Robotický rover: 10 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Ahoj, som Proxy303, špecialista na robotiku. V tomto tutoriáli vás naučím, ako si postaviť vlastného robota, ako je ten môj.

Nehovorím o jednom z tých preslávených áut na diaľkové ovládanie, ktoré ľudia volajú roboti. Jedna z definícií robota je, že nemôže byť diaľkovým ovládaním. Robot, ktorý dnes zostrojíte, vyrobíte, zapojíte a naprogramujete. Potom je to autonómne. To znamená, že nie je ovládaný zvonka. Ovláda sa sama. Potom, čo je robot postavený a naprogramovaný, urobí všetko ostatné sám.

Každý robot má päť hlavných komponentov:

• Podvozok, ktorý je telom vášho robota. Môžete si ich kúpiť online vopred zostavené alebo si môžete vyrobiť vlastné zo súpravy alebo od začiatku.
• Mikroprocesor, ktorý je „mozgom“vášho robota. Jedná sa o univerzálny obvod, ktorý je možné naprogramovať tak, aby robil takmer čokoľvek.
• Niektoré motory, ktoré umožňujú pohybu vášho robota. Motory nemôžete efektívne ovládať priamo pomocou mikroradiča, takže potrebujete …
• Ovládač motora, ktorý vám umožňuje ovládať motor vyššieho napätia logickým signálom nízkeho napätia.
• Zdroj energie, ktorý poháňa všetko. Pre prenosné roboty alebo pohybujúce sa roboty používajte batérie. V opačnom prípade môžete použiť napájací modul, napríklad z počítača.

Zásoby

Budete potrebovať:

• Podvozok robota (navrhujem Actobotics Runt Rover Whippersnapper, pretože má toľko dobrých aspektov, ako je univerzálny držiak na mikroovládač alebo držiaky senzorov alebo skutočnosť, že všetko k sebe jednoducho zapadá.) Akýkoľvek materiál funguje, takže vyskúšajte plast., drevo alebo dokonca lepenka. Pri použití kovu buďte opatrní, pretože by mohlo dôjsť k skratu spájkovacích spojov pod doskami s plošnými spojmi, ale ak viete, čo robíte, choďte do toho a vyskúšajte to. Podvozok robota môže byť dosť drahý, pričom jeho cena sa pohybuje od 15 do niekoľko stoviek dolárov.
• Mikroprocesor (použil som Arduino Mega 2560, ale Raspberry Pi funguje dobre.) Dajú sa kúpiť v obchodoch s elektronikou, v obchodoch pre domácich majstrov, online alebo kdekoľvek inde, kde sa predávajú súčiastky do robotov. Napriek tomu, že sú jednou z najdôležitejších častí robota, sú v skutočnosti dosť lacné a pohybujú sa medzi 10 až 40 dolármi.
• Vodič motora (použil som dvojmotorový ovládač L298N) Tieto môžu byť dosť drahé, preto s ním zaobchádzajte opatrne. Títo zlí chlapci sú určení na čerpanie veľkého množstva energie do motorov, a preto sa veľmi zahrievajú. Uistite sa, že kupovaný má chladič, alebo ak nie, prilepte ho. Určite nechcete, aby sa vodič motora prehrial a zlomil, pričom vás nový stojí kdekoľvek od 20 do niekoľko stoviek dolárov.
• Niekoľko drôtov na chlieb. Tu nie je potrebné veľa vysvetľovania, pretože ich nájdete takmer kdekoľvek.
• Niektoré káble M-F DuPont. Skôr než drôty na chlieb, ktoré majú na oboch koncoch kovové „ihly“, majú tieto na jednom konci „ihlu“a na druhom konci objímku.
• Hrsť montážnych skrutiek. Opäť nie je potrebné veľa vysvetľovania. Zaobstarajte si malé skrutky s krížovou hlavou a štandardnou veľkosťou.
• Primárny zdroj energie na napájanie mikroovládača (Na internete nájdete lacné nabíjateľné lítium-iónové batérie. Na nabíjanie telefónov zvyčajne používam energetické banky.)
• Napájací zdroj motora (na to bude fungovať 6 batérií AA, ale ak chcete, môžete použiť aj iný zdroj energie. Nepoužívajte 9 V batériu; na tieto veci jednoducho nemajú prúd. myslite na to, že sú navrhnuté tak, aby fungovali s detektormi dymu, nie s robotmi.) Ak je to možné, pokúste sa získať nabíjateľný zdroj energie. Na začiatku je to o niečo drahšie, ale verte mi. Ak použijete jednorazové batérie, veľmi rýchlo ich prejdete a náklady na tieto mnohé batérie rýchlo prevyšujú náklady na niektoré nabíjateľné batérie.

