Roboti vetë-balancues: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:27

Në këtë Instructable ne do t'ju tregojmë se si të ndërtoni robotin vetë-balancues që kemi bërë si një projekt shkollor. Bazohet në disa robotë të tjerë, të tillë si nBot dhe një tjetër Instructable. Roboti mund të kontrollohet nga një smartphone Android përmes një lidhje Bluetooth. Meqenëse ky udhëzues mbulon vetëm procesin e ndërtimit, ne gjithashtu kemi shkruar një dokument për të mbuluar sfondin teknik të kodit dhe elektronikës. Ai gjithashtu përmban lidhje me burimet që janë përdorur, kështu që ju mund t'i hidhni një sy atyre nëse dokumenti nuk është mjaft i plotë për ju.

Për të ndjekur të gjitha hapat e këtij projekti do t'ju duhet disa aftësi të printimit 3D ose ndonjë mënyrë tjetër e zgjuar për të bashkuar rrotat me motorët.

Hapi 1: Kërkesat

Roboti bazohet në një bord kontrollues gimbali pa furça Martinez. Ekzistojnë disa ndryshime të vogla të këtij bordi, por për sa kohë që keni një me një çip ATmega328 dhe kontrollues motorësh L6234 duhet të jeni mirë. Nëse kërkoni për "Martinez board" në Google Images, do të shihni se ka disa dërrasa me një lidhës të lehtë për çipin IMU dhe/ose baterinë, në vend të titujve ose vrimave të kunjave. Në rastin e fundit, do të jetë e dobishme nëse porositni një paketë kunjat e kokës, të cilat më pas mund t'i lidhni në vrima.

Lista e pjesëve

Disa nga artikujt në këtë listë përmbajnë lidhje me ueb -dyqanet.

• Kontrolluesi: Martinez BoardDX.com (gjithashtu vjen me IMU dhe disa kunja të kokës).
• IMU: MPU6050
• Bateria (bateri 3S LiPo 450 mAh) Shënim: do t'ju duhet gjithashtu një ngarkues 3S LiPo eBay.com
• Motor 2x: Motor pa furça 2208, KV100DX.com
• Rrota (mund t’i merrni nga lodrat ekzistuese ose LEGO)
• 6x vidë M2 5 mm
• Vidë 8x M3 (gjatësia varet nga materiali për pjesën e jashtme, duhet të jetë shumë i gjatë)
• Çipi Bluetooth HC-05 (sigurohuni që të merrni një të tillë me një bord ndërfaqësor serik të bashkangjitur, jo vetëm një çip të zhveshur) E RORTNDSISHME: Sigurohuni që çipi të ketë një kunj të etiketuar KRYESOR.
• Telat: DuPont nga femra në femërBlerja e një pakete prej 20 telash do të jetë më se e mjaftueshme
• Shirit Velcro
• Kabllo USB për të lidhur kontrolluesin me kompjuterin
• Opsionale: Header pinsDX.com (mund t'i shkurtoni ose prishni këto në gjatësinë e dëshiruar)
• Rondele plastike dhe ndarës

Së fundi, keni nevojë për akrilik, dru ose karton, të shoqëruar me zam ose shirit, për të krijuar një strukturë që mban të gjithë përbërësit.

Hapi 2: Konfigurimi i çipit Bluetooth

Pasi të kapni të gjitha pjesët, është koha për konfigurimin e çipit Bluetooth. Do t'ju duhet një kabllo USB për të lidhur lidhni bordin e kontrolluesit me kompjuterin tuaj, si dhe Arduino IDE për të komunikuar me përbërësit.

