Robotiskais rovers: 10 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Sveiki, es esmu Proxy303, robotikas speciālists. Šajā apmācībā es iemācīšu jums izveidot savu robotu, piemēram, vienu no manējiem.

Es nerunāju par vienu no tām pārāk slavinātajām tālvadības automašīnām, kuras cilvēki sauc par robotiem. Viena no robota definīcijām ir tāda, ka tas nevar būt tālvadības pults. Robots, kuru jūs uzbūvēsiet šodien, ir tas, ko jūs veidojat, vadāt un programmējat. Tad tas ir autonoms. Tas nozīmē, ka tas netiek kontrolēts ārēji. Tas kontrolē sevi. Pēc uzbūvēšanas un ieprogrammēšanas robots visu pārējo dara pats.

Jebkuram robotam ir piecas galvenās sastāvdaļas:

• Šasija, kas ir jūsu robota korpuss. Jūs varat tos iegādāties tiešsaistē iepriekš samontētus vai izgatavot pats no komplekta vai no jauna.
• Mikrokontrolleris, kas ir jūsu robota "smadzenes". Šī ir daudzpusīga shēma, kuru var ieprogrammēt gandrīz jebko.
• Daži motori, kas ļauj robotam pārvietoties. Jūs nevarat efektīvi vadīt motorus tieši ar mikrokontrolleri, tāpēc jums ir nepieciešams…
• Motora draiveris, kas ļauj vadīt zemsprieguma motoru ar zemsprieguma loģisko signālu.
• Barošanas avots, kas nodrošina visu. Pārnēsājamiem robotiem vai tiem, kas pārvietojas, izmantojiet baterijas. Pretējā gadījumā varat izmantot barošanas moduli, piemēram, datoru.

Piegādes

Jums būs nepieciešams:

• Robota šasija (es iesaku Actobotics Runt Rover Whippersnapper, jo tam ir tik daudz labu aspektu, piemēram, universāls mikrokontroles stiprinājums vai sensora stiprinājumi, vai arī tas, ka viss vienkārši saliek kopā.) Jebkurš materiāls darbojas, tāpēc izmēģiniet plastmasu, koks vai pat kartons. Esiet piesardzīgs, lietojot metālu, jo tas var īsslēgt lodēšanas savienojumus zem shēmas plates, bet, ja jūs zināt, ko darāt, tad turpiniet un pamēģiniet. Robotu šasija var būt diezgan dārga, unning var būt no 15 līdz dažiem simtiem dolāru.
• Mikrokontrolleris (es izmantoju Arduino Mega 2560, bet arī Raspberry Pi darbojas labi.) Tos var iegādāties elektronikas veikalos, hobiju veikalos, tiešsaistē vai jebkurā citā vietā, kur tiek pārdotas robotu detaļas. Lai gan tie ir viena no vissvarīgākajām robota sastāvdaļām, tie patiesībā ir diezgan lēti, un tie ir no 10 līdz 40 dolāriem.
• Motora vadītājs (es izmantoju divu motoru draiveri L298N) Tie var būt diezgan dārgi, tāpēc uzmanīgi izturieties pret savu. Šie sliktie zēni ir paredzēti daudz enerģijas iesūknēšanai motoros, un tāpēc viņi daudz sakarst. Pārliecinieties, vai iegādātajā ir radiators, vai, ja tā nav, pielīmējiet to. Jūs noteikti nevēlaties, lai motora vadītājs pārkarst un salūzt, par jaunu maksājot no 20 līdz dažiem simtiem dolāru.
• Daži maizes dēļa vadi. Šeit nav vajadzīgs daudz paskaidrojumu, jo tos var atrast gandrīz jebkurā vietā.
• Daži M-F DuPont vadi. Tā vietā, lai būtu maizes dēļu stieples, kuru abos galos ir metāla "adatas", to vienā galā ir "adata", bet otrā - kontaktligzda.
• Sauja montāžas skrūvju. Atkal, daudz paskaidrojumu nav nepieciešams. Iegūstiet mazas standarta izmēra Phillips galvas skrūves.
• Galvenais barošanas avots mikrokontrollera barošanai (tiešsaistē varat atrast diezgan lētas uzlādējamas litija jonu baterijas. Es parasti izmantoju strāvas bankas, kuras izmanto tālruņu uzlādēšanai.)
• Motora barošanas avots (šim nolūkam lieliski noderēs 6 AA baterijas, taču, ja vēlaties, varat izmantot citu barošanas avotu. NELIETOJIET 9 V bateriju; tām vienkārši nav strāvas šāda veida lietām. paturiet prātā, ka tie ir paredzēti, lai darbinātu dūmu detektorus, nevis robotus.) Ja iespējams, mēģiniet iegūt uzlādējamu barošanas avotu. Sākumā tas ir nedaudz dārgāks, bet ticiet man. Ja izmantojat vienreiz lietojamas baterijas, jūs ļoti ātri tos iziesit, un daudzu bateriju izmaksas ātri pārspēj dažu uzlādējamu bateriju izmaksas.

