DIY væg efter robot: 9 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

I denne instruks vil vi forklare, hvordan man designer et forhindringsdetekterings- og undgåelsessystem ved hjælp af en GreenPAK ™ sammen med et par eksterne ultralyds- og infrarøde (IR) sensorer. Dette design vil introducere nogle emner, der er nødvendige for autonome og kunstigt intelligente robotsystemer.

Nedenfor beskrev vi trin, der er nødvendige for at forstå, hvordan løsningen er programmeret til at oprette en væg efter robot. Men hvis du bare vil få resultatet af programmeringen, skal du downloade GreenPAK -software for at se den allerede gennemførte GreenPAK -designfil. Tilslut GreenPAK Development Kit til din computer, og tryk på programmet for at oprette væggen efter robotten.

Trin 1: Problemformulering

Der er for nylig blevet fornyet interesse for kunstig intelligens, og meget af den interesse er rettet mod fuldt autonome og intelligente maskiner. Sådanne robotter kan minimere menneskeligt ansvar og udvide automatisering til områder som civile tjenester og forsvar. AI -forskere forsøger at automatisere tjenester som brandslukning, lægehjælp, katastrofehåndtering og livreddende opgaver gennem autonome robotkøretøjer. En udfordring, som disse køretøjer skal overvinde, er, hvordan man med succes kan opdage og undgå forhindringer som murbrokker, brand, faldgruber osv.

Trin 2: Implementeringsdetaljer

I denne instruktør vil vi bruge en ultralydssensor, et par IR-forhindringsdetekteringssensorer, et motordriverkredsløb (L298N), fire DC-motorer, hjul, et 4-hjulstrakt bilskelet og en GreenPAK SLG46620V-chip.

En digital udgangsstift på GreenPAK -controlleren bruges til at udløse ultralydssensoren (aka sonar), og en digital indgangsstift bruges til at indsamle det resulterende ekko fra forhindringerne forude til analyse. Output fra IR -forhindringsdetekteringssensoren observeres også. Efter at have anvendt et sæt betingelser, hvis en forhindring er for nær, justeres motorerne (forbundet til hvert af de 4 hjul) for at undgå kollisionen.

Trin 3: Forklaring

Den autonome forhindringsrobot skal være i stand til både at opdage forhindringer og undgå kollisioner. Designet af en sådan robot kræver integration af forskellige sensorer, såsom stødsensorer, infrarøde sensorer, ultralydssensorer osv. Ved at montere disse sensorer på robotten kan den få information om det omkringliggende område. En ultralydssensor er velegnet til forhindringsdetektering for en langsomt autonom robot, da den har en lav pris og et relativt højt område.

En ultralydssensor registrerer genstande ved at udsende et kort ultralydsudbrud og derefter lytte efter ekkoet. Under kontrol af en værtsmikrocontroller udsender sensoren en kort 40 kHz puls. Denne puls bevæger sig gennem luften, indtil den rammer et objekt og derefter reflekteres tilbage til sensoren. Sensoren leverer et udgangssignal til værten, der afsluttes, når ekkoet detekteres. På denne måde bruges bredden af den returnerede puls til at beregne afstanden til objektet.

Denne robot, der forhindrer forhindringer, bruger en ultralydssensor til at registrere objekter i dens vej. Motorerne er forbundet via en motordriver IC til GreenPAK. Ultralydssensoren er fastgjort på forsiden af robotten, og de to IR -forhindringsdetekteringssensorer er fastgjort på venstre og højre side af robotten for at detektere sidehindringer.

Når robotten bevæger sig på den ønskede vej, sender ultralydssensoren kontinuerligt ultralydsbølger. Når en forhindring er foran robotten, reflekteres ultralydsbølgerne tilbage fra forhindringen, og denne information sendes til GreenPAK. Samtidig udsender og modtager IR -sensorerne IR -bølger. Efter at have tolket input fra ultralyds- og IR -sensorerne, styrer GreenPAK motorerne for hvert af de fire hjul.

Trin 4: Beskrivelse af algoritme

Ved opstart tændes de fire motorer samtidigt, hvilket får robotten til at bevæge sig fremad. Dernæst sender ultralydssensoren pulser fra robotens forside med jævne mellemrum. Hvis der er en forhindring, reflekteres lydimpulserne og registreres af sensoren. Refleksionen af impulser afhænger af forhindringens fysiske tilstand: hvis den er uregelmæssig i form, vil de reflekterede impulser være færre; hvis det er ensartet, vil de fleste af de transmitterede impulser blive reflekteret. Refleksionen afhænger også af forhindringens retning. Hvis den er let vippet eller placeret parallelt med sensoren, passerer de fleste lydbølger ureflekteret.

Når der opdages en forhindring foran robotten, observeres sideudgange fra IR -sensorerne. Hvis der opdages en forhindring på højre side, deaktiveres robotens venstre sidedæk, hvilket får den til at dreje mod venstre og omvendt. Hvis en forhindring ikke opdages, gentages algoritmen. Flowdiagrammet er vist i figur 2.

Trin 5: Ultralydssensor HC-SR04

En ultralydssensor er en enhed, der kan måle afstanden til et objekt ved hjælp af lydbølger. Det måler afstand ved at sende en lydbølge ud med en bestemt frekvens og lytte efter, at lydbølgen hopper tilbage. Ved at registrere den forløbne tid mellem lydbølgen, der genereres, og lydbølgen, der hopper tilbage, er det muligt at beregne afstanden mellem ekkolodssensoren og objektet. Lyd bevæger sig gennem luften med omkring 344 m/s (1129 ft/s), så du kan beregne afstanden til objektet ved hjælp af Formel 1.

