Роботизированный вездеход: 10 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Привет, я Proxy303, специалист по робототехнике. В этом уроке я научу вас, как построить собственного робота, подобного моему.

Я не говорю об одной из тех прославленных машин с дистанционным управлением, которые люди называют роботами. Одно из самых определений робота заключается в том, что им нельзя управлять дистанционно. Робота, которого вы создадите сегодня, вы строите, подключаете и программируете. Тогда это автономно. Это означает, что он не контролируется извне. Он контролирует себя. После того, как он построен и запрограммирован, все остальное робот делает сам.

Любой робот состоит из пяти основных компонентов:

• Шасси, являющееся телом вашего робота. Вы можете купить их в предварительно собранном виде или сделать их самостоятельно из набора или с нуля.
• Микроконтроллер, который является «мозгом» вашего робота. Это универсальная схема, которую можно запрограммировать на все, что угодно.
• Некоторые моторы, которые позволяют вашему роботу двигаться. Вы не можете эффективно управлять двигателями напрямую с помощью микроконтроллера, поэтому вам нужно…
• Драйвер двигателя, который позволяет управлять двигателем с более высоким напряжением с помощью логического сигнала низкого напряжения.
• Источник энергии, который питает все. Для портативных или перемещающихся роботов используйте батарейки. В противном случае вы можете использовать модуль питания, например, от компьютера.

Запасы

Тебе понадобится:

• Шасси робота (я предлагаю Actobotics Runt Rover Whippersnapper, потому что у него так много хороших аспектов, как универсальное крепление для микроконтроллера или крепления для датчиков, или тот факт, что все просто соединяется вместе). Подойдет любой материал, поэтому попробуйте пластик, дерево или даже картон. Будьте осторожны при использовании металла, так как он может закоротить паяные соединения под печатными платами, но если вы знаете, что делаете, то попробуйте. Шасси робота может быть довольно дорогим - от 15 до нескольких сотен долларов.
• Микроконтроллер (я использовал Arduino Mega 2560, но Raspberry Pi тоже работает хорошо). Их можно купить в магазинах электроники, магазинах для любителей, в Интернете или в любом другом месте, где продаются детали для роботов. Хотя они являются одной из самых важных частей робота, на самом деле они довольно дешевы - от 10 до 40 долларов.
• Драйвер двигателя (я использовал двухмоторный драйвер L298N). Он может быть довольно дорогим, поэтому относитесь к нему осторожно. Эти плохие парни созданы для того, чтобы накачивать моторы большой мощностью, поэтому они сильно нагреваются. Убедитесь, что у того, что вы покупаете, есть радиатор, или, если его нет, прикрепите его. Вы, конечно же, не хотите, чтобы драйвер двигателя перегревался и ломался, что стоило вам от 20 до нескольких сотен долларов за новый.
• Несколько макетных проводов. Здесь не нужно много объяснений, потому что вы можете найти их практически где угодно.
• Некоторые провода M-F DuPont. Вместо макетных проводов с металлическими «иглами» на обоих концах, у них есть «игла» на одном конце и гнездо на другом конце.
• Горстка крепежных винтов. Опять же, особых объяснений не требуется. Возьмите маленькие винты с головкой под крестовую отвертку стандартного размера.
• Основной источник питания для микроконтроллера (в Интернете можно найти довольно дешевые перезаряжаемые литий-ионные батареи. Обычно я использую блоки питания, используемые для зарядки телефонов).
• Источник питания двигателя (для этого отлично подойдут 6 батареек AA, но вы можете использовать другой источник питания, если хотите. НЕ используйте батарею 9 В; у них просто нет тока для такого рода вещей. помните, что они предназначены для работы с детекторами дыма, а не с роботами.) Если возможно, попробуйте получить перезаряжаемый источник питания. Сначала это немного дороже, но поверьте мне. Если вы используете одноразовые батареи, вы обнаружите, что очень быстро их разряжаете, а стоимость такого количества батарей быстро превосходит стоимость некоторых перезаряжаемых.

Вы можете захотеть:

• Ультразвуковой датчик. Позволяет вашему роботу видеть объекты перед собой.
• Некоторые серводвигатели. Вместо того, чтобы постоянно вращаться, эти полезные двигатели можно запрограммировать так, чтобы они двигались под определенным углом и оставались там.
• Горстка светодиодов. Никаких объяснений не требуется. Включаешь питание, загораются. Простой.
• Или любые другие вложения. Почему бы не добавить руку робота? Или какой-то другой датчик?

