Robotyczny łazik: 10 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Cześć, jestem Proxy303, specjalistą od robotyki. W tym samouczku nauczę Cię, jak zbudować własnego robota, takiego jak mój.

Nie mówię o jednym z tych wychwalanych zdalnie sterowanych samochodów, które ludzie nazywają robotami. Jedną z definicji robota jest to, że nie może on być zdalnie sterowany. Robot, który dziś zbudujesz, to taki, który zbudujesz, okablowasz i zaprogramujesz. Wtedy jest autonomiczny. Oznacza to, że nie jest kontrolowany zewnętrznie. Kontroluje się. Po zbudowaniu i zaprogramowaniu robot robi wszystko sam.

Istnieje pięć głównych elementów każdego robota:

• Podwozie, czyli korpus Twojego robota. Możesz kupić je wstępnie zmontowane online lub zrobić własne z zestawu lub od podstaw.
• Mikrokontroler, który jest „mózgiem” Twojego robota. Jest to wszechstronny obwód, który można zaprogramować tak, aby robił prawie wszystko.
• Niektóre silniki, które umożliwiają poruszanie się robota. Nie można skutecznie sterować silnikami bezpośrednio za pomocą mikrokontrolera, więc potrzebujesz…
• Sterownik silnika, który umożliwia sterowanie silnikiem o wyższym napięciu za pomocą niskonapięciowego sygnału logicznego.
• Źródło zasilania, które zasila wszystko. W przypadku robotów przenośnych lub poruszających się, używaj baterii. W przeciwnym razie możesz użyć modułu zasilacza, takiego jak z komputera.

Kieszonkowe dzieci

Będziesz potrzebować:

• Obudowa robota (proponuję Actobotics Runt Rover Whippersnapper, ponieważ ma tak wiele zalet, jak uniwersalne mocowanie mikrokontrolera, mocowania czujników lub fakt, że wszystko po prostu się zatrzaskuje.) Każdy materiał działa, więc wypróbuj plastik, drewno, a nawet karton. Zachowaj ostrożność podczas korzystania z metalu, ponieważ może to spowodować zwarcie połączeń lutowanych pod płytkami drukowanymi, ale jeśli wiesz, co robisz, śmiało spróbuj. Podwozie robota może być dość drogie, od 15 do kilkuset dolarów.
• Mikrokontroler (użyłem Arduino Mega 2560, ale Raspberry Pi też działa dobrze). Można je kupić w sklepach elektronicznych, sklepach hobbystycznych, online lub w dowolnym innym miejscu, które sprzedaje części do robotów. Chociaż są jedną z najważniejszych części robota, w rzeczywistości są dość tanie, wynoszące od 10 do 40 dolarów.
• Sterownik silnika (użyłem podwójnego sterownika silnika L298N) Mogą być dość drogie, więc traktuj je ostrożnie. Ci źli chłopcy są stworzeni do pompowania dużej mocy w silniki, więc bardzo się nagrzewają. Upewnij się, że zakupiony egzemplarz ma radiator, a jeśli nie, przyklej go. Z pewnością nie chcesz, aby sterownik silnika się przegrzał i zepsuł, co kosztuje od 20 do kilkuset dolarów za nowy.
• Kilka przewodów płytki stykowej. Nie potrzeba tutaj zbyt wielu wyjaśnień, ponieważ można je znaleźć praktycznie wszędzie.
• Niektóre przewody MF DuPont. Zamiast drutów do płytek stykowych, które mają metalowe „igły” na obu końcach, te mają „igłę” na jednym końcu i gniazdo na drugim końcu.
• Garść śrub montażowych. Znowu nie potrzeba zbyt wielu wyjaśnień. Zdobądź małe śruby z łbem krzyżakowym o standardowym rozmiarze.
• Główne źródło zasilania do zasilania mikrokontrolera (w Internecie można znaleźć całkiem tanie akumulatory litowo-jonowe. Zazwyczaj używam powerbanków do ładowania telefonów).
• Źródło zasilania silnika (6 baterii AA świetnie się do tego nadaje, ale możesz użyć innego źródła zasilania, jeśli chcesz. NIE używaj baterii 9 V; po prostu nie mają prądu do tego typu rzeczy. Zachowaj pamiętaj, że są one zaprojektowane do uruchamiania detektorów dymu, a nie robotów). Jeśli to możliwe, postaraj się o źródło zasilania z możliwością wielokrotnego ładowania. Na początku jest trochę droższy, ale zaufaj mi. Jeśli używasz baterii jednorazowych, szybko przez nie przejdziesz, a koszt tak wielu baterii szybko przewyższa koszt niektórych akumulatorów.

