Профессиональный обзор робота Xiao-R XR-DS-UNO

Время чтения: 13 минут

Xiao-R XR-DS-UNO выпускается в нескольких конфигурациях под разные контроллеры. Стандартная версия робота — с платой Arduino UNO R3 (или её вариантом XR-UNO с китайским бутлоадером) и встроенной камерой «Robot-Eyes» 480P.

В комплект входят: 4 электромотора TT (6–12 В), шасси 4WD, плата драйвера (L298N), плата управления (XR-UNO или аналог), аккумулятор 7.4В 2200 мА·ч, FPV-камера, Wi-Fi/Bluetooth-модуль, один сервопривод, инфракрасный датчик линии и ультразвуковой датчик. Предусмотрены также «наборы сенсоров» и допопции (расширенные комплекты с множеством датчиков, металлические шасси и т. п.).

Цена 11–15 тыс. руб. за базовую версию. Более полные комплекты с дополнительными сенсорами или металлическим шасси стоят дороже.

Рассмотрим аппаратную часть робота Xiao-R XR-DS-UNO.

Шасси представляет собой 4WD-платформу из окрашенного пластика. Габариты робота — примерно 255×160×160 мм при массе ~850 г. Колёса пластиковые, посадочный диаметр ≈7–8 см, ходовые (ход колеса) — стандартные для подобных шасси.

Колёса закреплены на оси с редукторными моторчиками TT. Для крепления дополнительного оборудования (датчиков, камер) предусмотрены монтажные отверстия и стойки. Впереди обычно устанавливают панорамный сервопривод SG90 для вращения камеры или датчика. Снизу — бамперы по углам и опорные ролики. К качеству механики нет претензий: корпус жёсткий, комплектные колёса держат сцепление.

Основные электрические компоненты: 4 мини-редукторных DC-мотора TT, модуль драйвера L298N, литиевый аккумулятор 7.4 В 2200 мА·ч (2S) и плата управления. Моторы рассчитаны на 6–12 В. Номинальная скорость около 150–200 об/мин, крутящий момент до ~0.1-0.3 Nm. Максимальный ток «старта» одного мотора 1–1.2А при 12В.

Модуль L298N (PWR.ARD.D) обеспечивает двукратный H-мост: каждый канал способен выдавать до 2 А (номинал) и ~3 А кратковременно. На практике это означает, что два мотора одновременно при высоких нагрузках близки к пределу драйвера, и чип нагревается. L298N имеет встроенную защиту от перегрева (отключается ≈70 °C), но при токах >1А требует активного охлаждения. При длительном токе свыше ~1А эффективность падает, падает напряжение питания (несколько вольт) и выделяется много тепла.

Аккумулятор – обычно комплектный Li-ion 2S (7.4В, 2200 мА·ч). Он подключается к драйверной плате через DC-джек. По паспорту автономность – около 2 часов при средних нагрузках. Зарядка – штатное ЗУ 7.4В/1–2А со схемой защиты.

В «базе» стоит плата Arduino UNO R3 (или аналог XR-UNO R3). Эта плата предлагает весь стандарт: 14 цифровых I/O (из них 6 ШИМ), 6 аналоговых входов, интерфейсы UART, I2C и SPI. На ней можно «без переделок» заливать скетчи через USB или программировать в Arduino IDE. XR-UNO — фактически клон UNO с той же распиновкой.

Силовой модуль (driver board) служит «распределителем» питания и расширителем I/O. На нём: последовательный порт USB, разъёмы Trig/Echo для ультразвукового датчика, LED-индикатор питания, шестиканальный разъём для серво (по 5В на канал) и трёхканальный вход ИК-датчиков. То есть подключение периферии упрощено: ультразвук — «4 провода» (Trig, Echo, +5В, GND), ИК-датчики — к 3 каналам A0, A1, A2. Питание всей электроники идёт от батареи (7–12 В) через драйверную плату. UNO запитывается от 5В стабилизатора. Все контакты Arduino доступны на разъёмах — можно добавлять свои датчики или устройства (I2C, SPI и пр.).

Робот Xiao-R XR-DS-UNO оснащается 3-канальным ИК-датчиком для следования по линии и защиты от падения. Чувствительность регулируется подстроечниками. В базовой комплектации применяется ультразвуковой HC-SR04 (10–200 см) для обхода препятствий. FPV-камера 480P (640×480, MJPEG) подключается через Wi-Fi-модуль Robot-Link, обеспечивает поток 5–7 кадров/с с задержкой 2–3 с. Крепление на сервоприводе позволяет панорамирование. Беспроводные интерфейсы включают Wi-Fi 802.11 b/g/n (до 30 м устойчивой связи) и Bluetooth/BLE (10–20 м).

