Как превратить плату Arduino в беспроводного робота
О компании UCTRONICS. Материал подготовила команда UCTRONICS — крупного поставщика компонентов для Arduino и Raspberry Pi и производителя наборов для STEM-обучения. Вдохновившись платой Arducam IoTai — платой на ESP32 в форм-факторе Arduino UNO с памятью PSRAM, — в UCTRONICS собрали нового беспроводного робота с камерой.
Роботы на Raspberry Pi и Arduino UNO
У человека есть мозг, у робота — микроконтроллер. Raspberry Pi и Arduino служат «мозгом» электроники и входят в число самых популярных управляющих плат для любительских проектов по робототехнике.
UCTRONICS поставляет электронные компоненты и уже выпустила серию умных роботов на этих двух платформах.
- UCTRONICS K0069 — робот на Arduino с приводом 2WD, который автоматически объезжает препятствия.
- UCTRONICS K0070 — робот на Arduino с приводом 2WD и управлением по Bluetooth, доработанная версия K0069.
- UCTRONICS K0071 — робот на Arduino с приводом 4WD, Wi-Fi и камерой.
- UCTRONICS K0072 — робот на Arduino с приводом 4WD, умеющий ездить по линии; построен на основе K0070.
- UCTRONICS K0073 — робот на Raspberry Pi с приводом 4WD и модулем камеры, умеет объезжать препятствия и ездить по линии.
Недавно, под впечатлением от Arducam, в UCTRONICS выбрали новое направление — ESP32.
Плюсы и минусы платы камеры на ESP32
Прежде чем переходить на новую платформу, нужно оценить, насколько это реально. Поэтому сначала стоит разобрать плюсы и минусы платы ESP32.
Плюсы
ESP32 — мощный и компактный чип. При скромных размерах модуль поддерживает Wi-Fi и Bluetooth. Эти встроенные функции дают большое преимущество перед классическими платами UNO, которым для беспроводной связи нужны дополнительные платы расширения. Плата UNO с двумя такими платами получается намного громоздче компактного модуля ESP32.
Минусы
Для работы с ESP32 могут понадобиться навыки программирования выше среднего. Сила Arduino — в огромной экосистеме и простоте: для платформы есть множество плат расширения под любые задачи, например шилд-мультиплексор SPI-камер от Arducam. Новичку освоить ESP32 сложнее, чем платформу Arduino.
От IoT-камеры к программируемой игрушке
В 2019 году в ESP32 официально появилась поддержка параллельных камер, и для производителей роботов это хорошая новость. В UCTRONICS любят делать роботов со зрением, так что камера для них — ключевой узел. На робота с Arduino компания ставила USB-камеру, на робота с Raspberry Pi — камеру MIPI, но встроенная поддержка камер в ESP32 открывает куда больше возможностей.
Затем Arducam выпустила плату Arducam IoTai — отладочную плату на ESP32 в форм-факторе Arduino UNO. Размеры и распиновка у неё те же, что у UNO, поэтому прежние платы расширения с ней совместимы. Изначально плату задумывали для IoT-приложений, которым нужна беспроводная связь по Wi-Fi или Bluetooth, — особенно для съёмки и потоковой передачи изображений и видео.
Для UCTRONICS это стало толчком: возможности Arducam IoTai точно совпали с тем, чего компания ждала от своих роботов. Кроме того, встроенная поддержка параллельных камер, например OV2640, окончательно убедила взять эту платформу для следующего робота — более мощного и при этом более компактного.
С этой идеей в UCTRONICS начали строить нового робота на Arducam IoTai. Распиновка та же, поэтому прототип собрали быстро: компоненты, которые уже работали на платформе Arduino, без труда заработали и на новой плате.
Новая плата на ESP32 решает многие проблемы, о которых писали покупатели, — прежде всего с простотой использования и сборки. Чтобы плата на базе Arduino UNO работала с камерой или беспроводной связью, нужно много плат расширения, а значит, больше шагов и сложностей при сборке робота. К тому же чем больше плат расширения на роботе, тем он громоздче.
ESP32 со встроенными Wi-Fi и Bluetooth экономит много места, и робот получился намного меньше. После небольшой доработки с новым роботом можно работать так же, как с классическими роботами на Arduino: загружать скетчи на плату из Arduino IDE или программировать робота в графической среде, просто перетаскивая блоки.
Ещё одно преимущество — камера. Добавить её к роботу теперь проще простого, а «зрение» обходится заметно дешевле. Компактных роботов с камерой на рынке пока немного, и те, что продаются, не слишком выгодны по цене. Новое решение делает продукт UCTRONICS конкурентоспособнее.
UCBot: больше чем машинка-робот
Сделать машинку-робота несложно — по мнению UCTRONICS, свою версию легко выпустит любой производитель игрушек. Куда сложнее сделать робота достаточно умного и полезного для обучения, чтобы он постоянно подталкивал пользователя к тому, что лежит за пределами самой игры. На новой платформе UCBot — больше чем машинка: это компактный, но мощный автономный робот со зрением. Им можно управлять вручную, включать готовые автоматические режимы или программировать его.
UCBot поддерживает простое визуальное программирование на основе Scratch — перетаскиванием блоков на компьютере и мобильных устройствах. Помимо Arduino IDE и ESP-IDF, UCBot поддерживает и самый популярный сегодня способ программирования: чтобы дать роботу набор команд для конкретной задачи, не нужно писать ни строчки кода — достаточно перетащить блоки с нужными функциями. Это естественный способ познакомиться с информатикой, особенно для детей и школьников. Кроме того, программировать можно когда угодно и где угодно — с телефона или планшета. Так программирование становится частью повседневной жизни, а не временем, проведённым за настольным компьютером.
У UCBot есть зрение, и с ним можно исследовать мир. Существо без зрения не назовёшь по-настоящему умным, а UCBot видит мир через камеру 2 Мп. Управляйте роботом из приложения на телефоне и смотрите на мир его глазами — это ново и увлекательно. Можно также снимать фото и видео — для наблюдения или чтобы поймать момент движения.
UCBot — умный автономный робот со встроенным «интеллектом». Кроме ручного управления в фирменном приложении, робот поддерживает несколько автоматических режимов. Он может следовать за объектом перед собой или объезжать его — и ездить, не натыкаясь на препятствия. Ещё один режим автономного движения — езда по чёрной линии: нарисуйте маршрут, и робот проедет по нему.
Кроме того, UCBot — развлекательный музыкальный инструмент, светящееся пианино. С помощью зуммера и приложения на телефоне можно играть на клавишах в интерфейсе приложения, а робот будет воспроизводить мелодию. В памяти есть готовые песни — их запускают одним нажатием. Настраиваемая подсветка превращает игру в сочетание звука и света.
