Robotic Rover: 10 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Hej, jeg er Proxy303, en specialist i robotteknologi. I denne vejledning vil jeg lære dig, hvordan du bygger din egen robot som en af mine.

Jeg taler ikke om en af de overherliggede fjernbetjeningsbiler, som folk kalder robotter. En af selve definitionerne på en robot er, at den ikke kan være fjernbetjening. Den robot, du vil bygge i dag, er en, du bygger, leder og programmerer. Så er det autonomt. Det betyder, at det ikke styres eksternt. Det styrer sig selv. Efter at den er bygget og programmeret, gør robotten alt andet selv.

Der er fem hovedkomponenter i enhver robot:

• Et chassis, som er din robots krop. Du kan købe disse online færdigmonterede, eller du kan lave din egen fra et kit eller helt fra bunden.
• En mikrokontroller, som er din hjerts "hjerne". Dette er et alsidigt kredsløb, der kan programmeres til stort set alt.
• Nogle motorer, som tillader din robot at bevæge sig. Du kan ikke effektivt styre motorer direkte med en mikro-controller, så du har brug for …
• En motordriver, som giver dig mulighed for at styre en motor med højere spænding med et logisk lavspændingssignal.
• En strømkilde, der driver alt. Brug bærbare robotter eller dem, der bevæger sig rundt. Ellers kan du bruge et strømforsyningsmodul, f.eks. Et fra en computer.

Forbrugsvarer

Du får brug for:

• Et robotchassis (jeg foreslår Actobotics Runt Rover Whippersnapper, fordi det har så mange gode aspekter, som f.eks. En universal mikro-controller-holder eller sensorophæng, eller det faktum, at alt bare klikker sammen.) Ethvert materiale virker, så prøv plastik, træ eller endda pap. Vær forsigtig, mens du bruger metal, da det kan kortslutte loddeledene under kredsløbskort, men hvis du ved, hvad du laver, så prøv det. Robotchassis kan være temmelig dyrt, unning alt fra 15 til et par hundrede dollars.
• En mikrokontroller (jeg brugte en Arduino Mega 2560, men en Raspberry Pi fungerer også godt.) Disse kan købes i elektronikbutikker, hobbybutikker, online eller andre steder, der sælger robotdele. Selvom de er en af de vigtigste dele af en robot, er de faktisk ret billige og ligger overalt mellem 10-40 dollars.
• En motordriver (jeg brugte L298N dual motor driver) Disse kan være ret dyre, så behandl din forsigtigt. Disse bad boys er designet til at pumpe masser af strøm ind i motorer, og så varmer de meget op. Sørg for, at den, du køber, har en køleplade, eller hvis den ikke gør det, skal du sætte en på. Du vil bestemt ikke have, at motorføreren overophedes og går i stykker og koster dig alt fra 20 til et par hundrede dollars for en ny.
• Et par brødbræt ledninger. Der er ikke brug for meget forklaring her, for du kan finde dem stort set overalt.
• Nogle M-F DuPont-ledninger. I stedet for brødbrætstråde, der har metal "nåle" i begge ender, har disse en "nål" i den ene ende og en fatning i den anden ende.
• En håndfuld monteringsskruer. Igen kræves der ikke meget forklaring. Få små stjerneskruer, standardstørrelse.
• En primær strømkilde til at drive mikrokontrolleren (Du kan finde temmelig billige genopladelige lithium-ion-batterier online. Jeg bruger typisk strømbanker, der bruges til at oplade telefoner.)
• En motorkraftkilde (6 AA -batterier vil fungere fantastisk til dette, men du kan bruge en anden strømkilde, hvis du vil. Brug IKKE et 9V batteri; de har simpelthen ikke strøm til denne slags. Behold husk, at de er designet til at køre røgdetektorer, ikke robotter.) Prøv om muligt at få en genopladelig strømkilde. Det er lidt dyrere i starten, men tro mig. Hvis du bruger engangsbatterier, finder du dig selv meget hurtigt igennem, og prisen på mange batterier overvinder hurtigt omkostningerne ved nogle genopladelige.

Du vil måske:

• En ultralydssensor. Lad din robot se objekter foran den.
• Nogle servomotorer. I stedet for konstant at rotere kan disse nyttige motorer programmeres til at bevæge sig til en bestemt vinkel og blive der.
• En håndfuld lysdioder. Ingen forklaring nødvendig. Du sætter magten, de lyser. Enkel.
• Eller andre vedhæftede filer. Hvorfor ikke tilføje en robotarm? Eller en anden sensor?