Шаг 1. Соберите корпус робота

Соберите купленное вами шасси робота. Убедитесь, что все собрано правильно.

С Runt Rover Whippersnapper все просто складывается воедино. Если ваше шасси скреплено винтами, убедитесь, что они плотно затянуты, а ваш бот - прочный. Поверьте, нет ничего хуже, если ваш проект просто развалится на вас - иногда буквально! Также убедитесь, что внутри корпуса есть место. Представьте, что вы покупаете все, потратив более 70 долларов, и обнаруживаете, что один из ваших основных компонентов не помещается внутри бота!

Также убедитесь, что моторы прикреплены правильно и могут свободно вращаться. Иногда выступающая часть шасси может блокировать двигатели, поэтому убедитесь, что ничто не может остановить их вращение.

Шаг 2: Базовая проводка

Подключите двигатели с левой стороны друг к другу параллельно. Сделайте то же самое для правильных двигателей. Убедитесь, что красные провода левой стороны сгруппированы с черными проводами левой стороны, и то же самое для правой стороны. Подключите красный провод к обоим КРАСНЫМ проводам с правой стороны. Подключите еще один красный провод к обоим ЧЕРНЫМ проводам на левой стороне (я знаю, что с левой стороны он кажется задом, но это сделано для того, чтобы учесть тот факт, что двигатели с противоположной стороны вращаются в противоположном направлении). Повторите то же самое для черных проводов.. Убедитесь, что провода для сторон сгруппированы вместе. Кроме того, убедитесь, что двигатели ЛЕВОЙ стороны перевернуты по сравнению с обычным подключением.

Шаг 3: Подключите драйвер двигателя

Прежде чем использовать драйвер двигателя, вам НЕОБХОДИМО знать, как он работает. ЕСЛИ ВЫ ПОДКЛЮЧИТЕ ЕГО НЕПРАВИЛЬНО, ВЫ МОЖЕТЕ УНИЧТОЖИТЬ МИКРОКОНТРОЛЛЕР И / ИЛИ ДРАЙВЕР МОТОРА!

Драйвер двигателя - это тип контроллера изолированной цепи, что означает отсутствие физического соединения между областью питания двигателя и областью логического управления. Большинство хороших из них разработаны таким образом, чтобы избежать утечки электричества в микроконтроллер (что может привести к его повреждению или разрушению). Кроме того, самые хорошие обычно стоят не менее 15 долларов, поэтому, если вы обнаружите в сети 2 доллара, не покупайте его! Я лично нашел такой, и просто в качестве эксперимента я воткнул на него радиатор и подключил. Продавец сказал, что драйвер рассчитан на 12 В. Я подключил его к 9В, и он начал дымиться. Оказывается, чип, который они использовали, был рассчитан только на 3 В!

Драйвер двигателя имеет 2 области ввода: входы питания и логические входы. Он также имеет две области вывода: правую и левую. Вот все контакты и то, что они делают:

• Логические входы:

  • Они принимают логический сигнал 3,3 В и используют его для управления двигателями. Никогда не подключайте к этим контактам высокое напряжение.
  • Подключите их к цифровым логическим выходам микроконтроллера.

• Потребляемая мощность:

  • Контакт Power In, используемый для питания двигателей. Количество мощности, которое вы здесь вкладываете, - это количество мощности, которое драйвер закачивает в двигатели.
  • Вывод GND, используемый в качестве общего заземляющего соединения. Используется как для питания, так и для возврата для логических входов. Вывод GND обычно соединяется с диодами, чтобы предотвратить утечку тока на логические выводы и выводы питания.
  • Вывод 5V, используемый для питания определенных типов двигателей. Он ВЫХОДИТ 5 Вольт, поэтому не путайте его с входом питания. Все, что требуется, - это одна вспышка питания на неправильном контакте микроконтроллера, чтобы бесшумно и мгновенно его уничтожить.

• Выходы:

  • 1A и 1B для одного двигателя или набора двигателей.
  • 2A и 2B, для другого двигателя или их набора.

Драйвер двигателя позволяет управлять высоковольтным двигателем с помощью логического сигнала низкого напряжения. Причина, по которой на каждый двигатель два входа, заключается в том, что вы также можете контролировать направление.

Подключите выходы 1A и 1B привода двигателя к правым двигателям. Подключите выходы 2A и 2B к левым двигателям (помните! НАЗАД!)

Установите аккумулятор двигателя где-нибудь внутри шасси вашего робота и подключите его к входу питания драйвера двигателя, с + к входу питания и - к GND.