XR-DS-UNO ориентирован на Arduino-экосистему. Можно писать скетчи на Arduino C/C++ в официальной IDE или любом редакторе. Платформа также поддерживает XR-Block (Scratch 3.0) – графический конструктор, где программы составляются из блоков. Это позволяет быстро прототипировать задачи «без текста»: в примерах представлены сценарии line-following, obstacle-avoidance и простые сервоприводные треки.

Особенности прошивки: на XR-UNO устанавливается специальный бутлоадер, совместимый с XR-Block. При обновлении («микропрограммы») обычно заливается Arduino-скетч через USB. Модуль камеры и Wi-Fi («Robot-Link») использует отдельное ПО на базе OpenWRT. В большинстве случаев обновление нужно лишь для исправления багов, для пользователя достаточно актуализировать лишь Arduino-код и настройки модуля (IP-адрес, SSID).

Управление моторами через L298N (Arduino C++). Типовая схема: контроллер XR-UNO подаёт ШИМ на входы ENA/ENB драйвера и устанавливает логику направления через IN1/IN2, IN3/IN4. Например, для двух моторов можно сделать так:

const int in1 = 8, in2 = 9, enA = 5;
const int in3 = 10, in4 = 11, enB = 6;

void setup() {
pinMode(in1, OUTPUT); pinMode(in2, OUTPUT); pinMode(enA, OUTPUT);
pinMode(in3, OUTPUT); pinMode(in4, OUTPUT); pinMode(enB, OUTPUT);
}

// Вперёд обоих моторов:
void forward(int pwm) {
digitalWrite(in1, HIGH); digitalWrite(in2, LOW);
digitalWrite(in3, HIGH); digitalWrite(in4, LOW);
analogWrite(enA, pwm);
analogWrite(enB, pwm);
}

// Торможение (короткое замыкание) моторов:
void brake() {
digitalWrite(in1, HIGH); digitalWrite(in2, HIGH);
digitalWrite(in3, HIGH); digitalWrite(in4, HIGH);
analogWrite(enA, 0); analogWrite(enB, 0);
}

// Пример использования:
void loop() {
forward(200); // едем вперёд с PWM=200
delay(1000);
brake(); // тормозим
delay(500);
}

Здесь при «торможении» (оба входа мотора HIGH) моторы резко останавливаются (активное торможение). Также стоит реализовать защиту по току: например, подключить датчик тока (ACS712) между батареей и драйвером и при превышении порога сбрасывать ШИМ до нуля. Пример для одного канала:

const int currentPin = A3;
int threshold = 300; // примерный порог АЦП

if (analogRead(currentPin) > threshold) {
// перегрузка по току – останов
analogWrite(enA, 0); }

Чтение ультразвукового датчика и реакция: ультразвук HC-SR04 подключается к любым цифровым пинам Trig/Echo. Код может выглядеть так:

const int trigPin = 7, echoPin = 6;
void setup() { pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); }

long readUltrasonic() {
digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
long duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
// вычисляем расстояние (скорость звука ≈0.0343 см/мкс)
return duration * 0.0343 / 2; }

void loop() {
long dist = readUltrasonic();
if (dist > 0 && dist < 20) {
// препятствие ближе 20 см – останов
brake();
} else {
forward(180); // едем дальше
}
delay(50);
}

Этот код посылает короткий импульс триггером, измеряет длительность эхо и пересчитывает расстояние. При слишком близком препятствии робот останавливается. Разумеется, пороги и поведение можно настроить под задачу.

FPV-стриминг по Wi-Fi: чтобы принять видео с робота, чаще всего используют стандартный MJPEG-поток. Например, на ПК или смартфоне можно открыть URL http://192.168.1.1:8080/?action=stream (IP модуля по умолчанию). Либо запустить медиаплеер: ffplay http://192.168.1.1:8080/?action=stream

При успешном соединении вы получите видеопоток с камеры в режиме реального времени. Удерживайте Wi-Fi соединение стабильным и убедитесь, что устройство и робот находятся в одной подсети. Для пульта управления обычно используется сопутствующее мобильное приложение или веб-интерфейс.

XR-DS-UNO можно расширять за счёт подключения LIDAR/ToF (например, RPLIDAR A1, VL53L0X) для точной навигации. Замена мотор-драйвера робота: L298N тест показал нагрев >60°C/20 мин – перейдите на драйверы MOSFET (VNH5019, DRV8871). При установке Raspberry Pi доступна интеграция с ROS через rosserial, что открывает готовые алгоритмы навигации. Wi-Fi-модуль позволяет организовать телеметрию по MQTT/HTTP.

Ограничения: слабое шасси, моторы TT, перегрев L298N, низкое качество FPV и отсутствие защиты от влаги/пыли.