Make a Maze Runner Robot: 3 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Roboti řešící bludiště pocházejí ze 70. let minulého století. Od té doby pořádá IEEE soutěže v řešení bludišť zvané Micro Mouse Contest. Cílem soutěže je navrhnout robota, který co nejrychleji najde střed bludiště. Algoritmy používané k rychlému vyřešení bludiště obvykle spadají do tří kategorií; náhodné vyhledávání, mapování bludiště a metody podle pravé nebo levé stěny.

Nejfunkčnější z těchto metod je metoda následující po zdi. Při této metodě robot sleduje v bludišti pravou nebo levou boční stěnu. Pokud je výstupní bod spojen s vnějšími stěnami bludiště, robot najde východ. Tato poznámka k aplikaci používá následující metodu pravé zdi.

Hardware

Tato aplikace používá:

• 2 analogové senzory vzdálenosti Sharp
• Tracker senzor
• Kodér
• Motory a řidič motoru
• Silego GreenPAK SLG46531V
• Regulátor napětí, podvozek robota.

K určení vzdáleností k pravé a přední stěně použijeme analogový snímač vzdálenosti. Snímače vzdálenosti Sharp jsou oblíbenou volbou pro mnoho projektů, které vyžadují přesné měření vzdálenosti. Tento infračervený senzor je ekonomičtější než sonarové dálkoměry, přesto poskytuje mnohem lepší výkon než jiné alternativy IR. Mezi výstupním napětím senzoru a měřenou vzdáleností existuje nelineární, inverzní vztah. Graf znázorňující vztah mezi výstupem senzoru a měřenou vzdáleností je znázorněn na obrázku 1.

Jako cíl je stanovena bílá čára proti černé barvě. K detekci bílé čáry použijeme snímač sledovače. Senzor sledovače má pět analogových výstupů a výstup dat je ovlivněn vzdáleností a barvou detekovaného objektu. Detekované body s vyšší infračervenou odrazivostí (bílá) způsobí vyšší výstupní hodnotu a nižší infračervená odrazivost (černá) způsobí nižší výstupní hodnotu.

K výpočtu vzdálenosti, kterou robot urazí, použijeme kodér pololu. Tato kvadraturní kodérová deska je navržena pro práci s mikro kovovými převodovými motory pololu. Funguje tak, že drží dva infračervené odrazové senzory uvnitř náboje kola Pololu 42 × 19 mm a měří pohyb dvanácti zubů po ráfku kola.

K ovládání motorů se používá obvodová deska ovladače motoru (L298N). Kolíky INx slouží k řízení motorů a kolíky ENx slouží k nastavení otáček motorů.

Regulátor napětí se také používá ke snížení napětí z baterie na 5V.

Krok 1: Popis algoritmu

Tento Instructable obsahuje správnou metodu následující stěny. To je založeno na organizování priority směru upřednostňováním správného možného směru. Pokud robot nedokáže detekovat zeď napravo, otočí se doprava. Pokud robot detekuje správnou stěnu a vepředu není žádná zeď, jde vpřed. Pokud je napravo od robota a vpředu stěna, otočí se doleva.

Důležitou poznámkou je, že poté, co se robot právě otočil doprava, neexistuje žádná zeď, na kterou by se dalo odkazovat. „Otočení doprava“se tedy provádí ve třech krocích. Jděte vpřed, odbočte vpravo, jděte vpřed.

Při pohybu vpřed si navíc musí robot držet odstup od zdi. To lze provést nastavením jednoho motoru tak, aby byl rychlejší nebo pomalejší než druhý. Konečný stav vývojového diagramu je znázorněn na obrázku 10.

Robota Maze Runner lze velmi snadno implementovat pomocí jednoho konfigurovatelného integrovaného obvodu se smíšeným signálem (CMIC) GreenPAK. Můžete projít všemi kroky, abyste pochopili, jak byl čip GreenPAK naprogramován k ovládání robota Maze Runner. Pokud však chcete jednoduše vytvořit Robot Maze Runner, aniž byste porozuměli všem vnitřním obvodům, stáhněte si software GreenPAK a zobrazte již dokončený soubor návrhu Maze Runner Robot GreenPAK. Připojte svůj počítač k sadě GreenPAK Development Kit a spusťte program a vytvořte si vlastní IC pro ovládání robota Maze Runner. Dalším krokem bude diskuse o logice, která je uvnitř souboru návrhu Maze Runner Robot GreenPAK pro ty, kteří mají zájem porozumět fungování obvodu.

Krok 2: GreenPAK Design

Design GreenPAK se skládá ze dvou částí. Tyto jsou:

• Interpretace / zpracování dat ze snímačů vzdálenosti
• Stavy ASM a výstupy motoru

Interpretace / zpracování dat ze snímačů vzdálenosti

Je důležité interpretovat data ze snímačů vzdálenosti. Pohyby robota jsou určeny podle výstupů snímačů vzdálenosti. Protože snímače vzdálenosti jsou analogové, použijeme ACMP. Poloha robota vzhledem ke stěně je určena porovnáním napětí senzorů s předem určenými prahovými napětími.

Použijeme 3 ACMP;

• Detekce přední stěny (ACMP2)
• Detekce pravé stěny (ACMP0)
• K ochraně vzdálenosti pravé stěny (ACMP1)

Protože ACMP0 a ACMP1 závisí na stejném senzoru vzdálenosti, použili jsme pro oba komparátory stejný zdroj IN+. Konstantní změně signálu lze zabránit poskytnutím hystereze ACMP1 25 mv.

Směrové signály můžeme určit na základě výstupů ACMP. Obvod zobrazený na obrázku 12 zobrazuje vývojový diagram naznačený na obrázku 7.

Stejným způsobem je na obrázku 13 zobrazen obvod, který udává polohu robota vzhledem k pravé stěně.

Stavy ASM a výstupy motoru

Tato aplikace využívá k řízení robota Asynchronous State Machine neboli ASM. V ASM je 8 stavů a v každém stavu 8 výstupů. K nastavení těchto výstupů lze použít výstupní RAM. Stavy jsou uvedeny níže:

• Start
• Řízení
• Odstupte od pravé zdi
• Blízko pravé zdi
• Odbočit vlevo
• Pohyb vpřed-1
• Odbočit vpravo
• Pohyb vpřed-2

Tyto stavy určují výstup do ovladače motoru a nasměrují robota. Pro každý motor jsou k dispozici 3 výstupy z GreenPAK. Dva určují směr motoru a druhý výstup určuje rychlost motoru. Pohyb motoru podle těchto výstupů je uveden v následujících tabulkách:

Z těchto tabulek je odvozena výstupní paměť ASM. Je to znázorněno na obrázku 14. Kromě ovladačů motoru existují ještě dva další výstupy. Tyto výstupy jdou do odpovídajících zpožďovacích bloků, aby umožnily robotovi ujet určitou vzdálenost. Výstupy těchto zpožďovacích bloků jsou také připojeny ke vstupům ASM.

K nastavení rychlosti motorů byly použity PWM. Pomocí ASM bylo určeno, na jakém PWM motor poběží. Signály PWMA-S a PWMB-S jsou nastaveny na bity výběru multiplexeru.

Krok 3:

V tomto projektu jsme vytvořili robota řešícího bludiště. Interpretovali jsme data z více senzorů, kontrolovali stav robota pomocí ASM GreenPAK a poháněli motory ovladačem motoru. V takových projektech se obecně používají mikroprocesory, ale GreenPAK má oproti MCU několik výhod: je menší, dostupnější a dokáže zpracovat výstup senzoru rychleji než MCU.