Samodejno uravnoteženi robot: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

V tem navodilu vam bomo pokazali, kako sestaviti samo uravnoteženega robota, ki smo ga naredili kot šolski projekt. Temelji na nekaterih drugih robotih, kot sta nBot in drugi Instructable. Robota lahko upravljate s pametnega telefona Android prek povezave Bluetooth. Ker ta Instructable zajema samo gradbeni proces, smo napisali tudi dokument, ki pokriva tehnično ozadje kode in elektronike. Vsebuje tudi povezave do uporabljenih virov, zato si jih lahko ogledate, če dokument ni dovolj obsežen za vas.

Če želite slediti vsem korakom tega projekta, boste potrebovali nekaj veščin 3D tiskanja ali kak drug pameten način pritrditve koles na motorje.

1. korak: Zahteve

Robot temelji na brezkrtačni krmilni plošči Martinez. Obstaja nekaj majhnih različic te plošče, vendar če imate eno s čipom ATmega328 in krmilniki motorja L6234, bi morali biti v redu. Če iščete »Martinezova plošča« v storitvi Google Images, boste videli nekaj plošč z enostavnim priključkom za čip IMU in/ali baterijo, namesto glav ali zatičev. V zadnjem primeru vam bo prav prišel, če naročite paket zatičev za glavo, ki jih lahko nato spajkate v luknje.

Delni seznam

Nekateri izdelki na tem seznamu vsebujejo povezave do spletnih trgovin.

• Krmilnik: Martinez BoardDX.com (prihaja tudi z IMU in nekaj zatiči glave).
• IMU: MPU6050
• Baterija (450 mAh 3S LiPo baterija) Opomba: Potrebovali boste tudi 3S LiPo polnilnik eBay.com
• 2x motor: motor brez krtač 2208, KV100DX.com
• Kolesa (te lahko dobite iz obstoječih igrač ali LEGO)
• 6x vijak M2 5 mm
• 8x vijak M3 (dolžina je odvisna od materiala za vašo zunanjost, eden mora biti zelo dolg)
• Čip Bluetooth HC-05 (ne pozabite ga kupiti s serijsko vmesniško ploščo, ne le z golim čipom) POMEMBNO: Prepričajte se, da ima čip zatič z oznako KLJUČ.
• Žice: ženski do ženski DuPont Nakup 20 žic bo več kot dovolj
• Velcro trak
• USB kabel za povezavo krmilnika z računalnikom
• Izbirno: Head pinsDX.com (lahko jih razrežete ali zlomite na želeno dolžino)
• Plastične podložke in distančniki

Nazadnje potrebujete nekaj akrila, lesa ali kartona, ki ga spremlja lepilo ali trak, da ustvarite strukturo, ki vsebuje vse komponente.

Korak: Konfiguracija čipa Bluetooth

Ko se lotite vseh delov, je čas za konfiguracijo čipa Bluetooth. Za priključitev krmilne plošče na računalnik in Arduino IDE za komunikacijo s komponentami potrebujete kabel USB.

Če želite to narediti, morate prenesti datoteko:

HC-05_Serial_Interface.ino

Nato sledite tem korakom:

1. Krmilnik povežite z računalnikom s kablom USB.
2. Odprite datoteko.ino z Arduino IDE.
3. V IDE pojdite na Tools, Board in se prepričajte, da je nastavljen na Arduino/Genuino Uno.
4. Zdaj pojdite na Orodja, Vrata in ga nastavite na vrata COM, na katera je priključen krmilnik. Običajno so samo ena vrata. Če jih je več, preverite Upravitelj naprav (v sistemu Windows), da ugotovite, kateri je krmilnik.
5. Zdaj pritisnite gumb Naloži v IDE in počakajte, da se nalaganje konča. Nato odklopite kabel USB iz računalnika ali krmilnika.

Ko to storite, priključite HC-05 s kabli DuPont na naslednji način:

Krmilnik HC-05

KLJUČ +5V GND GND TXD RX RXD TX

Zdaj znova priključite kabel USB, nato priključite VCC pin HC-05 na drugo +5V na krmilniku. LED mora utripati z intervalom ~ 1 sekundo.

