Roboti që ndjek DIY në mur: 9 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:15

Në këtë Instructable, ne do të shpjegojmë se si të hartojmë një sistem të zbulimit dhe shmangies së pengesave duke përdorur një GreenPAK ™ së bashku me disa sensorë të jashtëm tejzanor dhe infra të kuq (IR). Ky dizajn do të prezantojë disa tema që kërkohen për sistemet robotike autonome dhe artificiale.

Më poshtë kemi përshkruar hapat e nevojshëm për të kuptuar sesi zgjidhja është programuar për të krijuar një robot pas murit. Sidoqoftë, nëse thjesht doni të merrni rezultatin e programimit, shkarkoni softuerin GreenPAK për të parë Skedarin e Dizajnit të GreenPAK të përfunduar tashmë. Lidheni GreenPAK Development Kit në kompjuterin tuaj dhe goditni programin për të krijuar murin pas robotit.

Hapi 1: Deklarata e problemit

Kohët e fundit është ripërtërirë interesi për inteligjencën artificiale, dhe pjesa më e madhe e këtij interesi drejtohet drejt makinave plotësisht autonome dhe inteligjente. Robotë të tillë mund të minimizojnë përgjegjësinë njerëzore dhe të zgjerojnë automatizimin në fusha si shërbimet civile dhe mbrojtja. Studiuesit e AI po përpiqen të automatizojnë shërbimet si zjarrfikja, kujdesi mjekësor, menaxhimi i fatkeqësive dhe detyrat e shpëtimit të jetës përmes automjeteve robotike autonome. Një sfidë që këto automjete duhet të kapërcejnë është se si të zbulohen dhe shmangen me sukses pengesat si rrënojat, zjarri, kurthet, etj.

Hapi 2: Detajet e zbatimit

Në këtë Udhëzues, ne do të përdorim një sensor tejzanor, një palë sensorë të zbulimit të pengesave IR, një qark të drejtuesit të motorit (L298N), katër motorë DC, rrota, një skelet të makinës me 4 rrota dhe një çip GreenPAK SLG46620V.

Një kunj dalës dixhital i kontrolluesit GreenPAK përdoret për të shkaktuar sensorin tejzanor (i njohur si sonar), dhe një kunj dixhital i hyrjes përdoret për të mbledhur jehonën që rezulton nga pengesat përpara për analiza. Vërehet gjithashtu dalja e sensorit të zbulimit të pengesave IR. Pas aplikimit të një sërë kushtesh, nëse një pengesë është shumë afër, motorët (të lidhur me secilën prej 4 rrotave) rregullohen për të shmangur përplasjen.

Hapi 3: Shpjegimi

Roboti autonom i shmangies së pengesave duhet të jetë i aftë të zbulojë pengesa dhe të shmangë përplasjet. Dizajni i një roboti të tillë kërkon integrimin e sensorëve të ndryshëm, të tillë si sensorë të përplasjes, sensorë infra të kuqe, sensorë tejzanor, etj. Duke i montuar këta sensorë në robot, ai mund të marrë informacion në lidhje me zonën përreth. Një sensor tejzanor është i përshtatshëm për zbulimin e pengesave për një robot autonom me lëvizje të ngadaltë, pasi ka një kosto të ulët dhe gamë relativisht të lartë.

Një sensor tejzanor zbulon objektet duke lëshuar një shpërthim të shkurtër tejzanor dhe më pas duke dëgjuar për jehonën. Nën kontrollin e një mikrokontrolluesi pritës, sensori lëshon një impuls të shkurtër 40 kHz. Ky puls udhëton nëpër ajër derisa godet një objekt dhe më pas reflektohet përsëri në sensor. Sensori siguron një sinjal dalës për hostin që përfundon kur zbulohet ekoja. Në këtë mënyrë, gjerësia e pulsit të kthyer përdoret për të llogaritur distancën në objekt.

Ky automjet robotik për shmangien e pengesave përdor një sensor tejzanor për të zbuluar objektet në rrugën e tij. Motorët janë të lidhur përmes IC shoferit të motorit me GreenPAK. Sensori tejzanor është ngjitur në pjesën e përparme të robotit, dhe dy sensorët e zbulimit të pengesave IR janë bashkangjitur në anën e majtë dhe të djathtë të robotit për të zbuluar pengesat anësore.

Ndërsa roboti lëviz në rrugën e dëshiruar, sensori tejzanor transmeton vazhdimisht valë tejzanor. Sa herë që një pengesë është para robotit, valët tejzanor reflektohen prapa nga pengesa dhe ky informacion i kalohet GreenPAK -ut. Njëkohësisht, sensorët IR po lëshojnë dhe marrin valë IR. Pas interpretimit të hyrjeve nga sensorët tejzanor dhe IR, GreenPAK kontrollon motorët për secilën nga katër rrotat.

