Robotic Rover: 10 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Hei, jeg er Proxy303, en robotikkspesialist. I denne opplæringen vil jeg lære deg hvordan du bygger din egen robot som en av mine.

Jeg snakker ikke om en av de overherliggede fjernkontrollbilene som folk kaller roboter. En av selve definisjonene av en robot er at den ikke kan være fjernkontroll. Roboten du skal bygge i dag er en du bygger, kobler og programmerer. Da er det autonomt. Det betyr at den ikke er eksternt kontrollert. Den kontrollerer seg selv. Etter at den er bygget og programmert, gjør roboten alt annet selv.

Det er fem hovedkomponenter i enhver robot:

• Et chassis, som er kroppen til roboten din. Du kan kjøpe disse forhåndsmonterte på nettet, eller du kan lage din egen fra et sett eller fra bunnen av.
• En mikrokontroller, som er "hjernen" til roboten din. Dette er en allsidig krets som kan programmeres til å gjøre stort sett alt.
• Noen motorer som lar roboten bevege seg. Du kan ikke effektivt kontrollere motorer direkte med en mikrokontroller, så du trenger …
• En motordriver, som lar deg kontrollere en motor med høyere spenning med et logisk lavspenningssignal.
• En strømkilde, som driver alt. Bruk bærbare roboter eller de som beveger seg. Ellers kan du bruke en strømforsyningsmodul, som en fra en datamaskin.

Rekvisita

Du vil trenge:

• Et robotchassis (jeg foreslår Actobotics Runt Rover Whippersnapper, fordi den har så mange gode aspekter, som en universell mikrokontrollerfeste eller sensorfester, eller det faktum at alt bare klikker sammen.) Alt materiale fungerer, så prøv ut plast, tre eller til og med papp. Vær forsiktig når du bruker metall, da det kan korte ut loddeskjøtene under kretskort, men hvis du vet hva du gjør, så prøv det. Robotchassis kan være ganske dyrt, og kan være alt fra 15 til noen hundre dollar.
• En mikrokontroller (jeg brukte en Arduino Mega 2560, men en Raspberry Pi fungerer også bra.) Disse kan kjøpes i elektronikkbutikker, hobbybutikker, online eller andre steder som selger robotdeler. Selv om de er en av de viktigste delene av en robot, er de faktisk ganske billige og ligger mellom 10-40 dollar.
• En motordriver (jeg brukte L298N dual motor driver) Disse kan være ganske dyre, så behandle din forsiktig. Disse bad boys er designet for å pumpe mye kraft inn i motorer, og så varmer de opp mye. Sørg for at den du kjøper har en kjøleribbe, eller hvis den ikke gjør det, fest den på. Du vil absolutt ikke at motorføreren overopphetes og går i stykker, og koster deg alt fra 20 til noen hundre dollar for en ny.
• Noen få brødbrettledninger. Det trengs ikke mye forklaring her, fordi du kan finne dem stort sett hvor som helst.
• Noen M-F DuPont-ledninger. I stedet for brødbrettledninger, som har metall "nåler" i begge ender, har disse en "nål" i den ene enden og en stikkontakt i den andre enden.
• En håndfull monteringsskruer. Igjen, ikke mye forklaring kreves. Få små Phillips-skruer, standardstørrelse.
• En primær strømkilde for å drive mikrokontrolleren (Du finner ganske billige oppladbare litiumionbatterier på nettet. Jeg bruker vanligvis strømbanker som brukes til å lade telefoner.)
• En motorstrømkilde (6 AA -batterier vil fungere bra for dette, men du kan bruke en annen strømkilde hvis du vil. IKKE bruk et 9V batteri; de har rett og slett ikke strøm for denne typen ting. Behold husk at de er designet for å kjøre røykvarslere, ikke roboter.) Prøv om mulig å få en oppladbar strømkilde. Det er litt dyrere i begynnelsen, men tro meg. Hvis du bruker engangsbatterier, vil du finne deg selv i å gå igjennom dem veldig raskt, og kostnaden for mange batterier overmanner raskt kostnadene for noen oppladbare.

Du vil kanskje:

• En ultralydsensor. Lar roboten se objekter foran den.
• Noen servomotorer. I stedet for å rotere hele tiden, kan disse nyttige motorene programmeres til å bevege seg til en bestemt vinkel og bli der.
• En håndfull lysdioder. Ingen forklaring nødvendig. Du setter på strømmen, de lyser. Enkel.
• Eller andre vedlegg. Hvorfor ikke legge til en robotarm? Eller en annen sensor?

