Робот слежения за линией на основе ПИД-регулятора с массивом датчиков POLOLU QTR 8RC: 6 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Привет!

Это моя первая статья об инструкциях, и сегодня я собираюсь познакомить вас с дорогой и объяснить, как построить линию на основе PID, следующего за роботом, с использованием массива датчиков QTR-8RC.

Прежде чем приступить к созданию робота, нам нужно понять, что называется PID,

Шаг 1: принцип работы

Что такое PID ??

Термин PID означает пропорциональный, интегральный, производный. Итак, что мы делаем с включением PID со следующей линией, мы даем команду роботу следовать по линии и обнаруживать повороты, вычисляя ошибку, учитывая, как далеко он сдвинулся с пути.

ключевые термины, указанные в документах Polalu

Пропорциональное значение приблизительно пропорционально положению вашего робота относительно линии. То есть, если ваш робот точно отцентрирован на линии, мы ожидаем, что пропорциональное значение будет ровно 0

Интегральное значение записывает историю движения вашего робота: это сумма всех значений пропорционального члена, которые были записаны с момента запуска робота

Производная - это скорость изменения пропорционального значения

В этом уроке мы будем говорить только о терминах Kp и Kd, однако результаты могут быть получены и с использованием члена Ki. Показания, которые мы получаем от датчика, являются не только аналоговыми показаниями, но и позиционными показаниями робота. Так что в основном датчик обеспечивает значения от 0 до 2500 в диапазоне от максимальной отражательной способности до минимальной, но в то же время также предоставляет информацию о том, как далеко робот застрял от линии.)

Теперь нам нужно рассмотреть термин ошибки, это разница между двумя значениями заданного значения и текущего значения. (Заданное значение - это показание, которое соответствует «идеальному» размещению датчиков над строками. И Текущее значение value - это мгновенные показания датчика. Например: если вы используете этот матричный датчик и используете 8 датчиков, вы получите показание положения 3500, если вы находитесь на месте, около 0, если вы слишком далеко от линии и около 7000, если вы слишком правы.). Наша цель - свести ошибку к нулю. Только тогда робот сможет плавно следовать за линией.

Затем идет расчетная часть.

1) вычислить погрешность.

Ошибка = заданное значение - текущее значение = 3500 - положение

Как я использую 8 датчиков. датчик дает показание 3500, когда робот расположен идеально. Теперь, когда мы рассчитали нашу ошибку, то есть запас, с которым наш робот дрейфует по трассе, пришло время тщательно изучить ошибку и соответствующим образом отрегулировать скорость двигателя.

2) определить настроенные скорости двигателей.

MotorSpeed = Kp * Error + Kd * (Ошибка - LastError);

LastError = Ошибка;

RightMotorSpeed = RightBaseSpeed + MotorSpeed;

LeftMotorSpeed = LeftBaseSpeed - MotorSpeed;

Логично говоря, ошибка 0 означает, что наш робот находится слева, а это означает, что нашему роботу нужно немного повернуть вправо, что, в свою очередь, означает, что правый двигатель должен замедлиться, а левый двигатель должен ускориться. ЭТО ПИД!

Значение MotorSpeed определяется из самого уравнения. RightBaseSpeed и LeftBaseSpeed - это скорости (любое значение PWM 0–255), на которых работает робот, когда ошибка равна нулю.

Код, который я прикрепил, также включает в себя то, как проверить позиционные значения датчика, так что вы можете открыть последовательный монитор и загрузить код и лично увидеть, как двигатели вращаются при изменении положения.

Если у вас возникнут проблемы при реализации вашего робота, просто проверьте, есть ли, и посмотрите, изменив знаки уравнений !!!

А теперь самая сложная часть ПОИСКА Kp И Kd, мне пришлось потратить более 1 часа, чтобы идеально настроить моего робота. Вместо того, чтобы вводить случайные значения, я нашел более простой способ определить это.

