Роботизиран роувър: 10 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Здравейте, аз съм Proxy303, специалист по роботика. В този урок ще ви науча как да създадете свой собствен робот като един от моите.

Не говоря за една от онези прекалено прославени коли с дистанционно управление, които хората наричат роботи. Едно от самите определения на робот е, че той не може да бъде дистанционно управление. Роботът, който ще изградите днес, е този, който изграждате, свързвате и програмирате. Тогава тя е автономна. Това означава, че не се контролира отвън. Той се контролира сам. След като бъде изграден и програмиран, роботът прави всичко останало сам.

Има пет основни компонента на всеки робот:

• Шаси, което е тялото на вашия робот. Можете да си купите тези предварително сглобени онлайн, или можете да направите свои собствени от комплект или от нулата.
• Микроконтролер, който е "мозъкът" на вашия робот. Това е универсална схема, която може да бъде програмирана да прави почти всичко.
• Някои двигатели, които позволяват на вашия робот да се движи. Не можете ефективно да управлявате двигателите директно с микроконтролер, така че имате нужда от …
• Драйвер на мотор, който ви позволява да управлявате двигател с по-високо напрежение с нисковолтов логически сигнал.
• Източник на енергия, който захранва всичко. За преносими роботи или такива, които се движат, използвайте батерии. В противен случай бихте могли да използвате захранващ модул, като такъв от компютър.

Консумативи

Ще имаш нужда:

• Роботно шаси (предлагам Actobotics Runt Rover Whippersnapper, защото има толкова много добри аспекти, като универсална стойка за микроконтролер или стойки за сензори или факта, че всичко просто се сглобява.) Всеки материал работи, така че изпробвайте пластмаса, дърво или дори картон. Бъдете внимателни, докато използвате метал, тъй като това може да доведе до късо съединение на спойките под платките, но ако знаете какво правите, продължете и опитайте. Шасито на робота може да бъде доста скъпо, като се развърта от 15 до няколко стотин долара.
• Микроконтролер (използвах Arduino Mega 2560, но Raspberry Pi също работи добре.) Те могат да бъдат закупени в магазини за електроника, магазини за любители, онлайн или на друго място, където се продават части за роботи. Въпреки че са една от най-важните части на робот, те всъщност са доста евтини, като са между 10-40 долара.
• Шофьор на мотор (използвах драйвер с двоен двигател L298N) Те могат да бъдат доста скъпи, така че се отнасяйте внимателно към вашите. Тези лоши момчета са предназначени за изпомпване на много енергия в двигателите и затова те загряват много. Уверете се, че този, който купувате, има радиатор, или ако няма, залепете такъв. Със сигурност не искате шофьорът на двигателя да прегрее и да се счупи, което ви струва от 20 до няколкостотин долара за нов.
• Няколко проводника за макет. Тук не са необходими много обяснения, защото можете да ги намерите почти навсякъде.
• Някои кабели M-F DuPont. Вместо проводници, които имат метални „игли“от двата края, те имат „игла“от единия край и гнездо от другия край.
• Шепа монтажни винтове. Отново не се изискват много обяснения. Вземете малки винтове с глава на Phillips, стандартен размер.
• Основен източник на захранване за захранване на микроконтролера (Можете да намерите доста евтини акумулаторни литиево-йонни батерии онлайн. Обикновено използвам захранващи банки, използвани за зареждане на телефони.)
• Източник на захранване на двигателя (6 батерии AA ще работят чудесно за това, но можете да използвате друг източник на енергия, ако искате. НЕ използвайте 9V батерия; те просто нямат ток за такива неща. Запазете имайте предвид, че те са проектирани да работят с детектори за дим, а не с роботи.) Ако е възможно, опитайте се да получите акумулаторен източник на енергия. В началото е малко по -скъпо, но повярвайте ми. Ако използвате батерии за еднократна употреба, ще откриете, че преминавате през тях много бързо, а цената на толкова много батерии бързо надвишава цената на някои акумулаторни.

Може да искате:

• Ултразвуков сензор. Позволява на вашия робот да вижда предмети пред него.
• Някои серво мотори. Вместо постоянно да се въртят, тези полезни двигатели могат да бъдат програмирани да се движат под определен ъгъл и да останат там.
• Шепа светодиоди. Не се изискват обяснения. Поставяш на власт, те светват. Прост.
• Или други прикачени файлове. Защо не добавите ръка на робот? Или някакъв друг сензор?

