DIY Wall Sumusunod na Robot: 9 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Sa Instructable na ito, ipapaliwanag namin kung paano mag-disenyo ng isang sistema ng pagtuklas ng balakid at pag-iwas gamit ang isang GreenPAK ™ kasama ang ilang mga panlabas na ultrasonic at infrared (IR) sensor. Ang disenyo na ito ay magpapakilala ng ilang mga paksa na kinakailangan para sa autonomous at artipisyal na matalinong robotic system.

Inilarawan namin sa ibaba ang mga hakbang na kinakailangan upang maunawaan kung paano nai-program ang solusyon upang lumikha ng isang sumusunod na robot. Gayunpaman, kung nais mo lamang makuha ang resulta ng pag-program, mag-download ng GreenPAK software upang matingnan ang natapos na GreenPAK Design File. I-plug ang GreenPAK Development Kit sa iyong computer at pindutin ang programa upang likhain ang sumusunod na robot.

Hakbang 1: Paglalahad ng Suliranin

Kamakailan-lamang ay na-update ang interes sa artipisyal na katalinuhan, at ang karamihan sa interes na iyon ay nakadirekta sa ganap na autonomous at matalinong mga makina. Ang mga nasabing robot ay maaaring mabawasan ang pananagutan ng tao at mapalawak ang pag-aautomat sa mga patlang tulad ng mga serbisyong sibil at pagtatanggol. Sinusubukan ng mga mananaliksik ng AI na i-automate ang mga serbisyo tulad ng firefighting, pangangalagang medikal, pamamahala sa sakuna, at mga tungkulin na nagliligtas sa buhay sa pamamagitan ng mga autonomous robotic na sasakyan. Ang isang hamon na dapat pagtagumpayan ng mga sasakyang ito ay kung paano matagumpay na nakakakita at maiwasan ang mga hadlang tulad ng mga durog na bato, sunog, mga pitfalls, atbp.

Hakbang 2: Mga Detalye ng Pagpapatupad

Sa Instructable na ito, gagamit kami ng isang ultrasonik sensor, isang pares ng IR na mga sensor ng detection ng balakid, isang motor driver circuit (L298N), apat na DC motor, gulong, isang 4-wheel drive car skeleton, at isang GreenPAK SLG46620V chip.

Ang isang digital output pin ng GreenPAK controller ay ginagamit upang ma-trigger ang ultrasonic sensor (aka sonar), at isang digital input pin ang ginagamit upang kolektahin ang nagresultang echo mula sa mga hadlang sa unahan para sa pagtatasa. Ang output ng sensor ng pagtuklas ng balakid ng IR ay sinusunod din. Matapos mag-apply ng isang hanay ng mga kundisyon, kung ang isang balakid ay masyadong malapit, ang mga motor (konektado sa bawat isa sa 4 na gulong) ay nababagay upang maiwasan ang banggaan.

Hakbang 3: Paliwanag

Ang autonomous na pag-iwas sa balakid na robot ay dapat na may kakayahang kapansin-pansin ang mga hadlang at pag-iwas sa mga banggaan. Ang disenyo ng tulad ng isang robot ay nangangailangan ng pagsasama ng iba't ibang mga sensor, tulad ng mga sensor ng paga, mga infrared sensor, mga ultrasonikong sensor, atbp. Sa pamamagitan ng pag-mount ng mga sensor na ito sa robot, maaari itong makakuha ng impormasyon tungkol sa nakapalibot na lugar. Ang isang ultrasonic sensor ay angkop para sa pagtuklas ng balakid para sa isang mabagal na gumagalaw na autonomous na robot, dahil mayroon itong mababang gastos at medyo mataas na saklaw.