HC-SR04 ultralydssensoren består af fire ben: Vdd, GND, Trigger og Echo. Når en puls fra controlleren påføres udløsertappen, udsender sensoren en ultralydsbølge fra en "højttaler". Reflekterede bølger registreres af "modtageren" og transmitteres tilbage til controlleren via Echo -stiften. Jo længere afstanden mellem sensoren og en forhindring er, jo længere vil pulsen ved Echo -stiften være. Pulsen forbliver tændt i den tid, det tager ekkolodspulsen at rejse fra sensoren og vende tilbage, divideret med to. Når ekkoloddet udløses, starter en intern timer og fortsætter, indtil den reflekterede bølge registreres. Denne tid er derefter delt med to, fordi den faktiske tid, det tog lydbølgen at nå forhindringen, var halvdelen af den tid, timeren var tændt.

Funktionen af ultralydssensoren er illustreret i figur 4.

For at generere ultralydspulsen skal du indstille udløseren til en HIGH -tilstand i 10μs. Det sender et 8-cyklussonisk burst ud, som vil afspejle enhver forhindring foran enheden og blive modtaget af sensoren. Echo -pin sender tiden (i mikrosekunder), som lydbølgen rejste.

Trin 6: Infrarødt objektivdetektionssensormodul

Ligesom ultralydssensoren er det grundlæggende koncept for infrarød (IR) forhindringsdetektion at transmittere et IR -signal (i form af stråling) og observere dets refleksion. IR -sensormodulet er vist i figur 6.

Funktioner

• Der er en forhindringsindikator på printkortet
• Digitalt udgangssignal
• Detektionsafstand: 2 ~ 30 cm
• Registreringsvinkel: 35 °
• Komparatorchip: LM393
• Justerbart detektionsafstandsområde via potentiometer:

○ Med uret: Forøg registreringsafstanden

○ Mod uret: Reducer registreringsafstanden

specifikationer

• Arbejdsspænding: 3-5 V DC
• Udgangstype: Digital switchoutput (0 og 1)
• 3 mm skruehuller til let montering
• Bordstørrelse: 3,2 x 1,4 cm

Kontrolindikator Beskrivelse beskrevet i tabel 1.

Trin 7: Motorførerkredsløb L298N

Motorførerkredsløbet eller H-Bridge bruges til at styre DC-motorernes hastighed og retning. Den har to indgange, der skal tilsluttes en separat DC -strømkilde (motorer trækker kraftig strøm og kan ikke leveres direkte fra controlleren), to sæt udgange til hver motor (positiv og negativ), to aktiveringsstifter til hver sæt udgange og to sæt ben til retningskontrol af hver motorudgang (to ben til hver motor). Hvis de to pins til venstre får logiske niveauer HIGH for den ene pin og LOW for den anden, roterer motoren, der er tilsluttet det venstre udtag, i en retning, og hvis logiksekvensen er omvendt (LOW og HIGH), vil motorerne rotere i den modsatte retning. Det samme gælder for stifterne til højre og højre udløbsmotor. Hvis begge stifter i parret får logiske niveauer HIGH eller LOW, stopper motorerne.

Denne tovejs motordriver er baseret på den meget populære L298 Dual H-Bridge Motor Driver IC. Dette modul giver dig mulighed for nemt og uafhængigt at styre to motorer i begge retninger. Den bruger standard logiske signaler til styring, og den kan drive tofasede steppermotorer, firefasede stepper motorer og tofasede DC motorer. Den har en filterkondensator og en freewheeling -diode, der beskytter enheder i kredsløbet mod at blive beskadiget af omvendt strøm af en induktiv belastning, hvilket øger pålideligheden. L298 har en driver spænding på 5-35 V og et logisk niveau på 5 V.

Motorførerens funktion er beskrevet i tabel 2.

Blokdiagrammet, der viser forbindelserne mellem ultralydssensoren, motordriveren og GPAK -chippen er vist i figur 8.

Trin 8: GreenPAK Design

I Matrix 0 blev triggerindgangen til sensoren genereret ved hjælp af CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 og oscillatoren. Input fra ultralydssensorens Echo -pin læses ved hjælp af Pin3. Tre input anvendes på 3-bit LUT0: en fra Echo, en anden fra Trigger og en tredje, der er Trigger-input forsinket med 30 os. Outputtet fra denne opslagstabel bruges i Matrix 1. Outputtet fra IR-sensorerne er også taget i Matrix 0.

I Matrix 1 er portene P1 og P6 OR'd sammen og forbundet til Pin17, som er knyttet til motorens driver 1. Pin18 er altid logisk LAV og er forbundet til Pin2 på motordriveren. På samme måde er portene P2 og P7 OR'd sammen og forbundet til GreenPAKs Pin20, som er fastgjort til P3 i motordriverkredsløbet. Pin19 er forbundet til motorens driver 4 og er altid logisk lav.

Når ekko -stiften er HØJ, betyder det, at et objekt er foran robotten. Robotten kontrollerer derefter for venstre og højre forhindringer fra IR -sensorerne. Hvis en forhindring også er til stede på højre side af robotten, drejer den til venstre, og hvis en forhindring er til stede på venstre side, så drejer den til højre. På denne måde undgår robotten forhindringer og bevæger sig uden kollision.

Konklusion

I denne Instructable skabte vi et simpelt automatisk forhindringsdetekterings- og undgåelseskøretøj ved hjælp af GreenPAK SLG46620V som hovedkontrolelement. Med nogle ekstra kredsløb kan dette design forbedres til at udføre andre opgaver, såsom at finde en sti til et bestemt punkt, en labyrintløsningsalgoritme, en linje efter algoritme osv.

Trin 9: Hardwarebilleder