Trinn 1: Bygg robotchassiset

Monter robotchassiset du kjøpte. Sørg for at alt er riktig montert.

Med Runt Rover Whippersnapper klikker alt bare sammen. Hvis chassiset ditt holdes sammen med skruer, må du kontrollere at de er tette og at boten din er solid. Tro meg, det er ikke noe verre at prosjektet ditt bare faller fra hverandre - noen ganger bokstavelig talt! Sørg også for at det er plass inne i chassiset. Tenk deg å kjøpe alt, bruke over 70 dollar, bare for å finne ut at en av hovedkomponentene dine ikke passer inn i boten!

Sørg også for at motorene er riktig festet og kan svinge fritt. Noen ganger kan et stykke av chassiset som stikker ut blokkere motorene, så pass på at det ikke er noe som kan stoppe motorene fra å snu.

Trinn 2: Grunnleggende ledninger

Koble motorene på venstre side parallelt. Gjør det samme for de riktige motorene. Sørg for at de røde ledningene på venstre side er gruppert med de svarte ledningene på venstre side, og det samme for høyre side. Koble en rød ledning til begge RØDE ledninger på høyre side. Koble en annen rød ledning til begge de SVARTE ledningene på venstre side (jeg vet, det virker bakover på venstre side, men dette er for å imøtekomme det faktum at motsatte motorer spinner motsatt retning.) Gjenta for de svarte ledningene. Sørg for å holde ledningene til sidene gruppert sammen. Sørg også for at LEFT sidemotorer er reversert fra hvordan du normalt ville koble den.

Trinn 3: Koble til motordriveren

Før du bruker en motorfører må du vite hvordan det fungerer. HVIS DU KOBLER DET FEIL, KAN DU ØDRE MIKRO-STYREREN OG/ELLER MOTORFØREREN!

En motordriver er en type isolert kretsstyring, noe som betyr at det ikke er noen fysisk forbindelse mellom motorkraftområdet og det logiske kontrollområdet. De fleste gode er designet for å unngå elektrisk lekkasje inn i mikrokontrolleren (som kan skade eller ødelegge den.) Dessuten er de fleste gode vanligvis minst $ 15, så hvis du finner en $ 2 online, ikke kjøp den! Jeg personlig fant en sånn, og bare som et eksperiment satte jeg en kjøleribbe på den og koblet den til. Selgeren sa at sjåføren var vurdert til 12V. Jeg koblet den til 9V, og den begynte å røyke. Det viser seg at brikken de brukte bare ble vurdert til 3V!

En motordriver har to inngangsområder: Effektinngangene og de logiske inngangene. Den har også to utgangsområder: høyre og venstre side. Her er alle pinnene og hva de gjør:

• Logikkinngangene:

  • Disse tar et 3.3v logisk signal og bruker det til å kontrollere motorene. Koble aldri en høyspenning til disse pinnene.
  • Koble disse til de digitale logikkutgangene på mikrokontrolleren.

• Strøminngangene:

  • Power In -pinnen, som brukes til å drive motorene. Mengden strøm du legger inn her er mengden strøm føreren vil pumpe inn i motorene.
  • GND -pinnen, brukt som en vanlig jordforbindelse. Brukes både for strøm og som retur for de logiske inngangene. GND -pinnen er vanligvis koblet til dioder for å forhindre elektrisk lekkasje i logikken og strømpinnene.
  • 5V -pinnen, som brukes til å drive visse typer motorer. Den sender ut 5 volt, så ikke misforstå det med en strøminngang. Alt som trengs er en kraftig utbrudd i feil pin på mikrokontrolleren din for å stille og øyeblikkelig ødelegge den.

• Utgangene:

  • 1A og 1B, for én motor eller sett med motorer.
  • 2A og 2B, for den andre motoren eller settet av dem.

En motordriver lar deg styre en høyspentmotor med et lavspent logisk signal. Grunnen til at det er to innganger per motor er slik at du også kan kontrollere retningen.

Koble utgangene 1A og 1B til motordriveren til motorene på høyre side. Koble utgangene 2A og 2B til motorene på venstre side (Husk! TILBAKE!)

Installer motorbatteriet et sted inne i robotchassiset, og koble det til strøminngangen til motordriveren, med + til strøminngang og - til GND.

Hvis du bruker en ferdigmontert modul, er du flink.

Hvis du bare bruker en IC, må du sørge for at den er koblet til på riktig måte, og sørg for å sette en kjøleribbe på den! Disse sjetongene varmer mye, og derfor har de fleste gode sjåførene kjøleribber.