Стъпка 1: Изградете шасито на робота

Сглобете купето на робота, което сте купили. Уверете се, че всичко е сглобено правилно.

С Runt Rover Whippersnapper всичко просто се сглобява. Ако шасито ви се държи заедно с винтове, уверете се, че те са стегнати и че ботът ви е здрав. Повярвайте ми, няма нищо по -лошо, ако вашият проект просто се разпадне върху вас - понякога буквално! Също така се уверете, че има място вътре в шасито. Представете си, че купувате всичко, харчите над 70 долара, само за да откриете, че един от основните ви компоненти не се вписва в бота!

Също така се уверете, че двигателите са правилно прикрепени и могат да се въртят свободно. Понякога стърчащото парче от шасито може да блокира двигателите, затова се уверете, че няма нищо, което да спре движението на моторите.

Стъпка 2: Основно окабеляване

Свържете паралелно двигателите от лявата страна един към друг. Направете същото за правилните двигатели. Уверете се, че червените проводници от лявата страна са групирани с черните проводници от лявата страна и същото за дясната страна. Свържете червен проводник към двата червени проводника от дясната страна. Свържете друг червен проводник към двата черни проводника от лявата страна (знам, че изглежда назад от лявата страна, но това е за да се приспособи към факта, че двигателите с противоположна страна се въртят в обратна посока.) Повторете за черните проводници. Не забравяйте да държите проводниците за страните групирани заедно. Също така, уверете се, че лявите странични двигатели са обърнати от начина, по който обикновено ги свързвате.

Стъпка 3: Свържете драйвера на двигателя

Преди да използвате драйвер за мотор, трябва да знаете как работи. АКО СВЪРШЕТЕ ГРЕШНО, МОЖЕТЕ ДА УНИЩОЖИТЕ МИКРОКОНТРОЛЕРА И/ИЛИ ДВИГАТЕЛЯ НА МОТОРА!

Драйверът на двигателя е вид контролер на изолирана верига, което означава, че няма физическа връзка между зоната на захранване на двигателя и областта на логическото управление. Повечето добри са проектирани да избягват изтичане на електричество в микроконтролера (което може да го повреди или унищожи.) Освен това повечето добри са обикновено най-малко 15 долара, така че ако забележите онлайн 2 долара, не го купувайте! Аз лично намерих такъв и просто като експеримент залепих радиатор върху него и го закачих. Продавачът каза, че драйверът е оценен за 12V. Свързах го към 9V и започна да пуши. Оказа се, че използваният от тях чип е оценен само за 3V!

Драйверът на двигателя има 2 входни области: Входовете на мощността и логическите входове. Той също така има две изходни области: дясната и лявата страна. Ето всички щифтове и какво правят:

• Логическите входове:

  • Те приемат 3.3v логически сигнал и го използват за управление на двигателите. Никога не свързвайте високо напрежение към тези щифтове.
  • Свържете ги към цифровите логически изходи на микроконтролера.

• Входните мощности:

  • Захранващият щифт, използван за захранване на двигателите. Количеството мощност, което поставяте тук, е количеството енергия, което водачът ще изпомпва в двигателите.
  • ПИН GND, използван като обща земна връзка. Използва се както за захранване, така и като връщане за логическите входове. GND щифтът обикновено е свързан с диоди, за да се предотврати изтичане на електричество в логическите и захранващите щифтове.
  • 5V щифт, използван за захранване на определени видове двигатели. ИЗХОДИ 5 волта, така че не го бъркайте за вход на захранване. Всичко, което е необходимо, е един изблик на мощност в грешния щифт на вашия микроконтролер, за да го унищожите безшумно и незабавно.

• Изходите:

  • 1А и 1В, за един двигател или набор от двигатели.
  • 2А и 2В, за другия двигател или набор от тях.

Драйвер на мотор ви позволява да управлявате двигател с високо напрежение с логически сигнал с ниско напрежение. Причината, поради която има два входа на мотор, е, че можете също да контролирате посоката.

Свържете изходи 1A и 1B на вашия двигател към двигателя от дясната страна. Свържете изходи 2A и 2B към двигателите отляво (Запомнете! НАЗАД!)

Инсталирайте акумулатора на двигателя някъде в шасито на робота и го свържете към входа на захранването на вашия драйвер на двигателя, с + към входа на захранването и - към GND.

Ако използвате предварително сглобен модул, значи сте добре.