Hapi 4: Përshkrimi i algoritmit

Në fillimin, katër motorët ndizen njëkohësisht, duke bërë që roboti të ecë përpara. Më tej, sensori tejzanor dërgon impulse nga pjesa e përparme e robotit në intervale të rregullta. Nëse ekziston një pengesë, pulset e zërit reflektohen dhe zbulohen nga sensori. Pasqyrimi i impulseve varet nga gjendja fizike e pengesës: nëse është e parregullt në formë, atëherë impulset e pasqyruara do të jenë më të pakta; nëse është uniforme, atëherë shumica e impulseve të transmetuara do të pasqyrohen. Reflektimi gjithashtu varet nga drejtimi i pengesës. Nëse është pak e përkulur, ose e vendosur paralelisht me sensorin, atëherë shumica e valëve të zërit do të kalojnë të pasqyruara.

Kur zbulohet një pengesë para robotit, atëherë vërehen daljet anësore nga sensorët IR. Nëse zbulohet një pengesë në anën e djathtë, gomat e anës së majtë të robotit çaktivizohen, duke bërë që ai të kthehet në të majtë, dhe anasjelltas. Nëse një pengesë nuk zbulohet, atëherë algoritmi përsëritet. Diagrami i rrjedhës është treguar në Figurën 2.

Hapi 5: Sensori tejzanor HC-SR04

Një sensor tejzanor është një pajisje që mund të masë distancën në një objekt duke përdorur valët e zërit. Ajo mat distancën duke dërguar një valë zanore në një frekuencë të caktuar dhe duke dëgjuar që ajo valë zanore të kthehet. Duke regjistruar kohën e kaluar midis valës së zërit që gjenerohet dhe valës së zërit që kërcen prapa, është e mundur të llogaritet distanca midis sensorit të sonarit dhe objektit. Tingulli udhëton nëpër ajër me rreth 344 m/s (1129 ft/s), kështu që ju mund të llogaritni distancën nga objekti duke përdorur Formula 1.

Sensori tejzanor HC-SR04 përbëhet nga katër kunja: Vdd, GND, Trigger dhe Echo. Sa herë që një impuls nga kontrolluesi aplikohet në kunjin Trigger, sensori lëshon një valë ultratinguj nga një "altoparlant". Valët e pasqyruara zbulohen nga "marrësi" dhe transmetohen përsëri te kontrolluesi përmes kunjit Echo. Sa më e gjatë të jetë distanca midis sensorit dhe një pengese, aq më i gjatë do të jetë pulsi në kunjin Echo. Pulsi mbetet i ndezur për kohën që i duhet impulsit sonar për të udhëtuar nga sensori dhe për t'u kthyer mbrapa, i ndarë me dy. Kur aktivizohet sonari, fillon një kohëmatës i brendshëm dhe vazhdon derisa të zbulohet vala e reflektuar. Kjo kohë ndahet më pas me dy sepse koha aktuale që iu desh valës së zërit për të arritur pengesën ishte gjysma e kohës që ishte ndezur kohëmatësi.

Funksionimi i sensorit tejzanor është ilustruar në Figurën 4.

Për të gjeneruar pulsin tejzanor, duhet të vendosni Shkaktarin në një gjendje të Lartë për 10μs. Kjo do të dërgojë një shpërthim zanor me 8 cikle, i cili do të reflektojë çdo pengesë para pajisjes dhe do të merret nga sensori. Kunja Echo do të nxjerrë kohën (në mikrosekonda) që vala e zërit udhëtoi.

Hapi 6: Moduli i sensorit të zbulimit të pengesave me rreze infra të kuqe

Ashtu si sensori me ultratinguj, koncepti bazë i zbulimit të pengesave me rreze infra të kuqe (IR) është transmetimi i një sinjali IR (në formën e rrezatimit) dhe vëzhgimi i reflektimit të tij. Moduli i sensorit IR është treguar në Figurën 6.

Karakteristikat

• Ekziston një dritë treguese pengese në tabelën e qarkut
• Sinjal dixhital dalës
• Distanca e zbulimit: 2 ~ 30 cm
• Këndi i Zbulimit: 35 °
• Çipi krahasues: LM393
• Gama e distancës së zbulimit të rregullueshme përmes potenciometrit:

Wise Në drejtim të akrepave të orës: Rritni distancën e zbulimit

○ Kundër akrepave të orës: Zvogëloni distancën e zbulimit

Specifikimet

• Tensioni i punës: 3 - 5 V DC
• Lloji i daljes: Dalja komutuese dixhitale (0 dhe 1)
• Vrima vidash 3 mm për montim të lehtë
• Madhësia e tabelës: 3.2 x 1.4 cm

Përshkrimi i Treguesit të Kontrollit të përshkruar në Tabelën 1.

