Line Follower Robot for undervisningskontrollalgoritmer: 3 trinn

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

Jeg designet denne linjefølgerroboten for noen år siden da jeg var robotlærer. Målet for dette prosjektet var å lære elevene mine hvordan de skal kode en linje etter roboten for en konkurranse og også sammenligne mellom If/Else og PID -kontroll. Og ikke minst hvordan mekanikken og lengden på roboten påvirker disse kontrollalgoritmene. Målet var å gjøre det raskere og pålitelig.

Jeg lagde den til å bli programmert med Arduino IDE, men er også mulig å bruke utviklings -IDE du foretrekker. Den har en kraftig PIC32 med en USB bootloader, så du trenger ikke en programmerer. Den har også en PÅ/AV -bryter, en tilbakestilling og en start-/programknapp. Lysdiodene er koblet til motorenes PWM -signal, slik at du enkelt kan se strømmen du bruker.

Roboten er fullstendig modulær for eksperimentering og enkel å reparere i tilfelle du skulle ha en ulykke med den. Det gjør denne roboten til det perfekte verktøyet for å lære programmering på en veldig morsom måte. Elevene mine hadde brukt det i en lang periode og lært noe nytt hver gang, til og med PID -kontroll. For ikke å nevne at sensorlinjen bruker en algoritme til å returnere et helt tall, negativ verdi roboten er til venstre, positiv til høyre og cero er på midten av linjen.

Rekvisita

2x 6V mikro -metallmotorer med utvidede støttebraketter (ethvert girforhold er ok, mine er 10: 1)

1x linjesensorbrett

1x hovedkontrollenhet

1x 20 via flat ledning, 1 mm mellomrom. Min er 20 cm lang.

1x akryl linker (kuttet i 3 mm klar akryl)

1x 1/8 hjulkule (min er metall)

2x gummihjul, 3 cm i diameter.

1x Lipo batteri. Du kan drive roboten opp til 10v, men husk at motorene er vurdert til 6v.

Noen M2 skruer og muttere for å feste alt sammen.

Hvis du ønsker å lage dine egne designfiler, er skjemaer og alt for å bygge den vedlagt på neste trinn.

Trinn 1: Maskinvaren

Som du kan se på bildene, er alle komponentene SMD, en perfekt mulighet til å øve dine loddferdigheter. Denne roboten ble loddet av 3 av elevene mine, så du kan gjøre det uten problemer. Alle designfilene er vedlagt, du kan se filene med EAGLE. Gerbers er også inkludert hvis du vil brettene til din favoritt PCB -produsent.

De to brettene er forbundet med et akrylstykke, laserskjæremønsteret er også inkludert. Jeg brukte M2 skruer og muttere for å holde den på plass. Ballhjulet er også plassert her. Og hvis du krasjer roboten, vil akrylen bryte og beskytte brettene mot skade, ideelt for testing! Den flate ledningen brukes til å gjøre tilkoblingen mellom CPU og sensorkortet. Motorene kobles enkelt med ledninger til CPU -kortet.

Merk: PIC bruker en tilpasset fastvare, er en modifisert versjon av den originale fastvaren til DP32. Du kan få fastvaren her. En ICSP -tilkobling er inkludert på bunnen av CPU -kortet.

Trinn 2: Programvaren

Jeg anbefaler å bruke Arduino IDE til å programmere roboten. Som jeg fortalte deg før denne linjefolgeren er basert på PIC32MX250 og den gjør den kompatibel med chipKIT DP32. Du trenger bare å installere chipKIT -pakken på pakkebehandleren på Arduino IDE, og du er klar til å gå. Du kan også programmere den på MPLAB eller IDE du ønsker, men du kan lære grunnlaget på Arduino.

Resten er som å programmere alle andre Arduino -tavler. Koble roboten til datamaskinen med en mikro -USB -kabel og trykk på programknappen umiddelbart etter at du har trykket på reset. Send deretter skissen med opplastingsknappen i IDE.

Jeg har inkludert 3 skisser på denne opplæringen. Den første tester sensormatrisen, den andre er en If/Else -linjefølge og den siste er en PID -linjefolger. Alt fungerer allerede, men du må justere noen verdier hvis du endrer designet. Og også gjerne gjøre din egen! Det er bedre måter å gjøre linjefølgeralgoritmen på. Eksperimentering er nøkkelen til suksess.

Trinn 3: Eksperimentering

Dette er virkelig den viktigste delen, du bør prøve alle mulighetene og finne den som fungerer for deg.

Eksperimenter gjerne med hjul og materialer med forskjellig diameter. Endre lengden på roboten som endrer akrylleddet. Bruk et annet batteri, selv med en annen spenning. Det kan også være mindre eller større. Kanskje et annet girforhold for motorene.

Endre programvaren for å bruke færre sensorer eller til og med prøve andre algoritmer, du kan bli overrasket over hvor mye ytelsen kan endre seg. Eller hvorfor ikke, hvis du er en avansert bruker, gjør det med MPLAB.

Himmelen er grensen!

Som et ekstra tips … Tuning av PID -gevinster er en fascinerende reise der du kan lære effekten på roboten når du følger linjen med forskjellige verdier av Kp, Kd og Ki. Timer og timer med læring garantert !!! Barna vil ikke legge merke til at de faktisk bruker matte for å utføre alle nødvendige oppgaver.

Jeg håper du liker dette instruerbare, spør meg i kommentarene hvis du trenger noe. Takk for at du leser:)