Tablica szkolna Arduino Line Follower Wallrides: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Podążanie za linią na ziemi jest zbyt nudne!

Próbowaliśmy spojrzeć pod innym kątem na śledzących linię i przenieść ich na inny samolot – na szkolną tablicę.

Zobacz, co z tego wyszło!

Krok 1: Czego potrzebujesz?

Dla jednego robota wyścigowego:

Mechanika:

1 x podwozie robota miniQ 2WD; To wielofunkcyjna platforma do tworzenia prostych robotów dwukołowych

Motoreduktor 2 x 6V Micro z przełożeniem 1:150; Motoreduktory dołączone do platformy robota miniQ mają przełożenie 1:50 i są zbyt szybkie. Należy je zastąpić mocniejszymi silnikami np. o przełożeniu 1:150 lub wyższym. Im wyższe przełożenie, tym wolniej robot jedzie po tablicy, ale mniejsze prawdopodobieństwo, że koła się poślizgną

4 x magnes neodymowy; Potrzebne są małe magnesy o grubości 3mm o średnicy 12mm (dla tych o okrągłym kształcie) lub o boku 12mm (dla tych o kształcie kwadratu). Magnesy powinny mieć również otwór na śrubę maszynową z łbem stożkowym, zwykle na śrubę M3. Czasami producenci określają siłę sprzęgła magnetycznego. Powinien mieścić się w zakresie od 2kg do 2,4kg

Elektronika:

1 x Arduino UNO; Komputer pokładowy. Najpopularniejsza platforma do prototypowania

1 x moduł Octoliner; Oczy i reflektory Twojego robota wyścigowego. Octoliner to czujnik chłodnej linii składający się z 8 oddzielnych czujników podczerwieni sterowanych przez interfejs I2C

1 x osłona silnika; Prawie każdy moduł Ci odpowiada. Użyłem tego analogowego, opartego na układzie L298p

1 x 2-ogniwowy akumulator LiPo 7,4V; Może dawać duży prąd, którego potrzebują silniki, aby przezwyciężyć przyciąganie magnesów. Dwuogniwowa bateria ma napięcie w zakresie od 7,4V do 8,4V. Wystarczy na silniki 6V i wbudowany regulator napięcia na płytce Arduino. Można wybrać dowolną pojemność. Im pojemna bateria, tym dłużej robot jeździ, ale pamiętaj, że zbyt pojemna bateria może być ciężka. Pojemność w zakresie od 800 mAh do 1300 mAh jest optymalna

Różnorodny:

4 x przewód męski-żeński;

4 x dystans M3 lub dystans męski-żeński o długości 10 mm;

3 x dystans M3 lub dystans męski-żeński o długości 25 mm lub większej;

4 x śruba z łbem stożkowym płaskim M3x8;

1 x śruba nylonowa M3;

1 x nylonowa nakrętka sześciokątna M3;

Wszelkie śruby M3 i nakrętki sześciokątne

Do klasy:

Tablica magnetyczna wisząca na ścianie;

Grube czarne markery magnetyczne do tablic;

Specjalna ładowarka akumulatorów LiPo lub wiele ładowarek, jeśli chcesz zrobić wiele robotów i ładować je osobno

Krok 2: Jak złożyć? Montaż podwozia

Najpierw musisz złożyć platformę podwozia miniQ, zastępując silniki z zestawu mocniejszymi o przełożeniu 1:150. Nie zapomnij przylutować przewodów do styków silników!

Krok 3: Jak złożyć? Zainstaluj magnesy

Zainstaluj magnesy na platformie miniQ. Użyj wsporników M3x10, płaskich śrub z łbem stożkowym M3x8 lub M3x6 i nakrętek M3. Wymagane otwory montażowe pokazano na rysunku.

To jest ważne!

Długość podpór powinna wynosić dokładnie 10 mm. Po zainstalowaniu magnesów przetestuj platformę na tablicy. Wszystkie cztery magnesy powinny przylegać do tablicy magnetycznej, a gumowe opony na kółkach platformy miniQ powinny być wstępnie napięte i zapewniać pewne tarcie o powierzchnię tablicy.

Ręcznie przesuń robota po planszy. W czasie jazdy magnesy nie powinny zsuwać się z deski. Jeśli jakiś magnes odpadnie, oznacza to, że gumowe opony na kołach są maksymalnie obciążone. W takim przypadku zwiększ odległość 10 mm wszystkich odstępów o 1 lub 2 mm, dodając parę podkładek M3 i spróbuj ponownie.

Krok 4: Jak złożyć? Dodaj elektronikę

Zamontuj płytkę Arduino UNO na platformie za pomocą wsporników M3x25, śrub M3 i nakrętek M3. Nie używaj krótkich dystansów, zostaw trochę miejsca pod płytką Arduino na przewody i baterię.

Zainstaluj osłonę silnika na płytce Arduino UNO.

Zainstaluj moduł Octoliner. Dociśnij go do platformy za pomocą nylonowej śruby M3 i nakrętki.

To jest ważne!

Do montażu Octolinera nie należy używać metalowych elementów mocujących. Niektóre otwory montażowe na płytce zaciskowej są lutowane i używane jako piny IO. Aby zapobiec zwarciom, użyj plastikowego zapięcia, na przykład nylonu.