Jūs varat vēlēties:

• Ultraskaņas sensors. Ļauj robotam saskatīt priekšā esošos objektus.
• Daži servomotori. Tā vietā, lai pastāvīgi grieztos, šos noderīgos motorus var ieprogrammēt, lai tie pārvietotos noteiktā leņķī un paliktu tur.
• Sauja gaismas diodes. Paskaidrojums nav nepieciešams. Jūs pieliekat varu, tie iedegas. Vienkārši.
• Vai kādi citi pielikumi. Kāpēc nepievienot robota roku? Vai kāds cits sensors?

1. darbība: izveidojiet robota šasiju

Salieciet nopirkto robota šasiju. Pārliecinieties, ka viss ir pareizi salikts.

Ar Runt Rover Whippersnapper viss vienkārši salūst kopā. Ja jūsu šasija tiek turēta kopā ar skrūvēm, pārliecinieties, vai tās ir cieši pievilktas un ka jūsu robots ir izturīgs. Ticiet man, nekas nav sliktāks, ja jūsu projekts vienkārši sabrūk - dažreiz burtiski! Pārliecinieties arī, vai šasijas iekšpusē ir vieta. Iedomājieties, ka pērkat visu, tērējot vairāk nekā 70 dolārus, lai atklātu, ka viena no jūsu galvenajām sastāvdaļām neietilpst robota iekšpusē!

Pārliecinieties arī, vai motori ir pareizi piestiprināti un var brīvi griezties. Dažreiz šasijas gabals, kas izliekas ārā, var bloķēt motorus, tāpēc pārliecinieties, ka nekas neliedz dzinējiem griezties.

2. solis: pamata elektroinstalācija

Paralēli savienojiet kreisās puses motorus. Dariet to pašu ar pareizajiem motoriem. Pārliecinieties, vai kreisās puses sarkanie vadi ir sagrupēti ar kreisās puses melnajiem vadiem un vienādi labajā pusē. Pievienojiet sarkano vadu abiem SARKANAJIEM vadiem labajā pusē. Pievienojiet vēl vienu sarkanu vadu abiem kreisās puses melnajiem vadiem (es zinu, ka kreisajā pusē tas šķiet atpakaļ, bet tas ir jāņem vērā, jo pretējās puses motori griežas pretējā virzienā.). Pārliecinieties, ka sānu vadi ir sagrupēti. Pārliecinieties arī, ka kreisie sānu motori ir apgriezti pretēji tam, kā to parasti savienotu.

3. darbība: pievienojiet motora draiveri

Pirms motora vadītāja izmantošanas jums jāzina, kā tas darbojas. JA SAVIENOJAT SAVIENOJUMU, VARAT IZNĪCINĀT MIKROVADĪTĀJU UN/VAI MOTORVADĪTĀJU!

Motora draiveris ir izolētas ķēdes kontroliera veids, kas nozīmē, ka starp motora jaudas zonu un loģikas vadības zonu nav fiziska savienojuma. Lielākā daļa labu ir veidoti tā, lai izvairītos no jebkādas elektriskās noplūdes mikrokontrollerī (kas varētu to sabojāt vai iznīcināt.) Arī lielākā daļa labo parasti ir vismaz USD 15, tādēļ, ja tiešsaistē pamanāt vienu USD 2, nepērciet to! Es personīgi atradu tādu, un tikai kā eksperimentu es uzliku tai radiatoru un saslēdzu to. Pārdevējs teica, ka vadītājam ir 12 V spriegums. Es pievienoju to 9V, un tas sāka smēķēt. Izrādās, mikroshēma, ko viņi izmantoja, bija paredzēta tikai 3 V spriegumam!

