Tabule učebny Arduino pro následovníky Wallrides: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Sledovat čáru na zemi je příliš nudné!

Pokusili jsme se dívat na liniové následovníky z jiného úhlu a přivést je do jiného letadla - na školní tabuli.

Podívejte se, co z toho vzniklo!

Krok 1: Co potřebujete?

Pro jednoho závodního robota:

Mechanika:

1 x 2WD robotický podvozek miniQ; Jedná se o multifunkční platformu pro vytváření jednoduchých dvoukolových robotů

2 x 6V mikropřevodník s redukčním poměrem 1: 150; Převodové motory zahrnuté v robotické platformě miniQ mají převodový poměr 1:50 a jsou příliš rychlé. Měly by být nahrazeny silnějšími motory, například s převodovým poměrem 1: 150 nebo vyšším. Čím vyšší je převodový poměr, tím pomaleji robot na tabuli jede, ale tím menší je šance, že kola proklouznou

4 x neodymový magnet; Potřebujete malé magnety o tloušťce 3 mm s průměrem 12 mm (pro ty s kulatým tvarem) nebo s 12 mm stranou (pro ty se čtvercovým tvarem). Magnety by také měly mít otvor pro strojní šroub se zapuštěnou hlavou, obvykle pro M3. Někdy výrobci specifikují sílu magnetické spojky. Měl by být v rozmezí 2 kg až 2,4 kg

Elektronika:

1 x Arduino UNO; Palubní počítač. Nejpopulárnější prototypová platforma

1 x modul Octoliner; Oči a světlomety vašeho závodního robota. Octoliner je chladný linkový senzor skládající se z 8 samostatných infračervených senzorů ovládaných přes rozhraní I2C

1 x štít motoru; Vyhovuje vám téměř jakýkoli modul. Použil jsem tento analogový na základě čipu L298p

1 x 2článková 7,4 V baterie LiPo; Může poskytnout velký proud, který motory potřebují k překonání přitažlivosti magnetů. 2článková baterie má napětí v rozmezí 7,4V až 8,4V. Stačí na 6V motory a vestavěný regulátor napětí na desce Arduino. Lze vybrat libovolnou kapacitu. Čím větší je kapacita baterie, tím déle robot jede, ale uvědomte si, že příliš velká baterie může být těžká. Optimální je kapacita v rozmezí 800mAh až 1300mAh

Smíšený:

4 x kabel samec-samice;

4 x M3 spacer nebo Male-Female distoff s délkou 10 mm;

3 x M3 spacer nebo Male-Female standoff s délkou 25 mm nebo více;

4 x zápustný šroub s plochou hlavou M3x8;

1 x nylonový šroub M3;

1 x nylonová šestihranná matice M3;

Jakékoli šrouby M3 a šestihranné matice

Pro třídu:

Magnetická tabule visící na zdi;

Silné černé značkovače magnetických desek;

Speciální nabíječka LiPo baterií nebo více nabíječek, pokud chcete vyrobit mnoho robotů a nabíjet je samostatně

Krok 2: Jak sestavit? Sestavte podvozek

Nejprve musíte ze soupravy sestavit motory podvozku miniQ, které předmění motory, za výkonnější s převodovým poměrem 1: 150. Nezapomeňte připájet vodiče ke kontaktům motorů!

Krok 3: Jak sestavit? Nainstalujte magnety

Namontujte magnety na platformu miniQ. Použijte distanční sloupky M3x10, ploché zápustné šrouby M3x8 nebo M3x6 a matice M3. Požadované instalační otvory jsou znázorněny na obrázku.

To je důležité!

Délka podpěr by měla být přesně 10 mm. Po instalaci magnetů vyzkoušejte plošinu na tabuli. Všechny čtyři magnety by měly přiléhat k magnetické desce a gumové pneumatiky na kolech platformy miniQ by měly být předepnuty a zajišťovat určité tření o povrch desky.

Ručně přesuňte robota přes palubu. Během jízdy by se magnety neměly sesouvat z desky. Pokud se nějaký magnet uvolní, znamená to, že gumové pneumatiky na kolech se maximálně zatěžují. V takovém případě zvyšte vzdálenost 10 mm u všech distančních sloupků o 1 nebo 2 mm přidáním dvojice podložek M3 a zkuste to znovu.

Krok 4: Jak sestavit? Přidejte elektroniku

Namontujte desku Arduino UNO na platformu pomocí distančních sloupků M3x25, šroubů M3 a matic M3. Nepoužívejte krátké odstupy, pod deskou Arduino ponechte místo pro vodiče a baterii.

Nainstalujte štít motoru na desku Arduino UNO.

Nainstalujte modul Octoliner. Přitlačte jej k plošině pomocí nylonového šroubu M3 a matice.

To je důležité!

K montáži Octoliner nepoužívejte kovové upevňovací prvky. Některé montážní otvory na vylamovací desce jsou připájeny a použity jako IO piny. Abyste předešli zkratům, použijte plastové spojovací prvky, například nylon.