Môžete chcieť:

• Ultrazvukový senzor. Nechajte svojho robota vidieť objekty pred sebou.
• Niektoré servomotory. Tieto užitočné motory môžu byť namiesto neustáleho otáčania naprogramované tak, aby sa pohybovali pod určitým uhlom a zostali tam.
• Hrsť LED diód. Nie je potrebné žiadne vysvetlenie. Vložíte silu, rozsvietia sa. Jednoduché.
• Alebo akékoľvek iné prílohy. Prečo nepridať rameno robota? Alebo nejaký iný senzor?

Krok 1: Zostavte podvozok robota

Zostavte podvozok robota, ktorý ste si kúpili. Uistite sa, že je všetko správne zostavené.

S Runt Rover Whippersnapper všetko jednoducho zapadne do seba. Ak je váš podvozok držaný pohromade pomocou skrutiek, uistite sa, že sú pevné a váš robot je pevný. Verte mi, nie je nič horšie, že keď sa váš projekt na vás rozpadne - niekedy doslova! Uistite sa tiež, že je vo vnútri podvozku priestor. Predstavte si, že kúpite všetko a utratíte viac ako 70 dolárov, aby ste zistili, že jedna z vašich hlavných komponentov sa do robota nehodí!

Tiež skontrolujte, či sú motory správne pripevnené a či sa môžu voľne otáčať. Niekedy môže časť trčiacaho podvozku zablokovať motory, takže sa uistite, že neexistuje nič, čo by mohlo zabrániť otáčaniu motorov.

Krok 2: Základné zapojenie

Pripojte motory na ľavej strane k sebe paralelne. To isté urobte so správnymi motormi. Zaistite, aby boli červené vodiče na ľavej strane zoskupené s čiernymi vodičmi na ľavej strane a to isté pre pravú stranu. Pripojte červený vodič k obom ČERVENÝM vodičom na pravej strane. Pripojte ďalší červený vodič k obom ČIERNYM vodičom na ľavej strane (viem, zdá sa to na ľavej strane dozadu), ale to má vyhovieť skutočnosti, že motory s opačnými stranami sa otáčajú opačným smerom.) Opakujte pre čierne drôty. Uistite sa, že vodiče pre boky sú zoskupené. Tiež sa uistite, že LEVÉ bočné motory sú obrátené od toho, ako by ste ich normálne zapojili.

Krok 3: Pripojte ovládač motora

Predtým, ako použijete ovládač motora, POTREBUJETE vedieť, ako funguje. AK ZAPOJÍTE ZLE, MÔŽETE ZNIČIŤ MIKRO-OVLÁDAČ A/ALEBO VODIČ MOTORA!

Ovládač motora je typ izolovaného regulátora obvodu, čo znamená, že neexistuje žiadne fyzické spojenie medzi oblasťou výkonu motora a oblasťou logického riadenia. Väčšina dobrých je navrhnutá tak, aby sa zabránilo akémukoľvek elektrickému úniku do mikrokontroléra (ktorý by ho mohol poškodiť alebo zničiť.) Väčšina dobrých je tiež najmenej 15 dolárov, takže ak na internete nájdete 2 doláre, nekupujte ich! Osobne som taký našiel a len ako experiment som naň prilepil chladič a zapojil ho. Predávajúci uviedol, že vodič bol ohodnotený na 12V. Pripojil som to na 9V a začalo to fajčiť. Ukázalo sa, že čip, ktorý použili, bol dimenzovaný iba na 3 V!

