Robotski rover: 10 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Bok, ja sam Proxy303, specijalist za robotiku. U ovom tutorijalu naučit ću vas kako izgraditi vlastitog robota poput svog.

Ne govorim o jednom od onih preslavljenih automobila na daljinsko upravljanje koje ljudi zovu roboti. Jedna od definicija robota je da ne može biti daljinski upravljač. Robot koji ćete danas izgraditi je onaj koji izrađujete, povezujete i programirate. Tada je autonomna. To znači da se ne kontrolira izvana. Sam kontrolira. Nakon što se izgradi i programira, robot sve ostalo radi sam.

Postoji pet glavnih komponenti svakog robota:

• Šasija, koja je tijelo vašeg robota. Možete ih kupiti unaprijed sastavljene na mreži ili ih možete sami izraditi iz kompleta ili ispočetka.
• Mikrokontroler, koji je "mozak" vašeg robota. Ovo je svestrani sklop koji se može programirati da učini gotovo sve.
• Neki motori koji vašem robotu omogućuju kretanje. Ne možete učinkovito upravljati motorima izravno pomoću mikrokontrolera pa vam je potrebno …
• Pogonitelj motora, koji vam omogućuje upravljanje visokonaponskim motorom s niskonaponskim logičkim signalom.
• Izvor energije, koji pokreće sve. Za prijenosne robote ili one koji se kreću, koristite baterije. U suprotnom biste mogli koristiti modul napajanja, poput onog iz računala.

Pribor

Trebat će vam:

• Robotsko kućište (predlažem Actobotics Runt Rover Whippersnapper, jer ima toliko dobrih aspekata, poput univerzalnog nosača mikrokontrolera ili nosača senzora ili činjenice da se sve samo spoji.) Bilo koji materijal radi, pa isprobajte plastiku, drvo ili čak karton. Budite oprezni pri korištenju metala jer može doći do kratkog spoja lemnih spojeva ispod ploča, ali ako znate što radite, pokušajte. Robotsko kućište može biti prilično skupo, jer se može odvojiti od 15 do nekoliko stotina dolara.
• Mikrokontroler (koristio sam Arduino Mega 2560, ali i Raspberry Pi dobro funkcionira.) Oni se mogu kupiti u trgovinama elektronike, trgovinama za ljubitelje, na internetu ili bilo gdje drugdje gdje se prodaju dijelovi robota. Iako su jedan od najvažnijih dijelova robota, zapravo su prilično jeftini i kreću se između 10-40 dolara.
• Vozač motora (koristio sam upravljački program s dvostrukim motorom L298N) Oni mogu biti prilično skupi, pa se prema vama ponašajte pažljivo. Ovi loši dječaci dizajnirani su za ispumpavanje velike snage u motore pa se jako zagrijavaju. Pazite da onaj koji kupite ima hladnjak, a ako ga nema, zalijepite ga. Sigurno ne želite da se vozač motora pregrije i slomi, što će vas koštati od 20 do nekoliko stotina dolara za novog.
• Nekoliko žica za matičnu ploču. Ovdje nije potrebno puno objašnjenja, jer ih možete pronaći gotovo svugdje.
• Neke M-F DuPont žice. Umjesto žica za matične ploče, koje imaju metalne "igle" na oba kraja, one na jednom kraju imaju "iglu", a na drugom kraju utičnicu.
• Pregršt montažnih vijaka. Opet, nije potrebno puno objašnjenja. Nabavite male vijke sa Phillips glavom, standardne veličine.
• Primarni izvor napajanja za mikrokontroler (Na internetu možete pronaći prilično jeftine punjive litij-ionske baterije. Obično koristim baterije za punjenje telefona.)
• Izvor napajanja motora (6 AA baterija odlično će vam poslužiti za ovo, ali ako želite, možete upotrijebiti drugi izvor napajanja. NEMOJTE koristiti 9V bateriju; jednostavno nemaju struju za takve stvari. Držite imajte na umu da su dizajnirani za pokretanje detektora dima, a ne robota.) Ako je moguće, pokušajte nabaviti punjivi izvor energije. U početku je malo skuplji, ali vjerujte mi. Ako koristite baterije za jednokratnu uporabu, proći ćete kroz njih vrlo brzo, a trošak toliko mnogo baterija brzo nadmašuje troškove nekih punjivih.

Možda želite:

• Ultrazvučni senzor. Omogućuje vašem robotu da vidi objekte ispred sebe.
• Neki servo motori. Umjesto da se stalno okreću, ovi korisni motori mogu se programirati da se pomaknu pod određenim kutom i ostanu tamo.
• Pregršt LED dioda. Objašnjenje nije potrebno. Vi dajete vlast, oni zasvijetle. Jednostavan.
• Ili bilo koji drugi prilog. Zašto ne dodati ruku robota? Ili neki drugi senzor?