Może chcesz:

• Czujnik ultradźwiękowy. Pozwala robotowi widzieć znajdujące się przed nim obiekty.
• Niektóre serwosilniki. Zamiast ciągłego wirowania, te przydatne silniki można zaprogramować tak, aby poruszały się pod określonym kątem i tam pozostawały.
• Garść diod LED. Żadne wyjaśnienie nie jest wymagane. Wprowadzasz moc, zapalają się. Prosty.
• Lub jakiekolwiek inne załączniki. Dlaczego nie dodać ramienia robota? A może jakiś inny czujnik?

Krok 1: Zbuduj podwozie robota

Złóż kupione podwozie robota. Upewnij się, że wszystko jest prawidłowo zmontowane.

Dzięki Runt Rover Whippersnapper wszystko po prostu się łączy. Jeśli twoja obudowa jest utrzymywana razem za pomocą śrub, upewnij się, że są ciasne, a twój bot jest solidny. Zaufaj mi, nie ma nic gorszego niż to, że Twój projekt po prostu się rozpadnie - czasami dosłownie! Upewnij się również, że wewnątrz obudowy jest miejsce. Wyobraź sobie, że kupujesz wszystko, wydając ponad 70 dolarów, tylko po to, by stwierdzić, że jeden z twoich głównych komponentów nie mieści się w bocie!

Upewnij się również, że silniki są prawidłowo zamocowane i mogą się swobodnie obracać. Czasami wystający kawałek podwozia może blokować silniki, więc upewnij się, że nic nie może powstrzymać silników przed obracaniem.

Krok 2: Podstawowe okablowanie

Połącz ze sobą silniki po lewej stronie równolegle. Zrób to samo dla odpowiednich silników. Upewnij się, że czerwone przewody po lewej stronie są zgrupowane z czarnymi przewodami po lewej stronie i to samo po prawej stronie. Podłącz czerwony przewód do obu czerwonych przewodów po prawej stronie. Podłącz kolejny czerwony przewód do obu CZARNYCH przewodów po lewej stronie (wiem, wydaje się, że po lewej stronie wydaje się być do tyłu, ale ma to na celu uwzględnienie faktu, że silniki po przeciwnej stronie obracają się w przeciwnym kierunku). Powtórz dla czarnych przewodów. Upewnij się, że przewody po bokach są zgrupowane. Upewnij się również, że silniki LEWEJ strony są odwrócone w stosunku do normalnego okablowania.

Krok 3: Podłącz sterownik silnika

Zanim użyjesz sterownika silnika, MUSISZ wiedzieć, jak to działa. JEŚLI PODŁĄCZASZ NIEPRAWIDŁOWO, MOŻESZ ZNISZCZYĆ MIKROKONTROLER I/LUB STEROWNIK SILNIKA!

Sterownik silnika jest rodzajem sterownika z izolowanym obwodem, co oznacza, że nie ma fizycznego połączenia między obszarem zasilania silnika a obszarem sterowania logicznego. Większość dobrych jest zaprojektowana tak, aby uniknąć przecieków elektrycznych do mikrokontrolera (które mogłyby go uszkodzić lub zniszczyć). Ponadto większość dobrych kosztuje zwykle co najmniej 15 USD, więc jeśli zauważysz w Internecie 2 dolary, nie kupuj go! Osobiście znalazłem taki i tak jako eksperyment, przykleiłem do niego radiator i podłączyłem go. Sprzedawca powiedział, że sterownik został oceniony na 12V. Podłączyłem go do 9V i zaczął palić. Okazuje się, że chip, którego użyli, był oceniany tylko na 3 V!