Ang isang ultrasonic sensor ay nakakita ng mga bagay sa pamamagitan ng pagpapalabas ng isang maikling pagsabog ng ultrasonic at pagkatapos ay pakikinig para sa echo. Sa ilalim ng kontrol ng isang host microcontroller, ang sensor ay nagpapalabas ng isang maikling 40 kHz pulso. Ang pulso na ito ay naglalakbay sa pamamagitan ng hangin hanggang sa tumama ito sa isang bagay at pagkatapos ay masasalamin pabalik sa sensor. Nagbibigay ang sensor ng isang output signal sa host na nagtatapos kapag nakita ang echo. Sa ganitong paraan, ang lapad ng ibinalik na pulso ay ginagamit upang makalkula ang distansya sa bagay.

Ang balakid na pag-iwas sa robotic na sasakyan na ito ay gumagamit ng isang ultrasonic sensor upang makita ang mga bagay sa daanan nito. Ang mga motor ay konektado sa pamamagitan ng isang driver ng motor na IC sa GreenPAK. Ang sensor ng ultrasonic ay nakakabit sa harap ng robot, at ang dalawang IR na mga sensor ng detection ng balakid ay nakakabit sa kaliwa at kanang bahagi ng robot upang makita ang mga hadlang sa gilid.

Habang gumagalaw ang robot sa ninanais na landas, patuloy na nagpapadala ng mga ultrasonikong alon ang ultrasonic sensor. Kailan man ang isang balakid ay nasa harap ng robot, ang mga ultrasonikong alon ay makikita mula sa balakid, at ang impormasyong iyon ay ipinapasa sa GreenPAK. Kasabay, ang mga IR sensor ay nagpapalabas at tumatanggap ng mga IR alon. Matapos bigyang kahulugan ang mga input mula sa mga ultrasonic at IR sensor, kinokontrol ng GreenPAK ang mga motor para sa bawat isa sa apat na gulong.

Hakbang 4: Paglalarawan ng Algorithm

Sa pagsisimula, ang apat na mga motor ay nakabukas nang sabay-sabay, na naging sanhi ng robot na sumulong. Susunod, ang sensor ng ultrasonic ay nagpapadala ng mga pulso mula sa harap ng robot nang regular na agwat. Kung mayroong isang balakid, ang mga tunog ng pulso ay makikita at napansin ng sensor. Ang pagsasalamin ng mga pulso ay nakasalalay sa pisikal na estado ng balakid: kung ito ay hindi regular sa hugis, kung gayon ang mga pulso na makikita ay magiging mas kaunti; kung ito ay pare-pareho, kung gayon ang karamihan sa mga nailipat na pulso ay makikita. Ang pagsasalamin ay nakasalalay din sa direksyon ng balakid. Kung ito ay bahagyang ikiling, o inilagay nang kahanay ng sensor, kung gayon ang karamihan sa mga alon ng tunog ay lilipas na hindi masasalamin.

Kapag ang isang balakid ay napansin sa harap ng robot, pagkatapos ang mga output ng gilid mula sa mga IR sensor ay sinusunod. Kung ang isang balakid ay napansin sa kanang bahagi, ang mga gulong kaliwang bahagi ng robot ay hindi pinagana, na sanhi upang lumiko patungo sa kaliwa, at kabaligtaran. Kung ang isang balakid ay hindi napansin, pagkatapos ang algorithm ay paulit-ulit. Ang daloy ng diagram ay ipinapakita sa Larawan 2.

Hakbang 5: Ultrasonic Sensor HC-SR04

Ang isang ultrasonic sensor ay isang aparato na maaaring masukat ang distansya sa isang bagay sa pamamagitan ng paggamit ng mga sound wave. Sinusukat nito ang distansya sa pamamagitan ng pagpapadala ng isang alon ng tunog sa isang tukoy na dalas at pakikinig para sa tunog na alon na bumalik. Sa pamamagitan ng pagtatala ng lumipas na oras sa pagitan ng tunog ng alon na nabuo at ang alon ng tunog ay nagba-bounce pabalik, posible na kalkulahin ang distansya sa pagitan ng sonar sensor at ng bagay. Ang tunog ay naglalakbay sa pamamagitan ng hangin sa halos 344 m / s (1129 ft / s), upang makalkula mo ang distansya sa object gamit ang Formula 1.