Trinn 4: Fest mikrokontrolleren

Fest mikrokontrolleren til roboten. Jeg brukte Arduino Uno Rev3. Koble fire digitale utganger til mikrokontrolleren til logikkinngangen til motordriveren. Koble mikrokontrollerens jordpinne til GND-sporet på motordriveren. Ikke koble 5V-pinnen på motordriveren til mikrokontrolleren! Dette brukes til å drive visse typer motorer, ikke som en strøminngang, og absolutt ikke for en mikrokontroller. Hvis du gjør dette, kan du skade mikrokontrolleren. Du bør bare koble logikkpinnene og den vanlige jordpinnen på motordriveren til mikrokontrolleren.

Disse tilkoblingene brukes til å kontrollere motorene ved hjelp av logikkinngangene til driveren.

Trinn 5: Sørg for at alt er bra

Gå tilbake og sørg for at alt er bra. Kontroller ledningene dine, kontroller at de venstre motorene er tilkoblet bakover, sørg for at 5V-utgangen på mikrokontrolleren ikke er koblet til 5V-utgangen på motordriveren, og se etter andre problemer. Sørg for at alle skruene dine er stramme, at ledningene er plugget inn, motorene dine ikke er blokkert og at ingen ledninger er ødelagt.

Hvis alt er bra, fortsett til neste trinn.

Trinn 6: Installer batteriet

Sett batteriene inn i robotchassiset. Hvis de faller ut, kan de bremse eller stoppe roboten din, så sørg for å sikre dem inne i kabinettet. Bruk en festebrakett, litt lim, eller bare teip dem på plass hvis du planlegger å ta dem ut ofte. Sørg også for at batteritilkoblingene er gode. Jeg hadde en gang en robot som nektet å bevege seg, og jeg gikk i sirkler i flere timer, sjekket programmeringen min, koblet til motorene igjen og klarte ikke å finne problemet. Jeg endte opp med å kjøpe en ny mikrokontroller, bare for å oppdage at en av ledningene til motorbatteriet mitt hadde løsnet inne i kabinettet. Dette er et perfekt eksempel på hvorfor du alltid bør se etter andre problemer før du bytter ut en del!

Trinn 7: Fest alt

Bruk små festeskruer for å feste alt godt. Skru motordriveren og mikrokontrolleren på robotchassiset, og vær sikker på at motorene er sikre. Sørg for at brødbrettet er godt festet også.

Bruk glidelåser eller små bånd for å organisere ledningene dine. Du trenger ikke gjøre dette, men det får roboten til å se bedre ut, og gjør det lettere å holde oversikt over hvilke ledninger som går til hva. Hvis du ikke har glidelåser eller enkelt trenger å bytte ut ledningene, kan du gruppere dem etter farge. For eksempel kan du bruke grønne ledninger fra mikrokontrolleren til motorføreren, røde ledninger for strøm, svarte ledninger for GND og blå ledninger fra motordriveren til motorene.

Trinn 8: Programmer

Koble mikrokontrolleren til en datamaskin og programmer den. Start enkelt, og ikke overvel deg selv. Begynn med noe så enkelt som å få roboten til å gå videre. Kan du få det til å snu? Gå bakover? Snurre i sirkler? Vær forsiktig, programmeringen krever mye tålmodighet, og tar vanligvis lengst tid. Se grafen ovenfor.

Det er opp til deg!

Trinn 9: Vedlegg

Nå som du har satt opp en enkel robot, er det på tide å legge til noen ekstra funksjoner. Fest en ultralydsensor for å la roboten unngå hindringer. Eller en servomotor, med noe kult på toppen. Eller noen blinkende lysdioder for å lyse opp boten. Husk at det er roboten din, så det er opp til deg!

Trinn 10: Du er ferdig

Gratulerer! Du har nå en fungerende robot! Skriv i kommentarene hvis du bygde det, og hvilke vedlegg du la til.