Korak 1: Izradite šasiju robota

Sastavite šasiju robota koju ste kupili. Provjerite je li sve pravilno sastavljeno.

S Runt Rover Whippersnapperom sve se jednostavno spoji. Ako je vaše kućište držano vijcima, provjerite jesu li dobro zategnuti i je li bot čvrst. Vjerujte mi, nema ničeg goreg da vam se projekt jednostavno raspadne - ponekad doslovno! Također provjerite ima li mjesta unutar šasije. Zamislite da kupite sve, potrošite više od 70 dolara, ali samo da ustanovite da jedna od vaših glavnih komponenti ne stane u bota!

Također provjerite jesu li motori pravilno pričvršćeni i mogu li se slobodno okretati. Ponekad dio šasije koji strši može blokirati motore, stoga pazite da ne postoji ništa što bi moglo spriječiti okretanje motora.

Korak 2: Osnovno ožičenje

Paralelno povežite lijeve bočne motore. Učinite isto za prave motore. Uvjerite se da su crvene žice s lijeve strane grupirane s crnim žicama s lijeve strane, a isto i s desne strane. Spojite crvenu žicu na obje CRVENE žice s desne strane. Spojite drugu crvenu žicu s obje CRNE žice s lijeve strane (znam, čini se unatrag s lijeve strane, ali to je u skladu s činjenicom da se motori suprotnih strana okreću u suprotnom smjeru.) Ponovite za crne žice. Pazite da žice za strane budu grupirane. Također, budite sigurni da su LIJEVI bočni motori obrnuti u odnosu na uobičajeno ožičenje.

Korak 3: Spojite upravljački program motora

Prije nego počnete koristiti upravljački program motora, morate znati kako to radi. AKO GREŠKO POVEZATE, MOŽETE UNIŠTITI MIKROKONTROLER I/ILI VOZAČ MOTORA!

Pogonitelj motora je vrsta kontrolera izoliranog kruga, što znači da ne postoji fizička veza između područja snage motora i područja logičke kontrole. Većina dobrih dizajnirana je kako bi se izbjeglo curenje električne energije u mikrokontroler (što bi ga moglo oštetiti ili uništiti.) Također, većina dobrih je obično najmanje 15 USD, pa ako na Internetu uočite 2 USD, nemojte ga kupovati! Osobno sam pronašao takvu, i samo kao eksperiment, zalijepio sam hladnjak na nju i spojio je. Prodavač je rekao da je vozač ocijenjen na 12V. Priključio sam ga na 9V i počelo se dimiti. Ispostavilo se da je čip koji su koristili ocijenjen samo za 3V!

Upravljački program motora ima 2 ulazna područja: Ulazi za napajanje i logički ulazi. Također ima dva izlazna područja: desnu i lijevu stranu. Evo svih pribadača i onoga što rade:

• Logički ulazi:

  • Oni uzimaju 3.3v logički signal i koriste ga za upravljanje motorima. Nikada nemojte priključivati visoki napon na ove pinove.
  • Spojite ih na digitalne logičke izlaze na mikrokontroleru.

• Ulazi snage:

  • Ulaz za napajanje koji se koristi za napajanje motora. Količina energije koju unesete ovdje je količina energije koju će vozač ubrizgati u motore.
  • GND pin, koji se koristi kao zajedničko uzemljenje. Koristi se i za napajanje i kao povrat za logičke ulaze. GND pin je obično ožičen diodama kako bi se spriječilo istjecanje električne energije u logičke i naponske pinove.
  • Pin 5V, koji se koristi za napajanje određenih vrsta motora. IZLAZI 5 V, stoga nemojte pogrešno smatrati ulazom napajanja. Sve što je potrebno je jedan udar energije u pogrešan pin na vašem mikrokontroleru da ga tiho i odmah uništi.

• Izlazi:

  • 1A i 1B, za jedan motor ili skup motora.
  • 2A i 2B, za drugi motor ili njihov skup.

Upravljački program motora omogućuje vam upravljanje visokonaponskim motorom s niskonaponskim logičkim signalom. Razlog što postoje dva ulaza po motoru je taj što možete kontrolirati i smjer.

Spojite izlaze 1A i 1B vašeg vozača motora na motore s desne strane. Spojite izlaze 2A i 2B na lijeve strane motora (Upamtite! NAZAD!)

Ugradite bateriju motora negdje u kućište robota i spojite je na ulaz napajanja upravljačkog programa motora, s + na ulaz napajanja i - na GND.

Ako koristite već montirani modul, onda ste dobri.

