Майк Предко. Устройства управления роботами: схемотехника и программирование

Майк Предко. Устройства управления роботами: схемотехника и программирование

Введение

Каждый год накануне Хэллоуина показывают очередной специальный выпуск известного мультсериала «Симпсоны» – нечто среднее между фильмом ужасов и научной фантастикой. В одном из моих любимых эпизодов мистер Берне, руководитель атомной станции, хочет построить робота, чтобы заменить им своих ленивых сотрудников. Единственная вещь, которой он не учитывает в своем проекте, – это управляющее устройство, контроллер. Самое простое решение заключается в том, чтобы использовать мозг Гомера Симпсона. Но тот имеет свое собственное представление о жизни и работе. Разочаровавшись в своем проекте Идеального Работника, мистер Бернс вынимает мозг Гомера из машины.

Хотя описанный эпизод кажется не слишком подходящим для серьезного введения в программирование контроллеров для управления роботами, он хорошо иллюстрирует один момент, который я часто наблюдал, общаясь с настоящими разработчиками автоматических устройств. Многие из них и в самом деле уделяют не слишком много внимания разработке контроллера, а сосредотачивают свои усилия на проектировании механических частей, датчиков и двигателей. Работая над книгой, я обнаружил, что многие прекрасные проекты так и не нашли применения из-за того, что их разработчики не продумали работу управляющего устройства или не обеспечили возможность его модернизации.

Цель моей книги, как и всех остальных книг серии «Основы робототехники» (Robot DNA), заключается в том, чтобы снабдить проектировщика практическими методиками и надлежащим инструментом, которые смогут гарантировать работоспособность проектируемого автоматического устройства и облегчат его модификацию и модернизацию. Я считаю, что блок управления (контроллер) является важной частью любого автоматического устройства – по крайней мере, не менее важной, чем все другие его подсистемы, – и что проектировщик должен вспомнить о контроллере в самом начале своего проекта, еще до того, как тот примет свои окончательные очертания.

В данной книге я познакомлю вас с тем, как программируются контроллеры для управления подвижными механизмами – роботами. При этом будет рассмотрена совместная работа всех подсистем: входных датчиков, выходных устройств, блоков управления и периферийного оборудования связующим звеном (как говорят, интерфейсом) между которыми служит микроконтроллер. Познакомившись с функциями, выполняемыми всеми этими подсистемами, мы выясним необходимые подробности техники программирования микроконтроллеров, позволяющие связать все эти функции воедино и создать программу высокого уровня для управления роботом.

Хотя большое количество роботов управляется с помощью компьютеров, специальных микропроцессорных устройств, нейронных сетей или простых световых датчиков, в данной книге упор делается на применение однокристальных микроконтроллеров. Это не означает, что приведенные здесь примеры не могут быть перенесены на другие аппаратные платформы; просто мне доставляет искреннее удовольствие использовать все преимущества именно этих устройств. К поразительной функциональности и легкости применения микроконтроллеров следует добавить удивительную устойчивость к ошибкам разработчиков, которая обеспечивается современными КМОП микросхемами. В это трудно поверить, но большинство схем, приведенных в книге, может быть собрано и проверено всего за несколько минут.

...