V Arduino IDE izberite ustrezna vrata COM, nato pojdite na Orodja, Serijski monitor.

Možnost Končanje vrstice v serijskem monitorju nastavite na NL in CR. Hitrost prenosa podatkov nastavite na 38400. Zdaj lahko s serijskim monitorjem pošiljate nastavitvene ukaze na čip Bluetooth. To so ukazi:

AT Preverite povezavo

AT+NAME Pridobite/nastavite prikazno ime Bluetooth AT+UART Pridobite/nastavite hitrost prenosa AT+ORGL Ponastavi tovarniške nastavitve AT+PSWD Pridobi/nastavi geslo Bluetooth

Če želite spremeniti ime, geslo in hitrost prenosa naprave Bluetooth, pošljite naslednje ukaze:

AT+NAME = "Primer imena"

AT+PSWD = "PassWord123" AT+UART = "230400, 1, 0"

Možnosti Ime in Geslo lahko nastavite na karkoli želite, samo nastavite hitrost prenosa z istim ukazom, kot je navedeno zgoraj. S tem nastavite na 230400 baud, z 1 stop bitom in brez parnosti. Ko vse nastavite, znova priključite kabel USB (za izhod iz nastavitvenega načina) in poskusite telefon povezati s čipom. Če vse deluje, odklopite kabel USB in pojdite na naslednji korak.

3. korak: Pritrditev koles na motorje

Kolesa, ki so bila uporabljena pri tem projektu, so neznanega izvora (ležala so v predalu z veliko drugimi stvarmi). Za pritrditev koles na motorje smo 3D natisnili kos, ki se ujema z luknjami za vijake na motorjih. Kosi so bili privijačeni s tremi 5-milimetrskimi 2M vijaki na motor. Oba dela imata zatič, ki ustreza luknjam v osi koles.

Vključen je model SolidWorks. Verjetno ga boste morali spremeniti za svoja kolesa ali poiskati drugo praktično rešitev za namestitev koles. Na primer, z Dremelom lahko izrežete luknjo enake velikosti kot motor (ali pa za majhen del, da se tesno prilega), nato pa motor potisnete v kolo. Če nameravate to narediti, ne pozabite dobiti ustreznih koles za to delo.

4. korak: Ustvarjanje zunanjosti

Za zunanjost sta bila uporabljena dva kosa lesa, ki sta bila razrezana v isto obliko. Za začetek smo označili obod motorja na spodnjem središču kosa. Nato smo vsak kotiček označili s črto 45 stopinj, pri čemer pazimo, da pustimo dovolj prostora, da motor sedi v spodnjem središču. Nato smo dva kosa lesa stisnili skupaj in odrezali vogale. Da bi stvari končali, smo vogale pobrusili, da bi bili manj ostri in odstranili drobce.

Zdaj je čas, da izvrtate luknje za vijake in os, ki izstopa iz hrbta motorja. Če med vrtanjem lesene kose pritrdite skupaj, morate vsako luknjo izvrtati samo enkrat.

Za izdelavo postavitve lukenj za vijake smo uporabili kos papirja in ga položili na zadnjo stran motorja ter s svinčnikom pritisnili v luknje za vijake, skozi papir. Kosec papirja s štirimi luknjami za vijake smo nato položili na les, da smo lahko označili mesto luknjic, ki jih je treba izvrtati. Za vrtanje lukenj uporabite 3, 5 mm vrtalnik. Zdaj s svinčnikom in ravnilom poiščite središče teh lukenj in s 5 -milimetrskim vrtalnikom ustvarite luknjo za os. Motorje pritrdite z vijaki M3, pri čemer enega od širše razporejenih vijakov pustite izven enega motorja.

Da bi priključek motorja in žico dobili v robota, smo izvrtali tudi 8 mm luknjo malo nad motorjem. Prepričajte se, da je dovolj prostora za upogibanje žic, ne da bi jih preveč obremenjevali.

