DIY Wall Following Robot: 9 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

I denne instruksen vil vi forklare hvordan du designer et hinderdeteksjons- og unngåelsessystem ved hjelp av en GreenPAK ™ sammen med noen få eksterne ultralyd- og infrarøde (IR) sensorer. Denne designen vil introdusere noen emner som kreves for autonome og kunstig intelligente robotsystemer.

Nedenfor beskrev vi trinnene som trengs for å forstå hvordan løsningen er programmert til å lage en vegg etter robot. Men hvis du bare vil få resultatet av programmeringen, kan du laste ned GreenPAK -programvare for å se den allerede fullførte GreenPAK -designfilen. Koble GreenPAK Development Kit til datamaskinen din og trykk på programmet for å lage veggen som følger roboten.

Trinn 1: Problemerklæring

Det har nylig blitt en ny interesse for kunstig intelligens, og mye av den interessen er rettet mot fullt autonome og intelligente maskiner. Slike roboter kan minimere menneskelig ansvar og utvide automatisering til områder som sivile tjenester og forsvar. AI -forskere prøver å automatisere tjenester som brannslokking, medisinsk behandling, katastrofehåndtering og livreddende oppgaver gjennom autonome robotkjøretøyer. En utfordring disse kjøretøyene må overvinne er hvordan man med hell kan oppdage og unngå hindringer som steinsprut, brann, fallgruver, etc.

Trinn 2: Implementeringsdetaljer

I denne instruksen bruker vi en ultralydsensor, et par IR-hinderdeteksjonssensorer, en motordriverkrets (L298N), fire likestrømsmotorer, hjul, et firehjulsdrevet bilskjelett og en GreenPAK SLG46620V-brikke.

En digital utgangspinne på GreenPAK -kontrolleren brukes til å utløse ultralydssensoren (aka sonar), og en digital inngangspinne brukes til å samle det resulterende ekkoet fra hindringene foran for analyse. Utgangen fra IR -hinderdeteksjonssensoren observeres også. Etter å ha brukt et sett med betingelser, hvis en hindring er for nær, justeres motorene (koblet til hvert av de 4 hjulene) for å unngå kollisjon.

Trinn 3: Forklaring

Den autonome forhindringsroboten må kunne både oppdage hindringer og unngå kollisjoner. Utformingen av en slik robot krever integrering av forskjellige sensorer, for eksempel støtsensorer, infrarøde sensorer, ultralydsensorer, etc. Ved å montere disse sensorene på roboten, kan den få informasjon om området rundt. En ultralydsensor er egnet for hinderdeteksjon for en autonom robot som beveger seg sakte, ettersom den har en lav kostnad og relativt høy rekkevidde.

En ultralydsensor oppdager gjenstander ved å avgi et kort ultralydsutbrudd og deretter lytte etter ekkoet. Under kontroll av en vertsmikrokontroller sender sensoren ut en kort puls på 40 kHz. Denne pulsen beveger seg gjennom luften til den treffer et objekt og deretter reflekteres tilbake til sensoren. Sensoren gir et utgangssignal til verten som avsluttes når ekkoet oppdages. På denne måten brukes bredden på den returnerte pulsen til å beregne avstanden til objektet.

Denne roboten for forhindring av hindringer bruker en ultralydsensor for å oppdage objekter i veien. Motorene er koblet gjennom en motordriver IC til GreenPAK. Ultralydssensoren er festet på forsiden av roboten, og de to IR -hindringsdeteksjonssensorene er festet på venstre og høyre side av roboten for å oppdage sidehindringer.

Når roboten beveger seg på ønsket bane, sender ultralydsensoren kontinuerlig ultralydbølger. Når et hinder er foran roboten, reflekteres ultralydbølgene tilbake fra hindringen, og den informasjonen sendes til GreenPAK. Samtidig sender og mottar IR -sensorene IR -bølger. Etter å ha tolket inngangene fra ultralyd- og IR -sensorene, styrer GreenPAK motorene for hvert av de fire hjulene.

Trinn 4: Beskrivelse av algoritme

Ved oppstart slås de fire motorene på samtidig, noe som får roboten til å bevege seg fremover. Deretter sender ultralydsensoren pulser fra forsiden av roboten med jevne mellomrom. Hvis det er et hinder, reflekteres lydpulsene og detekteres av sensoren. Refleksjonen av pulser avhenger av hindringens fysiske tilstand: hvis den er uregelmessig i form, vil de reflekterte pulser være færre; hvis den er jevn, vil de fleste av de overførte pulser reflekteres. Refleksjonen avhenger også av hindringens retning. Hvis den er litt vippet eller plassert parallelt med sensoren, passerer de fleste lydbølgene ureflekterte.

Når det oppdages et hinder foran roboten, observeres sideutgangene fra IR -sensorene. Hvis det oppdages en hindring på høyre side, deaktiveres robotens venstre dekk, slik at den svinger mot venstre, og omvendt. Hvis en hindring ikke oppdages, gjentas algoritmen. Flytskjemaet er vist i figur 2.

Trinn 5: Ultralydssensor HC-SR04

En ultralydsensor er en enhet som kan måle avstanden til et objekt ved å bruke lydbølger. Den måler avstand ved å sende ut en lydbølge med en bestemt frekvens og lytte etter at lydbølgen hopper tilbake. Ved å registrere den forløpne tiden mellom lydbølgen som genereres og lydbølgen som hopper tilbake, er det mulig å beregne avstanden mellom ekkoloddet og objektet. Lyd beveger seg gjennom luften med omtrent 344 m/s (1129 ft/s), slik at du kan beregne avstanden til objektet ved hjelp av Formel 1.