Ang HC-SR04 ultrasonic sensor ay binubuo ng apat na mga pin: Vdd, GND, Trigger, at Echo. Tuwing ang isang pulso mula sa controller ay inilalagay sa Trigger pin, nagpapalabas ang sensor ng isang ultrasound wave mula sa isang "speaker." Ang mga sumasalamin na alon ay napansin ng "tatanggap," at inililipat pabalik sa controller sa pamamagitan ng Echo pin. Kung mas mahaba ang distansya sa pagitan ng sensor at isang balakid, mas matagal ang pulso sa Echo pin. Ang pulso ay nananatili sa oras na kinakailangan ng sonar pulse upang maglakbay mula sa sensor at bumalik, nahahati sa dalawa. Kapag na-trigger ang sonar, nagsisimula ang isang panloob na timer at magpapatuloy hanggang sa makita ang nasasalamin na alon. Ang oras na ito ay nahahati sa dalawa dahil ang aktwal na oras na kinuha ang tunog alon upang maabot ang balakid ay kalahati ng oras na nakabukas ang timer.

Ang pagpapatakbo ng ultrasonic sensor ay nakalarawan sa Larawan 4.

Upang makabuo ng ultrasonic pulse, kailangan mong itakda ang Trigger sa isang mataas na estado para sa 10μs. Ipapadala nito ang isang 8-cycle sonic burst, na magpapakita ng anumang balakid sa harap ng aparato at matanggap ng sensor. Ang Echo pin ay maglalabas ng oras (sa microseconds) na ang tunog ng alon ay naglakbay.

Hakbang 6: Module ng Sensor ng Pagtukoy ng Infrared na Obstacle

Tulad ng sensor ng ultrasound, ang pangunahing konsepto ng infrared (IR) na pagtuklas ng balakid ay upang magpadala ng isang signal ng IR (sa anyo ng radiation) at obserbahan ang pagsasalamin nito. Ang module ng IR sensor ay ipinapakita sa Larawan 6.

Mga Tampok

• Mayroong ilaw na tagapagpahiwatig ng balakid sa circuit board
• Digital signal signal
• Distansya ng pagtuklas: 2 ~ 30 cm
• Angulo ng Pagtuklas: 35 °
• Comparator chip: LM393
• Naaayos na saklaw ng distansya ng pagtuklas sa pamamagitan ng potentiometer:

○ Clockwise: Taasan ang distansya ng pagtuklas

○ Makontra: Bawasan ang distansya ng pagtuklas

Mga pagtutukoy

• Nagtatrabaho boltahe: 3 - 5 V DC
• Uri ng output: Digital switching output (0 at 1)
• 3 mm na butas ng tornilyo para sa madaling pag-mounting
• Laki ng board: 3.2 x 1.4 cm

Inilarawan ang Paglalarawan ng Control Control sa Talahanayan 1.

Hakbang 7: Motor Driver Circuit L298N

Ang circuit ng driver ng motor, o H-Bridge, ay ginagamit upang makontrol ang bilis at direksyon ng mga motor na DC. Mayroon itong dalawang mga inlet na dapat na konektado sa isang hiwalay na pinagmulan ng kuryente ng DC (ang mga motor ay gumuhit ng mabibigat na kasalukuyang, at hindi maibigay nang direkta mula sa controller), dalawang hanay ng mga output para sa bawat motor (positibo at negatibo), dalawang pinapagana ang mga pin para sa bawat isa hanay ng mga output, at dalawang hanay ng mga pin para sa direksyon na kontrol ng bawat motor outlet (dalawang pin para sa bawat motor). Kung ang kaliwang bahagi ng dalawang pin ay binibigyan ng mga antas ng lohika MATAAS para sa isang pin at LOW para sa iba pa, ang motor na konektado sa kaliwang outlet ay paikutin sa isang direksyon, at kung ang pagkakasunud-sunod ng lohika ay baligtarin (LOW at HIGH), ang motor ay paikutin sa kabaligtaran. Nalalapat ang pareho sa pinakamatuwid na mga pin at kanang outlet ng motor. Kung ang parehong mga pin sa pares ay binibigyan ng mga antas ng lohika na TAAS o Mababa, titigil ang mga motor.

