Robot śledzący linię oparty na PID z macierzą czujników POLOLU QTR 8RC: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Cześć!

to jest mój pierwszy artykuł na temat instrukcji, a dzisiaj zabiorę cię w drogę i wyjaśnię, jak zbudować linię opartą na PID, podążając za robotem, używając matrycy czujników QTR-8RC.

Zanim przejdziemy do budowy robota, musimy zrozumieć, co nazywa się PID,

Krok 1: Zasada działania

Co to jest PID?

Termin PID oznacza proporcjonalny, całkowy, pochodny. Więc po prostu, to, co robimy z PID z podążaniem za linią, polega na tym, że wydajemy robotowi polecenie, aby podążał za linią i wykrywał skręty poprzez obliczenie błędu, biorąc pod uwagę, w jaki sposób daleko zszedł z toru.

kluczowe terminy wymienione w dokumentach polalu

Wartość proporcjonalna jest w przybliżeniu proporcjonalna do pozycji robota względem linii. Oznacza to, że jeśli twój robot jest dokładnie wyśrodkowany na linii, oczekujemy proporcjonalnej wartości dokładnie 0

Wartość całkowita rejestruje historię ruchu robota: jest to suma wszystkich wartości składnika proporcjonalnego, które zostały zarejestrowane od momentu uruchomienia robota

Pochodną jest tempo zmiany wartości proporcjonalnej

W tym samouczku omówimy tylko terminy Kp i Kd, jednak wyniki można również uzyskać za pomocą terminu Ki. Odczyty, które otrzymujemy z czujnika, to nie tylko odczyty analogowe, ale także odczyty położenia robota Tak więc czujnik dostarcza wartości od 0 do 2500 w zakresie od maksymalnego do minimalnego odbicia, ale jednocześnie dostarcza również informacji o tym, jak daleko robot oddalił się od linii.)

Teraz musimy wziąć pod uwagę składnik błędu, Jest to różnica dwóch wartości, wartości zadanej i wartości bieżącej. wartość jest chwilowymi odczytami czujnika. Np.: Jeśli używasz tego czujnika matrycowego i używasz 8 czujników, otrzymasz pozycyjny odczyt 3500, jeśli jesteś na miejscu, około 0, jeśli jesteś zbyt daleko od linii i około 7000, jeśli masz zbyt rację.). Naszym celem jest wyzerowanie błędu. Tylko wtedy robot może płynnie podążać za linią.

Potem przychodzi część obliczeniowa,.

1) obliczyć błąd.

Błąd = wartość zadana - wartość bieżąca = 3500 - pozycja

Jak używam 8 czujników. czujnik daje odczyt położenia 3500, gdy robot jest idealnie umieszczony. Teraz, gdy obliczyliśmy nasz błąd, margines, o jaki nasz robot dryfuje po torze, nadszedł czas, abyśmy przyjrzeli się temu błędowi i odpowiednio dostosowali prędkość silnika

2) określić nastawione prędkości silników.

Prędkość silnika = Kp * Błąd + Kd * (Błąd - LastError);

ostatni błąd = błąd;

RightMotorSpeed = RightBaseSpeed + MotorSpeed;

LeftMotorSpeed = LeftBaseSpeed - Prędkość silnika;

Logicznie rzecz biorąc, błąd 0 oznacza, że nasz robot znajduje się w lewo, co oznacza, że nasz robot musi jechać nieco w prawo, co z kolei oznacza, że prawy silnik musi zwolnić, a lewy przyspieszyć. TO JEST PID!

Wartość MotorSpeed jest określana na podstawie samego równania. RightBaseSpeed i LeftBaseSpeed to prędkości (dowolna wartość PWM 0-255), przy których robot działa, gdy błąd wynosi zero.

W kodzie który załączyłem jest też jak sprawdzić wartości pozycyjne czujnika, dzięki czemu można otworzyć monitor szeregowy i wgrać kod i zobaczyć na własne oczy z kreską jak obracają się silniki przy zmianie pozycji.

Jeśli napotkasz kłopoty przy wdrażaniu swojego robota, po prostu sprawdź czy i zobacz, zmieniając znaki równań !!!

A teraz najtrudniejsza część ZNAJDOWANIE Kp I Kd, musiałem poświęcić ponad godzinę, aby idealnie dostroić mojego robota. Zamiast umieszczać losowe wartości, znalazłem łatwiejszą metodę, aby to ustalić.