HC-SR04 ultralydssensoren består av fire pinner: Vdd, GND, Trigger og Echo. Når en puls fra kontrolleren påføres utløserpinnen, sender sensoren en ultralydbølge fra en "høyttaler". Reflekterte bølger oppdages av "mottakeren" og sendes tilbake til kontrolleren via Echo -pinnen. Jo lengre avstand mellom sensoren og en hindring er, desto lengre vil pulsen på Echo -pinnen være. Pulsen forblir på den tiden det tar ekkolodspulsen å bevege seg fra sensoren og gå tilbake, delt på to. Når ekkoloddet utløses, starter en intern timer og fortsetter til den reflekterte bølgen oppdages. Denne tiden deles deretter med to fordi den faktiske tiden det tok lydbølgen for å nå hindringen var halve tiden timeren var på.

Driften av ultralydsensoren er illustrert i figur 4.

For å generere ultralydspulsen må du sette utløseren til en HIGH -tilstand i 10μs. Det sender ut en 8-syklusers sonisk burst, som reflekterer ethvert hinder foran enheten og blir mottatt av sensoren. Ekkopinnen sender ut tiden (i mikrosekunder) som lydbølgen reiste.

Trinn 6: Infrarød obstruksjonssensormodul

Som ultralydssensoren, er det grunnleggende konseptet med infrarød (IR) hinderdeteksjon å overføre et IR -signal (i form av stråling) og observere refleksjonen. IR -sensormodulen er vist i figur 6.

Funksjoner

• Det er en hindringsindikator på kretskortet
• Digitalt utgangssignal
• Deteksjonsavstand: 2 ~ 30 cm
• Deteksjonsvinkel: 35 °
• Komparatorbrikke: LM393
• Justerbart deteksjonsavstandsområde via potensiometer:

○ Med urviseren: Øk deteksjonsavstanden

○ Mot klokken: Reduser deteksjonsavstanden

Spesifikasjoner

• Arbeidsspenning: 3-5 V DC
• Utgangstype: Digital koblingsutgang (0 og 1)
• 3 mm skruehull for enkel montering
• Brettstørrelse: 3,2 x 1,4 cm

Kontrollindikator Beskrivelse beskrevet i tabell 1.

Trinn 7: Motordriverkrets L298N

Motordriverkretsen, eller H-Bridge, brukes til å kontrollere hastigheten og retningen til likestrømsmotorene. Den har to innløp som må kobles til en separat likestrømskilde (motorer trekker tung strøm, og kan ikke leveres direkte fra kontrolleren), to sett med utganger for hver motor (positiv og negativ), to aktiveringspinner for hver sett med utganger, og to sett med pinner for retningskontrollen til hvert motoruttak (to pinner for hver motor). Hvis de to pinnene til venstre får logiske nivåer HØY for den ene pinnen og LAV for den andre, vil motoren som er koblet til det venstre uttaket rotere i en retning, og hvis logikkfølgen er reversert (LAV og HØY), vil motorene rotere i motsatt retning. Det samme gjelder pinnene til høyre og motoren til høyre utløp. Hvis begge pinnene i paret får logiske nivåer HIGH eller LOW, stopper motorene.

Denne toveis motordriveren er basert på den meget populære L298 Dual H-Bridge motorføreren IC. Denne modulen lar deg enkelt og uavhengig styre to motorer i begge retninger. Den bruker standard logiske signaler for kontroll, og den kan drive tofasede trinnmotorer, firefasede trinnmotorer og tofasede DC-motorer. Den har en filterkondensator og en frihjulsdiode som beskytter enheter i kretsen mot å bli skadet av omvendt strøm av en induktiv belastning, noe som øker påliteligheten. L298 har en driverspenning på 5-35 V og et logisk nivå på 5 V.

Funksjonen til motorføreren er beskrevet i tabell 2.

Blokkediagrammet som viser forbindelsene mellom ultralydsensoren, motorføreren og GPAK -brikken er vist i figur 8.

Trinn 8: GreenPAK Design

I Matrix 0 ble triggerinngangen for sensoren generert ved bruk av CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 og oscillatoren. Inngangen fra ultralydssensorens ekkopinne leses ved hjelp av Pin3. Tre innganger brukes på 3-biters LUT0: en fra Echo, en annen fra utløseren, og en tredje er utløseren som er forsinket med 30 oss. Utdataene fra denne oppslagstabellen brukes i Matrise 1. Utdataene fra IR-sensorene er også tatt i Matrise 0.

I Matrise 1 er portene P1 og P6 OR'd sammen og koblet til Pin17, som er festet til Pin1 på motorføreren. Pin18 er alltid på en logisk LOW og er koblet til Pin2 på motorføreren. På samme måte er portene P2 og P7 OR'd sammen og koblet til GreenPAKs Pin20, som er festet til P3 i motordriverkretsen. Pin19 er koblet til Pin4 på motorføreren og er alltid logisk LAV.

Når ekkopinnen er HØY, betyr det at et objekt er foran roboten. Roboten sjekker deretter om venstre og høyre hindringer fra IR -sensorene. Hvis det også er et hinder på høyre side av roboten, svinger det til venstre, og hvis det er et hinder på venstre side, svinger det til høyre. På denne måten unngår roboten hindringer og beveger seg uten kollisjon.

Konklusjon

I denne instruksjonsboken skapte vi et enkelt automatisk kjøretøy for gjenkjenning og forhindring av hindringer ved bruk av GreenPAK SLG46620V som hovedkontrollelement. Med litt ekstra kretsløp kan denne designen forbedres til å utføre andre oppgaver, for eksempel å finne en bane til et bestemt punkt, en algoritme for å løse labyrinten, en linje som følger algoritmen, etc.

Trinn 9: Maskinvarebilder