Ang dalawahang bi-directional motor driver na ito ay batay sa napakapopular na L298 Dual H-Bridge Motor Driver IC. Pinapayagan ka ng modyul na ito na madali at malaya mong makontrol ang dalawang motor sa magkabilang direksyon. Gumagamit ito ng karaniwang mga signal ng lohika para sa kontrol, at maaari itong maghimok ng dalawang-phase na stepper motor, apat na yugto na stepper motor, at dalawang-phase DC motor. Mayroon itong isang filter capacitor at isang freewheeling diode na nagpoprotekta sa mga aparato sa circuit mula sa napinsala ng reverse current ng isang inductive load, na nagpapahusay ng pagiging maaasahan. Ang L298 ay mayroong boltahe sa pagmamaneho ng 5-35 V at antas ng lohika na 5 V.

Ang pagpapaandar ng driver ng motor ay inilarawan sa Talahanayan 2.

Ang diagram ng bloke na nagpapakita ng mga koneksyon sa ultrasonik sensor, ang motor driver, at ang GPAK chip ay ipinapakita sa Larawan 8.

Hakbang 8: Disenyo ng GreenPAK

Sa Matrix 0, ang pag-input ng gatilyo para sa sensor ay nabuo gamit ang CNT0 / DLY0, CNT5 / DLY5, INV0, at ang oscillator. Ang input mula sa Echo pin ng ultrasonic sensor ay binabasa gamit ang Pin3. Tatlong mga input ang inilapat sa 3-bit LUT0: isa mula sa Echo, isa pa mula sa Trigger, at isang pangatlo na ang input ng Trigger ay naantala ng 30 sa amin. Ang output mula sa talahanayan ng pagtingin na ito ay ginagamit sa Matrix 1. Ang output mula sa IR sensor ay kinuha din sa Matrix 0.

Sa Matrix 1, ang mga port na P1 at P6 ay O nais na magkasama at konektado sa Pin17, na nakakabit sa Pin1 ng motor driver. Ang Pin18 ay palaging nasa isang lohika na LOW at konektado sa Pin2 ng driver ng motor. Gayundin, ang mga port na P2 at P7 ay O nais na magkasama at konektado sa GreenPAK's Pin20, na nakakabit sa P3 ng motor driver circuit. Ang Pin19 ay konektado sa Pin4 ng driver ng motor at palaging nasa lohika na LOW.

Kapag ang Echo pin ay TAAS, nangangahulugan ito na ang isang bagay ay nasa harap ng robot. Sinusuri ng robot ang kaliwa at kanang mga hadlang mula sa mga IR sensor. Kung ang isang balakid ay naroroon din sa kanang bahagi ng robot, pagkatapos ay lumiliko ito sa kaliwa, at kung ang isang balakid ay naroroon sa kaliwang bahagi, pagkatapos ay lumiliko ito pakanan. Sa ganitong paraan, iniiwasan ng robot ang mga hadlang at gumagalaw nang walang banggaan.

Konklusyon

Sa Instructable na ito, lumikha kami ng isang simpleng awtomatikong pagtuklas ng balakid at pag-iwas sa sasakyan gamit ang GreenPAK SLG46620V bilang pangunahing elemento ng pagkontrol. Sa ilang labis na circuitry, maaaring mapahusay ang disenyo na ito upang maisagawa ang iba pang mga gawain tulad ng paghahanap ng isang landas sa isang tukoy na punto, isang algorithm sa paglutas ng maze, isang sumusunod na linya sa algorithm, atbp.

Hakbang 9: Mga Larawan sa Hardware