Ако просто използвате IC, уверете се, че е свързан правилно и не забравяйте да поставите радиатор върху него! Тези чипове се загряват много, поради което повечето добри шофьори имат радиатори.

Стъпка 4: Прикрепете микроконтролера

Прикрепете вашия микроконтролер към робота. Използвах Arduino Uno Rev3. Свържете четири цифрови изхода на микроконтролера към логическия вход на драйвера на двигателя. Свържете заземяващия щифт на микроконтролера към GND слота на драйвера на двигателя. Не свързвайте 5V щифта на драйвера на двигателя към микроконтролера! Това се използва за захранване на определени типове двигатели, а не като входяща мощност и със сигурност не за микроконтролер. Ако направите това, можете да повредите микроконтролера. Трябва само да свържете логическите щифтове и щифта на общото заземяване на драйвера на двигателя към микроконтролера.

Тези връзки се използват за управление на двигателите, като се използват логическите входове на драйвера.

Стъпка 5: Уверете се, че всичко е наред

Върнете се и се уверете, че всичко е наред. Проверете кабелите си, уверете се, че левите двигатели са свързани назад, уверете се, че вашият 5V изход на микроконтролера не е свързан към 5V изхода на драйвера на двигателя и проверете за други проблеми. Уверете се, че всички винтове са затегнати, проводниците са включени, двигателите ви не са блокирани и няма прекъснати проводници.

Ако всичко е наред, преминете към следващата стъпка.

Стъпка 6: Инсталирайте батерията

Поставете батериите в шасито на робота. Ако изпаднат, те могат да забавят или спрат вашия робот, така че не забравяйте да ги закрепите в шасито. Използвайте монтажна скоба, малко лепило или просто ги залепете на място, ако планирате да ги изваждате често. Също така се уверете, че връзките на батерията са добри. Веднъж имах робот, който отказваше да се движи, и въртях с часове в кръг, проверявайки програмата си, пренасочвайки моторите и не можех да намеря проблема. Дори в крайна сметка си купих нов микроконтролер, но открих, че един от проводниците към акумулатора на мотора се е разхлабил вътре в шасито. Това е перфектен пример защо винаги трябва да проверявате за други проблеми, преди да смените част!

Стъпка 7: Прикрепете всичко

Използвайте малки монтажни винтове, за да закрепите здраво всичко. Завийте драйвера на двигателя и микроконтролера върху шасито на робота и се уверете, че двигателите са сигурни. Уверете се, че и платката е здраво прикрепена.

Използвайте ципове или малки парчета лента, за да организирате проводниците си. Не е нужно да правите това, но това със сигурност прави робота по -добре да изглежда и улеснява проследяването на това какви проводници отиват към какво. Също така, ако нямате цип връзки или трябва лесно да смените проводниците, можете да ги групирате по цвят. Например, можете да използвате зелени проводници от микроконтролера към драйвера на двигателя, червени проводници за захранване, черни проводници за GND и сини проводници от драйвера на двигателя към двигателите.

Стъпка 8: Програма

Свържете микроконтролера към компютър и го програмирайте. Започнете просто и не се претоварвайте. Започнете с нещо толкова просто като да накарате робота да се придвижи напред. Можете ли да го накарате да се обърне? Да се върна ли назад? Да се върти в кръг? Внимавайте, програмирането изисква много търпение и обикновено отнема най -дълго време. Вижте графиката по -горе.

От теб зависи!

Стъпка 9: Прикачени файлове

Сега, когато сте настроили прост робот, е време да добавите някои допълнителни функции. Прикрепете ултразвуков сензор, за да позволите на робота да избягва препятствия. Или серво мотор, с нещо готино отгоре. Или някои мигащи светодиоди, за да озарят бота. Не забравяйте, че това е вашият робот, така че зависи от вас!

Стъпка 10: Готови сте

Поздравления! Вече имате работещ робот! Моля, публикувайте в коментарите дали сте го създали и какви прикачени файлове сте добавили.