1. Zacznij od kp i Kd równych 0 i zacznij od Kp, najpierw spróbuj ustawić Kp na 1 i obserwuj robota, naszym celem jest podążanie za linią, nawet jeśli jest chwiejna, jeśli robot przekroczy i zgubi linię, zmniejsz wartość kp.jeśli robot nie może wykonać skrętu i jest powolny, zwiększ wartość Kp.
2. Gdy robot wydaje się nieco podążać za linią, dostosuj wartość Kd (wartość Kd > wartość Kp) zacznij od 1 i zwiększaj wartość, aż zobaczysz płynną jazdę z mniejszym chybotaniem.
3. Gdy robot zacznie podążać za linią, zwiększ prędkość i sprawdź, czy jest w stanie utrzymać i podążać za linią.

Należy pamiętać, że prędkość ma bezpośredni wpływ na strojenie PID i czasami może być konieczne ponowne dostrojenie, aby dopasować prędkość robota.

Teraz możemy zabrać się do budowy naszego robota.

Krok 2: Kompilacja

Arduino atmega 2560 z kablem USB – jest to główny używany mikrokontroler.

Podwozie- do podwozia robota użyłem 2 okrągłych płyt akrylowych, które są używane do innego projektu, który jest do tego idealny. Za pomocą nakrętek i śrub zbudowałem dwupiętrowe podwozie, dzięki czemu mogę przymocować inne moduły do górnej płyty.lub możesz użyć gotowego podwozia dostępnego.

www.ebay.com/itm/2WD-DIY-2-Wheel-Drive-Rou…

Motoreduktory mikrometalowe - robot potrzebował szybko obracających się silników, aby poradzić sobie z rutyną PID, do tego użyłem silników o napięciu 6V 400rpm i odpowiednich przyczepnych kół.

www.ebay.com/itm/12mm-6V-400RPM-Torque-Gea…

www.ebay.com/itm/HOT-N20-Micro-Gear-Motor-…

Tablica czujników QTR 8Rc – może być używana do śledzenia linii, jak wspomniano wcześniej, myślę, że masz teraz jasne zrozumienie, jak obsługiwać tablicę czujników z PID. kod jest bardzo prosty i korzystając z istniejących bibliotek arduino będziesz w stanie zbudować szybkiego zwolennika linii.

www.ebay.com/itm/Pololu-QTR-8RC-Reflectanc…

TB6612FNG Sterownik silnika-chciałem użyć sterownika silnika, który może obsługiwać skręty i zmieniać kierunek w mgnieniu oka, co jest w stanie skutecznie hamować silniki, gdy sygnał PWM jest niski.

www.ebay.com/itm/Pololu-Dual-DC-Motor-Driv…

Bateria Lipo - bateria lipo 11,1 V służy do zasilania robota. chociaż użyłem baterii lipo 11,1 V, ta pojemność jest większa niż potrzebna dla arduino i silników. jeśli możesz znaleźć lekki 7,4 V akumulator lipo lub akumulator 6V Ni-MH będzie idealny. Z tego powodu muszę użyć konwertera buck do zamiany napięcia na 6V.

11.1V-

7,4 V-

Moduł przetwornicy buck-

Oprócz tego potrzebne są przewody rozruchowe, nakrętki i śruby, śrubokręty i taśmy elektryczne, a także opaski zaciskowe, aby upewnić się, że wszystko jest na swoim miejscu.

Krok 3: Montaż

przymocuj silniki i małe kółko do płytki za pomocą nakrętek i śrub, a następnie zamontuj czujnik QTR, sterownik silnika, płytkę arduino i na koniec akumulator na podwoziu.

Oto idealny schemat, który znalazłem w internecie, który mówi, jak należy wykonać połączenia.

Krok 4: Zaprojektuj swój ślad liniowy

Teraz wydaje się, że twój projekt dobiega końca. Ponieważ na ostatnim etapie musisz mieć małą arenę, aby przetestować swojego robota. Użyłem losowej linii o szerokości 3 cm białej linii na czarnym tle. Upewnij się, że wszystko dobrze wkleiłeś. A na razie unikaj 90 stopniowych krzyżyków i przekrojów, bo to skomplikowana sprawa z punktu widzenia kodowania.

Krok 5: Zaprogramuj swój kod

1. Pobierz i zainstaluj Arduino

Środowisko IDE na komputer stacjonarny

· okna -

· Mac OS X -

· Linux -

2. Pobierz i wklej plik tablicy czujników QTR 8 RC do folderu bibliotek Arduino.

·

· Wklej pliki do ścieżki - C:\Arduino\libraries

3. Pobierz i otwórzLINEFOLLOWING.ino

4. Prześlij kod do płyty arduino za pomocą kabla USB

Krok 6: GOTOWE

teraz masz zrobioną przez siebie linię podążającą za robotem.

Mam nadzieję, że ten samouczek był pomocny. Nie wahaj się ze mną skontaktować za pośrednictwem [email protected], jeśli masz jakiś problem.

do zobaczenia z kolejnym nowym projektem.

Miłego budowania!!