Motora vadītājam ir 2 ievades apgabali: barošanas ieejas un loģiskās ieejas. Tam ir arī divas izvades zonas: labā un kreisā puse. Šeit ir visas tapas un to darbība:

• Loģiskās ieejas:

  • Tie ņem 3.3V loģisko signālu un izmanto to, lai kontrolētu motorus. Nekad nepievienojiet šīm tapām augstspriegumu.
  • Savienojiet tos ar mikrokontrollera digitālās loģikas izejām.

• Jaudas ieejas:

  • Ieslēgšanas tapa, ko izmanto motoru barošanai. Šeit ievietotā jauda ir jaudas daudzums, ko vadītājs iesūknēs motoros.
  • GND tapa, ko izmanto kā kopēju zemes savienojumu. Izmanto gan barošanai, gan loģisko ieeju atdevei. GND tapu parasti savieno ar diodēm, lai novērstu elektrisko noplūdi loģikas un strāvas tapās.
  • 5V tapa, ko izmanto dažu veidu motoru barošanai. Tas IZVADA 5 voltus, tāpēc nejauciet to ar strāvas padevi. Viss, kas nepieciešams, ir viena strāvas padeve nepareizā mikrokontrollera tapā, lai to klusi un uzreiz iznīcinātu.

• Izejas:

  • 1A un 1B, vienam motoram vai motoru komplektam.
  • 2A un 2B, citam motoram vai to komplektam.

Motora draiveris ļauj kontrolēt augstsprieguma motoru ar zemsprieguma loģisko signālu. Iemesls vienam motoram ir divas ieejas, lai jūs varētu arī kontrolēt virzienu.

Pievienojiet motora draivera izejas 1A un 1B labajā pusē esošajiem motoriem. Pievienojiet izejas 2A un 2B kreisās puses motoriem (atcerieties! ATGRIEZUMI!)

Ievietojiet motora akumulatoru kaut kur robota šasijas iekšpusē un pievienojiet to motora draivera strāvas padevei, ar + strāvas padevei un - ar GND.

Ja jūs izmantojat iepriekš samontētu moduli, jums viss ir kārtībā.

Ja izmantojat tikai IC, pārliecinieties, vai tas ir pareizi pievienots vadam, un noteikti ievietojiet tajā radiatoru! Šīs mikroshēmas ļoti sakarst, tāpēc lielākajai daļai labu draiveru ir radiatori.

4. solis: pievienojiet mikrokontrolleri

Pievienojiet mikrokontrolleri robotam. Es izmantoju Arduino Uno Rev3. Pievienojiet četras mikrokontrollera digitālās izejas motora draivera loģiskajai ieejai. Pievienojiet mikrokontrollera zemējuma tapu motora draivera GND slotā. Nepievienojiet motora draivera 5V tapu mikrokontrolleram! To izmanto noteiktu veidu motoru barošanai, nevis kā strāvas ievadi un noteikti ne mikrokontrolleram. To darot, jūs varat sabojāt mikrokontrolleri. Mikrokontrolleram jāpievieno tikai loģikas tapas un motora draivera kopējā zemējuma tapa.

Šos savienojumus izmanto, lai kontrolētu motorus, izmantojot vadītāja loģiskās ieejas.

5. solis: pārliecinieties, ka viss ir kārtībā

Atgriezieties un pārliecinieties, ka viss ir kārtībā. Pārbaudiet elektroinstalāciju, pārliecinieties, vai kreisie motori ir pievienoti atpakaļ, pārliecinieties, vai jūsu 5V izeja mikrokontrollerī nav pievienota motora draivera 5 V izejai, un pārbaudiet, vai nav citu problēmu. Pārliecinieties, ka visas jūsu skrūves ir cieši pievilktas, vadi ir pievienoti, jūsu motori nav bloķēti un vadi nav salauzti.

Ja viss ir kārtībā, pārejiet pie nākamās darbības.

6. darbība: ievietojiet akumulatoru

Ievietojiet baterijas robota korpusā. Ja tie izkrīt, tie var palēnināt vai apturēt jūsu robota darbību, tāpēc noteikti nostipriniet tos šasijas iekšpusē. Izmantojiet stiprinājuma kronšteinu, kādu līmi vai vienkārši uzlīmējiet tos vietā, ja plānojat tos bieži izņemt. Pārliecinieties arī, vai akumulatora savienojumi ir labi. Reiz man bija robots, kurš atteicās kustēties, un es stundām ilgi riņķoju, pārbaudīju savu programmēšanu, pārinstalēju motorus un nevarēju atrast problēmu. Es pat iegādājos jaunu mikrokontrolleri, tikai atklājot, ka viens no mana motora akumulatora vadiem ir atvienojies šasijas iekšpusē. Šis ir lielisks piemērs, kāpēc pirms detaļas nomaiņas vienmēr jāpārbauda, vai nav citu problēmu!