Pomembno je, da delate čim natančneje, da ustvarite (skoraj) popolno simetrično zunanjost

5. korak: Namestitev komponent

Na lesu označite navpično sredinsko vodilo, da lahko sestavne dele postavite na sredino. Na les lahko pritrdite vse z velcro trakom. V našem robotu smo za pritrditev krmilne plošče uporabili majhne vijake in matice, lahko pa uporabite tudi velcro trak (v času, ko smo krmilnik pritrdili) ga še nismo imeli. Ko končate z gradnjo, priključite kabel USB.

Krmilnik smo postavili na sredino tako, da so vrata USB obrnjena navzdol, tako da lahko kabel priključimo med kolesi. Lahko ga pokažete tudi na eno od strani.

Baterijo postavite čim višje, da bo robot postal zelo težak. Polnilna vrata postavite tudi na lahko dostopno mesto blizu roba.

Bluetooth čip

VCC pin čipa Bluetooth priključite na +5V na krmilniku, Bluetooth GND pa na GND krmilnika. Pin TXD krmilnika gre na Bluetooth RX, pin RXD na krmilniku pa na pin TX Bluetooth. Nato le prilepite čip Bluetooth nekam na leseno ploščo z velcro trakom.

Gibljivi čip

Gibljivi čip ima dve luknji za vijake, zato smo čip pritrdili z distančnikom tako, da središče čipa pade na sredino motorja. Usmerjenost ni pomembna, saj se robot pri zagonu umerja. Ne pozabite uporabiti plastične podložke pod glavo vijaka, da preprečite kratki stik vezja.

Nato uporabite žice DuPont za priključitev nožic na krmilnik. Vsak pin je na krmilniku označen enako kot na gibalnem čipu, zato je njegovo povezovanje samoumevno.

Stikalo za vklop

Priključitev stikala za vklop je enostavna. Enega smo vzeli iz stare naprave in ga odlepili z vezja. Če ga želite uporabiti kot stikalo za vklop robota, priključite pozitivno žico akumulatorja na zatič (ob predpostavki, da gre za tri-polno stikalo) na strani, kjer želite stikalo vklopiti. Nato priključite sredinski zatič na pozitivni vhod krmilnika. Na stikalo smo spajkali žice DuPont, tako da sama baterija ni trajno pritrjena na stikalo.

Povezovanje strani

Zdaj veste, kje se nahajajo komponente in imate dve strani robota. Zadnji korak pri izdelavi robota bo povezovanje obeh strani med seboj. uporabili smo štiri sklope treh kosov lesa, zlepljenih skupaj, in ga privili na stranice, tako da je bil naš čip za gibanje na srednji osi robota. Povedati je treba, da uporabljeni material, če je dovolj močan, ni preveč pomemben. Na vrhu lahko uporabite tudi težjo povezavo, da še povečate višino središča mase. Toda za razliko od navpičnega položaja središča mase je treba vodoravni položaj središča mase čim bolj držati nad osjo kolesa, saj bi kodiranje kode za gibljivi čip postalo precej trdo, če bi bilo vodoravno središče premaknjene mase.

Zdaj ste pripravljeni naložiti kodo in nastaviti krmilnik.

6. korak: Nalaganje in uglaševanje kode

Za nalaganje kode potrebujete računalnik z Arduino IDE. Prenesite spodnjo datoteko.ino in jo odprite z Arduino IDE. Nalaganje v krmilnik poteka na enak način kot koda iz nastavitve Bluetooth.

Če želite, da bo robot deloval, morate iz Trgovine Play prenesti aplikacijo Joystick bluetooth Commander. Vklopite napajanje robota in ga postavite na tla, spredaj ali zadaj. Zaženite aplikacijo in se povežite s čipom Bluetooth. Podatkovno polje 1 bo prešlo iz XXX v READY, ko se bo robot umeril (5 sekund, da ga postavite na bok, nato pa 10 sekund umerjanja). Robota lahko vklopite s preklopom gumba 1 v aplikaciji. Zdaj postavite robota navpično na tla in ga spustite, ko začutite, da se motorji vklopijo. Takrat se robot začne uravnotežiti.

