Системы безопасности. Как не навредить людям и роботу

[Батарея +] ─── [E-Stop] ─── [Драйвер моторов]
                   │
              Нормально замкнут
              При нажатии размыкает цепь

НЕПРАВИЛЬНО:                    ПРАВИЛЬНО:
[Батарея] ─── [Драйвер]         [Батарея] ─[E-Stop]─ [Драйвер]
                  │                                      │
           [E-Stop на пине]                         [Моторы]
                  │
              [Arduino]
                  
Если Arduino зависнет,          Физически разрывает питание,
кнопка не сработает!            работает ВСЕГДА

Опасная зона:
┌─────────────────────────────────┐
│                                 │
│    [Манипулятор]                │
│         │                       │
│    ─────┴─────                  │
│                                 │
└─────────────────────────────────┘
     ↑ Ограждение по периметру

Безопасная зона для человека — снаружи!

// Физические ограничители на каждом суставе
void moveArm(int angle) {
  // Программная проверка
  if (angle < MIN_ANGLE || angle > MAX_ANGLE) {
    return;  // Не двигаться
  }
  
  // Но даже если код ошибётся...
  // Концевики физически остановят движение!
  motor.write(angle);
}

ОПАСНО:                    БЕЗОПАСНО:
┌────────────┐              ╭────────────╮
│            │              │            │
│   Робот    │              │   Робот    │
│            │              │            │
└────────────┘              ╰────────────╯
  Острые углы               Скруглённые углы
                            + резиновые бамперы

// Предохранитель в силовой цепи
[Батарея +] ─── [Предохранитель 10A] ─── [Нагрузка]

// Или самовосстанавливающийся (PTC)
[Батарея +] ─── [Polyfuse] ─── [Нагрузка]
// При перегрузке нагревается и размыкает цепь
// После остывания — восстанавливается

Диод в силовой цепи:
[Батарея +] ──▶|─── [Схема]
              Диод Шоттки

Если батарею подключат наоборот — диод не пропустит ток

Для роботов с моторами 12V+ и логикой 5V:

[Батарея 12V]        [Arduino 5V]
      │                   │
[Драйвер моторов]    [Логика]
      │                   │
      └───[Оптопара]──────┘
          
Оптопара изолирует цепи друг от друга!

✅ Хранить в огнеупорном пакете (LiPo Safe Bag)
✅ Заряжать только под присмотром
✅ Не заряжать повреждённые батареи
✅ Не разряжать ниже 3.2V на ячейку
✅ Не использовать вздутые батареи

❌ Не прокалывать, не сжимать
❌ Не оставлять на солнце
❌ Не хранить полностью заряженными

1. НЕ тушить водой!
2. Вынести на улицу / балкон
3. Засыпать песком или накрыть огнеупорным одеялом
4. Дождаться полного прогорания
5. Проветрить помещение (токсичный дым!)

class SafeMotor {
private:
  int currentSpeed = 0;
  const int MAX_SPEED = 200;        // Максимум 200 из 255
  const int MAX_ACCELERATION = 10;  // Макс. изменение за цикл
  
public:
  void setSpeed(int target) {
    // Ограничение максимальной скорости
    target = constrain(target, -MAX_SPEED, MAX_SPEED);
    
    // Плавное изменение скорости
    if (target > currentSpeed) {
      currentSpeed = min(currentSpeed + MAX_ACCELERATION, target);
    } else {
      currentSpeed = max(currentSpeed - MAX_ACCELERATION, target);
    }
    
    motor.write(currentSpeed);
  }
};

void processCommand(int speedLeft, int speedRight) {
  // Проверка на разумность команды
  
  // 1. Скорость в допустимых пределах?
  if (abs(speedLeft) > 255 || abs(speedRight) > 255) {
    logError("Недопустимая скорость!");
    emergencyStop();
    return;
  }
  
  // 2. Разница между моторами не слишком большая?
  // (защита от резкого разворота)
  if (abs(speedLeft - speedRight) > 100) {
    logWarning("Слишком резкий поворот, сглаживаю");
    // Сгладить разницу
  }
  
  // 3. Команда пришла недавно?
  if (millis() - lastCommandTime > 500) {
    logError("Потеря связи! Остановка.");
    emergencyStop();
    return;
  }
  
  // Только если все проверки пройдены
  setMotors(speedLeft, speedRight);
}

unsigned long lastCommandTime = 0;
const unsigned long COMMAND_TIMEOUT = 500;  // 500 мс

void loop() {
  // Получение команды
  if (commandReceived()) {
    lastCommandTime = millis();
    processCommand();
  }
  