Trin 1: Byg robotchassiset

Saml det robotchassis, du har købt. Sørg for, at alt er samlet korrekt.

Med Runt Rover Whippersnapper hænger alt bare sammen. Hvis dit chassis holdes sammen af skruer, skal du sørge for, at de er stramme, og at din bot er robust. Tro mig, der er ikke noget værre, at dit projekt bare falder fra hinanden - nogle gange bogstaveligt talt! Sørg også for, at der er plads inde i chassiset. Forestil dig at købe alt og bruge over 70 dollars, kun for at opdage, at en af dine hovedkomponenter ikke passer ind i botten!

Sørg også for, at motorerne er korrekt monteret og kan dreje frit. Nogle gange kan et stykke af chassiset, der stikker ud, blokere motorerne, så sørg for, at der ikke er noget, der kan stoppe motorerne fra at dreje.

Trin 2: Grundlæggende ledninger

Tilslut motorerne i venstre side parallelt. Gør det samme for de rigtige motorer. Sørg for, at de røde tråde i venstre side er grupperet med de sorte tråde i venstre side og det samme for højre side. Tilslut en rød ledning til begge RØDE ledninger på højre side. Tilslut en anden rød ledning til begge de SORT ledninger i venstre side (jeg ved, det virker baglæns på venstre side, men dette er for at imødekomme det faktum, at motsatte sider drejer den modsatte retning.) Gentag for de sorte ledninger. Sørg for at holde ledningerne til siderne grupperet sammen. Sørg også for, at LEFT sidemotorer er omvendt fra, hvordan du normalt ville koble den.

Trin 3: Tilslut motordriveren

Inden du bruger en motordriver, skal du vide, hvordan det fungerer. Hvis du tilslutter det forkert, kan du ødelægge mikrokontrolleren og/eller motordriveren!

En motordriver er en type isoleret kredsløbskontroller, hvilket betyder, at der ikke er nogen fysisk forbindelse mellem motorens effektområde og det logiske kontrolområde. De fleste gode er designet til at undgå enhver elektrisk lækage i mikro-controlleren (der kan beskadige eller ødelægge den.) Også de fleste gode koster normalt mindst $ 15, så hvis du får øje på en $ 2 online, skal du ikke købe den! Jeg fandt personligt sådan en, og bare som en eksperiment satte jeg en kølelegeme på den og tilsluttede den. Sælgeren sagde, at chaufføren var vurderet til 12V. Jeg sluttede den til 9V, og den begyndte at ryge. Det viser sig, at den chip, de brugte, kun var klassificeret til 3V!

En motordriver har 2 inputområder: Effektindgange og logiske input. Det har også to outputområder: højre og venstre side. Her er alle stifterne og hvad de gør:

• De logiske input:

  • Disse tager et 3.3v logisk signal og bruger det til at styre motorerne. Tilslut aldrig en høj spænding til disse stifter.
  • Tilslut disse til de digitale logiske udgange på mikrokontrolleren.

• Strømindgange:

  • Power In -stiften, der bruges til at drive motorerne. Den mængde strøm, du sætter ind her, er mængden af strøm, som føreren vil pumpe ind i motorerne.
  • GND -stiften, der bruges som en fælles jordforbindelse. Bruges både til strøm og som afkast for de logiske input. GND -stiften er normalt forbundet med dioder for at forhindre elektrisk lækage i logikken og strømstifterne.
  • 5V -stiften, der bruges til at drive visse typer motorer. Den UDGANGER 5 volt, så tag ikke fejl af en strømindgang. Det eneste, der skal til, er et strømbrud i den forkerte pin på din mikrokontroller for at ødelægge det lydløst og øjeblikkeligt.

• Udgange:

  • 1A og 1B, for en motor eller et sæt motorer.
  • 2A og 2B, til den anden motor eller sæt af dem.

En motordriver lader dig styre en højspændingsmotor med et lavspændingslogisk signal. Grunden til, at der er to indgange pr. Motor, er, så du også kan styre retningen.

Tilslut udgangene 1A og 1B på din motordriver til motorerne i højre side. Tilslut output 2A og 2B til venstre motorer (Husk! BACKWARDS!)

Installer motorbatteriet et sted inde i dit robotchassis, og tilslut det til motorens driverindgang med + til strømindgang og - til GND.

Hvis du bruger et færdigmonteret modul, så er du god.

Hvis du bare bruger en IC, skal du sørge for, at den er tilsluttet korrekt, og sørg for at sætte en kølelegeme på den! Disse chips varmer meget op, og derfor har de fleste gode chauffører køleplader.

