Arduino - Zostatok - Vyvažovací robot - Ako urobiť?: 6 krokov (s obrázkami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:06

V tomto tutoriáli sa naučíme, ako vytvoriť vyrovnávacieho (vyváženého) robota Arduino, ktorý sa sám vyvažuje. Najprv sa môžete pozrieť na video návod vyššie.

Krok 1: Požadovaný hardvér

Doska Arduino (Uno) -

MPU-6050 GY521 Acc+Gyro-https://bit.ly/2swR0Xo

Sada prevodových motorov kodéra DC 6V 210RPM -

Ovládač motora L298N -

Tlačidlo prepínača -

Sada dištančných skrutiek s vnútorným šesťhranom M3 -

Akrylový list Perspex -

Nabíjacia lítium-iónová nabíjačka 3,7v 18650-https://bit.ly/2LNZQcl

9V batéria -

Prepojovacie vodiče -

Horúca lepiaca pištoľ -

Štartovacia sada a spotrebný materiál Arduino (voliteľné): Doplnky Arduino a spotrebný materiál SCM #01 -

Arduino Board & SCM Supplies #02 -

Úvodná súprava základného vzdelávania Arduino #01 -

Úvodná súprava základného vzdelávania Arduino #02 -

Úvodná súprava základného vzdelávania Arduino #03 -

Štartovacia sada Mega 2560 s návodom -

Sada modulov senzora pre Arduino #01 -

Sada modulov senzora pre Arduino #02 -

Krok 2: Zostavenie robota

• Vyvŕtajte štyri rohy z 3 akrylových listov. (Obrázok 1 a 2)
• Medzi každým akrylovým listom bude asi 8 cantimetrov / 3,15 palcov. (Obrázok 3)
• Rozmery robota (približne) 15 cm x 10 cm x 20 cm. (Obrázok 4)
• Jednosmerný motor a kolesá budú umiestnené v strede (stredovej čiare) robota. (Obrázok 5)
• Ovládač motora L298N bude umiestnený v strede prvého poschodia (stredová čiara) robota. (Obrázok 6)
• Doska Arduino bude umiestnená v druhom poschodí robota.
• Modul MPU6050 bude umiestnený v najvyššom poschodí robota. (Obrázok 7)

Krok 3: Pripojenia

Otestujte MPU6050 a uistite sa, že funguje! Pripojte najskôr MPU6050 k Arduinu a vyskúšajte pripojenie pomocou kódov v nižšie uvedenom návode. Daha by mala byť zobrazená na sériovom monitore

Výučba s pokynmi - 6 -osový akcelerometer MPU6050 GY521+gyroskop

Výukový program YouTube - 6 -osový akcelerometer MPU6050 GY521 + gyroskop

Modul L298N môže poskytovať +5 V potrebných pre Arduino, pokiaľ je jeho vstupné napätie +7 V alebo vyššie. Rozhodol som sa však mať samostatný zdroj energie pre motor

Krok 4: Ako funguje vyváženie?

• Aby bol robot vyvážený, musia motory pôsobiť proti pádu robota.
• Táto akcia vyžaduje spätnú väzbu a prvok na opravu.
• Prvkom spätnej väzby je MPU6050, ktorý poskytuje zrýchlenie aj otáčanie vo všetkých troch osiach, ktoré Arduino používa na poznanie aktuálnej orientácie robota.
• Opravným prvkom je kombinácia motora a kolesa.
• Samovyvažovací robot je v podstate obrátené kyvadlo.
• Dá sa to lepšie vyvážiť, ak je ťažisko vyššie vzhľadom na nápravy kolies.
• Preto som umiestnil batériu na vrch.
• Výška robota však bola zvolená na základe dostupnosti materiálov.

Krok 5: Zdrojový kód a knižnice

Kód vyvinutý pre váhy je príliš komplikovaný. Netreba sa však obávať. Zmeníme iba niektoré údaje.

Na to, aby samovyvažovacie roboty fungovali, potrebujeme štyri externé knižnice

• Knižnica PID uľahčuje výpočet hodnôt P, I a D.
• Na pohon dvoch motorov s modulom L298N sa používa knižnica LMotorController.
• Knižnica I2Cdev a MPU6050_6_Axis_MotionApps20 slúžia na čítanie údajov z MPU6050.

Stiahnite si Knižnice

PID -

LMotorController -

I2Cdev -

MPU6050 -

Získajte zdrojový kód -

Čo je PID?

• V teórii riadenia na udržanie rovnováhy niektorých premenných (v tomto prípade polohy robota) je potrebný špeciálny regulátor nazývaný PID.
• P pre proporcionálne, I pre integrál a D pre derivát. Každý z týchto parametrov má „zisky“, ktoré sa bežne nazývajú Kp, Ki a Kd.
• PID poskytuje korekciu medzi požadovanou hodnotou (alebo vstupom) a skutočnou hodnotou (alebo výstupom). Rozdiel medzi vstupom a výstupom sa nazýva „chyba“.
• Regulátor PID znižuje chybu na najmenšiu možnú hodnotu nepretržitým nastavovaním výstupu.
• V našom samovyvažovacom robote Arduino je vstup (ktorý je požadovaným naklonením v stupňoch) nastavený softvérom.
• MPU6050 číta aktuálny náklon robota a napája ho do algoritmu PID, ktorý vykonáva výpočty na ovládanie motora a udržanie robota vo vzpriamenej polohe.

PID vyžaduje, aby boli zisky Kp, Ki a Kd hodnoty „vyladené“na optimálne hodnoty

Hodnoty PID namiesto toho upravíme ručne

1. Nechajte Kp, Ki a Kd rovné nule.
2. Upravte Kp. Príliš málo Kp spôsobí, že sa robot prevrhne (nedostatočná korekcia). Príliš veľa Kp spôsobí, že sa robot bude divoko pohybovať tam a späť. Dostatočne dobrý Kp spôsobí, že sa robot mierne pohybuje tam a späť (alebo trochu osciluje).
3. Akonáhle je Kp nastavený, upravte Kd. Dobrá hodnota Kd zníži oscilácie, kým nebude robot takmer stabilný. Správne množstvo Kd tiež udrží robota stáť, aj keď bude tlačený.
4. Nakoniec nastavte Ki. Robot bude pri zapnutí oscilovať, aj keď sú Kp a Kd nastavené, ale časom sa stabilizuje. Správna hodnota Ki skráti čas, ktorý robot potrebuje na stabilizáciu.

Návrh na lepšie výsledky

Odporúčam vám, aby ste pomocou materiálov použitých v tomto projekte vytvorili podobný rám robota, aby zdrojový kód pre Balance Robot fungoval stabilne a efektívne.

Krok 6: O podporu

• Môžete sa prihlásiť na odber môjho kanála YouTube a získať ďalšie návody a projekty.
• Môžete sa tiež prihlásiť na odber podpory. Ďakujem.

Navštívte môj kanál YouTube -