Robot je zdaj pripravljen za nastavitev, saj njegova stabilnost verjetno ni velika. Poskusite lahko, če deluje brez dodatnega uglaševanja, vendar morate za pravilno delovanje robota narediti precej enakega kot našega. Zato bi morali v večini primerov krmilnik nastaviti tako, da bo najbolje deloval z vašim robotom. To je precej enostavno, čeprav traja precej časa. Evo, kako to storiti:

Uglaševanje krmilnika

Nekje v kodi boste našli 4 spremenljivke, začenši s k. To so kp, kd, kc in kv. Začnite tako, da nastavite vse vrednosti na nič. Prva nastavljena vrednost je kp. Privzeta vrednost kp je 0,17. Poskusite nastaviti na nekaj precej nižjega, na primer 0,05. Izklopite robota, naložite kodo in poglejte, kako poskuša uravnotežiti. Če pade naprej, povečajte vrednost. Najpametnejši način za to je interpolacija:

1. Vrednost nastavite na nekaj nizkega in preizkusite
2. Vrednost nastavite na nekaj visokega in preizkusite
3. Vrednost nastavite na povprečje obeh in jo preizkusite
4. Zdaj poskusite ugotoviti, ali je bolje uravnotežil nizko ali visoko vrednost in povprečil trenutno vrednost in tisto, pri kateri je deloval bolje.
5. Nadaljujte, dokler ne najdete sladkega mesta

Sladka točka za vrednost kp je, ko je na robu premajhne in prekomerne kompenzacije. Tako bo včasih padel naprej, saj ne more slediti hitrosti padanja, drugič pa bo padel nazaj, ker se je presegel v drugo smer.

Ko nastavite vrednost kp, nastavite kd. To lahko storite na enak način kot pri kp. Povečajte to vrednost, dokler robot ni skoraj uravnotežen, tako da se bo nihal naprej in nazaj, dokler ne pade. Če ga nastavite previsoko, ga lahko že precej lepo uravnotežite, ko pa se ravnovesje preveč moti, bo padlo (na primer, ko ga pritisnete). Zato poskusite najti mesto, na katerem ni ravno uravnoteženo, a precej blizu.

Kot ugibate, lahko nastavitev krmilnika traja več poskusov, saj je z vsako novo uvedeno spremenljivko vse težje. Če torej mislite, da ne bo šlo, začnite znova.

Zdaj je čas, da nastavite kv. Interpolirajte to, dokler ne najdete vrednosti, pri kateri robot preneha nihati, ostane uravnotežen in zmore rahel pritisk. Če je nastavljena previsoko, negativno vpliva na stabilnost. Poskusite se poigrati s kv in kp, da poiščete točko, kjer je najbolj stabilna. To je najbolj dolgotrajen korak uglaševanja.

Zadnja vrednost je kc. Zaradi te vrednosti se robot vrne v zadnji položaj, potem ko kompenzira pritisk ali kaj drugega. Tukaj lahko poskusite z isto metodo interpolacije, vendar bi moralo biti 0,0002 v večini primerov zelo dobro.

To je to! Vaš robot je zdaj pripravljen. Za krmiljenje robota uporabite krmilno palčko na pametnem telefonu. Pazite, saj lahko pri največji hitrosti robot še vedno pade. Poigrajte se s spremenljivkami krmilnika, da to čim bolj kompenzirate. Najbolj logičen korak bi bil pogled na to vrednost kp, saj to neposredno kompenzira trenutni kot robota.

Pomembna opomba o LiPo baterijah

Priporočljivo je, da redno preverjate napetost baterije LiPo. LiPo baterije se ne smejo izprazniti pod 3 volti na celico in merijo 9 voltov na 3S LiPo. Če napetost pade pod 3 volte na celico, pride do trajne izgube zmogljivosti baterije. Če napetost pade pod 2,5 V na celico, odstranite baterijo in kupite novo. Polnjenje LiPo celice z manj kot 2,5 V je nevarno, ker postane notranji upor zelo visok, kar povzroči vročo baterijo in potencialno nevarnost požara med polnjenjem..