Trin 4: Tilslut mikrokontrolleren

Tilslut din mikrokontroller til robotten. Jeg brugte Arduino Uno Rev3. Tilslut fire digitale udgange fra mikro-controlleren til motorens driverindgang. Tilslut mikrokontrollerens jordstift til motordriverens GND-slot. Tilslut ikke 5V-stiften på motordriveren til mikro-controlleren! Dette bruges til at drive visse typer motorer, ikke som en strømindgang, og bestemt ikke til en mikro-controller. Hvis du gør dette, kan du beskadige mikrokontrolleren. Du bør kun slutte logikstiftene og den fælles jordstift på motordriveren til mikrokontrolleren.

Disse forbindelser bruges til at styre motorerne ved hjælp af driverens logiske indgange.

Trin 5: Sørg for, at alt er godt

Gå tilbage og sørg for, at alt er godt. Kontroller dine ledninger, kontroller, at de venstre motorer er tilsluttet bagud, sørg for, at din 5V-udgang på mikro-controlleren ikke er forbundet til 5V-udgangen på motordriveren, og kontroller for andre problemer. Sørg for, at alle dine skruer er stramme, at dine ledninger er tilsluttet, at dine motorer ikke er blokeret, og at ingen ledninger er brudt.

Hvis alt er godt, skal du gå videre til næste trin.

Trin 6: Installer batteriet

Indsæt batterierne i robotchassiset. Hvis de falder ud, kan de bremse eller stoppe din robot, så sørg for at sikre dem inde i kabinettet. Brug et monteringsbeslag, lidt lim, eller bare tape dem på plads, hvis du planlægger at tage dem ud ofte. Sørg også for, at dine batteriforbindelser er gode. Jeg havde engang en robot, der nægtede at bevæge sig, og jeg gik i cirkler i timevis og tjekkede min programmering, genoptrådte motorerne og kunne ikke finde problemet. Jeg endte endda med at købe en ny mikro-controller, kun for at opdage, at en af ledningerne til mit motorbatteri var løsnet inde i chassiset. Dette er et perfekt eksempel på, hvorfor du altid bør tjekke for andre problemer, før du udskifter en del!

Trin 7: Vedhæft alt

Brug små monteringsskruer til at fastgøre alt sikkert. Skru motordriveren og mikro-controlleren på robotchassiset, og sørg for, at motorerne er sikre. Sørg for, at brødbrættet også er sikkert fastgjort.

Brug lynlåse eller små stykker tape til at organisere dine ledninger. Du behøver ikke at gøre dette, men det får robotten til at se bedre ud og gør det lettere at holde styr på, hvilke ledninger der går til hvad. Hvis du ikke har lynlåse eller nemt skal udskifte ledningerne, kan du gruppere dem efter farve. For eksempel kan du bruge grønne ledninger fra mikrokontrolleren til motordriveren, røde ledninger til strøm, sorte ledninger til GND og blå ledninger fra motordriveren til motorerne.

Trin 8: Programmer

Tilslut mikro-controlleren til en computer og programmer den. Start enkelt, og overvæld ikke dig selv. Begynd med noget så simpelt som at få robotten til at gå fremad. Kan du få det til at vende? Gå baglæns? Spin i cirkler? Pas på, programmeringen kræver meget tålmodighed og tager normalt det længste. Se grafen ovenfor.

Det er op til dig!

Trin 9: Vedhæftede filer

Nu hvor du har konfigureret en simpel robot, er det tid til at tilføje nogle ekstra funktioner. Vedhæft en ultralydssensor, så robotten kan undgå forhindringer. Eller en servomotor, med noget køligt ovenpå. Eller nogle blinkende lysdioder for at lyse botten op. Husk, det er din robot, så det er op til dig!

Trin 10: Du er færdig

Tillykke! Du har nu en fungerende robot! Skriv venligst i kommentarerne, hvis du har bygget det, og hvilke vedhæftede filer du har tilføjet.