Если вы используете предварительно собранный модуль, то все в порядке.

Если вы просто используете микросхему, убедитесь, что она правильно подключена, и не забудьте поставить на нее радиатор! Эти микросхемы сильно нагреваются, поэтому в большинстве хороших драйверов есть радиаторы.

Шаг 4: прикрепите микроконтроллер

Присоедините свой микроконтроллер к роботу. Я использовал Arduino Uno Rev3. Подключите четыре цифровых выхода микроконтроллера к логическому входу драйвера двигателя. Подключите заземляющий контакт микроконтроллера к разъему GND драйвера двигателя. Не подключайте вывод 5V на драйвере мотора к микроконтроллеру! Он используется для питания определенных типов двигателей, а не в качестве входа питания и, конечно же, не для микроконтроллера. Если вы сделаете это, вы можете повредить микроконтроллер. К микроконтроллеру следует подключать только логические выводы и общий вывод заземления на драйвере двигателя.

Эти соединения используются для управления двигателями с помощью логических входов драйвера.

Шаг 5. Убедитесь, что все в порядке

Вернитесь и убедитесь, что все в порядке. Проверьте проводку, убедитесь, что левые двигатели подключены в обратном направлении, убедитесь, что ваш выход 5 В на микроконтроллере не подключен к выходу 5 В на драйвере двигателя, и проверьте наличие других проблем. Убедитесь, что все винты затянуты, провода подключены, моторы не заблокированы и провода не оборваны.

Если все хорошо, переходите к следующему шагу.

Шаг 6: Установите аккумулятор

Вставьте батареи в шасси робота. Если они выпадут, они могут замедлить или остановить вашего робота, поэтому обязательно закрепите их внутри шасси. Используйте монтажный кронштейн, немного клея или просто приклейте их на место, если вы планируете часто снимать их. Также убедитесь, что ваши батареи в хорошем состоянии. Однажды у меня был робот, который отказывался двигаться, и я часами ходил по кругу, проверяя свое программирование, меняя электромоторы, но не мог найти проблему. Я даже закончил тем, что купил новый микроконтроллер, только чтобы обнаружить, что один из проводов к моей аккумуляторной батарее вышел из строя внутри корпуса. Это прекрасный пример того, почему вы всегда должны проверять наличие других проблем перед заменой детали!

Шаг 7: прикрепите все

Используйте маленькие крепежные винты, чтобы надежно закрепить все. Прикрутите привод двигателя и микроконтроллер к шасси робота и убедитесь, что двигатели надежно закреплены. Убедитесь, что макетная плата также надежно закреплена.

Используйте стяжки или небольшие кусочки ленты, чтобы упорядочить провода. Вам не нужно этого делать, но это, безусловно, улучшает внешний вид робота и упрощает отслеживание того, какие провода к чему идут. Кроме того, если у вас нет стяжек или вам нужно легко заменить провода, вы можете сгруппировать их по цвету. Например, вы можете использовать зеленые провода от микроконтроллера к драйверу двигателя, красные провода для питания, черные провода для GND и синие провода от драйвера двигателя к двигателям.

Шаг 8: программа

Подключите микроконтроллер к компьютеру и запрограммируйте его. Начните с простого и не перегружайте себя. Начните с чего-нибудь столь же простого, как заставить робота двигаться вперед. Вы можете заставить его повернуться? Назад? Кружиться по кругу? Остерегайтесь, программирование требует большого терпения и обычно занимает больше всего времени. См. График выше.

Тебе решать!

Шаг 9: вложения

Теперь, когда у вас настроен простой робот, пришло время добавить некоторые дополнительные функции. Присоедините ультразвуковой датчик, чтобы робот мог избегать препятствий. Или серводвигатель с чем-нибудь крутым сверху. Или несколько мигающих светодиодов, чтобы скрасить бота. Помните, это ваш робот, так что решать вам!

Шаг 10: Готово

Поздравляю! Теперь у вас есть рабочий робот! Пожалуйста, напишите в комментариях, построили ли вы его и какие вложения добавили.