1. Начните с kp и Kd, равными 0, и начните с Kp, сначала попробуйте установить Kp равным 1 и понаблюдайте за роботом, наша цель - следовать по линии, даже если она шатается, если робот пролетает и теряет линию, уменьшите значение kp. Если робот не может пройти поворот и ведет себя медленно, увеличьте значение Kp.
2. Как только робот будет немного следовать линии, отрегулируйте значение Kd (значение Kd> значение Kp), начиная с 1 и увеличивайте значение, пока не увидите плавный ход с меньшим колебанием.
3. Как только робот начнет следовать по линии, увеличьте скорость и посмотрите, сможет ли он удерживать линию и следовать по ней.

Имейте в виду, что скорость имеет прямое влияние на настройку ПИД-регулятора, и иногда вам может потребоваться перенастройка, чтобы она соответствовала скорости вашего робота.

Теперь мы можем приступить к созданию нашего робота.

Шаг 2: Сборка

Arduino atmega 2560 с USB-кабелем - это основной используемый микроконтроллер.

Шасси - для шасси робота я использовал 2 круглые акриловые пластины, которые используются для другого проекта, который идеально подходит для этого. Используя гайки и винты, я построил двухэтажное шасси, чтобы я мог прикрепить другие модули к верхней пластине. Или Вы можете использовать готовые шасси в наличии.

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

Микрометаллические мотор-редукторы - роботу нужны были быстро вращающиеся моторы, чтобы справиться с программой PID, для этого я использовал моторы, рассчитанные на 6 В, 400 об / мин, и подходящие захватные колеса.

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

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

Массив датчиков QTR 8Rc - его можно использовать для отслеживания линии, как упоминалось ранее, я думаю, что теперь вы получили четкое представление о том, как работать с массивом датчиков с PID. Код очень прост, и, используя существующие библиотеки Arduino, вы сможете для создания быстрого последователя линии.

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

TB6612FNG Драйвер двигателя - я хотел использовать драйвер двигателя, который может обрабатывать повороты и менять направление одним щелчком, который способен эффективно тормозить двигатели, когда сигнал ШИМ становится низким.

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

Батарея Lipo - липо-батарея 11,1 В используется для обеспечения питания робота. Хотя я использовал липо-батарею на 11,1 В, эта емкость больше, чем требуется для Arduino и двигателей. Если вы можете найти легкий вес 7,4 В. Lipo аккумулятор или аккумулятор Ni-MH на 6 В, он будет идеальным. по этой причине я должен использовать понижающий преобразователь, чтобы преобразовать напряжение в 6 В.

11,1 В-

7.4 V-

Модуль понижающего преобразователя -

В дополнение к этому вам понадобятся перемычки, гайки и болты, отвертки и электрические ленты, а также стяжки, чтобы убедиться, что все на месте.

Шаг 3: Сборка

прикрепите моторы и небольшое колесико к пластине с помощью гаек и винтов, а затем установите датчик QTR, драйвер двигателя, плату Arduino и, наконец, аккумулятор на шасси.

Вот идеальная диаграмма, которую я нашел в Интернете, которая говорит вам, как должны быть выполнены соединения.

Шаг 4: Создайте свой линейный трек

Теперь ваш проект, кажется, почти завершен. Поскольку на последнем этапе вам нужно иметь небольшую арену для тестирования вашего робота. Я использовал случайную линию шириной 3 см, белую линию на черном фоне. Убедитесь, что вы все хорошо приклеили, и пока избегайте перекрестков и сечений под углом 90 градусов, потому что это сложный случай с точки зрения кодирования.

Шаг 5: запрограммируйте свой код

1. Загрузите и установите Arduino.

Настольная IDE

· Окна -

· Mac OS X -

· Linux -

2. Загрузите и вставьте файл массива датчиков QTR 8 RC в папку с библиотеками Arduino.

·

· Вставить файлы по пути - C: / Arduino / libraries

3. Скачайте и откройте LINEFOLLOWING.ino.

4. Загрузите код на плату Arduino через USB-кабель.

Шаг 6: СДЕЛАНО

Теперь у вас есть робот, следующий за линией, сделанный вами сам.

Надеюсь, это руководство было полезным. Не стесняйтесь обращаться ко мне через [email protected], если у вас возникнут проблемы.

до скорой встречи с еще одним новым проектом.

Наслаждайтесь строительством !!