Për këtë, do t'ju duhet të shkarkoni skedarin:

HC-05_Serial_Interface.ino

Pastaj ndiqni këto hapa:

1. Lidhni kontrolluesin me kompjuterin tuaj me një kabllo USB.
2. Hapni skedarin.ino me Arduino IDE.
3. Në IDE, shkoni te Tools, Board dhe sigurohuni që është vendosur në Arduino/Genuino Uno.
4. Tani shkoni te Tools, Port dhe vendoseni në portën COM me të cilën lidhet kontrolluesi. Zakonisht ka vetëm një port. Nëse ka shumë, kontrolloni Menaxherin e Pajisjes (në Windows) për të gjetur se cili është kontrolluesi.
5. Tani, goditni butonin Ngarko në IDE dhe prisni që ngarkimi të përfundojë. Pastaj, shkëputeni kabllon USB nga kompjuteri ose kontrolluesi.

Pasi ta keni bërë këtë, lidhni HC-05 duke përdorur kabllot DuPont si më poshtë:

Kontrolluesi HC-05

KEY +5V GND GND TXD RX RXD TX

Tani lidhni përsëri kabllon USB, pastaj lidhni kunjin VCC të HC-05 në një tjetër +5V në kontrollues. LED duhet të ndizet me një interval ~ 1 sekondë.

Në Arduino IDE, zgjidhni portën e duhur COM, pastaj shkoni te Tools, Serial Monitor.

Vendosni opsionin Përfundimi i Linjës në Serial Monitor në NL & CR. Vendosni normën Baud në 38400. Tani mund të përdorni Monitorin Serial për të dërguar komandat e konfigurimit në çipin Bluetooth. Këto janë komandat:

AT Kontrolloni lidhjen

AT+NAME Merr/cakto emrin e ekranit Bluetooth AT+UART Merr/cakto normën e baudit AT+ORGL Rivendos standardet e fabrikës AT+PSWD Merr/cakto fjalëkalimin Bluetooth

Për të ndryshuar emrin, fjalëkalimin dhe normën e baudit të pajisjes Bluetooth, dërgoni komandat e mëposhtme:

AT+NAME = "Emri Shembull"

AT+PSWD = "PassWord123" AT+UART = "230400, 1, 0"

Opsionet Emri dhe Fjalëkalimi mund të vendosen në atë që dëshironi, vetëm sigurohuni që të vendosni normën e baudit duke përdorur të njëjtën komandë të saktë si të listuara më sipër. Kjo e vendos atë në 230400 baud, me 1 bit stop dhe pa barazi. Pasi të keni vendosur gjithçka, rilidhni kabllon USB (për të dalë nga modaliteti i konfigurimit) dhe provoni ta çiftoni telefonin tuaj me çipin. Nëse gjithçka funksionon, shkëputeni kabllon USB dhe kaloni në hapin tjetër.

Hapi 3: Lidhja e rrotave me motorët

Rrotat që u përdorën në këtë projekt kanë një origjinë të panjohur (ata ishin vendosur në një sirtar me shumë gjëra të tjera). Për të bashkuar rrotat me motorët, ne shtypëm 3D një pjesë që përputhej me vrimat e vidave në motorë. Pjesët u vidhosën duke përdorur tre vida 5 milimetra 2M për motor. Të dyja pjesët kanë një kunj që i përshtatet vrimave në akset e rrotave.

Modeli SolidWorks është i përfshirë. Ju ndoshta do të duhet ta modifikoni atë për rrotat tuaja, ose të gjeni një zgjidhje të ndryshme praktike për t'iu përshtatur rrotave. Për shembull, mund të përdorni një Dremel për të gdhendur një vrimë me madhësi të njëjtë me motorin (ose pak më të vogël për t'i dhënë një përshtatje të mirë), pastaj mund ta shtypni motorin në timon. Vetëm sigurohuni që të merrni rrotat e duhura për këtë punë nëse planifikoni ta bëni këtë.

Hapi 4: Krijimi i pjesës së jashtme

Për pjesën e jashtme, dy copa druri u përdorën dhe u prenë në të njëjtën formë. Për të filluar, ne shënuam perimetrin e motorit në pjesën e poshtme të pjesës. Ne pastaj shënuam çdo cep me një vijë 45 gradë, duke u siguruar që të lëmë hapësirë të mjaftueshme që motori të ulet në qendrën e poshtme. Pastaj i shtrënguam të dy pjesët e drurit së bashku dhe i sharruam qoshet. Për t'i përfunduar gjërat, ne i rrëzuam qoshet për t'i bërë ato më pak të mprehta dhe për të hequr copëzat.