Hvis noe går galt, kan du se i feilsøkingshjelpen nedenfor:

Roboten slås ikke på i det hele tatt

Du vet at roboten er på fordi de fleste motorførere og mikrokontrollere har lys som indikerer at de er på. Hvis de ikke slås på, så:

• Hovedbatteriet kan være lavt eller tomt. Hvis du bruker et oppladbart batteri, må du lade det opp. Hvis du bruker et vanlig batteri, må du bytte det ut.
• Ledningene kan være feil tilkoblet. Sjekk forbindelsene dine. En enkelt feilplassert ledning kan kutte strømmen for hele roboten.
• Ledningene kan være ødelagte. Det virker som noe du ikke ville forvente å finne, men jeg har funnet ut at ødelagte ledninger faktisk er ganske vanlige. Se etter ødelagt eller flosset isolasjon, små "nåler" av metall som stikker ut av stikkontakter (når pinnen på enden av ledningen løsner og setter seg fast) eller delte ledninger.
• Det kan være et problem med motordriveren eller mikrokontrolleren. Produksjonsfeil kan føre til at systemene ikke slås på. Bytt i så fall ut mikrokontrolleren eller motordriveren. Dette er den siste utveien, fordi mikrokontrollere og spesielt motorførere noen ganger kan være ganske dyre.

Roboten slår seg på, men beveger seg ikke

Hvis du har bekreftet at roboten er på, men den ikke beveger seg i det hele tatt, så:

• Motorens strømkilde kan være lav eller tom. Bytt batteri. Etter min erfaring går disse batteriene ut ganske fort, fordi det tar mye strøm å kjøre motorer.
• Det kan være et ledningsproblem. Se på delen ovenfor og se etter feilplasserte eller ødelagte ledninger.
• Motorene kan være kortsluttet eller brent ut. Dette er ganske vanlig, så det er verdt å lete etter. Koble motorene direkte og se om de beveger seg.
• Motordriveren kan være skadet. Se etter spenning på utgangene. Hvis lyset på føreren er slukket, er det et tydelig tegn på en defekt enhet. Sørg for å sjekke alt annet! Bortsett fra chassiset er motorføreren vanligvis det dyreste stykket av en robot.
• Det kan være et programmeringsproblem. For meg er dette det vanligste problemet. I det bokstavsensitive språket C (brukt i Arduino) kan en enkelt feil ødelegge hele programmet ditt. Python (språket til Raspberry Pi) kan også ha noen problemer.
• Mikrokontrolleren kan være skadet. Noen ganger når ikke det logiske signalet engang motorføreren (det er en grunn til ikke å hoppe rett til konklusjonen til en dårlig sjåfør). I så fall må du bare bytte den ut.

Roboten slår seg på, men beveger seg på en unormal måte

Hvis roboten slår seg på, men begynner å bevege seg på en utilsiktet måte (for eksempel går i sirkler når den skal gå fremover), så:

• Det er sannsynligvis et ledningsproblem. SJEKK DETTE FØRST! Husket du å koble den ene siden omvendt?
• Det kan være en programmeringsfeil. Sjekk koden din for problemer.
• Noen ganger kan en skadet mikrokontroller bli gal og gjentatte ganger sende tilfeldige signaler. Hvis en mikrokontroller gjør dette, må du ikke prøve å fikse det. Det er et klart tegn på en brikke som er skadet uten reparasjon, så bare fortsett og bytt ut alt. Stol på meg, disse sjetongene er laget av roboter i et laboratorium. De kan rett og slett ikke fikses av mennesker.
• En motor kan bli skadet. Hvis en motor ikke kjører eller kjører med lavere hastighet, vil roboten sakte "drive" til den ene siden mens den beveger seg. Det er tre måter å løse dette på. Hvis du kan, kan du bare øke spenningen til den spesifikke motoren for å få den opp til samme hastighet som alle de andre. Hvis ikke, kan du prøve å plassere motstander på alle motorene bortsett fra den skadede. Dette bremser de andre motorene til hastigheten til den skadede. Til slutt kan du bare bytte den ut. Robotgirmotorer pleier å være ganske billige, vanligvis på 2-3 dollar. Sammenlign det med en motordriver, som kan være alt mellom 10-200 dollar.

Hvis roboten ikke reagerer på sensorer

Hvis roboten slår seg på og beveger seg på en normal måte, men ikke "lytter" til sensorer eller ikke svarer på riktig måte, er det nesten alltid en av to ting.

• Det er sannsynligvis en programmeringsfeil. Sensorer må kalibreres og programmeres nøye. Jeg hadde en gang en robot spinn rundt ukontrollert, bare for å oppdage at jeg ved et uhell satte den til å snu når den ser noe innen 100 meter i stedet for 100 centimeter. Den så hele tiden veggene og fikk den til å snu hele tiden.
• Det andre vanligste problemet er dårlige ledninger. Selv en ledning som mangler kan gjøre sensoren ikke funksjonell.

For annen hjelp, se avsnittene ovenfor eller google det spesifikke problemet du har. Du kan også kontakte meg på [email protected] hvis du har spørsmål.

Vennligst kommenter det!