Если что-то пойдет не так, обратитесь к справке по устранению неполадок ниже:

Робот вообще не включается

Вы знаете, что робот включен, потому что у большинства драйверов двигателей и микроконтроллеров есть индикаторы, указывающие, что они включены. Если они не включаются, то:

• Основная батарея может быть разряжена или разряжена. Если вы используете аккумулятор, зарядите его. Если вы используете обычную батарею, замените ее.
• Возможно, провода подключены неправильно. Проверьте свои связи. Один неверно уложенный провод может отключить питание всего робота.
• Провода могут быть оборваны. Это похоже на то, чего вы не ожидаете найти, но я обнаружил, что обрывы проводов на самом деле довольно распространены. Ищите сломанную или потертую изоляцию, маленькие металлические «иголки», торчащие из разъемов для проводов (когда штырь на конце провода отрывается и застревает), или расколотые провода.
• Возможно, проблема в драйвере мотора или микроконтроллере. Производственные дефекты могут привести к тому, что системы не включатся. В этом случае замените микроконтроллер или драйвер двигателя. Это последнее средство, потому что микроконтроллеры и особенно драйверы двигателей иногда могут быть довольно дорогими.

Робот включается, но не двигается

Если вы подтвердили, что робот включен, но он не двигается, тогда:

• Источник питания двигателя может быть низким или пустым. Заменить аккумулятор. По моему опыту, эти батареи разряжаются довольно быстро, потому что для работы двигателей требуется большой ток.
• Может быть проблема с проводкой. Посмотрите на приведенный выше раздел и проверьте, нет ли сбитых или оборванных проводов.
• Двигатели могут быть закорочены или перегорены. Это довольно распространенное явление, поэтому его стоит поискать. Подайте прямое питание на двигатели и посмотрите, двигаются ли они.
• Моторный привод может быть поврежден. Проверить напряжение на выходах. Если индикатор на драйвере не горит, это явный признак неисправности устройства. ОБЯЗАТЕЛЬНО ПРОВЕРЬТЕ ВСЕ ЕЩЕ! Помимо шасси, водитель мотора - обычно самая дорогая часть робота.
• Может быть проблема с программированием. Для меня это самая частая проблема. В чувствительном к регистру языке C (используемом в Arduino) одна ошибка может испортить всю вашу программу. Python (язык Raspberry Pi) также может иметь некоторые проблемы.
• Микроконтроллер может быть поврежден. Иногда логический сигнал даже не доходит до драйвера двигателя (есть причина не сразу переходить к заключению о плохом драйвере). В таком случае просто замените его.

Робот включается, но движется ненормально

Если робот включается, но начинает непреднамеренно двигаться (например, ходит по кругу, когда должен двигаться вперед), то:

• Вероятно, проблема с проводкой. ПРОВЕРИТЬ В первую очередь! Вы не забыли перевернуть одну сторону провода?
• Возможна ошибка программирования. Проверьте свой код на наличие проблем.
• Иногда поврежденный микроконтроллер может сходить с ума, многократно посылая случайные сигналы. Если это делает микроконтроллер, не пытайтесь это исправить. Это явный признак того, что микросхема не подлежит ремонту, поэтому просто замените ее целиком. Поверьте, эти чипы делают роботы в лаборатории. Они просто не могут быть исправлены людьми.
• Двигатель может быть поврежден. Если двигатель не работает или работает с меньшей скоростью, робот будет медленно «дрейфовать» в одну сторону при движении. Есть три способа решить эту проблему. Если вы можете, просто увеличьте напряжение на этом конкретном двигателе, чтобы он разогнался до той же скорости, что и все остальные. Если нет, то попробуйте поставить резисторы на все двигатели, кроме поврежденного. Это замедляет другие двигатели до скорости поврежденного. Наконец, вы можете просто заменить его. Мотор-редукторы для роботов обычно довольно дешевы, обычно по 2–3 доллара. Сравните это с водителем автомобиля, который может стоить где-то от 10 до 200 долларов.

Если робот не реагирует на датчики

Если робот включается и движется обычным образом, но не «слушает» датчики или не реагирует должным образом, это почти всегда одно из двух.

• Вероятно, это ошибка программирования. Датчики должны быть тщательно откалиброваны и запрограммированы. Однажды у меня был робот, который неконтролируемо вращался, и я обнаружил, что случайно настроил его так, чтобы он поворачивался, когда он видит что-то в пределах 100 метров вместо 100 сантиметров. Он постоянно видел стены, заставляя постоянно вращаться.
• Другая наиболее частая проблема - плохая проводка. Даже один недостающий провод может вывести датчик из строя.

Для получения любой другой помощи см. Разделы выше или Google, где у вас возникла конкретная проблема. Кроме того, вы можете связаться со мной по адресу [email protected], если у вас возникнут какие-либо вопросы.

Прокомментируйте, пожалуйста!