Tani është koha për të shpuar vrima për vidhat dhe boshtin që del nga pjesa e pasme e motorit. Nëse i lidhni copat e drurit së bashku gjatë shpimit, ju duhet të shponi secilën vrimë vetëm një herë.

Për të krijuar paraqitjen për vrimat e vidave, ne përdorëm një copë letër dhe e vendosëm në pjesën e pasme të motorit dhe përdorëm një laps për të shtypur në vrimat e vidhave, pikërisht përmes letrës. Fleta e letrës me katër vrimat e vidhave u vendos më pas në dru në mënyrë që të mund të shënonim vendndodhjen e vrimave që duheshin shpuar. Për të shpuar vrimat, përdorni një stërvitje 3, 5 mm. Tani, përdorni një laps dhe një sundimtar për të gjetur qendrën e këtyre vrimave dhe krijoni vrimën për boshtin duke përdorur një stërvitje 5 mm. Bashkojini motorët me vida M3, por lini një nga vidhat me hapësirë më të gjerë nga një motor.

Për të marrë lidhësin dhe telin e motorit brenda robotit, ne gjithashtu shpuam një vrimë 8 mm pak mbi motorin. Sigurohuni që ka hapësirë të mjaftueshme që telat të përkulen pa i stresuar shumë.

Importantshtë e rëndësishme të punoni sa më saktë që të jetë e mundur për të krijuar një pamje të jashtme simetrike (gati-) të përsosur

Hapi 5: Përshtatja e Komponentëve

Shënoni një udhëzues vertikal të qendrës në dru, në mënyrë që të vendosni përbërësit në qendër. Mund të lidhni gjithçka në dru duke përdorur shirit velkro. Në robotin tonë ne përdorëm bulona dhe arra të vegjël për të siguruar bordin e kontrolluesit, por gjithashtu mund të përdorni kasetë velcro (nuk e kishim akoma në kohën kur e lidhëm kontrolluesin). Sigurohuni që të lidhni një kabllo USB pasi të keni përfunduar ndërtimin.

Ne e vendosëm kontrolluesin në qendër me portën USB të drejtuar poshtë, në mënyrë që të mund ta lidhim kabllon në mes të rrotave. Ju gjithashtu mund ta tregoni atë në njërën anë.

Vendoseni baterinë sa më lartë që të jetë e mundur, në mënyrë që roboti të bëhet i rëndë. Gjithashtu vendosni portën e karikimit në një vend të arritshëm lehtë pranë buzës.

Çip Bluetooth

Lidhni pinin VCC të çipit Bluetooth në +5V në kontrollues, dhe Bluetooth GND në GND të kontrolluesit. Kodi TXD i kontrolluesit shkon në Bluetooth RX dhe kunja RXD në kontrollues shkon në kunjin Bluetooth TX. Pastaj thjesht ngjiteni çipin Bluetooth diku në panelin e drurit duke përdorur shirit velcro.

Çipi i lëvizjes

Çipi i lëvizjes ka dy vrima vidash, kështu që ne e lidhëm çipin duke përdorur një ndarës, në mënyrë të tillë që qendra e çipit të bjerë mbi qendrën e motorit. Orientimi nuk ka rëndësi, pasi roboti kalibron veten kur fillon. Sigurohuni që të përdorni një rondele plastike nën kokën e vidës për të parandaluar shkurtimin e qarkut.

Pastaj përdorni telat DuPont për të lidhur kunjat me kontrolluesin. Çdo kunj etiketohet njësoj në kontrollues si në çipin e lëvizjes, kështu që lidhja e tij është mjaft vetë-shpjeguese.