Hapi 7: Qarku i drejtuesit të motorit L298N

Qarku i drejtuesit të motorit, ose H-Bridge, përdoret për të kontrolluar shpejtësinë dhe drejtimin e motorëve DC. Ajo ka dy hyrje që duhet të lidhen me një burim të veçantë të rrymës DC (motorët tërheqin rrymë të madhe dhe nuk mund të furnizohen direkt nga kontrolluesi), dy grupe daljesh për secilin motor (pozitiv dhe negativ), dy kunja të mundshëm për secilin një grup daljesh, dhe dy grupe kunjash për kontrollin e drejtimit të secilës prizë të motorit (dy kunja për secilin motor). Nëse dy kunjave më të majtë u jepen nivele logjike HIGH për njërën kunj dhe LOW për tjetrën, motori i lidhur me prizën e majtë do të rrotullohet në një drejtim, dhe nëse sekuenca e logjikës është e kundërt (LOW dhe HIGH), motorët do të rrotullohen në drejtim të kundërt. E njëjta vlen edhe për kunjat më të djathtë dhe motorin e daljes së djathtë. Nëse të dy kunjave në çift u jepen nivele logjike LART HIGH ose TOW ulta, motorët do të ndalojnë.

Ky drejtues motorësh i dyfishtë drejtohet në IC shumë të njohur L298 Dual H-Bridge Motor Driver IC. Ky modul ju lejon të kontrolloni me lehtësi dhe në mënyrë të pavarur dy motorë në të dy drejtimet. Ai përdor sinjalet standarde logjike për kontroll, dhe mund të drejtojë motorë stepper me dy faza, motorë stepper me katër faza dhe motorë DC me dy faza. Ajo ka një kondensator filtri dhe një diodë lëvizëse të lirë që mbron pajisjet në qark nga dëmtimi nga rryma e kundërt e një ngarkese induktive, duke rritur besueshmërinë. L298 ka një tension drejtues prej 5-35 V dhe një nivel logjik prej 5 V.

Funksioni i drejtuesit të motorit përshkruhet në Tabelën 2.

Bllok -diagrami që tregon lidhjet midis sensorit tejzanor, drejtuesit të motorit dhe çipit GPAK është treguar në Figurën 8.

Hapi 8: Dizajni i GreenPAK

Në Matricën 0, hyrja e këmbëzës për sensorin u krijua duke përdorur CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 dhe oshilatorin. Hyrja nga kunja Echo e sensorit tejzanor lexohet duke përdorur Pin3. Tre hyrje aplikohen në LUT0 3-bit: një nga Echo, një tjetër nga Trigger dhe një i tretë që është hyrja e Trigger me vonesë prej 30 nesh. Dalja nga kjo tabelë kërkimi përdoret në Matricën 1. Dalja nga sensorët IR merret gjithashtu në Matricën 0.

Në Matricën 1, portat P1 dhe P6 janë OR'd së bashku dhe lidhen me Pin17, e cila është e bashkangjitur me Pin1 të drejtuesit të motorit. Pin18 është gjithmonë në një nivel të ulët logjik dhe është i lidhur me Pin2 të drejtuesit të motorit. Po kështu, portat P2 dhe P7 janë OR'd së bashku dhe lidhen me Pin20 të GreenPAK, e cila është e bashkangjitur me P3 të qarkut të drejtuesit të motorit. Pin19 është i lidhur me Pin4 të drejtuesit të motorit dhe është gjithmonë në logjikë LOW.

Kur kunja Echo është LART, do të thotë që një objekt është përpara robotit. Roboti pastaj kontrollon për pengesat majtas dhe djathtas nga sensorët IR. Nëse një pengesë është gjithashtu e pranishme në anën e djathtë të robotit, atëherë kthehet majtas, dhe nëse një pengesë është e pranishme në anën e majtë, atëherë kthehet djathtas. Në këtë mënyrë, roboti shmang pengesat dhe lëviz pa përplasje.

Përfundim

Në këtë Udhëzues, ne krijuam një automjet të thjeshtë automatik të zbulimit dhe shmangies së pengesave duke përdorur GreenPAK SLG46620V si elementin kryesor kontrollues. Me disa qarqe shtesë, ky dizajn mund të përmirësohet për të kryer detyra të tjera të tilla si gjetja e një rruge në një pikë të caktuar, një algoritëm për zgjidhjen e labirintit, një algoritëm pas vijës, etj.

Hapi 9: Fotografitë e pajisjeve