Robotický rover: 10 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Ahoj, jsem Proxy303, specialista na robotiku. V tomto tutoriálu vás naučím, jak si postavit vlastního robota, jako je ten můj.

Nemluvím o jednom z těch oslavených aut na dálkové ovládání, kterým lidé říkají roboti. Jednou ze samotných definic robota je, že nemůže být dálkovým ovládáním. Robot, kterého dnes postavíte, je robot, kterého postavíte, zapojíte a naprogramujete. Pak je to autonomní. To znamená, že není ovládán externě. Ovládá se sama. Poté, co je robot postaven a naprogramován, dělá vše ostatní sám.

Existuje pět hlavních součástí jakéhokoli robota:

• Podvozek, což je tělo vašeho robota. Můžete si je koupit online předem sestavené, nebo si můžete vyrobit vlastní ze sady nebo od nuly.
• Mikroprocesor, který je „mozkem“vašeho robota. Jedná se o univerzální obvod, který lze naprogramovat tak, aby dělal téměř cokoli.
• Některé motory, které umožňují vašemu robotu pohyb. Motory nemůžete efektivně ovládat přímo pomocí mikrořadiče, takže potřebujete…
• Ovladač motoru, který vám umožňuje ovládat motor s vyšším napětím pomocí logického signálu nízkého napětí.
• Zdroj energie, který napájí všechno. U přenosných robotů nebo pohybujících se robotů používejte baterie. V opačném případě můžete použít napájecí modul, jako například z počítače.

Zásoby

Budete potřebovat:

• Robotický podvozek (doporučuji Actobotics Runt Rover Whippersnapper, protože má tolik dobrých aspektů, jako je univerzální držák na mikrořadič nebo držáky senzorů nebo skutečnost, že všechno k sobě jednoduše zapadne.) Jakýkoli materiál funguje, takže vyzkoušejte plast, dřeva nebo dokonce lepenky. Při používání kovu buďte opatrní, protože by mohlo dojít ke zkratu pájených spojů pod deskami s obvody, ale pokud víte, co děláte, zkuste to. Podvozek robota může být docela drahý, oddělování kdekoli od 15 do několika stovek dolarů.
• Mikroprocesor (použil jsem Arduino Mega 2560, ale Raspberry Pi funguje také dobře.) Lze je zakoupit v obchodech s elektronikou, hobby obchodech, online nebo kdekoli jinde, kde se prodávají části robotů. Přestože jsou jednou z nejdůležitějších částí robota, jsou ve skutečnosti docela levné a pohybují se mezi 10–40 dolary.
• Ovladač motoru (použil jsem dvoumotorový ovladač L298N) Ty mohou být poměrně drahé, takže s tím svým zacházejte opatrně. Tito zlí chlapci jsou navrženi pro čerpání velkého množství energie do motorů, a tak se hodně zahřívají. Ujistěte se, že kupovaný má chladič, nebo pokud ne, nalepte jej. Určitě nechcete, aby se motorový ovladač přehříval a zlomil, přičemž vás nový bude stát kdekoli od 20 do několika set dolarů.
• Několik drátů na prkénko. Zde není třeba mnoho vysvětlovat, protože je najdete téměř kdekoli.
• Některé dráty M-F DuPont. Spíše než dráty na prkénko, které mají na obou koncích kovové „jehly“, mají tyto na jednom konci „jehlu“a na druhém konci objímku.
• Hrst montážních šroubů. Opět není třeba mnoho vysvětlování. Získejte malé šrouby s křížovou hlavou, standardní velikost.
• Primární zdroj energie pro napájení mikrořadiče (Na internetu najdete docela levné dobíjecí lithium-iontové baterie. K nabíjení telefonů obvykle používám napájecí banky.)
• Zdroj napájení motoru (k tomu bude fungovat 6 baterií AA, ale pokud chcete, můžete použít jiný zdroj energie. NEPOUŽÍVEJTE 9V baterii; na takové věci prostě nemají proud. pamatujte na to, že jsou navrženy pro provoz detektorů kouře, ne robotů.) Pokud je to možné, zkuste získat dobíjecí zdroj energie. Zpočátku je to o něco dražší, ale věřte mi. Pokud používáte baterie na jedno použití, zjistíte, že jimi procházíte velmi rychle, a náklady na tolik baterií rychle převyšují náklady na některé nabíjecí.

Můžete chtít:

• Ultrazvukový senzor. Umožní robotovi vidět objekty před sebou.
• Některé servomotory. Tyto užitečné motory lze namísto neustálého otáčení naprogramovat tak, aby se pohybovaly pod určitým úhlem a zůstaly tam.
• Hrstka LED diod. Není nutné žádné vysvětlení. Když dáte sílu, rozsvítí se. Jednoduchý.
• Nebo jakékoli jiné přílohy. Proč nepřidat rameno robota? Nebo nějaký jiný senzor?