Ovládač motora má 2 vstupné oblasti: vstupy napájania a logické vstupy. Má tiež dve výstupné oblasti: pravú a ľavú stranu. Tu sú všetky kolíky a čo robia:

• Logické vstupy:

  • Tieto odoberajú logický signál 3,3 V a používajú ho na ovládanie motorov. K týmto kolíkom nikdy nepripájajte vysoké napätie.
  • Pripojte ich k digitálnym logickým výstupom na mikroovládači.

• Príkony:

  • Kolík Power In, ktorý sa používa na napájanie motorov. Množstvo energie, ktoré tu vložíte, je množstvo energie, ktoré bude vodič pumpovať do motorov.
  • Pin GND, používaný ako spoločné uzemnenie. Používa sa ako na napájanie, tak aj ako návrat pre logické vstupy. Kolík GND je zvyčajne zapojený pomocou diód, aby sa zabránilo elektrickému úniku do logických a napájacích pinov.
  • 5V kolík, ktorý sa používa na napájanie určitých typov motorov. NAPÁJA 5 voltov, preto si ho nemýľte s napájaním. Stačí jedna dávka energie na nesprávny kolík na vašom mikro-ovládači, aby ste ho ticho a okamžite zničili.

• Výstupy:

  • 1A a 1B, pre jeden motor alebo súpravu motorov.
  • 2A a 2B pre druhý motor alebo ich súpravu.

Ovládač motora vám umožňuje ovládať vysokonapäťový motor s logickým signálom nízkeho napätia. Dôvodom sú dva vstupy na motor je ten, že môžete ovládať aj smer.

Pripojte výstupy 1A a 1B vášho ovládača motora k motorom na pravej strane. Pripojte výstupy 2A a 2B k motorom na ľavej strane (Pamätajte si! POZADIA!)

Nainštalujte batériu motora niekde do šasi robota a pripojte ju k napájaciemu zdroju vášho ovládača motora pomocou znamienka + na vstupe napájania a - na GND.

Ak používate vopred zostavený modul, ste v poriadku.

Ak používate iba integrovaný obvod, uistite sa, že je správne zapojený a určite naň dajte chladič! Tieto čipy sa veľmi zahrievajú, a preto väčšina dobrých vodičov má chladiče.

Krok 4: Pripojte mikroradič

Pripojte k robotovi svoj mikro-ovládač. Použil som Arduino Uno Rev3. Pripojte štyri digitálne výstupy mikroovládača k logickému vstupu ovládača motora. Pripojte uzemňovací kolík mikroovládača k zásuvke GND v ovládači motora. Nepripájajte 5V kolík na ovládači motora k mikroradiču! Toto sa používa na napájanie určitých typov motorov, nie ako vstupné napätie, a už vôbec nie pre mikroradič. V opačnom prípade by ste mohli poškodiť mikroradič. K mikrokontroléru by ste mali pripojiť iba logické piny a spoločný uzemňovací kolík na ovládači motora.

Tieto pripojenia sa používajú na ovládanie motorov pomocou logických vstupov vodiča.

Krok 5: Uistite sa, že je všetko v poriadku

Vráťte sa a uistite sa, že je všetko v poriadku. Skontrolujte zapojenie, uistite sa, že sú ľavé motory zapojené dozadu, uistite sa, že váš 5V výstup na mikrokontroléri nie je pripojený k 5V výstupu na ovládači motora a skontrolujte, či nemá ďalšie problémy. Uistite sa, že všetky vaše skrutky sú pevné, vaše vodiče sú zapojené, vaše motory nie sú zablokované a nie sú prerušené žiadne vodiče.

Ak je všetko v poriadku, pokračujte ďalším krokom.

