Line Follower Robot til undervisningskontrolalgoritmer: 3 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Jeg designede denne line follower robot for et par år siden, da jeg var robotlærer. Målet med dette projekt var at lære mine studerende at kode en linje efter en robot til en konkurrence og også sammenligne mellem If/Else og PID -kontrol. Og ikke mindst, hvordan mekanikken og robotens længde påvirker disse kontrolalgoritmer. Målet var at gøre det hurtigere og mere pålideligt.

Jeg lavede den til at blive programmeret med Arduino IDE, men det er også muligt at bruge den udviklings -IDE, du foretrækker. Den har en kraftfuld PIC32 med en USB bootloader, så du behøver ikke en programmør. Den har også en ON/OFF -kontakt, en nulstilling og en start-/programknap. Lysdioderne er forbundet til motorens PWM -signal, så du nemt kan se den effekt, du anvender.

Robotten er fuldstændig modulær til eksperimentering og let at reparere, hvis du skulle komme ud for en ulykke med den. Det gør denne robot til det perfekte værktøj til at lære programmering på en meget sjov måde. Mine elever havde brugt det i en lang periode og lærte noget nyt hver gang, selv PID -kontrol. For ikke at nævne, at sensorlinjen bruger en algoritme til at returnere et helt tal, negativ værdi robotten er til venstre, positiv til højre og cero er på midten af linjen.

Forbrugsvarer

2x 6V mikrometallgearmotorer med udvidede støttebeslag (ethvert gearforhold er ok, mine er 10: 1)

1x Line Sensor board

1x hovedkontrolenhed

1x 20 via fladtråd, 1 mm afstand. Min er 20 cm lang.

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

1x 1/8 hjulkugle (min er metal)

2x gummihjul, 3 cm i diameter.

1x Lipo batteri. Du kan drive robotten op til 10v, men husk på, at motorerne er klassificeret til 6v.

Nogle M2 skruer og møtrikker til at fastgøre alt sammen.

Hvis du ønsker at lave dine egne designfiler, er skemaer og alt for at bygge det vedhæftet på næste trin.

Trin 1: Hardware

Som du kan se på billederne, er alle komponenterne SMD, den perfekte mulighed for at øve dine loddeevner. Denne robot blev loddet af 3 af mine elever, så du kan gøre det uden problemer. Alle designfilerne er vedhæftet, du kan se filerne med EAGLE. Gerbers er også inkluderet, hvis du vil brædderne til din yndlings PCB -producent.

De to plader er forbundet med et akrylstykke, laserskåret mønster er også inkluderet. Jeg brugte M2 skruer og møtrikker til at holde det på plads. Kuglehjulet er også placeret her. Og hvis du styrter robotten, vil akrylen bryde og beskytte brædderne mod skader, ideel til test! Den flade ledning bruges til at udføre forbindelsen mellem CPU'en og sensorkortet. Motorerne er let forbundet med ledninger til CPU -kortet.

Bemærk: PIC'en bruger en brugerdefineret firmware, er en modificeret version af DP32 original firmware. Du kan få firmwaren her. En ICSP -forbindelse er inkluderet i bunden af CPU -kortet.

Trin 2: Softwaren

Jeg anbefaler at bruge Arduino IDE til at programmere robotten. Som jeg fortalte dig før, er denne line follower baseret på PIC32MX250, og den gør den kompatibel med chipKIT DP32. Du behøver kun at installere chipKIT -pakken på pakkehåndteringen på Arduino IDE, og du er klar til at gå. Du kan også programmere det på MPLAB eller den IDE, du ønsker, men du kan lære grundlaget på Arduino.

Resten er som at programmere ethvert andet Arduino -bord. Slut robotten til din computer med et mikro -USB -kabel, og tryk på programknappen umiddelbart efter at have trykket på reset. Send derefter skitsen med upload -knappen i IDE.

Jeg har inkluderet 3 skitser på denne vejledning. Den første tester sensorarrayet, den anden er en If/Else -linjefølge og den sidste er en PID -line -follower. Alt fungerer allerede, men du skal justere nogle værdier, hvis du ændrer designet. Og gør også gerne din egen! Der er bedre måder at gøre line follower algoritmen på, eksperimentering er nøglen til succes.

Trin 3: Eksperimenter

Dette er virkelig den vigtigste del, du bør prøve alle mulighederne og finde den, der fungerer for dig.

Eksperimenter gerne med hjul og materialer med forskellig diameter. Ændre længden af robotten, der ændrer akrylleddet. Brug et andet batteri, selv med en anden spænding. Det kan også være mindre eller større. Måske et andet gearforhold til motorerne.

Rediger softwaren til at bruge færre sensorer eller prøv endda andre algoritmer, du kan blive overrasket over, hvor meget ydelsen kan ændre sig. Eller hvorfor ikke, hvis du er en avanceret bruger, gør det med MPLAB.

Der er ingen grænser!

Som et ekstra tip … Tuning af PID -gevinster er en fascinerende rejse, hvor du kan lære virkningerne på robotten, når du følger linjen med forskellige værdier for Kp, Kd og Ki. Timer og timer med læring garanteret !!! Børnene vil ikke bemærke, at de rent faktisk bruger matematik til at udføre alle de nødvendige opgaver.

Jeg håber du nyder dette instruerbare, hvis du har brug for noget, så spørg mig i kommentarerne. Tak for læsningen:)