Sterownik silnika ma 2 obszary wejściowe: wejścia zasilania i wejścia logiczne. Posiada również dwa obszary wyjściowe: prawą i lewą stronę. Oto wszystkie piny i ich działanie:

• Wejścia logiczne:

  • Pobierają one sygnał logiczny 3,3 V i wykorzystują go do sterowania silnikami. Nigdy nie podłączaj wysokiego napięcia do tych styków.
  • Podłącz je do cyfrowych wyjść logicznych mikrokontrolera.

• Pobór mocy:

  • Pin Power In, używany do zasilania silników. Ilość mocy, którą tutaj wkładasz, to ilość mocy, którą kierowca wpompuje do silników.
  • Pin GND używany jako wspólne połączenie uziemiające. Używany zarówno do zasilania, jak i jako powrót do wejść logicznych. Pin GND jest zwykle połączony z diodami, aby zapobiec wyciekowi prądu do pinów logicznych i zasilania.
  • Pin 5V, używany do zasilania niektórych typów silników. WYJŚCIE 5 V, więc nie pomyl go z wejściem zasilania. Wystarczy jeden impuls zasilania do niewłaściwego styku mikrokontrolera, aby bezgłośnie i natychmiast go zniszczyć.

• Wyjścia:

  • 1A i 1B, dla jednego silnika lub zestawu silników.
  • 2A i 2B, dla drugiego silnika lub ich zespołu.

Sterownik silnika umożliwia sterowanie silnikiem wysokonapięciowym za pomocą niskonapięciowego sygnału logicznego. Powodem, dla którego są dwa wejścia na silnik, jest możliwość sterowania kierunkiem.

Podłącz wyjścia 1A i 1B sterownika silnika do silników po prawej stronie. Podłącz wyjścia 2A i 2B do silników po lewej stronie (Pamiętaj! DO TYŁU!)

Zainstaluj akumulator silnika gdzieś wewnątrz obudowy robota i podłącz go do wejścia zasilania sterownika silnika, z + do wejścia zasilania i - do GND.

Jeśli używasz wstępnie zmontowanego modułu, to jesteś dobry.

Jeśli używasz tylko układu scalonego, upewnij się, że jest prawidłowo okablowany i umieść na nim radiator! Te chipy bardzo się nagrzewają, dlatego większość dobrych sterowników ma radiatory.

Krok 4: Podłącz mikrokontroler

Podłącz mikrokontroler do robota. Użyłem Arduino Uno Rev3. Podłącz cztery wyjścia cyfrowe mikrokontrolera do wejścia logicznego sterownika silnika. Podłącz pin uziemiający mikrokontrolera do gniazda GND sterownika silnika. Nie podłączaj pinu 5V na sterowniku silnika do mikrokontrolera! Służy do zasilania niektórych typów silników, a nie jako wejście zasilania, a już na pewno nie do mikrokontrolera. Jeśli to zrobisz, możesz uszkodzić mikrokontroler. Do mikrokontrolera należy podłączyć tylko piny logiczne i wspólny pin uziemienia sterownika silnika.

Połączenia te służą do sterowania silnikami za pomocą wejść logicznych sterownika.

Krok 5: Upewnij się, że wszystko jest w porządku

Wróć i upewnij się, że wszystko jest w porządku. Sprawdź okablowanie, upewnij się, że lewe silniki są podłączone odwrotnie, upewnij się, że wyjście 5 V na mikrokontrolerze nie jest połączone z wyjściem 5 V na sterowniku silnika i sprawdź, czy nie występują inne problemy. Upewnij się, że wszystkie śruby są dokręcone, przewody są podłączone, silniki nie są zablokowane, a przewody nie są uszkodzone.

Jeśli wszystko jest w porządku, przejdź do następnego kroku.