7. solis: pievienojiet visu

Izmantojiet mazas stiprinājuma skrūves, lai visu droši piestiprinātu. Pieskrūvējiet motora vadītāju un mikrokontrolleri pie robota šasijas un pārliecinieties, vai motori ir droši. Pārliecinieties, vai arī maizes dēlis ir droši piestiprināts.

Vadu sakārtošanai izmantojiet rāvējslēdzējus vai mazus lentes gabalus. Jums tas nav jādara, taču tas noteikti uzlabo robota izskatu un ļauj vieglāk izsekot, kādi vadi tiek novirzīti. Turklāt, ja jums nav rāvējslēdzēju vai vienkārši jāmaina vadi, varat tos grupēt pēc krāsas. Piemēram, jūs varat izmantot zaļos vadus no mikrokontrollera līdz motora vadītājam, sarkanos vadus strāvas padevei, melnos vadus GND un zilos vadus no motora draivera līdz motoriem.

8. solis: programma

Pievienojiet mikrokontrolleri datoram un ieprogrammējiet to. Sāciet vienkārši un nepārslogojiet sevi. Sāciet ar kaut ko tik vienkāršu kā likt robotam virzīties uz priekšu. Vai jūs varat likt tam pagriezties? Doties atpakaļ? Vai griezties lokos? Uzmanieties, programmēšana prasa daudz pacietības un parasti aizņem visilgāk. Skatiet iepriekš redzamo grafiku.

Tas ir atkarīgs no jums!

9. solis: Pielikumi

Tagad, kad esat iestatījis vienkāršu robotu, ir pienācis laiks pievienot dažas papildu funkcijas. Pievienojiet ultraskaņas sensoru, lai ļautu robotam izvairīties no šķēršļiem. Vai servomotors, ar kaut ko foršu virsū. Vai dažas mirgojošas gaismas diodes, lai padarītu robotu gaišāku. Atcerieties, ka tas ir jūsu robots, tāpēc tas ir atkarīgs no jums!

10. solis: esat pabeidzis

Apsveicu! Tagad jums ir strādājošs robots! Lūdzu, ievietojiet komentāros, vai esat to izveidojis un kādus pielikumus pievienojāt.

Ja kaut kas noiet greizi, lūdzu, skatiet tālāk sniegto problēmu novēršanas palīdzību:

Robots vispār neieslēdzas

Jūs zināt, ka robots ir ieslēgts, jo lielākajai daļai motoru vadītāju un mikrokontrolleru ir gaismas, kas norāda, ka tās ir ieslēgtas. Ja tie neieslēdzas, tad:

• Galvenais akumulators var būt zems vai tukšs. Ja izmantojat atkārtoti uzlādējamu akumulatoru, uzlādējiet to. Ja izmantojat parasto akumulatoru, nomainiet to.
• Vadi var būt nepareizi pievienoti. Pārbaudiet savus savienojumus. Viens nepareizs vads var pārtraukt barošanu visam robotam.
• Vadi var būt salauzti. Šķiet, ka kaut kas tāds, ko jūs negaidītu atrast, bet es atklāju, ka salauzti vadi patiesībā ir diezgan izplatīti. Meklējiet salauztu vai nodilušu izolāciju, nelielas metāla "adatas", kas izkļūst no stiepļu kontaktligzdām (kad tapa stieples galā nokrīt un iestrēgst), vai sadalītus vadus.
• Var būt problēmas ar motora draiveri vai mikrokontrolleri. Ražošanas defektu dēļ sistēmas var neieslēgties. Tādā gadījumā nomainiet mikrokontrolleri vai motora draiveri. Tas ir pēdējais līdzeklis, jo mikrokontrolleri un jo īpaši motoru vadītāji dažreiz var būt diezgan dārgi.

