УЧИТЕЛЬ ТЕХНОЛОГИИ

13 апреля 2026 г.

5Кл. ПАРАГРАФ. Электронные устройства: электродвигатель и контроллер. Практическая работа «Подключение мотора к контроллеру, управление вращением». Алгоритмы. Роботы как исполнители. Практическая работа «Сборка модели робота, программирование мотора»

Электродвигатель и контроллер — основа любого мобильного робота. Если микроконтроллер — это «мозг» робота, то двигатели и драйверы — его «мышцы». Понимание того, как работают эти устройства и как ими управлять с помощью алгоритмов, является ключевым навыком в робототехнике.

1. Электронные устройства: электродвигатель и контроллер

1.1. Электродвигатель постоянного тока (коллекторный)

Электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую (вращение вала). В учебной робототехнике наиболее распространены коллекторные двигатели постоянного тока -1.

Принцип действия: При подаче напряжения на обмотки ротора возникает магнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянных магнитов статора, заставляя ротор вращаться. Коллектор (щёточно-ламельный узел) переключает ток в обмотках в нужный момент, обеспечивая непрерывное вращение -1.

Характеристики коллекторного двигателя:

Скорость вращения пропорциональна приложенному напряжению.
Ток (и, соответственно, момент на валу) пропорционален нагрузке.
Просты в управлении: для запуска достаточно подать напряжение -1.

Недостатки: малый момент на низких скоростях, электромагнитные помехи, ограниченный ресурс щёток -1.

1.2. Контроллер (драйвер) двигателя

Микроконтроллер (Arduino, ESP32) не может напрямую питать двигатель — его выходы дают слишком маленький ток (до 40 мА). Для управления двигателем нужен драйвер или контроллер — устройство, которое получает слабые управляющие сигналы от микроконтроллера и подаёт на двигатель мощный ток от батареи -1.

Популярные драйверы: L298N, L293D, TB6612FNG.

Принципы управления (ШИМ — широтно-импульсная модуляция):

Для регулировки скорости вращения двигателя используется метод ШИМ. Суть метода: напряжение на двигатель подаётся не постоянно, а короткими импульсами. Чем больше длительность импульса относительно паузы, тем выше среднее напряжение и тем быстрее вращается двигатель -1.

2. Практическая работа «Подключение мотора к контроллеру, управление вращением»

Цель работы: научиться подключать двигатель к микроконтроллеру через драйвер и программировать его вращение в разных режимах.

Необходимые компоненты:

Микроконтроллер (Arduino Uno/Nano)
Драйвер моторов (L298N или аналогичный)
1–2 коллекторных двигателя постоянного тока (DC-мотора) с колёсами
Аккумуляторная батарея (6–12 В)
Соединительные провода, макетная плата

2.1. Схема подключения (один двигатель через драйвер L298N)

Драйвер L298N	Подключение
VCC (12V)	+ аккумулятора (6–12 В)
GND	– аккумулятора и GND Arduino
5V (опционально)	5V Arduino (для питания логики)
ENA (Enable A)	ШИМ-пин Arduino (например, 5) — управление скоростью
IN1, IN2	Цифровые пины Arduino (например, 6, 7) — управление направлением
OUT1, OUT2	К двигателю

2.2. Управление вращением

Управление коллекторным двигателем через драйвер L298N требует подачи сигналов на три пина -8:

Режим	ENA (ШИМ)	IN1	IN2
Вперёд	255	HIGH	LOW
Назад	255	LOW	HIGH
Стоп	255	LOW	LOW
Тормоз	0	любое	любое
Регулировка скорости	0–255	(как выше)	(как выше)

Пример программы:

// Определение пинов
const int enA = 5;   // ШИМ-управление скоростью
const int in1 = 6;   // Направление 1
const int in2 = 7;   // Направление 2

void setup() {
  pinMode(enA, OUTPUT);
  pinMode(in1, OUTPUT);
  pinMode(in2, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Вращение вперёд на полной скорости (1 секунда)
  digitalWrite(in1, HIGH);
  digitalWrite(in2, LOW);
  analogWrite(enA, 255);
  delay(1000);
  
  // Остановка (0.5 секунды)
  digitalWrite(in1, LOW);
  digitalWrite(in2, LOW);
  delay(500);
  
  // Вращение назад на половинной скорости (1 секунда)
  digitalWrite(in1, LOW);
  digitalWrite(in2, HIGH);
  analogWrite(enA, 128);
  delay(1000);
  
  // Остановка
  digitalWrite(in1, LOW);
  digitalWrite(in2, LOW);
  delay(500);
}

3. Алгоритмы. Роботы как исполнители

3.1. Алгоритм и его свойства

Алгоритм — это точная последовательность действий, которые должен выполнить исполнитель для достижения поставленной цели. Алгоритмы обладают свойствами:

Дискретность — разбиение на отдельные шаги (команды).
Понятность — все команды должны входить в систему команд исполнителя.
Результативность — алгоритм должен приводить к нужному результату.
Массовость — алгоритм должен работать для всех допустимых исходных данных -7.