Ako samo koristite IC, provjerite je li ispravno ožičen i svakako stavite hladnjak! Ovi se čipovi jako zagrijavaju, pa većina dobrih vozača ima hladnjake.

Korak 4: Priključite mikrokontroler

Priključite mikrokontroler na robota. Koristio sam Arduino Uno Rev3. Spojite četiri digitalna izlaza mikrokontrolera na logički ulaz upravljačkog programa motora. Spojite uzemljeni pin mikrokontrolera na GND utor upravljačkog programa motora. Nemojte priključivati 5V pin na upravljačkom programu motora na mikro upravljač! Ovo se koristi za napajanje određenih vrsta motora, a ne kao ulazna snaga, a zasigurno ne za mikrokontroler. Ako to učinite, mogli biste oštetiti mikrokontroler. Logičke pinove i iglu zajedničkog uzemljenja na upravljačkom programu motora trebali biste spojiti samo s mikrokontrolerom.

Ove se veze koriste za upravljanje motorima, koristeći logičke ulaze upravljačkog programa.

Korak 5: Uvjerite se da je sve u redu

Vratite se i uvjerite se da je sve u redu. Provjerite ožičenje, provjerite jesu li lijevi motori spojeni unatrag, provjerite nije li vaš 5V izlaz na mikrokontroleru spojen na 5V izlaz na upravljačkom programu motora i provjerite ima li drugih problema. Provjerite jesu li svi vijci dobro pričvršćeni, žice su spojene, motori nisu blokirani i žice nisu prekinute.

Ako je sve u redu, prijeđite na sljedeći korak.

Korak 6: Postavite bateriju

Umetnite baterije u kućište robota. Ako ispadnu, mogli bi usporiti ili zaustaviti vašeg robota, stoga ih osigurajte unutar šasije. Upotrijebite držač za pričvršćivanje, malo ljepila ili ih samo zalijepite ljepilom ako ih planirate često vaditi. Također provjerite jesu li vaše baterije dobre. Jednom sam imao robota koji se odbijao micati i satima sam kružio, provjeravao programiranje, ponovno povezivao motore i nisam mogao pronaći problem. Čak sam na kraju i kupio novi mikrokontroler, ali sam otkrio da mi se jedna od žica na bateriji motora olabavila unutar šasije. Ovo je savršen primjer zašto biste uvijek trebali provjeriti ima li drugih problema prije zamjene dijela!

Korak 7: Pričvrstite sve

Pomoću malih pričvrsnih vijaka pričvrstite sve. Pričvrstite upravljački program motora i mikro upravljač na kućište robota i provjerite jesu li motori sigurni. Također provjerite je li ploča dobro pričvršćena.

Za organiziranje žica upotrijebite patentne zatvarače ili male komade trake. Ne morate to činiti, ali svakako čini da robot izgleda bolje i olakšava praćenje koje žice idu do čega. Također, ako nemate patentne zatvarače ili trebate jednostavno zamijeniti žice, mogli biste ih grupirati po bojama. Na primjer, mogli biste koristiti zelene žice od mikrokontrolera do upravljačkog programa motora, crvene žice za napajanje, crne žice za GND i plave žice od upravljačkog programa motora do motora.

Korak 8: Program

Priključite mikrokontroler na računalo i programirajte ga. Počnite jednostavno i nemojte se opterećivati. Počnite s nečim tako jednostavnim kao što je pokretanje robota naprijed. Možete li učiniti da se okrene? Ići unatrag? Vrtiti se u krugovima? Pazite, programiranje zahtijeva puno strpljenja i obično traje najduže. Pogledajte gornji grafikon.

Na tebi je!

Korak 9: Prilozi

Sada kada ste postavili jednostavan robot, vrijeme je da dodate neke dodatne značajke. Priključite ultrazvučni senzor kako bi robot izbjegao prepreke. Ili servo motor, s nečim hladnim na vrhu. Ili neke trepereće LED diode kako bi uljepšale bot. Zapamtite, to je vaš robot, pa na vama je!

Korak 10: Gotovi ste

Čestitamo! Sada imate robota koji radi! Molimo vas da u komentarima objavite da li ste ga izgradili i koje ste priloge dodali.

