Vytvorte robota z bludiska: 3 kroky (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

Roboty na riešenie bludísk pochádzajú zo 70. rokov minulého storočia. Odvtedy IEEE organizuje súťaže v riešení bludísk s názvom Micro Mouse Contest. Cieľom súťaže je navrhnúť robota, ktorý čo najrýchlejšie nájde stred bludiska. Algoritmy používané na rýchle riešenie bludiska zvyčajne spadajú do troch kategórií; náhodné vyhľadávanie, mapovanie bludísk a postup podľa pravej alebo ľavej steny.

Najfunkčnejšou z týchto metód je metóda sledujúca stenu. Pri tejto metóde robot sleduje v bludisku pravú alebo ľavú bočnú stenu. Ak je výstupný bod spojený s vonkajšími stenami bludiska, robot nájde východ. Táto poznámka k aplikácii používa metódu nasledujúcu po pravej stene.

Hardvér

Táto aplikácia používa:

• 2 Ostré analógové snímače vzdialenosti
• Tracker senzor
• Kodér
• Motory a vodič motora
• Silego GreenPAK SLG46531V
• Regulátor napätia, podvozok robota.

Na určenie vzdialenosti k pravej a prednej stene použijeme analógový snímač vzdialenosti. Senzory vzdialenosti Sharp sú obľúbenou voľbou pre mnoho projektov, ktoré vyžadujú presné meranie vzdialenosti. Tento infračervený senzor je ekonomickejší ako sonarové diaľkomery, napriek tomu poskytuje oveľa lepší výkon ako ostatné alternatívy IR. Medzi výstupným napätím senzora a nameranou vzdialenosťou existuje nelineárny, inverzný vzťah. Graf znázorňujúci vzťah medzi výstupom senzora a nameranou vzdialenosťou je znázornený na obrázku 1.

Ako cieľ je stanovená biela čiara proti čiernej farbe. Na detekciu bielej čiary použijeme snímač sledovača. Senzor sledovača má päť analógových výstupov a výstupné údaje sú ovplyvnené vzdialenosťou a farbou detegovaného objektu. Zistené body s vyššou infračervenou odrazivosťou (biela) spôsobia vyššiu výstupnú hodnotu a nižšia infračervená odrazivosť (čierna) spôsobí nižšiu výstupnú hodnotu.

Na výpočet vzdialenosti, ktorú robot prejde, použijeme kodér pololu. Táto doska kvadratúrneho snímača je navrhnutá tak, aby spolupracovala s mikro kovovými prevodovými motormi pololu. Funguje tak, že drží dva infračervené odrazové senzory vo vnútri náboja kolesa Pololu 42 × 19 mm a meria pohyb dvanástich zubov pozdĺž ráfika kolesa.

Na ovládanie motorov sa používa obvodová doska vodiča motora (L298N). Kolíky INx slúžia na nasmerovanie motorov a kolíky ENx slúžia na nastavenie otáčok motorov.

Regulátor napätia sa tiež používa na zníženie napätia z batérie na 5V.

Krok 1: Popis algoritmu

Tento návod obsahuje správnu metódu nasledovania pravej steny. Toto je založené na organizovaní priority smeru uprednostňovaním toho najsprávnejšieho možného smeru. Ak robot nedokáže rozpoznať stenu napravo, otočí sa doprava. Ak robot zistí správnu stenu a vpredu nie je žiadna stena, ide dopredu. Ak je napravo od robota a spredu stena, otočí sa doľava.

Dôležitou poznámkou je, že potom, čo sa robot práve otočil doprava, neexistuje žiadna stena, na ktorú by ste sa mohli odkazovať. „Odbočenie doprava“sa preto uskutočňuje v troch krokoch. Choďte vpred, odbočte vpravo, choďte vpred.

Pri pohybe vpred si navyše musí robot udržať vzdialenosť od steny. To sa dá dosiahnuť úpravou jedného motora tak, aby bol rýchlejší alebo pomalší ako druhý. Konečný stav vývojového diagramu je znázornený na obrázku 10.