  // Проверка таймаута
  if (millis() - lastCommandTime > COMMAND_TIMEOUT) {
    // Связь потеряна!
    safeStop();
    blinkErrorLED();
  }
}

void safeStop() {
  // Плавная остановка, не резкая!
  while (currentSpeed > 0) {
    currentSpeed -= 10;
    setMotors(currentSpeed, currentSpeed);
    delay(20);
  }
}

const int ZONE_DANGER = 10;   // см — экстренная остановка
const int ZONE_WARNING = 30;  // см — снижение скорости
const int ZONE_CLEAR = 50;    // см — нормальная работа

void checkCollision() {
  int distance = readUltrasonic();
  
  if (distance < ZONE_DANGER) {
    // ОПАСНОСТЬ! Немедленная остановка
    emergencyStop();
    beepAlarm();
    log(LOG_CRITICAL, "Объект слишком близко!");
  }
  else if (distance < ZONE_WARNING) {
    // Предупреждение — снизить скорость
    setSpeedLimit(50);  // Максимум 50%
    log(LOG_WARNING, "Объект в зоне предупреждения");
  }
  else {
    // Всё чисто
    setSpeedLimit(100);
  }
}

struct SafetyStatus {
  bool frontClear;
  bool leftClear;
  bool rightClear;
  bool rearClear;
  bool cliffDetected;  // Обрыв (для мобильных роботов)
  bool bumperPressed;  // Физический контакт
};

SafetyStatus checkAllSensors() {
  SafetyStatus s;
  s.frontClear = (ultrasonicFront.read() > SAFE_DISTANCE);
  s.leftClear = (ultrasonicLeft.read() > SAFE_DISTANCE);
  s.rightClear = (ultrasonicRight.read() > SAFE_DISTANCE);
  s.rearClear = (ultrasonicRear.read() > SAFE_DISTANCE);
  s.cliffDetected = (irCliffSensor.read() < CLIFF_THRESHOLD);
  s.bumperPressed = (digitalRead(BUMPER_PIN) == LOW);
  
  return s;
}

void safeMove(int direction) {
  SafetyStatus s = checkAllSensors();
  
  // Нельзя ехать в направлении препятствия
  if (direction == FORWARD && !s.frontClear) {
    log(LOG_WARNING, "Блокировка: препятствие спереди");
    return;
  }
  if (direction == BACKWARD && !s.rearClear) {
    log(LOG_WARNING, "Блокировка: препятствие сзади");
    return;
  }
  
  // Обрыв — экстренная остановка в любом случае!
  if (s.cliffDetected) {
    emergencyStop();
    log(LOG_CRITICAL, "Обнаружен обрыв!");
    return;
  }
  
  // Бампер — кто-то/что-то коснулось робота
  if (s.bumperPressed) {
    emergencyStop();
    moveBackward(10);  // Отъехать назад
    log(LOG_WARNING, "Контакт с препятствием");
    return;
  }
  
  // Все проверки пройдены — можно двигаться
  executeMove(direction);
}

✅ Батареи хранить в LiPo-сумке
✅ Робота включать только на арене
✅ При работе с паяльником — очки!
✅ Держать огнетушитель под рукой

❌ Не оставлять включённого робота без присмотра
❌ Не заряжать батареи под столом
❌ Не запускать моторы при поднятом роботе

class DeliveryRobot {
private:
  const int MAX_SPEED = 100;  // Медленно!
  const int PEOPLE_DISTANCE = 100;  // 1 метр от людей
  
public:
  void navigate() {
    // Проверка всех направлений
    if (detectPerson()) {
      // Человек рядом — полная остановка
      stop();
      playSound("Пожалуйста, пропустите робота");
      waitForClear();
    }
    
    // Медленное движение с постоянным сканированием
    moveWithCaution();
  }
  
  bool detectPerson() {
    // Используем несколько типов датчиков
    bool lidar = lidarDetectsPerson();
    bool pir = pirDetectsMotion();
    bool camera = cameraDetectsPerson();
    
    // Достаточно одного срабатывания
    return lidar || pir || camera;
  }
};

class ClassroomArm {
private:
  bool teacherOverride = false;  // Учитель может отключить ограничения
  
public:
  void setup() {
    // Режим безопасности по умолчанию
    setMaxSpeed(30);  // Очень медленно
    setMaxForce(1);   // Минимальная сила
    enableCollisionDetection(true);
  }
  
  void move(int x, int y, int z) {
    // Ограничение рабочей зоны
    if (!isInSafeZone(x, y, z)) {
      log(LOG_WARNING, "Точка вне безопасной зоны");
      return;
    }
    
    // Проверка на столкновение по пути
    if (willCollide(x, y, z)) {
      log(LOG_WARNING, "Обнаружено препятствие на пути");
      return;
    }
    
    // Только учитель может снять ограничения
    if (!teacherOverride) {
      x = constrain(x, SAFE_X_MIN, SAFE_X_MAX);
      y = constrain(y, SAFE_Y_MIN, SAFE_Y_MAX);
      z = constrain(z, SAFE_Z_MIN, SAFE_Z_MAX);
    }
    
    executeMove(x, y, z);
  }
};