Ako bilo što pođe po zlu, pogledajte pomoć za rješavanje problema u nastavku:

Robot se uopće ne uključuje

Znate da je robot uključen jer većina vozača motora i mikrokontrolera ima svjetla koja pokazuju da su uključeni. Ako se ne uključe, učinite sljedeće:

• Glavna baterija može biti prazna ili prazna. Ako koristite punjivu bateriju, napunite je. Ako koristite običnu bateriju, zamijenite je.
• Žice su možda krivo spojene. Provjerite svoje veze. Jedna pogrešno postavljena žica može prekinuti napajanje cijelog robota.
• Žice se mogu pokvariti. Čini se kao nešto što ne biste očekivali da ćete pronaći, ali otkrio sam da su prekinute žice zapravo prilično česte. Potražite slomljenu ili istrošenu izolaciju, male metalne "igle" koje vire iz utičnica za žicu (kad se pin na kraju žice odvoji i zaglavi) ili rascijepite žice.
• Možda postoji problem s upravljačkim programom motora ili mikrokontrolerom. Nedostaci u proizvodnji mogu uzrokovati da se sustavi ne uključe. U tom slučaju zamijenite mikrokontroler ili upravljački program motora. Ovo je posljednje sredstvo, jer mikrokontroleri, a pogotovo vozači motora ponekad mogu biti prilično skupi.

Robot se uključuje, ali se ne pomiče

Ako ste potvrdili da je robot uključen, ali se uopće ne pomiče, učinite sljedeće:

• Izvor napajanja motora može biti nizak ili prazan. Zamijenite bateriju. Prema mom iskustvu, ove se baterije prilično brzo prazne jer je za rad motora potrebno mnogo struje.
• Možda postoji problem s ožičenjem. Pogledajte gornji odjeljak i provjerite ima li pogrešno postavljenih ili prekinutih žica.
• Motori se mogu kratko spojiti ili izgorjeti. Ovo je prilično uobičajeno, pa ga vrijedi potražiti. Primijenite izravnu snagu na motore i provjerite kreću li se.
• Vozač motora se može oštetiti. Provjerite napon na izlazima. Ako je svjetlo na vozaču isključeno, to je jasan znak neispravne jedinice. OBAVEZNO PROVJERITE SVE OSTALO! Osim šasije, vozač motora tipično je najskuplji dio robota.
• Možda postoji problem s programiranjem. Za mene je ovo najčešći problem. U jeziku C osjetljivom na velika i mala slova (koristi se u Arduinu), jedna greška može uništiti cijeli vaš program. Python (jezik Raspberry Pi) također može imati problema.
• Možda je mikrokontroler oštećen. Ponekad logički signal čak ne dopire do vozača motora (postoji razlog da ne skočite odmah do zaključka lošeg vozača). U tom slučaju samo ga zamijenite.

Robot se uključuje, ali se kreće na nenormalan način

Ako se robot uključi, ali se počne nenamjerno kretati (na primjer, ide u krug kada bi trebao ići naprijed), tada:

• Vjerojatno postoji problem s ožičenjem. PRVO PROVJERITE! Jeste li se sjetili obrnuti žicu s jedne strane?
• Možda postoji programska pogreška. Provjerite ima li problema u svom kodu.
• Ponekad oštećeni mikrokontroler može poludjeti i više puta slati nasumične signale. Ako mikrokontroler to učini, nemojte se truditi popraviti. To je jasan znak čipa koji se ne može popraviti, pa samo naprijed i zamijenite cijelu stvar. Vjerujte mi, te čipove izrađuju roboti u laboratoriju. Ljudi ih jednostavno ne mogu popraviti.
• Motor se može oštetiti. Ako motor ne radi ili radi sporijom brzinom, tada će se robot tijekom kretanja polako "odmicati" na jednu stranu. Postoje tri načina da se to riješi. Ako ste u mogućnosti, samo pojačajte napon na tom motoru kako biste ga doveli do iste brzine kao i svi ostali. Ako ne, pokušajte postaviti otpornike na sve motore osim na oštećene. Time se drugi motori usporavaju do brzine oštećenog. Konačno, možete ga samo zamijeniti. Robotski zupčasti motori obično su prilično jeftini, obično za 2-3 dolara. Usporedite to s vozačem motora, koji može biti između 10-200 dolara.

Ako robot ne reagira na senzore

Ako se robot uključi i kreće se na uobičajen način, ali ne "sluša" senzore ili ne reagira na pravi način, to je gotovo uvijek jedna od dvije stvari.

• Vjerojatno postoji programska greška. Senzori se moraju pažljivo kalibrirati i programirati. Jednom sam imao robota koji se nekontrolirano okretao, da bih otkrio da sam ga slučajno namjestio da se okrene kad vidi nešto unutar 100 metara umjesto 100 centimetara. Stalno je vidio zidove, zbog čega se stalno okretao.
• Drugi najčešći problem je loše ožičenje. Čak i jedna žica koja nedostaje može osjetnik učiniti nefunkcionalnim.

Za bilo koju drugu pomoć pogledajte gornje odjeljke ili na google -u navedite određeni problem. Također, možete me kontaktirati na [email protected] ako imate pitanja.

Komentirajte to!