Robota Maze Runner je možné veľmi ľahko implementovať pomocou jedného konfigurovateľného integrovaného obvodu so zmiešaným signálom (CMIC) so zmiešaným signálom GreenPAK. Môžete prejsť všetkými krokmi, aby ste pochopili, ako bol čip GreenPAK naprogramovaný na ovládanie robota Maze Runner. Ak však chcete jednoducho vytvoriť robot Maze Runner bez porozumenia všetkým vnútorným obvodom, stiahnite si softvér GreenPAK a zobrazte už dokončený súbor návrhu Maze Runner Robot GreenPAK. Pripojte počítač k vývojovej súprave GreenPAK a spustite program, aby ste vytvorili vlastný integrovaný obvod na ovládanie robota Maze Runner. V nasledujúcom kroku sa bude diskutovať o logike, ktorá sa nachádza v súbore návrhu Maze Runner Robot GreenPAK pre tých, ktorých zaujíma porozumenie fungovaniu obvodu.

Krok 2: GreenPAK Design

Dizajn GreenPAK sa skladá z dvoch častí. Sú to tieto:

• Interpretácia / spracovanie údajov zo senzorov vzdialenosti
• Stavy ASM a výstupy motora

Interpretácia / spracovanie údajov zo senzorov vzdialenosti

Je dôležité interpretovať údaje zo senzorov vzdialenosti. Pohyby robota sú určené podľa výstupov snímačov vzdialenosti. Pretože snímače vzdialenosti sú analógové, použijeme ACMP. Poloha robota vzhľadom na stenu je určená porovnaním napätí senzorov s vopred určenými prahovými napätiami.

Použijeme 3 ACMP;

• Detekcia prednej steny (ACMP2)
• Detekcia pravej steny (ACMP0)
• Na ochranu vzdialenosti pravej steny (ACMP1)

Pretože ACMP0 a ACMP1 závisia od rovnakého snímača vzdialenosti, pre oba komparátory sme použili rovnaký zdroj IN+. Konštantnej zmene signálu je možné zabrániť poskytnutím hysterezie ACMP1 25 mv.

Smerové signály môžeme určiť na základe výstupov ACMP. Obvod zobrazený na obrázku 12 zobrazuje vývojový diagram naznačený na obrázku 7.

Rovnakým spôsobom je obvod, ktorý indikuje polohu robota vzhľadom na pravú stenu, znázornený na obrázku 13.

Stavy ASM a výstupy motora

Táto aplikácia používa na ovládanie robota asynchrónny stavový stroj alebo ASM. V ASM je 8 stavov a v každom stave 8 výstupov. Na úpravu týchto výstupov je možné použiť výstupnú RAM. Štáty sú uvedené nižšie:

• Začnite
• Ovládanie
• Odstúpte od pravej steny
• Blízko pravej steny
• Odbočiť vľavo
• Posunúť dopredu-1
• Odbočte vpravo
• Posunúť dopredu-2

Tieto stavy určujú výstup do vodiča motora a nasmerujú robota. Pre každý motor sú k dispozícii 3 výstupy z GreenPAK. Dva určujú smer motora a druhý výstup určuje rýchlosť motora. Pohyb motora podľa týchto výstupov je znázornený v nasledujúcich tabuľkách:

Z týchto tabuliek je odvodená výstupná RAM ASM. Je to znázornené na obrázku 14. Okrem ovládačov motora existujú ďalšie dva výstupy. Tieto výstupy idú do zodpovedajúcich blokov oneskorenia, aby umožnili robotovi prejsť určitú vzdialenosť. Výstupy týchto blokov oneskorenia sú tiež pripojené k vstupom ASM.

Na úpravu otáčok motorov boli použité PWM. ASM bol použitý na určenie, na akom PWM bude motor bežať. Signály PWMA-S a PWMB-S sú nastavené na bity výberu multiplexora.

Krok 3:

V tomto projekte sme vytvorili robota na riešenie bludísk. Interpretovali sme údaje z viacerých senzorov, kontrolovali sme stav robota pomocou ASM systému GreenPAK a poháňali sme motory ovládačom motora. Na tieto projekty sa spravidla používajú mikroprocesory, ale GreenPAK má oproti MCU niekoľko výhod: je menší, dostupnejší a dokáže spracovať výstup senzora rýchlejšie ako MCU.