3.2. Робот как формальный исполнитель

Робот в программировании — это формальный исполнитель, который не вникает в смысл команд, а просто выполняет их строго по порядку. У любого исполнителя есть система команд (СКИ) — набор команд, которые он понимает и может выполнить -3.

Пример системы команд учебного робота:

вверх, вниз, влево, вправо — перемещение на одну клетку.
закрасить — закрасить текущую клетку -3.
Управление моторами: двигаться_вперёд(скорость), повернуть_налево(), остановиться().

3.3. Алгоритмические структуры управления роботом

Структура	Описание	Пример для робота
Следование	Команды выполняются последовательно одна за другой	`moveForward(1000); turnLeft(); moveForward(1000);`
Ветвление	Выбор действий в зависимости от условия	`if (distance < 20) { stopRobot(); } else { moveForward(); }`
Цикл	Многократное повторение действий	`for (int i = 0; i < 4; i++) { moveForward(1000); turnLeft(90); }`

4. Практическая работа «Сборка модели робота, программирование мотора»

Цель работы: собрать двухколёсного робота на дифференциальном приводе и запрограммировать его базовые движения (вперёд, назад, повороты, остановка).

Необходимые компоненты:

Микроконтроллер (Arduino Uno/Nano или ESP32)
Драйвер моторов (L298N)
2 DC-мотора с колёсами
Аккумуляторная батарея
Корпус или платформа (шасси)
Соединительные провода, макетная плата

4.1. Этапы выполнения

№	Этап	Содержание работы	Результат
1	Сборка шасси	Закрепить моторы на платформе, установить колёса	Механическая база
2	Подключение электроники	Подключить драйвер к моторам, микроконтроллеру и батарее согласно схеме	Электрическая схема
3	Тестирование моторов	Написать программу для проверки каждого мотора отдельно	Работоспособность моторов
4	Создание функций движений	Написать функции `forward()`, `backward()`, `turnLeft()`, `turnRight()`, `stop()`	Библиотека движений
5	Программирование базового маршрута	Написать программу для движения по квадрату (4 раза: вперёд → поворот налево)	Готовая программа
6	Отладка	Проверить работу, скорректировать параметры (скорость, время поворота)	Работоспособный робот

4.2. Пример программы для движения по квадрату

// Определение пинов (на примере L298N)
const int enA = 5;   // ШИМ правых моторов
const int enB = 6;   // ШИМ левых моторов
const int in1 = 7;   // Правое колесо направление 1
const int in2 = 8;   // Правое колесо направление 2
const int in3 = 9;   // Левое колесо направление 1
const int in4 = 10;  // Левое колесо направление 2

void setup() {
  // Настройка пинов на выход
  pinMode(enA, OUTPUT);
  pinMode(enB, OUTPUT);
  pinMode(in1, OUTPUT);
  pinMode(in2, OUTPUT);
  pinMode(in3, OUTPUT);
  pinMode(in4, OUTPUT);
}

void forward(int duration) {
  digitalWrite(in1, HIGH);
  digitalWrite(in2, LOW);
  digitalWrite(in3, HIGH);
  digitalWrite(in4, LOW);
  analogWrite(enA, 200);  // скорость правых
  analogWrite(enB, 200);  // скорость левых
  delay(duration);
  stop();
}

void turnLeft(int duration) {
  digitalWrite(in1, HIGH);
  digitalWrite(in2, LOW);
  digitalWrite(in3, LOW);
  digitalWrite(in4, HIGH);
  analogWrite(enA, 150);
  analogWrite(enB, 150);
  delay(duration);
  stop();
}

void stop() {
  digitalWrite(in1, LOW);
  digitalWrite(in2, LOW);
  digitalWrite(in3, LOW);
  digitalWrite(in4, LOW);
}

void loop() {
  for (int i = 0; i < 4; i++) {  // цикл для 4 сторон квадрата
    forward(1000);   // движение вперёд 1 секунду
    turnLeft(500);   // поворот налево 0.5 секунды
  }
  delay(2000);       // пауза перед повторением
}

Вывод: Электродвигатель и контроллер являются основой для создания мобильных роботов. Управление скоростью и направлением вращения двигателя осуществляется с помощью ШИМ-сигналов через драйвер. Алгоритмы управления роботами строятся на трёх базовых структурах — следовании, ветвлении и цикле, — а сам робот выступает как формальный исполнитель этих алгоритмов. Выполнение практической работы по сборке модели робота и программированию мотора формирует ключевые навыки, необходимые для дальнейшего изучения робототехники и создания автономных систем.