0 ? 1 : 0));
}

/* "ПараНог" :D
 * Конструктивно это одна нога, но я решил быть дотошным
 */
struct LegPair
{
  Servo servo; // каждой паре ног - по серве
  int neutral, offset; // это углы нейтрального положения и поворота (смещения) при ходьбе

  LegPair(): neutral(90), offset(15) // задаём значения по умолчанию
  {
  }

  // Конфигурация: цепляемся к пину, устанавливаем "нейтралку" и угол поворота
  void configure(int pin, int neutral_angle = 90, int offset_angle = 15)
  {
    /* Здесь 700 и 2800 - длины управляющих импульсов, которые
     * для моих серв соответствуют углам 0 и 180 радусов
     */
    servo.attach(pin, 700, 2800);
    neutral = neutral_angle;
    offset = offset_angle;
  }

  /* Поворот пары относительно нейтрального положения в заданном направлении
   * на заданный при конфигурации угол
   */
  void turn(int direction)
  {
    servo.write(neutral + offset * sign(direction));
  }
};

// Уберсложный класс робота
struct Hexapod
{
  LegPair left, middle, right; // три пары ног, так ведь?

  // "Подсоединение" робота к пинам для левой, средней и правой пар ног
  void connect(int left_pin, int middle_pin, int right_pin)
  {
    /* Вот тут поточнее настраиваем сервы: смотрим, при каких значениях "нейтральных" углов
     * ноги стоят ровно (для этого ниже предусмотрена калибровка). Углы поворота настраиваем так,
     * чтобы средняя пара ног не мешала при ходьбе боковым. Выше я задал по умолчанию 15 градусов,
     * а левой и правой парам зададим 20 - шире шаг, не мешкаемся!
     */
    left.configure(left_pin, 95, 20);
    middle.configure(middle_pin, 93);
    right.configure(right_pin, 90, 20);
  }

  // А этим методом мы можем за один вызов позиционировать все ноги
  void turn(int left_dir, int middle_dir, int right_dir)
  {
    enum { COMMAND_QUANTS = 10 }; // сколько раз отдавать команду поворота паре ног

    /* Чтобы сервы силой держали заданный угол, им нужно постоянно давать команды.
     * Сделаем это  раз, в данном случае - 10 раз.
     */
    for (int i = 0; i < COMMAND_QUANTS; ++i)
    {
      left.turn(left_dir);
      middle.turn(middle_dir);
      right.turn(right_dir);

      /* Рекомендуемая задержка между командами для серв. С учётом текущего
       * значения COMMAND_QUANTS, суммарная длительность turn() составит 0.2 секунды.
       */
      delay(20); 
    }
  }
};


Hexapod robot; // одного экземпляра нам хватит, пожалуй


void setup()
{
  robot.connect(8, 10, 12); // вот так легко подключить единожды сконфигурированного робота
}

//#define CALIBRATE // раскомментировать для калибровки

void loop()
{
#ifdef CALIBRATE
  robot.turn(0, 0, 0); // ставим на нейтралку, вот и вся калибровка
#else
  // А вот и сверхсложный алгоритм ходьбы (:
  // Пары ног: левая  средняя  правая
  robot.turn(  -1,    1,       -1);   // боковые по часовой стрелке, среднюю правой стороной вниз
  robot.turn(  1,     1,        1);   // боковые против часовой стрелки, среднюю не трогаем
  robot.turn(  1,     -1,       1);   // боковые не трогаем, среднюю левой стороной вниз
  robot.turn(  -1,    -1,      -1);   // боковые по часовой стрелке, среднюю не трогаем
#endif
}

Ну, и под конец всего этого кошмара — соответствующее по духу демонстрационное видео.

Часть 1. Попытка побега

Часть 2. Беглец задержан

P.S. «А где мобильность?» — спросите вы. Ответ прост — аккума не нашлось. Есть две свинцовые бандуры весом по пять кило, но этот робот слишком хил для них (: