Robotski rover: 10 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Živjo, jaz sem Proxy303, specialist za robotiko. V tej vadnici vas bom naučil, kako sestaviti svojega lastnega robota, podobnega mojemu.

Ne govorim o enem od tistih preveč poveličanih avtomobilov na daljinsko upravljanje, ki jih ljudje imenujejo roboti. Ena od definicij robota je, da ne more biti daljinski upravljalnik. Robot, ki ga boste zgradili danes, je tisti, ki ga zgradite, ožičite in programirate. Potem je avtonomna. To pomeni, da ni nadzorovano od zunaj. Nadzira se sam. Ko je robot zgrajen in programiran, vse ostalo naredi sam.

Obstaja pet glavnih sestavnih delov katerega koli robota:

• Podvozje, ki je telo vašega robota. Lahko jih kupite vnaprej sestavljene na spletu ali pa jih naredite sami iz kompleta ali iz nič.
• Mikro krmilnik, ki je "možgani" vašega robota. To je vsestransko vezje, ki ga je mogoče programirati za skoraj vse.
• Nekateri motorji, ki omogočajo premikanje vašega robota. Motorjev ne morete učinkovito upravljati neposredno z mikrokrmilnikom, zato potrebujete …
• Gonilnik motorja, ki vam omogoča upravljanje visokonapetostnega motorja z nizkonapetostnim logičnim signalom.
• Vir energije, ki poganja vse. Za prenosne robote ali tiste, ki se premikajo, uporabite baterije. V nasprotnem primeru lahko uporabite napajalni modul, na primer računalniški.

Zaloge

Boste potrebovali:

• Robotsko ohišje (predlagam Actobotics Runt Rover Whippersnapper, ker ima toliko dobrih vidikov, kot je univerzalni nosilec za mikrokrmilnik ali nosilce senzorja ali dejstvo, da se vse skupaj le zaskoči.) Vsak material deluje, zato preizkusite plastiko, lesa ali celo kartona. Pri uporabi kovine bodite previdni, saj lahko pride do kratkega stika med spajkalnimi spoji pod vezji, če pa veste, kaj počnete, poskusite. Robotsko ohišje je lahko precej drago in se lahko odpre od 15 do nekaj sto dolarjev.
• Mikro krmilnik (uporabil sem Arduino Mega 2560, vendar tudi Raspberry Pi dobro deluje.) Te je mogoče kupiti v trgovinah z elektroniko, v trgovinah za ljubitelje, na spletu ali kjer koli drugje, ki prodaja dele robotov. Čeprav so eden najpomembnejših delov robota, so v resnici precej poceni in se gibljejo med 10-40 dolarji.
• Voznik motorja (uporabil sem gonilnik z dvojnim motorjem L298N) Ti so lahko precej dragi, zato s svojim ravnajte previdno. Ti slabi fantje so zasnovani za črpanje veliko energije v motorje, zato se zelo segrejejo. Prepričajte se, da ima tisti, ki ga kupite, hladilnik ali če ga nima, ga prilepite. Zagotovo ne želite, da se voznik motorja pregreje in zlomi, kar vas bo stalo od 20 do nekaj sto dolarjev za novega.
• Nekaj žic za mizo. Tu ni treba veliko razlagati, saj jih najdete skoraj povsod.
• Nekaj žic M-F DuPont. Namesto žic za plošče, ki imajo na obeh koncih kovinske "igle", imajo te na enem koncu "iglo", na drugem pa vtičnico.
• Nekaj pritrdilnih vijakov. Spet ni potrebno veliko razlage. Kupite majhne vijake s križno glavo, standardne velikosti.
• Primarni vir napajanja za mikrokrmilnik (na spletu lahko najdete precej poceni litij-ionske baterije za ponovno polnjenje. Običajno uporabljam napajalnike za polnjenje telefonov.)
• Vir napajanja motorja (6 baterij AA bo za to odlično delovalo, vendar lahko uporabite drug vir napajanja, če želite. NE uporabljajte 9V baterije; preprosto nimajo toka za te stvari. ne pozabite, da so zasnovani za delovanje detektorjev dima in ne robotov.) Če je mogoče, poskusite dobiti vir energije za ponovno polnjenje. Sprva je nekoliko dražje, ampak verjemite. Če uporabljate baterije za enkratno uporabo, jih boste zelo hitro preboleli in stroški toliko baterij hitro presežejo stroške nekaterih baterij za ponovno polnjenje.

Morda boste želeli:

• Ultrazvočni senzor. Omogoča vašemu robotu, da vidi predmete pred seboj.
• Nekaj servo motorjev. Namesto nenehnega vrtenja se lahko ti uporabni motorji programirajo tako, da se premaknejo pod določenim kotom in ostanejo tam.
• Peščica LED. Pojasnilo ni potrebno. Daš moč, zasvetijo. Enostavno.
• Ali kakšne druge priloge. Zakaj ne bi dodali robotske roke? Ali kakšen drug senzor?

Korak: Zgradite ohišje robota

Sestavite ohišje robota, ki ste ga kupili. Prepričajte se, da je vse pravilno sestavljeno.

Z Runt Rover Whippersnapperjem se vse skupaj kar združi. Če ohišje držite skupaj z vijaki, se prepričajte, da sta tesna in da je bot robusten. Verjemite mi, nič hujšega ni, da se vam projekt razleti - včasih dobesedno! Prepričajte se tudi, da je znotraj ohišja prostora. Predstavljajte si, da bi kupili vse in porabili več kot 70 dolarjev, le da bi ugotovili, da ena od vaših glavnih komponent ne sodi v bota!

Prepričajte se tudi, da so motorji pravilno pritrjeni in da se lahko prosto vrtijo. Včasih lahko kos šasije, ki štrli, blokira motorje, zato se prepričajte, da nič ne preprečuje obračanja motorjev.

2. korak: Osnovno ožičenje

Motorja na levi strani povežite vzporedno. Enako storite za prave motorje. Prepričajte se, da so rdeče žice na levi strani združene s črnimi žicami na levi strani in enako na desni strani. Priključite rdečo žico na obe RDEČI žici na desni strani. Priključite drugo rdečo žico na obe ČRNI žici na levi strani (vem, zdi se, da je na levi strani nazaj, toda to je primerno za dejstvo, da se motorji na nasprotnih straneh vrtijo v nasprotni smeri.) Ponovite za črne žice. Žice na straneh naj bodo združene skupaj. Prepričajte se tudi, da so levi stranski motorji obrnjeni od običajnega.

3. korak: Priključite gonilnik motorja

Preden uporabite motorni gonilnik, morate vedeti, kako deluje. Če napačno povežete, lahko uničite mikro-krmilnik in/ali motorni voznik!

Gonilnik motorja je vrsta krmilnika izoliranega vezja, kar pomeni, da ni fizične povezave med območjem moči motorja in območjem logičnega krmiljenja. Večina dobrih je zasnovanih tako, da se izognejo vsakršnemu uhajanju električne energije v mikrokrmilnik (ki bi ga lahko poškodoval ali uničil.) Prav tako je večina dobrih ponavadi najmanj 15 USD, zato, če na spletu opazite 2 USD, ga ne kupujte! Osebno sem našel takega in samo kot poskus sem nanj nalepil hladilnik in ga priklopil. Prodajalec je dejal, da je voznik ocenjen na 12V. Priključil sem ga na 9V in začelo se je kaditi. Izkazalo se je, da je čip, ki so ga uporabili, ocenjen le na 3V!

Gonilnik motorja ima 2 vhodni področji: vhode za napajanje in logične vhode. Ima tudi dve izhodni površini: desno in levo stran. Tu so vsi zatiči in kaj počnejo:

• Logični vhodi:

  • Ti sprejmejo 3.3v logični signal in ga uporabljajo za krmiljenje motorjev. Nikoli ne priključujte visoke napetosti na te zatiče.
  • Povežite jih z digitalnimi logičnimi izhodi na mikrokrmilniku.

• Vhodne moči:

  • Vtičnica Power In, ki se uporablja za napajanje motorjev. Količina energije, ki jo vnesete tukaj, je količina energije, ki jo voznik črpa v motorje.
  • Pin GND, ki se uporablja kot skupna ozemljitvena povezava. Uporablja se tako za napajanje kot povratno vrednost za logične vhode. Pin GND je običajno ožičen z diodami, da se prepreči uhajanje električne energije v logične in napajalne zatiče.
  • 5V pin, ki se uporablja za napajanje določenih vrst motorjev. IZDAJA 5 voltov, zato ga ne zamenjajte za vhodno moč. Vse, kar potrebujete, je en udarec moči v napačen zatič vašega mikrokrmilnika, da ga tiho in v trenutku uničite.

• Izhodi:

  • 1A in 1B, za en motor ali sklop motorjev.
  • 2A in 2B, za drugi motor ali sklop le -teh.

Z gonilnikom motorja lahko upravljate visokonapetostni motor z nizkonapetostnim logičnim signalom. Razlog za dva vhoda na motor je, da lahko nadzorujete tudi smer.

Izhode 1A in 1B gonilnika motorja priključite na motorje na desni strani. Priključite izhode 2A in 2B na motorje na levi strani (Ne pozabite! NAZAD!)

Motorno baterijo namestite nekje v ohišje robota in jo priključite na vhod za napajanje gonilnika motorja, s + za vhod za napajanje in - za GND.

Če uporabljate vnaprej sestavljen modul, potem ste dobri.

Če uporabljate samo IC, se prepričajte, da je pravilno ožičen, nanj pa namestite hladilnik! Ti čipi se zelo segrejejo, zato ima večina dobrih voznikov hladilnike.

4. korak: Priključite mikrokrmilnik

Mikro krmilnik pritrdite na robota. Uporabil sem Arduino Uno Rev3. Štiri digitalne izhode mikrokrmilnika priključite na logični vhod gonilnika motorja. Ozemljitveni zatič mikrokrmilnika priključite na režo GND gonilnika motorja. Ne priključujte 5V pin na gonilniku motorja na mikro krmilnik! To se uporablja za napajanje določenih vrst motorjev, ne kot vhodna moč in zagotovo ne za mikrokrmilnik. Če to storite, lahko poškodujete mikrokrmilnik. Na mikro krmilnik priključite samo logične zatiče in zatič skupnega ozemljitvenega gonilnika motorja.

Te povezave se uporabljajo za krmiljenje motorjev z uporabo logičnih vhodov voznika.

5. korak: Poskrbite, da bo vse v redu

Vrnite se in se prepričajte, da je vse v redu. Preverite ožičenje, preverite, ali so levi motorji priključeni nazaj, se prepričajte, da vaš 5V izhod na mikrokrmilniku ni priključen na 5V izhod na gonilniku motorja, in preverite, ali obstajajo druge težave. Prepričajte se, da so vsi vijaki priviti, da so žice priključene, motorji niso blokirani in da nobena žica ni pretrgana.

Če je vse v redu, pojdite na naslednji korak.

6. korak: Namestite baterijo

Baterije vstavite v ohišje robota. Če izpadejo, lahko upočasnijo ali ustavijo vašega robota, zato jih zavarujte v ohišju. Če jih nameravate pogosto vzeti, uporabite pritrdilni nosilec, nekaj lepila ali pa jih lepite. Prepričajte se tudi, da so priključki baterije dobri. Nekoč sem imel robota, ki se ni hotel premakniti, in ure in ure hodil v krog, preverjal programiranje, ponovno povezal motorje in nisem mogel najti težave. Na koncu sem celo kupil nov mikrokrmilnik, vendar sem ugotovil, da se je ena od žic na mojem akumulatorju motorja sprostila v ohišju. To je odličen primer, zakaj morate pred zamenjavo dela vedno preveriti druge težave!

7. korak: Pritrdite vse

Vse pritrdite z majhnimi pritrdilnimi vijaki. Gonilnik motorja in mikrokrmilnik privijte na ohišje robota in se prepričajte, da so motorji varni. Prepričajte se, da je tudi plošča dobro pritrjena.

Za organiziranje žic uporabite zadrge ali majhne koščke traku. Tega vam ni treba narediti, vsekakor pa bo robotu videti lepše in olajša spremljanje, katere žice gredo do česa. Če tudi nimate zadrge ali pa morate žice enostavno zamenjati, jih lahko združite po barvah. Na primer, lahko uporabite zelene žice od mikrokrmilnika do gonilnika motorja, rdeče žice za napajanje, črne žice za GND in modre žice od gonilnika motorja do motorjev.

8. korak: Program

Mikro krmilnik priključite na računalnik in ga programirajte. Začnite preprosto in se ne obremenjujte. Začnite z nečim tako preprostim, kot je premikanje robota naprej. Ali ga lahko obrnete? Pojdi nazaj? Vrteti se v krogih? Pazite, programiranje zahteva veliko potrpljenja in običajno traja najdlje. Oglejte si zgornji graf.

Odvisno je od tebe!

9. korak: Priloge

Zdaj, ko ste nastavili preprostega robota, je čas, da dodate nekaj dodatnih funkcij. Priključite ultrazvočni senzor, da se robotu izogne oviram. Ali pa servo motor z nekaj kul na vrhu. Ali pa nekaj utripajočih LED za popestritev bota. Ne pozabite, da je to vaš robot, zato je odvisno od vas!

10. korak: Končali ste

Čestitke! Zdaj imate delujočega robota! V komentarjih objavite, če ste ga zgradili in katere priloge ste dodali.

Če gre kaj narobe, si oglejte spodnjo pomoč za odpravljanje težav:

Robot se sploh ne vklopi

Veste, da je robot vklopljen, ker ima večina voznikov motorjev in mikrokrmilnikov lučke, ki kažejo, da so prižgane. Če se ne vklopijo, potem:

• Glavna baterija je lahko prazna ali prazna. Če uporabljate baterijo za ponovno polnjenje, jo napolnite. Če uporabljate običajno baterijo, jo zamenjajte.
• Morda so napačno priključene žice. Preverite svoje povezave. Ena napačna žica lahko prekine napajanje celotnega robota.
• Mogoče so pretrgane žice. Zdi se, kot da ne bi pričakovali, da boste našli, vendar sem ugotovil, da so pretrgane žice pravzaprav precej pogoste. Poiščite zlomljeno ali pokvarjeno izolacijo, majhne kovinske "igle", ki štrlijo iz žičnih vtičnic (ko se zatič na koncu žice odlepi in se zatakne), ali razcepljene žice.
• Morda je prišlo do težave z gonilnikom motorja ali mikro krmilnikom. Napake pri proizvodnji lahko povzročijo, da se sistemi ne vklopijo. V tem primeru zamenjajte mikrokrmilnik ali gonilnik motorja. To je zadnja možnost, saj so mikrokrmilniki in zlasti vozniki motorjev včasih precej dragi.

Robot se vklopi, vendar se ne premakne

Če ste potrdili, da je robot vklopljen, vendar se sploh ne premika, potem:

• Vir energije motorja je lahko nizek ali prazen. Zamenjajte baterijo. Po mojih izkušnjah se te baterije zelo hitro izpraznijo, saj za delovanje motorjev potrebuje veliko toka.
• Morda je prišlo do težav z ožičenjem. Poglejte zgornji razdelek in preverite, ali so žice napačno nameščene ali pretrgane.
• Motorji so lahko kratki ali izgoreli. To je precej pogosto, zato ga je vredno iskati. Na motorje priključite neposredno moč in preverite, ali se premikajo.
• Gonilnik motorja se lahko poškoduje. Preverite napetost na izhodih. Če lučka na vozniku ugasne, je to jasen znak okvare enote. OBVEZNO PREVERITE VSE DRUGO! Poleg podvozja je voznik običajno najdražji kos robota.
• Morda je težava s programiranjem. Zame je to najpogostejša težava. V jeziku C (ki se uporablja v Arduinu) glede na velike in male črke lahko ena napaka uniči celoten program. Python (jezik Raspberry Pi) ima lahko tudi nekaj težav.
• Mikro krmilnik je lahko poškodovan. Včasih logični signal sploh ne doseže voznika motorja (obstaja razlog, da ne skočite prav do zaključka slabega voznika). V tem primeru ga samo zamenjajte.

Robot se vklopi, vendar se premika nenormalno

Če se robot vklopi, vendar se začne nenamerno premikati (na primer se vrti v krogu, ko bi moral iti naprej), potem:

• Verjetno je problem z ožičenjem. PRVO PREVERITE! Ste se spomnili, da ste eno stran obrnili?
• Morda je prišlo do programske napake. Preverite težave v kodi.
• Včasih lahko poškodovan mikrokrmilnik ponore in večkrat pošilja naključne signale. Če mikrokrmilnik to stori, se ne trudite popraviti. To je jasen znak, da je čip nepopravljivo poškodovan, zato samo nadaljujte in zamenjajte celotno stvar. Verjemite mi, te čipe izdelujejo roboti v laboratoriju. Človek jih preprosto ne more popraviti.
• Motor se lahko poškoduje. Če motor ne teče ali deluje z manjšo hitrostjo, se bo robot med premikanjem počasi "oddaljil" na eno stran. Obstajajo trije načini, kako to rešiti. Če zmorete, samo povečajte napetost do tega motorja, da ga doseže enako hitrost kot vsi drugi. Če ne, poskusite namestiti upor na vse motorje, razen na poškodovanega. To upočasni ostale motorje do hitrosti poškodovanega. Končno ga lahko preprosto zamenjate. Robotski zobniški motorji so ponavadi precej poceni, običajno za 2-3 dolarje. Primerjajte to z voznikom motorja, ki je lahko med 10-200 dolarji.

Če se robot ne odziva na senzorje

Če se robot vklopi in se premika na običajen način, vendar ne "posluša" senzorjev ali se ne odzove na pravi način, je to skoraj vedno ena od dveh stvari.

• Verjetno je prišlo do programske napake. Senzorje je treba skrbno umeriti in programirati. Nekoč sem imel nekontrolirano vrtenje robota, vendar sem ugotovil, da sem ga pomotoma nastavil tako, da se obrne, ko vidi nekaj znotraj 100 metrov namesto 100 centimetrov. Nenehno je videl stene, zaradi česar se je nenehno obračal.
• Druga najpogostejša težava je slabo ožičenje. Tudi ena manjkajoča žica lahko povzroči, da senzor ne deluje.

Za kakršno koli drugo pomoč si oglejte zgornje razdelke ali poiščite v Googlu posebno težavo, ki jo imate. Če imate kakršna koli vprašanja, se lahko obrnete tudi na [email protected].

Prosim za komentar o tem!