Krok 1: Sestavte podvozek robota

Sestavte podvozek robota, který jste si koupili. Ujistěte se, že je vše správně sestaveno.

S Runt Rover Whippersnapper se vše spojí. Pokud je váš podvozek držen pohromadě pomocí šroubů, zkontrolujte, zda jsou pevné a zda je váš robot pevný. Věřte mi, není nic horšího, že když se váš projekt na vás rozpadne - někdy doslova! Také se ujistěte, že je uvnitř šasi prostor. Představte si, že si koupíte všechno a utratíte přes 70 dolarů, jen abyste zjistili, že jedna z vašich hlavních součástí se do robota nevejde!

Zkontrolujte také, zda jsou motory správně připevněny a zda se mohou volně otáčet. Někdy může část trčícího motoru zablokovat motory, takže se ujistěte, že nic nebrání tomu, aby se motory otáčely.

Krok 2: Základní zapojení

Připojte motory na levé straně k sobě paralelně. Totéž proveďte pro správné motory. Ujistěte se, že jsou červené vodiče na levé straně seskupeny s černými vodiči na levé straně a stejné pro pravou stranu. Připojte červený vodič k oběma ČERVENÝM vodičům na pravé straně. Připojte další červený vodič k oběma ČERNÝM vodičům na levé straně (já vím, na levé straně to vypadá pozpátku, ale to je přizpůsobeno skutečnosti, že motory na opačné straně točí opačným směrem.) Opakujte pro černé vodiče. Ujistěte se, že vodiče pro boky jsou seskupeny. Také se ujistěte, že LEVÉ boční motory jsou obráceny od toho, jak byste je normálně zapojili.

Krok 3: Připojte ovladač motoru

Než použijete ovladač motoru, POTŘEBUJETE vědět, jak funguje. POKUD PŘIPOJÍTE ŠPATNĚ, MŮŽETE Zničit MIKROVLÁKNĚ A/NEBO MOTOROVÝ OVLADAČ!

Ovladač motoru je typ izolovaného řadiče obvodu, což znamená, že neexistuje žádné fyzické spojení mezi oblastí výkonu motoru a logickou řídicí oblastí. Většina dobrých je navržena tak, aby se zabránilo jakémukoli elektrickému úniku do mikrořadiče (který by jej mohl poškodit nebo zničit.) Také většina dobrých je obvykle za nejméně 15 $, takže pokud na internetu najdete 2 $, nekupujte je! Osobně jsem takový našel a jen jako experiment jsem na něj nalepil chladič a zapojil ho. Prodejce uvedl, že řidič byl hodnocen na 12V. Připojil jsem to na 9V a začalo to kouřit. Ukázalo se, že použitý čip byl dimenzován pouze na 3V!

Ovladač motoru má 2 vstupní oblasti: Vstupy napájení a logické vstupy. Má také dvě výstupní oblasti: pravou a levou stranu. Zde jsou všechny piny a co dělají:

• Logické vstupy:

  • Ty odebírají logický signál 3,3 V a používají ho k ovládání motorů. K těmto kolíkům nikdy nepřipojujte vysoké napětí.
  • Připojte je k digitálním logickým výstupům na mikrořadiči.

• Příkony:

  • Kolík Power In, sloužící k napájení motorů. Množství energie, které zde vložíte, je množství energie, které řidič napumpuje do motorů.
  • Pin GND, používaný jako společné uzemnění. Používá se jak pro napájení, tak jako návrat pro logické vstupy. Kolík GND je obvykle zapojen pomocí diod, aby se zabránilo elektrickému úniku do logických a napájecích kolíků.
  • 5V pin, který se používá k napájení určitých typů motorů. VYSTUPUJE 5 voltů, takže si jej nezaměňujte s příkonem. Stačí jeden výbuch energie na špatný kolík na vašem mikrořadiči, abyste jej potichu a okamžitě zničili.

• Výstupy:

  • 1A a 1B, pro jeden motor nebo sadu motorů.
  • 2A a 2B, pro druhý motor nebo jejich sadu.

Řidič motoru vám umožní ovládat vysokonapěťový motor s logickým signálem nízkého napětí. Důvodem jsou dva vstupy na motor, takže můžete také ovládat směr.

Připojte výstupy 1A a 1B ovladače motoru k motorům na pravé straně. Připojte výstupy 2A a 2B k motorům na levé straně (Pamatujte! POZADÍ!)

Nainstalujte baterii motoru někam do šasi robota a připojte ji k napájecímu vstupu ovladače motoru pomocí + k napájecímu vstupu a - k GND.

Pokud používáte předem sestavený modul, jste v pohodě.