Krok 6: Zainstaluj baterię

Włóż baterie do obudowy robota. Jeśli wypadną, mogą spowolnić lub zatrzymać robota, więc pamiętaj, aby zabezpieczyć je wewnątrz obudowy. Użyj wspornika montażowego, trochę kleju lub po prostu przyklej je na miejscu, jeśli planujesz często je wyjmować. Upewnij się również, że połączenia baterii są dobre. Miałem kiedyś robota, który nie chciał się ruszyć, i godzinami chodziłem w kółko, sprawdzając programowanie, zmieniając okablowanie silników i nie mogąc znaleźć problemu. Skończyło się nawet na zakupie nowego mikrokontrolera, ale okazało się, że jeden z przewodów do akumulatora mojego silnika poluzował się wewnątrz obudowy. To doskonały przykład, dlaczego przed wymianą części należy zawsze sprawdzić inne problemy!

Krok 7: Dołącz wszystko

Użyj małych śrub montażowych, aby bezpiecznie zamocować wszystko. Przykręć sterownik silnika i mikrokontroler do obudowy robota i upewnij się, że silniki są zabezpieczone. Upewnij się, że płytka stykowa jest również bezpiecznie przymocowana.

Użyj opasek zaciskowych lub małych kawałków taśmy, aby uporządkować przewody. Nie musisz tego robić, ale z pewnością sprawia to, że robot wygląda lepiej i ułatwia śledzenie, które przewody idą do czego. Ponadto, jeśli nie masz opasek lub chcesz łatwo wymienić przewody, możesz je pogrupować według kolorów. Na przykład możesz użyć zielonych przewodów od mikrokontrolera do sterownika silnika, czerwonych przewodów do zasilania, czarnych przewodów do GND i niebieskich przewodów od sterownika silnika do silników.

Krok 8: Program

Podłącz mikrokontroler do komputera i zaprogramuj go. Zacznij prosto i nie przytłaczaj się. Zacznij od czegoś tak prostego, jak poruszanie robotem do przodu. Czy możesz to obrócić? Idź wstecz? Kręcisz się w kółko? Uwaga, programowanie wymaga dużo cierpliwości i zwykle zajmuje najwięcej czasu. Zapoznaj się z powyższym wykresem.

To zależy od Ciebie!

Krok 9: Załączniki

Teraz, gdy masz już prostą konfigurację robota, nadszedł czas, aby dodać kilka dodatkowych funkcji. Podłącz czujnik ultradźwiękowy, aby robot mógł omijać przeszkody. Albo serwomotor z czymś fajnym na wierzchu. Lub kilka migających diod LED, aby rozjaśnić bota. Pamiętaj, to Twój robot, więc to zależy od Ciebie!

Krok 10: Gotowe

Gratulacje! Masz teraz działającego robota! Opublikuj w komentarzach, czy go zbudowałeś i jakie załączniki dodałeś.

Jeśli coś pójdzie nie tak, zapoznaj się z poniższą pomocą dotyczącą rozwiązywania problemów:

Robot w ogóle się nie włącza

Wiesz, że robot jest włączony, ponieważ większość sterowników silników i mikrokontrolerów ma kontrolki, które wskazują, że są włączone. Jeśli się nie włączą, to:

• Bateria główna może być słaba lub pusta. Jeśli używasz akumulatora, naładuj go. Jeśli używasz zwykłej baterii, wymień ją.
• Przewody mogą być źle podłączone. Sprawdź swoje połączenia. Jeden źle umieszczony przewód może odciąć zasilanie całego robota.
• Przewody mogą być zerwane. Wygląda na to, że nie spodziewałbyś się znaleźć, ale odkryłem, że zerwane przewody są w rzeczywistości dość powszechne. Zwróć uwagę na pękniętą lub postrzępioną izolację, małe metalowe „igły” wystające z gniazd przewodów (gdy szpilka na końcu przewodu wypadnie i zakleszczy się) lub rozdwojone przewody.
• Może występować problem ze sterownikiem silnika lub mikrokontrolerem. Wady produkcyjne mogą spowodować, że systemy nie będą się włączać. W takim przypadku wymień mikrokontroler lub sterownik silnika. To ostateczność, bo mikrokontrolery, a zwłaszcza sterowniki silników, bywają dość drogie.