Ако нещо се обърка, моля, вижте помощта за отстраняване на неизправности по -долу:

Роботът изобщо не се включва

Знаете, че роботът е включен, защото повечето шофьори на двигатели и микроконтролери имат светлини, които показват, че са включени. Ако не се включат, тогава:

• Основната батерия може да е изтощена или празна. Ако използвате акумулаторна батерия, заредете я. Ако използвате обикновена батерия, сменете я.
• Проводниците може да са свързани неправилно. Проверете връзките си. Един единствен неправилно поставен проводник може да прекъсне захранването за целия робот.
• Проводниците може да са скъсани. Изглежда като нещо, което не очаквате да намерите, но открих, че скъсаните проводници всъщност са доста често срещани. Потърсете счупена или очукана изолация, малки метални "игли", стърчащи от гнездата на проводниците (когато щифтът в края на проводника се отлепи и заседне), или разделете проводниците.
• Възможно е да има проблем с драйвера на двигателя или микроконтролера. Производствените дефекти могат да доведат до изключване на системите. В този случай сменете микроконтролера или драйвера на двигателя. Това е последната мярка, защото микроконтролерите и особено шофьорите на мотори понякога могат да бъдат доста скъпи.

Роботът се включва, но не се движи

Ако сте потвърдили, че роботът е включен, но изобщо не се движи, тогава:

• Източникът на захранване на двигателя може да е нисък или празен. Сменете батерията. Според моя опит тези батерии се изтощават доста бързо, защото за работа на моторите е необходим много ток.
• Възможно е да има проблем с окабеляването. Погледнете горния раздел и проверете за неправилно поставени или скъсани проводници.
• Двигателите могат да бъдат късо съединени или изгорени. Това е доста често срещано явление, така че си струва да се търси. Приложете директно захранване към двигателите и вижте дали се движат.
• Шофьорът на двигателя може да се повреди. Проверете за напрежение на изходите. Ако светлината на водача е изключена, това е ясен знак за дефектен блок. НЕЗАБАВНО ПРОВЕРЕТЕ ВСИЧКО ДРУГО! Освен шасито, водачът на двигателя обикновено е най -скъпото парче на робот.
• Възможно е да има проблем с програмирането. За мен това е най -често срещаният проблем. В чувствителния към регистъра език на C (използван в Arduino), една грешка може да съсипе цялата ви програма. Python (езикът на Raspberry Pi) също може да има някои проблеми.
• Микроконтролерът може да се повреди. Понякога логическият сигнал дори не достига до шофьора на двигателя (има причина да не прескочите направо до заключението за лош шофьор). В такъв случай просто го сменете.

Роботът се включва, но се движи по ненормален начин

Ако роботът се включи, но започне да се движи по непредвиден начин (например, върти в кръг, когато трябва да върви напред), тогава:

• Вероятно има проблем с окабеляването. ПРОВЕРЕТЕ ТОВА ПЪРВО! Помниш ли да свържеш едната страна обърната?
• Възможно е да има грешка в програмирането. Проверете кода си за проблеми.
• Понякога повреден микроконтролер може да полудее, като многократно изпраща произволни сигнали. Ако микроконтролер прави това, тогава не се притеснявайте да се опитвате да го поправите. Това е ясен знак за чип, който е повреден без поправка, така че просто продължете и заменете всичко. Повярвайте ми, тези чипове се правят от роботи в лаборатория. Те просто не могат да бъдат поправени от хората.
• Моторът може да се повреди. Ако двигателят не работи или работи с по -ниска скорост, тогава роботът бавно ще се „отнесе“на една страна, докато се движи. Има три начина за решаване на това. Ако можете, просто увеличете напрежението към този конкретен двигател, за да го доведете до същата скорост като всички останали. Ако не, опитайте да поставите резистори на всички двигатели с изключение на повредения. Това забавя другите двигатели до скоростта на повредения. И накрая, можете просто да го замените. Роботните зъбни двигатели са доста евтини, обикновено на 2-3 долара. Сравнете това с шофьор на мотор, който може да бъде между 10-200 долара.

Ако роботът не реагира на сензори

Ако роботът се включи и се движи по нормален начин, но не "слуша" сензорите или не реагира по правилния начин, това почти винаги е едно от двете неща.

• Вероятно има грешка в програмирането. Сензорите трябва да бъдат внимателно калибрирани и програмирани. Веднъж имах робот да се върти неконтролируемо, но открих, че случайно съм го настроил да се завърта, когато види нещо в рамките на 100 метра вместо на 100 сантиметра. Винаги виждаше стените, карайки го постоянно да се върти.
• Другият най -често срещан проблем е лошото окабеляване. Дори един липсващ проводник може да направи сензора нефункционален.

За всяка друга помощ вижте горните раздели или потърсете в Google конкретния проблем, който имате. Можете също да се свържете с мен на [email protected], ако имате въпроси.

Моля, коментирайте за това!