Pokud používáte pouze integrovaný obvod, ujistěte se, že je správně zapojen, a nezapomeňte na něj umístit chladič! Tyto čipy se hodně zahřívají, a proto má většina dobrých řidičů chladiče.

Krok 4: Připojte mikrořadič

Připojte k robotu svůj mikrořadič. Použil jsem Arduino Uno Rev3. Připojte čtyři digitální výstupy mikrořadiče k logickému vstupu ovladače motoru. Připojte uzemňovací kolík mikrořadiče ke slotu GND ovladače motoru. Nepřipojujte kolík 5V na ovladači motoru k mikrořadiči! To se používá pro napájení určitých typů motorů, nikoli jako napájecí zdroj, a už vůbec ne pro mikrořadič. Pokud tak učiníte, můžete poškodit mikrořadič. K mikrokontroléru byste měli připojit pouze logické piny a společný uzemňovací kolík na ovladači motoru.

Tato připojení se používají k ovládání motorů pomocí logických vstupů ovladače.

Krok 5: Ujistěte se, že je vše v pořádku

Vraťte se a ujistěte se, že je vše v pořádku. Zkontrolujte zapojení, ujistěte se, že jsou levé motory připojeny dozadu, ujistěte se, že váš 5V výstup na mikrokontroléru není připojen k 5V výstupu na ovladači motoru, a zkontrolujte další problémy. Ujistěte se, že jsou všechny vaše šrouby utažené, vaše vodiče jsou zapojené, vaše motory nejsou zablokované a žádné vodiče nejsou přerušené.

Pokud je vše v pořádku, přejděte k dalšímu kroku.

Krok 6: Nainstalujte baterii

Vložte baterie do šasi robota. Pokud vypadnou, mohou zpomalit nebo zastavit robota, takže je zajistěte uvnitř podvozku. Pokud je plánujete často vyndávat, použijte montážní držák, nějaké lepidlo nebo je jen zalepte páskou. Také se ujistěte, že je připojení baterie dobré. Jednou jsem měl robota, který se odmítal pohnout, a hodiny jsem chodil v kruzích, kontroloval jsem své programování, přepojoval motory a nemohl jsem najít problém. Dokonce jsem nakonec koupil nový mikrořadič, ale zjistil jsem, že se uvnitř šasi uvolnil jeden z vodičů k mé baterii motoru. Toto je perfektní příklad, proč byste měli před výměnou součásti vždy zkontrolovat další problémy!

Krok 7: Připojte vše

Pomocí malých montážních šroubů vše bezpečně připevněte. Našroubujte ovladač motoru a mikrořadič na podvozek robota a ujistěte se, že jsou motory zajištěné. Ujistěte se, že je prkénko také bezpečně připevněno.

Uspořádejte dráty pomocí zipů nebo malých kousků pásky. Nemusíte to dělat, ale díky tomu robot vypadá lépe a usnadňuje vám sledování toho, jaké dráty k čemu vedou. Také, pokud nemáte zipy nebo potřebujete snadno vyměnit dráty, můžete je seskupit podle barvy. Můžete například použít zelené vodiče z mikrořadiče k ovladači motoru, červené vodiče pro napájení, černé vodiče pro GND a modré vodiče od ovladače motoru k motorům.

Krok 8: Program

Připojte mikrořadič k počítači a naprogramujte jej. Začněte jednoduše a nenechte se zahltit. Začněte něčím tak jednoduchým, jako je pohyb robota vpřed. Dokážeš to otočit? Jít dozadu? Točit v kruzích? Pozor, programování vyžaduje hodně trpělivosti a obvykle trvá nejdéle. Viz graf výše.

Je to na tobě!

Krok 9: Přílohy

Nyní, když máte nastaveného jednoduchého robota, je čas přidat další funkce. Připojte robot, aby se robot vyhnul překážkám. Nebo servomotor s něčím chladným nahoře. Nebo nějaké blikající LED diody pro zesvětlení robota. Pamatujte si, že je to váš robot, takže je to na vás!

Krok 10: Hotovo

Gratuluji! Nyní máte fungujícího robota! Napište prosím do komentářů, zda jste jej vytvořili a jaké přílohy jste přidali.