Robots ieslēdzas, bet nekustas

Ja esat apstiprinājis, ka robots ir ieslēgts, bet tas nekustas, tad:

• Motora barošanas avots var būt zems vai tukšs. Nomainiet akumulatoru. Pēc manas pieredzes šīs baterijas izlādējas diezgan ātri, jo dzinēju darbināšanai ir nepieciešama liela strāva.
• Var būt problēma ar vadu. Apskatiet iepriekš minēto sadaļu un pārbaudiet, vai vadi nav novietoti vai salauzti.
• Motori var būt īsslēgti vai izdeguši. Tas ir diezgan izplatīts, tāpēc ir vērts to meklēt. Pielietojiet dzinējiem tiešu jaudu un pārbaudiet, vai tie kustas.
• Motora vadītājs var tikt bojāts. Pārbaudiet spriegumu pie izejām. Ja vadītāja gaisma ir izslēgta, tā ir skaidra zīme, ka ierīce ir bojāta. DROŠI PĀRBAUDIET VISU CITU! Papildus šasijai motora vadītājs parasti ir visdārgākais robota gabals.
• Iespējams, radusies programmēšanas problēma. Man tā ir visizplatītākā problēma. Lielo un mazo burtu reģistrā (lieto Arduino valodā) viena kļūda var sabojāt visu jūsu programmu. Python (Raspberry Pi valodā) var būt arī dažas problēmas.
• Mikrokontrolleris var būt bojāts. Dažreiz loģiskais signāls pat nesasniedz motora vadītāju (ir iemesls nepāriet uz slikta vadītāja secinājumu). Tādā gadījumā vienkārši nomainiet to.

Robots ieslēdzas, bet pārvietojas neparasti

Ja robots ieslēdzas, bet sāk kustēties neparedzētā veidā (piemēram, iet pa apļiem, kad tam vajadzētu virzīties uz priekšu), tad:

• Iespējams, ir problēma ar vadu. PĀRBAUDI ŠO PIRMO! Vai atcerējāties, ka vadu viena puse ir apgriezta otrādi?
• Iespējams, radusies programmēšanas kļūda. Pārbaudiet, vai kodā nav problēmu.
• Dažreiz bojāts mikrokontrolleris var kļūt traks, atkārtoti nosūtot nejaušus signālus. Ja mikrokontrolleris to dara, nemēģiniet to labot. Tā ir skaidra zīme par mikroshēmu, kas ir bojāta pēc labošanas, tāpēc vienkārši turpiniet un nomainiet visu. Ticiet man, šīs mikroshēmas ražo roboti laboratorijā. Cilvēki tos vienkārši nevar labot.
• Var sabojāt motoru. Ja motors nedarbojas vai darbojas lēnāk, robots pārvietojoties lēnām "novirzās" uz vienu pusi. Ir trīs veidi, kā to atrisināt. Ja varat, vienkārši palieliniet konkrētā motora spriegumu, lai tas sasniegtu tādu pašu ātrumu kā visi pārējie. Ja nē, mēģiniet novietot rezistorus uz visiem motoriem, izņemot bojāto. Tas palēnina pārējo motoru ātrumu līdz bojātajam. Visbeidzot, jūs varat to vienkārši nomainīt. Robotu pārnesumu motori parasti ir diezgan lēti, parasti par 2-3 dolāriem. Salīdziniet to ar motora vadītāju, kas var būt no 10 līdz 200 dolāriem.

Ja robots nereaģē uz sensoriem

Ja robots ieslēdzas un pārvietojas parastā veidā, bet "neklausās" sensoros vai nereaģē pareizi, tas gandrīz vienmēr ir viena no divām lietām.

• Iespējams, ir programmēšanas kļūda. Sensori ir rūpīgi jākalibrē un jāprogrammē. Reiz man robots nekontrolējami griezās apkārt, atklājot, ka nejauši iestatīju to pagriešanai, kad tas ierauga kaut ko 100 metru, nevis 100 centimetru robežās. Tā pastāvīgi redzēja sienas, liekot tai pastāvīgi griezties.
• Otra visbiežāk sastopamā problēma ir slikta elektroinstalācija. Pat viens trūkstošs vads var padarīt sensoru nefunkcionālu.

Lai saņemtu citu palīdzību, skatiet iepriekšējās sadaļas vai meklējiet Google vietnē konkrēto problēmu. Ja jums ir kādi jautājumi, varat arī sazināties ar mani pa e -pastu [email protected].

Lūdzu, komentējiet par to!