Krok 5: Jak złożyć? Okablowanie

Połącz wszystkie elementy elektroniczne, jak pokazano na schemacie. Moduł Octoliner jest podłączony za pomocą 4 przewodów (GND, 5V, SDA, SCL) do Arduino UNO. Podłącz silniki do osłony silnika. Akumulator LiPo jest podłączony do styków zewnętrznego zasilacza na osłonie silnika oraz do pinu VIN na płytce Arduino. Zamiast używania pinu VIN, możesz użyć na płytce wtyczki zasilania 5,5 mm x 2,1 mm.

To jest ważne!

Podczas korzystania z osłony silnika nie są potrzebne żadne przewody. Dwa kanały silnika sterowane są 4 pinami. Za prędkość obrotów odpowiadają 2 piny PWM, a za kierunek obrotów 2 piny DIR. Zazwyczaj są one już połączone z konkretnymi pinami płytki Arduino, a ich numery indeksowe mogą się różnić w zależności od producenta nakładki. Na przykład dla mojej osłony silnika numery to D4 D5 (DIR i PWM dla pierwszego kanału) i D7 D6 (DIR i PWM dla drugiego kanału). W przypadku oryginalnej osłony silnika Arduino numery pinów odpowiadają D12 D3 (DIR i PWM dla pierwszego kanału) oraz D13 D11 (DIR i PWM dla drugiego kanału).

To jest ważne!

Akumulatory Hobby LiPo nie posiadają płytki zabezpieczającej przed odwrotną polaryzacją! Przypadkowe zwarcie styków dodatnich i ujemnych spowoduje trwałą awarię akumulatora lub pożar.

Krok 6: Jak programować? XOD

Stworzenie programu dla takiego robota wyścigowego jest jeszcze łatwiejsze niż złożenie go.

We wszystkich moich projektach wykorzystuję wizualne środowisko programistyczne XOD, które pozwala na graficzne tworzenie programów Arduino bez konieczności pisania kodu. To środowisko jest idealne do szybkiego prototypowania urządzeń lub uczenia się algorytmów programowania. Śledź stronę internetową dokumentacji XOD, aby dowiedzieć się więcej.

Aby zaprogramować tego robota, musisz dodać tylko jedną bibliotekę amperka/octoliner do swojej przestrzeni roboczej XOD. Jest niezbędny do pracy z ośmiokanałowym czujnikiem liniowym.

Krok 7: Jak programować? Łata

Program oparty jest na zasadzie działania regulatora PID. Jeśli chcesz wiedzieć, czym jest regulator PID i jak działa, możesz przeczytać inny artykuł na ten temat.

Spójrz na łatkę z programem robota. Zobaczmy, jakie węzły są na nim obecne i jak to wszystko działa.

oktoliner-linia

Jest to węzeł szybkiego startu z biblioteki amperka/octoliner XOD, który reprezentuje moduł Octoliner śledzący linię. Wyprowadza "wartość śledzenia linii", która mieści się w zakresie od -1 do 1. Wartość 0 wskazuje, że linia znajduje się w pozycji środkowej względem czujników podczerwieni na płycie Octoliner (między CH3 i CH4). Wartość -1 odpowiada skrajnej lewej pozycji (CH0), a 1 skrajnej prawej pozycji (CH1). W węźle rozruchowym inicjuje czujniki transoptora i ustawia ich domyślne parametry jasności i czułości. Wejściami dla tego węzła są adres I2C urządzenia (ADDR dla płyty Octoliner to 0x1A) oraz szybkość aktualizacji wartości śledzenia linii (UPD), ustawiłem ją na ciągłą.

Wartości śledzenia linii są podawane bezpośrednio do węzła pid-controller.

pid-kontroler

Ten węzeł realizujący pracę regulatora PID w XOD. Wartość docelowa (TARG) to 0. Jest to stan, w którym linia znajduje się dokładnie w środku pod robotem. Jeśli wartość śledzenia linii wynosi 0, regulator PID resetuje się przez pin RST. Jeśli wartość śledzenia linii jest różna od 0, regulator PID konwertuje ją za pomocą współczynników Kp, Ki, Kd na wartości prędkości silnika. Wartości współczynników zostały wybrane doświadczalnie i wynoszą odpowiednio 1, 0,2 i 0,5. Szybkość aktualizacji (UPD) regulatora PID jest ustawiona na ciągłą.

Przetworzona wartość regulatora PID jest odejmowana od 1 i dodawana do 1. Ma to na celu rozsynchronizowanie silników, aby w przypadku utraty linii obracały się one w przeciwnych kierunkach. Wartość 1 w tych węzłach reprezentuje maksymalną prędkość silników. Możesz zmniejszyć prędkość, wprowadzając niższą wartość.

h-most-dc-silnik

Kilka z tych węzłów odpowiada za sterowanie lewym i prawym silnikiem robota. Tutaj ustaw wartości pinów PWM i DIR, przez które działa osłona silnika.

Flash patch i wypróbuj swojego bota wyścigowego. Jeśli dokładnie przestrzegasz instrukcji montażu, nie musisz zmieniać patcha ani regulować regulatora PID. Podane ustawienia są dość optymalne.

Gotowy program można znaleźć w bibliotece gabbapeople/whiteboard-races

Krok 8: Prezentacja i porady