Робот с пульта: танковая схема на двух моторах

Первый пультовый робот я собрал по автомобильной схеме: два ведущих колеса на задней оси и поворотная опора спереди. Схема прожила ровно один вечер — на паркете поворотная опора проскальзывала, на ковре закапывалась, и робот вместо поворота изображал стояние с жужжанием. Хватает ли вам этого описания, чтобы больше не связываться с рулём? Мне хватило: следующая платформа встала на два независимых мотора, и руль исчез как класс — направление теперь складывается из разности оборотов двух каналов, как у танка или гусеничного экскаватора.

Раздел уже собирал пультовую машину в уроке про робота и L298N: там расчёты ENA и ENB, стоп по millis-таймауту с последнего кадра и раздельное питание. Здесь я забираю из того урока готовый каркас и меняю раскладку на танковую: оба канала равноправны, каждый задаётся парой IN1/IN2 для направления и ШИМ для скорости. Сам драйвер по выводам и реверсу разобран в уроке про L298N и ШИМ, а если моста под рукой нет, для первого заезда хватит транзисторного ключа без реверса — робот будет ездить только вперёд, зато завтра, а не когда придёт посылка.

План урока: раскладка кнопок по двум каналам и таблица движений, ток моторов против потолка USB — грабля, которая валит больше роботов, чем кривой код, авто-повтор пульта и дёрганье, которое он вызывает, и симулятор одного канала с честным логом команд. Одно мнение вынесу вперёд: на два мотора я ставлю TB6612FNG, а L298N оставляю для стендов, и ниже объясню это цифрами, а не брендами.

Механика умещается в четыре строки. Вперёд — оба канала крутятся вперёд с одинаковой скоростью. Пятимся — оба назад. Поворот на месте — левый канал реверсирует, правый тянет вперёд, и робот вертится почти вокруг своей оси, на что рулевая схема не способна в принципе. Плавная дуга — оба вперёд, но левому ШИМ 120, правому 200. Всё разнообразие манёвров — это комбинация двух чисел на канал: направления и заполнения ШИМ. Именно поэтому танковая схема дружит с пультом: пять кнопок закрывают все движения без единого серво.

У L298N каждый канал — это пара входов направления и вход разрешения: IN1/IN2 задают полярность моста, ENA принимает ШИМ. IN1=HIGH и IN2=LOW — мотор крутится в одну сторону, инверсия пары — в другую, оба LOW — свободный выбег, и это лучший «нейтраль» для стопа. Числа по току: жёлтые TT-моторредукторы 3–6 В под нагрузкой едят 200–700 мА на канал, заклинивший мотор — за ампер. Теперь потолок USB: порт отдаёт 500 мА на всё, включая плату. Два мотора под нагрузкой плюс Arduino — и защита провода либо урезает ток, либо просадка валит питание: плата перезагружается ровно в момент разворота, когда ток пиковый. Робот кормится от батарейного отсека на 4–6 батареек AA, моторная часть сидит на отсеке, логика — через стабилизатор, земля общая.

Про выбор моста честно: L298N — биполярная классика, и на своих транзисторах он сжигает порядка двух вольт — с шести вольт отсека мотор получает четыре. TB6612FNG на полевых ключах роняет доли вольта, держит 1,2 А на канал непрерывно и стоит сравнимых денег; минус — он капризнее к подключению и не переживёт 15 вольт, которые L298N глотает от 35 В. Если у вас моторы до 12 В и хочется запаса по току на дёшево — L298N оправдан; для батарейного робота на TT-моторчиках мой выбор сделан, и переплачивать за просадку не хочется.

Питание я теперь развожу так, и оно пережило четыре платформы. Отсек на четыре батареи AA — шесть вольт, минус два вольта просадки L298N — моторам достаются честные четыре, на которые они и рассчитаны. Джампер 5V на модуле снимается и выбрасывается: он включает бортовой стабилизатор модуля, которому при шести вольтах входа не хватает на честную работу, и логика модуля начинает питаться от батареи напрямую. Плата кормится от того же отсека через её собственный стабилизатор или от повербанка отдельным хвостом — главное, что земля у моторной и логической половины общая, иначе ШИМ-помехи от моторов читаются приёмником как команды. Три провода земли — дешевле одной пропавшей вечерности.

Пульт не умеет молчать: пока кнопку держат, он стреляет repeat-кадрами каждые 110 миллисекунд. Во втором поколении библиотеки это было волшебное слово 0xFFFFFFFF, в четвёртой — флаг IRDATA_FLAGS_IS_REPEAT, но суть та же: обработчик loop получает «вперёд» не один раз, а десять в секунду. Для команды «задать ШИМ и направление» повтор безвреден — команда идемпотентна, десять одинаковых приказов меняют ничего. Дёрганье начинается, когда внутри ветки живёт состояние: вспышка индикатора, счётчик кадров, toggle-логика или перезапуск скорости с паузой. Мой первый дёргающийся робот гасил и зажигал ШИМ на каждом кадре — выглядело как нервный тик, лечилось одной строкой.

Лечение: в самом верху ветки decode отсечь повторы условием по флагу — и кнопки-движения перестают зависеть от того, как долго вы держите палец. Удержание при желании превращается в фичу: пока летят повторы, повышайте скорость шагом за кадр — получится плавный разгон без единого таймера. Как устроен кадр повтора на уровне эфира, разобрано в уроке про repeat-кадры, а весь спектр фильтров — гашение, millis-окно, качель из удержания — в уроке про repeat-фильтр; здесь я беру из них минимальный флаг и еду дальше. Если же робот и с фильтром чешет куда-то не туда — вернитесь к чтению кодов кнопок и сверьте константы: чужие номера команд — вторая по частоте причина «самодельного интеллекта».

Симулятор честно показывает половину картины: один канал, одна кнопка хода, скорость как число от 0 до 255. Вторая половина живёт на настоящей плате: правый канал подключается зеркально и получает те же команды, разворот на месте рождается из инверсии одной пары IN-входов, а реверс требует полноценного моста — моторчик симулятора пятиться не умеет, но печатает в лог, какой приказ ушёл бы в правую гусеницу. Стартовую скорость я держу на 170 из 255: ниже TT-моторчики на ковре трогаются рывком, выше — робот успевает доехать до стены быстрее, чем вы находите кнопку стопа. Финальную калибровку делайте на полу, а не в воздухе: висящий в воздухе мотор ест меньше тока и прощает то, что под нагрузкой прощать перестаёт.

Про нижний порог скорости — число, которого нет в даташитах. Мои TT-моторчики на ковре перестают трогаться ниже 90–100 из 255: ШИМ подаётся, ток течёт, ротор дрожит, а колёса стоят — мотор работает обогревателем. Плавная дуга в танковой схеме живёт не от нуля, а от этого порога: левому каналу я задаю не 60, а порог плюс треть разницы — примерно 130 против 170 правого. Если хотите точнее, найдите порог своего покрытия один раз на калибровочном заезде: командуйте ШИМ ступенями по десять и слушайте, где дрожь превращается в ход.

И последнее, что стоит проверить до первого заезда: поведение при пропаже связи. Пульт сдох на середине комнаты — робот продолжает выполнять последний приказ, и танковая схема, в отличие от машинки с серво, честно поедет в стену. Лекарство из урока про робота на L298N переносится без изменений: millis-таймаут с последнего принятого кадра, после 300–500 мс тишины — стоп. Двадцать байт кода, которые однажды спасут бампер.