Robot włącza się, ale się nie porusza

Jeśli potwierdziłeś, że robot jest włączony, ale w ogóle się nie porusza, to:

• Źródło zasilania silnika może być niskie lub puste. Wymień baterię. Z mojego doświadczenia wynika, że baterie te kończą się dość szybko, ponieważ do napędzania silników potrzeba dużo prądu.
• Może występować problem z okablowaniem. Spójrz na powyższą sekcję i sprawdź, czy nie ma zagubionych lub uszkodzonych przewodów.
• Silniki mogą być zwarte lub spalone. Jest to dość powszechne, więc warto go poszukać. Włącz bezpośrednie zasilanie silników i sprawdź, czy się poruszają.
• Sterownik silnika może być uszkodzony. Sprawdź napięcie na wyjściach. Jeśli kontrolka na sterowniku jest zgaszona, jest to wyraźna oznaka wadliwego urządzenia. UPEWNIJ SIĘ, ŻE SPRAWDZISZ WSZYSTKO! Poza podwoziem, sterownik silnika jest zazwyczaj najdroższym elementem robota.
• Może występować problem z programowaniem. Dla mnie to najczęstszy problem. W języku C z rozróżnianiem wielkości liter (używanym w Arduino) jeden błąd może zrujnować cały program. Python (język Raspberry Pi) również może mieć pewne problemy.
• Mikrokontroler może być uszkodzony. Czasami sygnał logiczny nie dociera nawet do sterownika silnika (jest powód, aby nie przeskakiwać od razu do wniosku złego sterownika). W takim przypadku po prostu go wymień.

Robot włącza się, ale porusza się w nienormalny sposób

Jeśli robot włączy się, ale zacznie poruszać się w niezamierzony sposób (np. zatacza koła, kiedy powinien iść do przodu), to:

• Prawdopodobnie jest problem z okablowaniem. SPRAWDŹ TO NAJPIERW! Czy pamiętałeś, aby drut był odwrócony jedną stroną?
• Może wystąpić błąd programowania. Sprawdź swój kod pod kątem problemów.
• Czasami uszkodzony mikrokontroler może zwariować, wielokrotnie wysyłając losowe sygnały. Jeśli robi to mikrokontroler, nie próbuj go naprawić. To wyraźny znak, że chip jest uszkodzony i nie da się go naprawić, więc po prostu wymień całość. Zaufaj mi, te chipy są wytwarzane przez roboty w laboratorium. Ludzie po prostu nie mogą ich naprawić.
• Silnik może być uszkodzony. Jeśli silnik nie pracuje lub pracuje z mniejszą prędkością, robot będzie powoli „dryfował” w jedną stronę podczas ruchu. Istnieją trzy sposoby rozwiązania tego problemu. Jeśli możesz, po prostu zwiększ napięcie do tego konkretnego silnika, aby uzyskać taką samą prędkość jak wszystkie inne. Jeśli nie, spróbuj umieścić rezystory na wszystkich silnikach z wyjątkiem uszkodzonego. Spowalnia to inne silniki do prędkości uszkodzonego. Wreszcie możesz go po prostu wymienić. Motoreduktory robotów są zwykle dość tanie, zwykle za 2-3 dolary. Porównaj to ze sterownikiem silnika, który może kosztować od 10 do 200 dolarów.

Jeśli robot nie reaguje na czujniki

Jeśli robot włącza się i porusza w normalny sposób, ale nie „słucha” czujników lub nie reaguje we właściwy sposób, prawie zawsze jest to jedna z dwóch rzeczy.

• Prawdopodobnie wystąpił błąd programowania. Czujniki muszą być dokładnie skalibrowane i zaprogramowane. Kiedyś robot kręcił się w niekontrolowany sposób, tylko po to, by przypadkowo ustawić go tak, aby skręcał, gdy zobaczy coś w promieniu 100 metrów zamiast 100 centymetrów. Ciągle widział ściany, sprawiając, że ciągle się obracał.
• Innym najczęstszym problemem jest złe okablowanie. Nawet jeden brakujący przewód może spowodować, że czujnik przestanie działać.

Aby uzyskać inną pomoc, zapoznaj się z powyższymi sekcjami lub wyszukaj w Google konkretny problem, który masz. Możesz również skontaktować się ze mną pod adresem [email protected], jeśli masz jakieś pytania.

Proszę o komentarz na ten temat!