Krok 5: Jak sestavit? Elektrické vedení

Propojte všechny elektronické součásti podle obrázku. Modul Octoliner je připojen 4 vodiči (GND, 5V, SDA, SCL) k Arduino UNO. Připojte motory ke krytu motoru. Baterie LiPo je propojena s kontaktními podložkami externího napájecího zdroje na stínění motoru a také s kolíkem VIN na desce Arduino. Namísto použití kolíku VIN můžete na desce použít napájecí zástrčku 5,5 mm x 2,1 mm.

To je důležité!

Při použití stínění motoru nejsou potřeba žádné vodiče. Dva kanály motoru jsou ovládány 4 piny. 2 kolíky PWM jsou zodpovědné za rychlost otáčení, zatímco 2 kolíky DIR za směr otáčení. Obvykle jsou již spojeny s konkrétními piny Arduino Board a jejich indexová čísla se mohou lišit v závislosti na výrobci štítu. Například u mého štítu motoru jsou čísla D4 D5 (DIR a PWM pro první kanál) a D7 D6 (DIR a PWM pro druhý kanál). U původního stínění motoru Arduino čísla pinů odpovídají D12 D3 (DIR a PWM pro první kanál) a D13 D11 (DIR a PWM pro druhý kanál).

To je důležité!

Hobby LiPo baterie nemají desku ochrany proti přepólování! Náhodné zkratování kladných a záporných kontaktů bude mít za následek trvalé selhání baterie nebo požár.

Krok 6: Jak programovat? XOD

Vytvořit program pro takového závodního robota je ještě jednodušší než jej sestavit.

Ve všech svých projektech používám vizuální programovací prostředí XOD, které mi umožňuje vytvářet programy Arduino graficky bez psaní kódu. Toto prostředí je ideální pro rychlé prototypování zařízení nebo učení programovacích algoritmů. Další informace najdete na webové stránce dokumentace XOD.

K programování tohoto robota potřebujete do pracovního prostoru XOD přidat pouze jednu knihovnu amperka/octoliner. Je to nutné pro práci s osmikanálovým linkovým senzorem.

Krok 7: Jak programovat? Náplast

Program je založen na principu činnosti PID regulátoru. Pokud chcete vědět, co je to PID regulátor a jak funguje, můžete si přečíst další článek na toto téma.

Podívejte se na patch s programem robotů. Podívejme se, jaké uzly jsou na něm přítomny a jak to celé funguje.

octoliner-line

Jedná se o uzel pro rychlé spuštění z knihovny XOD amperka/octoliner, který představuje modul Octoliner sledující linku. Výstupem je „hodnota sledování linky“, která je v rozsahu -1 až 1. Hodnota 0 ukazuje, že čára je ve střední poloze vzhledem k infračerveným senzorům na desce Octoliner (mezi CH3 a CH4). Hodnota -1 odpovídá krajní levé poloze (CH0), zatímco 1 extrémní pravé (CH1). Při zaváděcím uzlu inicializuje senzory optočlenu a nastavuje jejich výchozí parametry jasu a citlivosti. Vstupy pro tento uzel jsou I2C adresa zařízení (ADDR pro desku Octoliner to je 0x1A) a rychlost aktualizace hodnoty sledování řádku (UPD), nastavil jsem ji průběžně.

Hodnoty sledování řádku jsou přiváděny přímo do uzlu řadiče pid.

pid-ovladač

Tento uzel implementující práci PID regulátoru v XOD. Cílová hodnota (TARG) pro ni je 0. Je to stav, kdy je čára přesně uprostřed pod robotem. Pokud je hodnota sledování linky 0, PID řadič se resetuje pomocí pinu RST. Pokud se hodnota sledování linky liší od 0, PID regulátor ji převede pomocí koeficientů Kp, Ki, Kd na hodnoty otáček motoru. Hodnoty koeficientů byly vybrány experimentálně a rovny 1, 0,2 a 0,5. Rychlost aktualizace (UPD) PID regulátoru je nastavena na nepřetržitou.

Zpracovaná hodnota PID regulátoru se odečte od 1 a přičte k 1. Provádí se desynchronizace motorů, aby se při ztrátě vedení otáčely v opačných směrech. Hodnota 1 v těchto uzlech představuje maximální rychlost motorů. Rychlost můžete snížit zadáním nižší hodnoty.

h-bridge-dc-motor

Několik těchto uzlů je zodpovědných za ovládání levých a pravých robotických motorů. Zde nastavte hodnoty pinů PWM a DIR, prostřednictvím kterých funguje váš štít motoru.

Nahrajte si patch a vyzkoušejte si svého závodního robota. Pokud přesně dodržujete montážní pokyny, nemusíte měnit patch ani upravovat PID regulátor. Uvedená nastavení jsou zcela optimální.

Hotový program najdete v knihovně gabbapeople/whiteboard-races

Krok 8: Ukázka a tipy