Hvis noget går galt, kan du se hjælp til fejlfinding herunder:

Robotten tænder slet ikke

Du ved, at robotten er tændt, fordi de fleste motordrivere og mikrokontroller har lys, der angiver, at de er tændt. Hvis de ikke tænder, så:

• Hovedbatteriet kan være lavt eller tomt. Hvis du bruger et genopladeligt batteri, skal du oplade det. Hvis du bruger et almindeligt batteri, skal du udskifte det.
• Ledningerne kan være forbundet forkert. Tjek dine forbindelser. En enkelt malplaceret ledning kan afbryde strømmen for hele robotten.
• Ledningerne kan være brudte. Det virker som noget, du ikke ville forvente at finde, men jeg har fundet ud af, at ødelagte ledninger faktisk er ret almindelige. Kig efter brudt eller flosset isolering, små metal "nåle", der stikker ud af ledningsstik (når stiften for enden af tråden løsner og sætter sig fast) eller delte ledninger.
• Der kan være et problem med motordriveren eller mikrokontrolleren. Produktionsfejl kan få systemerne til ikke at tænde. I så fald skal mikrokontrolleren eller motordriveren udskiftes. Dette er den sidste udvej, fordi mikrokontroller og især motorchauffører nogle gange kan være ret dyre.

Robotten tænder, men bevæger sig ikke

Hvis du har bekræftet, at robotten er tændt, men den slet ikke bevæger sig, så:

• Motorens strømkilde kan være lav eller tom. Udskift batteriet. Efter min erfaring løber disse batterier ret hurtigt ud, fordi det kræver meget strøm at køre motorer.
• Der kan være et ledningsproblem. Se afsnittet ovenfor, og se efter fejlplacerede eller ødelagte ledninger.
• Motorerne kan være kortsluttede eller udbrændte. Dette er ret almindeligt, så det er værd at kigge efter. Påfør motorerne direkte strøm, og se om de bevæger sig.
• Motorføreren kan være beskadiget. Kontroller for spænding ved udgangene. Hvis lyset på føreren er slukket, er det et klart tegn på en defekt enhed. Sørg for at kontrollere alt andet! Bortset fra chassiset er motorføreren typisk det dyreste stykke af en robot.
• Der kan være et programmeringsproblem. For mig er dette det mest almindelige problem. I det C-følsomme sprog C (brugt i Arduino) kan en enkelt fejl ødelægge hele dit program. Python (sproget i Raspberry Pi) kan også have nogle problemer.
• Mikrocontrolleren kan være beskadiget. Nogle gange når det logiske signal ikke engang motorføreren (der er en grund til ikke at springe lige til konklusionen om en dårlig driver). I så fald skal du bare udskifte den.

Robotten tænder, men bevæger sig på en unormal måde

Hvis robotten tænder, men begynder at bevæge sig på en utilsigtet måde (f.eks. Går i cirkler, når den skal gå fremad), så:

• Der er sandsynligvis et ledningsproblem. TJEK DETTE FØRST! Kan du huske at koble den ene side omvendt?
• Der kan være en programmeringsfejl. Tjek din kode for problemer.
• Nogle gange kan en beskadiget mikrokontroller gå amok og gentagne gange sende tilfældige signaler. Hvis en mikro-controller gør dette, så gider du ikke prøve at rette det. Det er et klart tegn på en chip, der er beskadiget uden reparation, så bare fortsæt og udskift det hele. Tro mig, disse chips er lavet af robotter i et laboratorium. De kan simpelthen ikke rettes op af mennesker.
• En motor kan blive beskadiget. Hvis en motor ikke kører eller kører med en lavere hastighed, vil robotten langsomt "drive" til den ene side, når den bevæger sig. Der er tre måder at løse dette på. Hvis du kan, skal du bare øge spændingen til den specifikke motor for at bringe den op til samme hastighed som alle de andre. Hvis ikke, så prøv at placere modstande på alle motorer undtagen den beskadigede. Dette bremser de andre motorer til hastigheden af den beskadigede. Endelig kan du bare udskifte den. Robotgearmotorer har en tendens til at være ret billige, normalt til 2-3 dollars. Sammenlign det med en motordriver, som kan være alt mellem 10-200 dollars.

Hvis robotten ikke reagerer på sensorer

Hvis robotten tænder og bevæger sig rundt på en normal måde, men ikke "lytter" til sensorer eller ikke reagerer på den rigtige måde, er det næsten altid en af to ting.

• Der er sandsynligvis en programmeringsfejl. Sensorer skal kalibreres og programmeres omhyggeligt. Jeg havde engang en robot, der roterede ukontrollabelt rundt, kun for at opdage, at jeg ved et uheld satte den til at dreje, når den ser noget inden for 100 meter i stedet for 100 centimeter. Det så konstant væggene, hvilket fik det til at vende konstant.
• Det andet mest almindelige problem er dårlige ledninger. Selv en ledning, der mangler, kan gøre sensoren ikke funktionel.

For anden hjælp, se ovenstående afsnit eller google det specifikke problem, du har. Du kan også kontakte mig på [email protected], hvis du har spørgsmål.

Kommenter venligst om det!