Pokud se něco pokazí, nahlédněte do níže uvedené nápovědy pro řešení potíží:

Robot se vůbec nezapne

Víte, že robot je zapnutý, protože většina ovladačů motoru a mikrořadičů má kontrolky, které indikují, že jsou zapnuté. Pokud se nezapnou, pak:

• Hlavní baterie může být vybitá nebo vybitá. Pokud používáte dobíjecí baterii, nabijte ji. Pokud používáte běžnou baterii, vyměňte ji.
• Vodiče mohou být připojeny špatně. Zkontrolujte svá připojení. Jediný špatně umístěný vodič může odpojit napájení celého robota.
• Dráty se mohou přetrhnout. Vypadá to, že byste to nečekali, ale zjistil jsem, že přerušené dráty jsou ve skutečnosti docela běžné. Podívejte se na prasklou nebo roztřepenou izolaci, malé kovové „jehly“trčící z drátových zásuvek (když se čep na konci drátu uvolní a zasekne) nebo rozdělené dráty.
• Může být problém s ovladačem motoru nebo mikrořadičem. Výrobní vady mohou způsobit, že se systémy nezapnou. V takovém případě vyměňte mikrořadič nebo ovladač motoru. Toto je poslední možnost, protože mikrořadiče a zejména ovladače motorů mohou být někdy poměrně drahé.

Robot se zapne, ale nepohybuje se

Pokud jste potvrdili, že je robot zapnutý, ale vůbec se nepohybuje, pak:

• Zdroj napájení motoru může být nízký nebo prázdný. Vyměňte baterii. Podle mých zkušeností se tyto baterie vybíjejí docela rychle, protože ke spuštění motorů je potřeba hodně proudu.
• Může být problém v zapojení. Podívejte se na výše uvedenou část a zkontrolujte, zda nejsou špatně umístěné nebo přerušené vodiče.
• Motory mohou být zkratovány nebo spáleny. To je docela běžné, takže stojí za to hledat. Použijte přímé napájení motorů a sledujte, zda se pohybují.
• Řidič motoru může být poškozen. Zkontrolujte napětí na výstupech. Pokud kontrolka na ovladači nesvítí, je to jasný znak vadné jednotky. ZKONTROLUJTE VŠE JINÉ! Kromě podvozku je ovladač motoru obvykle nejdražším kusem robota.
• Může dojít k problému s programováním. Pro mě je to nejčastější problém. V jazyce C, který rozlišuje velká a malá písmena (používá se v Arduinu), může jediná chyba zničit celý váš program. Některé problémy může mít také Python (jazyk Raspberry Pi).
• Mikroprocesor může být poškozen. Někdy logický signál nedosáhne ani na ovladač motoru (je důvod, proč neskočit rovnou k závěru špatného ovladače). V takovém případě jej jednoduše vyměňte.

Robot se zapne, ale pohybuje se neobvyklým způsobem

Pokud se robot zapne, ale začne se neúmyslně pohybovat (například jde do kruhů, když by měl jít vpřed), pak:

• Pravděpodobně je problém v zapojení. ZKONTROLUJTE TO PRVNÍ! Pamatovali jste si, že máte jednu stranu otočenou obráceně?
• Může dojít k programovací chybě. Zkontrolujte problémy s kódem.
• Poškozený mikrořadič se někdy může zbláznit a opakovaně vysílat náhodné signály. Pokud to dělá mikrořadič, neobtěžujte se pokoušet to opravit. Je to jasný znak čipu, který je neopravitelně poškozen, takže pokračujte a vyměňte celou věc. Věř mi, ty čipy vyrábějí roboti v laboratoři. Lidé je prostě nemohou opravit.
• Motor může být poškozený. Pokud motor neběží nebo běží pomaleji, robot se při pohybu pomalu „unáší“na jednu stranu. Existují tři způsoby, jak to vyřešit. Pokud to dokážete, zvyšte napětí na konkrétním motoru, aby dosáhlo stejných otáček jako všechny ostatní. Pokud ne, zkuste umístit odpory na všechny motory kromě poškozeného. To zpomalí ostatní motory na rychlost poškozeného. Nakonec jej můžete jednoduše vyměnit. Robotické převodové motory bývají docela levné, obvykle za 2–3 dolary. Srovnejte to s řidičem motoru, který může být kdekoli mezi 10-200 dolary.

Pokud robot nereaguje na senzory

Pokud se robot zapne a pohybuje se normálním způsobem, ale „neposlouchá“senzory nebo nereaguje správným způsobem, je to téměř vždy jedna ze dvou věcí.

• Pravděpodobně došlo k programovací chybě. Senzory musí být pečlivě kalibrovány a naprogramovány. Jednou se mi nekontrolovatelně točil robot, aby zjistil, že jsem ho omylem nastavil, aby se otočil, když místo 100 centimetrů uvidí něco do 100 metrů. Neustále viděl stěny, takže se neustále otáčel.
• Dalším nejčastějším problémem je špatné zapojení. I jeden chybějící vodič může způsobit nefunkčnost snímače.

Pokud potřebujete další pomoc, podívejte se na výše uvedené oddíly nebo vyhledejte konkrétní problém, který máte na Googlu. Pokud máte nějaké dotazy, můžete mě také kontaktovat na adrese [email protected].

Okomentujte to prosím!