Krok 6: Nainštalujte batériu

Vložte batérie do šasi robota. Ak vypadnú, môžu spomaliť alebo zastaviť vášho robota, preto ich zaistite vo vnútri podvozku. Ak ich plánujete často vyberať, použite montážnu konzolu, nejaké lepidlo alebo ich len zalepte páskou. Tiež sa uistite, že je vaše pripojenie batérie dobré. Raz som mal robota, ktorý sa odmietal pohnúť, a hodiny som chodil v kruhoch, kontroloval som svoje programovanie, prepájal motory a nedokázal som nájsť problém. Dokonca som skončil s kúpou nového mikroovládača, ale zistil som, že jeden z drôtov k mojej batérii motora sa uvoľnil vo vnútri šasi. Je to perfektný príklad, prečo by ste pred výmenou súčiastky mali vždy skontrolovať ďalšie problémy!

Krok 7: Pripojte všetko

Na zaistenie všetkého pomocou malých upevňovacích skrutiek. Naskrutkujte ovládač motora a mikroradič na podvozok robota a uistite sa, že sú motory zaistené. Uistite sa, že aj doska na chlieb je bezpečne pripevnená.

Na usporiadanie drôtov použite zipsy alebo malé kúsky pásky. Nemusíte to robiť, ale vďaka tomu robot vyzerá lepšie a uľahčuje vám sledovanie toho, aké drôty k čomu vedú. Tiež, ak nemáte zapínanie na zips alebo potrebujete jednoducho vymeniť drôty, môžete ich zoskupiť podľa farby. Môžete napríklad použiť zelené vodiče z mikroovládača k ovládaču motora, červené vodiče pre napájanie, čierne vodiče pre GND a modré vodiče od vodiča motora k motorom.

Krok 8: Program

Pripojte mikroradič k počítaču a naprogramujte ho. Začnite jednoducho a nenechajte sa zahltiť. Začnite niečím tak jednoduchým, ako je pohyb robota dopredu. Dokážete to zvrátiť? Ísť dozadu? Točiť sa v kruhoch? Dávajte si pozor, programovanie vyžaduje veľa trpezlivosti a zvyčajne trvá najdlhšie. Pozrite sa na graf vyššie.

Je to na tebe!

Krok 9: Prílohy

Teraz, keď máte nastaveného jednoduchého robota, je načase pridať niekoľko ďalších funkcií. Pripojte ultrazvukový senzor, aby sa robot mohol vyhnúť prekážkam. Alebo servomotor s niečím chladným navrchu. Alebo nejaké blikajúce LED diódy na rozjasnenie robota. Pamätajte si, že je to váš robot, takže je to na vás!

Krok 10: Hotovo

Gratulujem! Teraz máte pracovného robota! Napíšte do komentárov, či ste ho vytvorili a aké prílohy ste pridali.

Ak sa niečo pokazí, pozrite si pomocníka pri riešení problémov nižšie:

Robot sa vôbec nezapne

Viete, že robot je zapnutý, pretože väčšina motorových ovládačov a mikrořadičov má svetlá, ktoré indikujú, že sú zapnuté. Ak sa nezapnú, postupujte takto:

• Hlavná batéria môže byť vybitá alebo vybitá. Ak používate nabíjateľnú batériu, nabite ju. Ak používate bežnú batériu, vymeňte ju.
• Vodiče môžu byť nesprávne zapojené. Skontrolujte svoje pripojenia. Jediný nesprávne umiestnený vodič môže prerušiť napájanie celého robota.
• Káble môžu byť zlomené. Zdá sa, že by ste to nečakali, ale zistil som, že prerušené vodiče sú v skutočnosti celkom bežné. Pozrite sa na zlomenú alebo ošúchanú izoláciu, malé kovové „ihly“, ktoré trčia z drôtových zásuviek (keď sa kolík na konci drôtu uvoľní a zasekne), alebo rozdelené drôty.
• Môže byť problém s ovládačom motora alebo mikrokontrolérom. Výrobné chyby môžu spôsobiť, že sa systémy nezapnú. V takom prípade vymeňte mikroradič alebo ovládač motora. Toto je posledná možnosť, pretože mikrořadiče a najmä vodiči motorov môžu byť niekedy dosť drahé.

Robot sa zapne, ale nehýbe sa

Ak ste potvrdili, že je robot zapnutý, ale vôbec sa nepohybuje, postupujte takto:

• Zdroj energie motora môže byť nízky alebo prázdny. Vymeňte batériu. Podľa mojich skúseností sa tieto batérie vybíjajú dosť rýchlo, pretože na chod motorov je potrebný veľký prúd.
• Môže nastať problém s zapojením. Pozrite sa na vyššie uvedenú časť a skontrolujte, či nie sú na mieste alebo prerušené vodiče.
• Motory môžu byť skratované alebo spálené. To je celkom bežné, takže stojí za to hľadať. Pripojte motory priamo a zistite, či sa pohybujú.
• Vodič motora môže byť poškodený. Skontrolujte napätie na výstupoch. Ak kontrolka na vodiči nesvieti, je to jasný znak chybnej jednotky. URČITE SI KONTROLUJTE VŠETKO INÉ! Okrem podvozku je ovládač motora spravidla najdrahším kusom robota.
• Môže nastať problém s programovaním. Pre mňa je to najčastejší problém. V jazyku C, ktorý rozlišuje malé a veľké písmená (používa sa v Arduine), môže jediná chyba zničiť celý váš program. Niektoré problémy môže mať aj Python (jazyk Raspberry Pi).
• Mikroprocesor môže byť poškodený. Logický signál niekedy nedosiahne ani ovládač motora (existuje dôvod, prečo neskočiť rovno k záveru zlého vodiča). V takom prípade ho jednoducho vymeňte.

Robot sa zapne, ale pohybuje sa nenormálnym spôsobom

Ak sa robot zapne, ale začne sa neúmyselne pohybovať (napríklad ide v kruhoch, keď by mal ísť dopredu), potom:

• Pravdepodobne je problém v zapojení. SKONTROLUJTE TO PRVÉ! Pamätali ste si, že drôt je obrátený z jednej strany?
• Je možné, že došlo k chybe pri programovaní. Problémy skontrolujte v kóde.
• Poškodený mikrokontrolér sa niekedy môže zblázniť a opakovane odosielať náhodné signály. Ak to robí mikrokontrolér, nepokúšajte sa to opraviť. Je to jasný znak čipu, ktorý je neopraviteľne poškodený, takže pokračujte a vymeňte celú vec. Ver mi, tieto čipy vyrábajú roboti v laboratóriu. Ľudia ich jednoducho nedokážu opraviť.
• Motor môže byť poškodený. Ak motor nebeží alebo beží pomalšou rýchlosťou, robot sa pri pohybe pomaly „posunie“na jednu stranu. Existujú tri spôsoby, ako to vyriešiť. Ak je to možné, zvýšte napätie na konkrétnom motore, aby dosiahlo rovnakú rýchlosť ako všetky ostatné. Ak nie, skúste umiestniť odpory na všetky motory okrem poškodeného. To spomalí ostatné motory na rýchlosť poškodeného. Nakoniec ho môžete jednoducho nahradiť. Robotové prevodové motory bývajú dosť lacné, zvyčajne za 2-3 doláre. Porovnajte to s vodičom motora, ktorý môže byť kdekoľvek medzi 10-200 dolármi.

Ak robot nereaguje na senzory

Ak sa robot zapne a pohybuje sa normálnym spôsobom, ale „nepočúva“senzory alebo nereaguje správnym spôsobom, je to takmer vždy jedna z dvoch vecí.

• Pravdepodobne došlo k chybe programovania. Senzory musia byť starostlivo kalibrované a naprogramované. Raz sa mi robot nekontrolovateľne otáčal, aby som zistil, že som ho omylom nastavil na otáčanie, keď namiesto 100 centimetrov vidí niečo do 100 metrov. Neustále videl steny, vďaka čomu sa neustále otáčal.
• Ďalším najčastejším problémom je zlé zapojenie. Aj jeden chýbajúci vodič môže spôsobiť, že snímač bude nefunkčný.

Ak potrebujete akúkoľvek inú pomoc, pozrite si vyššie uvedené sekcie alebo vyhľadajte na Googli konkrétny problém, ktorý máte. V prípade akýchkoľvek otázok ma môžete tiež kontaktovať na adrese [email protected].

Vyjadrite sa prosím k tomu!