Ndërprerës i energjisë

Lidhja e një ndërprerës të energjisë është e lehtë. Ne morëm një nga një pajisje e vjetër dhe e desoluam nga bordi i qarkut të saj. Për ta përdorur atë si një ndërprerës të energjisë për robotin, ju lidhni tela pozitive të baterisë me pin (duke supozuar se është një ndërprerës me tre kunja) në anën që dëshironi të bëni pozicionin e ndezjes së çelësit. Pastaj, lidhni kunjin qendror me hyrjen e fuqisë pozitive të kontrolluesit. Ne ngjitëm telat DuPont në çelës, në mënyrë që vetë bateria të mos jetë e lidhur përgjithmonë me çelsin.

Lidhja e anëve

Tani e dini vendndodhjen e përbërësve dhe keni dy anët e robotit. Hapi i fundit në ndërtimin e robotit do të jetë lidhja e dy anëve me njëra -tjetrën. ne përdorëm katër grupe prej tre copash druri të ngjitura së bashku dhe e vidhosëm në anët në mënyrë që çipi ynë i lëvizjes të ishte në boshtin e mesëm të robotit. Duhet thënë se materiali i përdorur, me kusht që të jetë mjaft i fortë, nuk ka shumë rëndësi. Ju madje mund të përdorni një lidhje më të rëndë në krye për të rritur edhe më shumë lartësinë e qendrës së masës. Por ndryshe nga pozicioni vertikal i qendrës së masës, pozicioni horizontal i qendrës së masës duhet të mbahet në vend sa më shumë që të jetë e mundur, mbi boshtin e rrotave, pasi kodimi i kodit për çipin e lëvizjes do të bëhej mjaft i vështirë po të ishte qendra horizontale të masës së zhvendosur.

Tani jeni gati të ngarkoni kodin dhe të rregulloni kontrolluesin.

Hapi 6: Ngarkimi dhe rregullimi i Kodit

Për të ngarkuar kodin, keni nevojë për një kompjuter me Arduino IDE. Shkarkoni skedarin.ino më poshtë dhe hapeni atë me Arduino IDE. Ngarkimi i tij në kontrollues bëhet në të njëjtën mënyrë siç keni bërë me kodin nga konfigurimi i Bluetooth.

Për ta bërë robotin të funksionojë, duhet të shkarkoni aplikacionin ‘Joystick bluetooth Commander’ nga Play Store. Ndizeni fuqinë e robotit dhe vendoseni në dysheme, në pjesën e përparme ose të pasme të tij. Nisni aplikacionin dhe lidheni me çipin Bluetooth. Datafield 1 do të kalojë nga XXX në GATI pasi roboti të kalibrohet (5 sekonda për ta vendosur atë në anën e tij, e ndjekur nga 10 sekonda kalibrimi). Mund ta ndizni robotin duke ndezur butonin 1 në aplikacion. Tani vendoseni robotin vertikalisht në tokë dhe lëreni të shkojë sapo të ndjeni se motorët ndizen. Kjo është kur roboti fillon të balancojë vetveten.

Roboti tani është gati për tu akorduar, pasi qëndrueshmëria e tij ndoshta nuk është e madhe. Mund të provoni nëse funksionon pa akordim shtesë, por ju duhet ta bëni robotin mjaft identik me tonën që të funksionojë siç duhet. Pra, në shumicën e rasteve ju duhet të rregulloni kontrolluesin që të punojë më mirë me robotin tuaj. Quiteshtë mjaft e lehtë, pavarësisht se kërkon shumë kohë. Ja si ta bëni:

Akordimi i kontrolluesit

Diku në kod do të gjeni 4 ndryshore, duke filluar me një k. Këto janë kp, kd, kc dhe kv. Filloni duke vendosur të gjitha vlerat në zero. Vlera e parë për të vendosur është kp. Vlera e paracaktuar kp është 0.17. Provoni ta vendosni në diçka shumë më të ulët si 0.05. Fikeni robotin, ngarkoni kodin dhe shihni se si përpiqet të balancojë. Nëse bie përpara, rris vlerën. Mënyra më e zgjuar për ta bërë këtë është duke interpoluar:

1. Vendosni vlerën në diçka të ulët dhe provojeni
2. Vendosni vlerën në diçka të lartë dhe provojeni
3. Vendosni vlerën në mesataren e të dyve dhe provojeni
4. Tani provoni të zbuloni nëse balancohet më mirë në vlerën dhe mesataren e ulët ose të lartë vlera aktuale dhe ajo në të cilën ka funksionuar më mirë.
5. Vazhdoni derisa të gjeni një vend të ëmbël

Pika e ëmbël për vlerën e kp është kur është në prag të nën-dhe kompensimit të tepërt. Kështu ndonjëherë ai do të bjerë përpara pasi nuk mund të vazhdojë me shpejtësinë e tij në rënie, dhe herë të tjera do të bjerë mbrapsht sepse tejkalon në një drejtim tjetër.

Pasi të keni vendosur vlerën kp, vendosni kd. Kjo mund të bëhet në të njëjtën mënyrë siç bëtë me kp. Rriteni këtë vlerë derisa roboti të jetë pothuajse i ekuilibruar, në mënyrë që ai të lëkundet përpara dhe përpara derisa të bjerë përmbys. Nëse e vendosni shumë lart, mund ta bëni atë të balancojë mjaft mirë tashmë, por kur ekuilibri shqetësohet shumë, ai do të bjerë përmbys (si kur i jepni një shtytje). Pra, përpiquni të gjeni vendin në të cilin nuk është mjaft i balancuar, por mjaft afër.

Siç mund ta merrni me mend, akordimi i kontrolluesit mund të marrë disa përpjekje pasi po bëhet më i vështirë me secilën ndryshore të re të prezantuar. Pra, nëse mendoni se nuk do të funksionojë, filloni nga e para.

Tani është koha për të vendosur kv. Interpoloni këtë derisa të gjeni një vlerë në të cilën roboti ndalon së lëkunduri, qëndron i balancuar dhe mund të përballojë një shtytje të lehtë. Kur vendoset shumë lart, ndikon negativisht në stabilitetin. Provoni të luani me kv dhe kp për të gjetur një pikë në të cilën është më e qëndrueshme. Ky është hapi më i gjatë i akordimit.

Vlera e fundit është kc. Kjo vlerë e bën robotin të kthehet në pozicionin e tij të fundit pasi të kompensojë një shtytje ose diçka tjetër. Ju mund të provoni të njëjtën metodë interpolimi këtu, por 0.0002 duhet të funksionojë mjaft mirë në shumicën e rasteve.

Kjo eshte! Roboti juaj tani është gati. Përdorni levën në smartphone tuaj për të kontrolluar robotin. Kujdes, megjithatë, pasi ecja përpara me shpejtësinë maksimale mund të bëjë që roboti të bjerë përmbys. Luani me variablat e kontrolluesit për ta kompensuar këtë sa më shumë që të jetë e mundur. Hapi më logjik do të ishte të shikoni vlerën kp për këtë, pasi kjo kompenson drejtpërdrejt këndin aktual të robotit.

Shënim i rëndësishëm për bateritë LiPo

Rekomandohet që të kontrolloni rregullisht tensionin e baterisë tuaj LiPo. Bateritë LiPo nuk duhet të shkarkohen në më pak se 3 volt për qelizë-me 9 volt në një LiPo 3S. Nëse tensioni bie nën 3 volt për qelizë, do të ketë humbje të përhershme të kapacitetit të baterisë. Nëse voltazhi bie nën 2.5 volt për qelizë, hidhni baterinë dhe blini një të re. Ngarkimi i një qelize LiPo me më pak se 2.5 volt është i rrezikshëm sepse rezistenca e brendshme bëhet shumë e lartë, duke rezultuar në një bateri të nxehtë dhe një rrezik të mundshëm zjarri gjatë karikimit Me