AD ALTA 

 

JOURNAL OF INTERDISCIPLINARY RESEARCH

 

 

 

SYSTEMATIC LITERATURE REVIEW: PROGRAMMING OF MICRO-ROBOTS ON THE BASIS 
OF ARDUINO  
 

a

ZHANAT NURBEKOVA, 

b

TALANT TOLGANBAIULY, 

c

BAHYT NURBEKOV, 

d

KALIMA TUENBAEVA  

 

a,b,c

L.N. Gumilyov Eurasian National University, 010008, 2 

Satpayev Str., Nur-Sultan, Kazakhstan 

d

Al-Farabi Kazakh National University, 050040, 71 Al-Farabi 

Ave.., Almaty, Kazakhstan 
 
email: 

a

zhanat_n@mail.ru, 

b

 talant.kz@mail.ru, 

c

b_zh_nur@mail.ru, 

d

kalima_t@mail.ru 

 

 
Abstract: Modern technology is developing at a high speed and is being practically 
implemented in all areas of our lives. At the same time, the requirements of employers 
are growing, in order to keep pace with the time; students need to study diligently, to 
develop themselves, especially in the field of computer science and engineering. Over 
the past few years, in training in engineering areas most universities in the world are 
actively using Arduino platform to motivate students to learn, develop skills of 
teamwork and the application of knowledge in practice. In this paper, the state of 
research in this subject has been analyzed, and a literature review has been conducted. 
This work is a theoretical and methodological basis for further research. 
 
Keywords: programming, Arduino, micro-robots, robotics, board, software products. 
 

 
1 Introduction 
 
Currently, there are many microcontrollers and platforms for the 
management of physical processes in relation to microprocessor 
systems. Most of these devices combine disparate programming 
information into an easy-to-use assembly. The Arduino 
Company (Italy), in turn, also simplifies the process of working 
with microcontrollers, but provides a number of advantages over 
other devices because of the simple and understandable 
programming environment, low price and a variety of expansion 
boards. For teachers, students, and amateurs, the Arduino 
platform can be a key element for research and problem solving 
in the fields of mechatronics and robotics.  

Arduino is a tool for designing electronic devices that interact 
more tightly with the physical environment than ordinary 
personal computers, which do not actually go beyond virtuality. 
It is a platform designed to manage physical processes using an 
ECM with opensource code, built on a simple PCB with a 
modern environment for writing software. Arduino boards are 
built on the basis of Atmel microcontrollers, as well as binding 
elements for programming and integration with other circuits 
(Table 1). Linear voltage regulator +5V or +3.3 V is located on 
the board. Timing is carried out at frequencies of 8, 16 or 87 
MHz by crystal oscillator. The microcontroller is pre-flashed 
with boot loader, so that an external programmer is not needed.  

At the conceptual level, the weight of a board is programmed 
through A5-232. The Arduino integrated development 
environment is a cross-platform Java application that includes a 
code editor, a compiler, and a firmware transfer module to the 
board. The development environment is based on the 
programming language Processing and is designed for 
programming by beginners who are not familiar with software 
development. Strictly speaking, it is a C++ language, 
supplemented by some libraries. The programs are processed 
using a pre-processor and then copied using AVR-GCC. The 
advantages of Arduino family boards: 

1.

 

A large number of available options in the line of Arduino 
with the ability to select the most suitable ready-made 
controller from a large list of devices that have a wide 
range of variable parameters.  

2.

 

The presence of expansion boards designed to increase the 
functionality and perform specific technical tasks without 
the need for self-design of additional peripherals (motor 
control board s, sensor board s, wireless interfaces, 
displays, input devices) - several dozen types, more than 
300 versions. 

3.

 

The programming environment that is fully adapted for the 
end user and is suitable for the entire line of Arduino board 
s and their clones, including software for programming 
controllers for Android. 

4.

 

The free license for devices and software.  

5.

 

There is a full Russian translation of the Arduino language, 
designed to overcome the language barrier in the 
distribution of the platform in Russia.  
 

Arduino Uno is a controller built on ATmega328. The platform 
has 14 digital in/out (6 of which can be used as PWM outputs), 6 
analog inputs, 16 MHz crystal oscillator, a USB connector, a 
power connector, an ICSP connector and a reset button. For the 
work it is necessary to connect the platform to a computer via a 
USB cable or power it with adapter AC/DC or batteries. 

Because of the technical equipment, the Arduino platform is 
ideally suited for the educational process of designing various 
mechatronic systems and robots (1) due to the clear 
programming environment and the ability to observe physical 
processes in real time. More powerful Arduino boards (Due) are 
applicable for solving complex technical problems related to the 
development of large projects and their complex automation (2).  

When power is supplied to the Arduino controller, execution of 
the program that was downloaded into it automatically begins, 
and if the program is missing or written incorrectly, a failure 
occurs, which either stops the execution of commands or causes 
the program hang-up. The number of the on-going program is 
stored in a special memory cell, which is called the command 
counter. 

The programming language used in Arduino projects is based on 
C++. It is one of the most widely used programming languages, 
which supports both low-level commands and the construction 
of complex objects (3).  

Electronic components, their operation, connection and 
programming are studied on the Arduino platform. Programming 
is carried out in the Arduino IDE in C++ (with some 
modifications). Having received basic knowledge of electronic 
components management, trainees implement creative projects, 
the complexity and functionality of which are limited only by the 
imagination of the author. 

Arduino allows students to get acquainted with the world of 
electronics, to understand the principles of electronic 
components, to see many different sensors and devices unusual 
for them. Projects created on this platform can be used at home 
for the purpose intended (for example, automation of household 
appliances), which is an additional motivation to study. Classes 
in robotics based on Arduino contribute to the development of 
polytechnic competencies that are necessary in modern 
professional activities in the area of automation and IT (4). 

Using this platform for educational institutions allows 
developing the programming skills in practice, as well as learns 
the basics of circuitry engineering (5).  

A systematic review of the literature on this topic revealed the 
strengths of the use of Arduino as an auxiliary tool in the 
training of students of engineering profile of special disciplines 
in the design of micro-robots. 

The effectiveness of teaching the basics of robotics depends on 
the organization of classes conducted using the following 
methods: Explanatory and illustrative presentation of 
information in various ways (explanation, narration, 
conversation, instruction, demonstration, work with 
technological maps, etc.); Heuristic method of creative activity 
(formation of creative models, etc.) Problem method is the 
formulation of the problem and the independent search for its 
solution by students; Programmed method is a set of operations 

- 344 -