DIY қабырғаға арналған робот: 9 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Бұл нұсқаулықта GreenPAK ™ көмегімен сыртқы ультрадыбыстық және инфрақызыл (IR) бірнеше сенсорлар көмегімен кедергілерді анықтау мен болдырмау жүйесін қалай құру керектігін түсіндіреміз. Бұл дизайн автономды және жасанды интеллектуалды робот жүйелері үшін қажет кейбір тақырыптарды енгізеді.

Төменде біз роботтан кейінгі қабырға жасау үшін шешім қалай бағдарламаланғанын түсіну үшін қажет қадамдарды сипаттадық. Алайда, егер сіз бағдарламалаудың нәтижесін алғыңыз келсе, GreenPAK бағдарламалық жасақтамасын жүктеп алып, аяқталған GreenPAK дизайн файлын қараңыз. GreenPAK әзірлеу жинағын компьютерге қосыңыз және роботтан кейінгі қабырға жасау үшін бағдарламаны басыңыз.

1 -қадам: Мәселе туралы мәлімдеме

Жақында жасанды интеллектке деген қызығушылық қайта пайда болды және бұл қызығушылықтың көп бөлігі толықтай автономды және ақылды машиналарға бағытталған. Мұндай роботтар адамның жауапкершілігін азайтады және автоматтандыруды мемлекеттік қызмет пен қорғаныс сияқты салаларға дейін кеңейте алады. AI зерттеушілері автономды роботтық көліктер арқылы өрт сөндіру, медициналық көмек, апатты жою және құтқару қызметтері сияқты қызметтерді автоматтандыруға тырысады. Бұл көліктерді жеңуге болатын бір қиындық - қоқыс, өрт, шұңқырлар сияқты кедергілерді қалай табуға және болдырмауға болады.

2 -қадам: Іске асыру мәліметтері

Бұл нұсқаулықта біз ультрадыбыстық сенсорды, инфрақызыл кедергілерді анықтайтын сенсорларды, қозғалтқыш тізбегін (L298N), төрт тұрақты ток қозғалтқыштарын, дөңгелектерді, 4 дөңгелекті автомобиль қаңқасын және GreenPAK SLG46620V чипін қолданамыз.

Ультрадыбыстық датчикті (aka sonar) іске қосу үшін GreenPAK контроллерінің цифрлық шығыс түйіні қолданылады, ал талдау үшін алдағы кедергілерден алынған жаңғырықты жинау үшін цифрлық кіріс түйреуіші қолданылады. IR кедергілерді анықтау сенсорының шығысы да байқалады. Шарттар жиынтығын қолданғаннан кейін, егер кедергі тым жақын болса, қозғалтқыштар (4 дөңгелектің әрқайсысына қосылған) соқтығыспау үшін реттеледі.

3 -қадам: Түсіндіру

Автономды кедергілерді болдырмайтын робот кедергілерді анықтауға да, соқтығысуды болдырмауға да қабілетті болуы керек. Мұндай роботтың дизайны әр түрлі датчиктерді біріктіруді талап етеді, мысалы, соққы сенсорлары, инфрақызыл сенсорлар, ультрадыбыстық датчиктер және т. Ультрадыбыстық сенсор баяу қозғалатын автономды робот үшін кедергілерді анықтау үшін қолайлы, себебі оның бағасы төмен және салыстырмалы түрде жоғары диапазоны бар.

Ультрадыбыстық сенсор қысқа ультрадыбыстық жарылыс шығарып, содан кейін жаңғырықты тыңдау арқылы заттарды анықтайды. Микроконтроллердің басқаруымен сенсор 40 кГц қысқа импульсті шығарады. Бұл импульс ауа арқылы объектіге тигенге дейін таралады, содан кейін сенсорға шағылысады. Сенсор хостқа жаңғырық анықталған кезде тоқтайтын шығыс сигналын береді. Осылайша, қайтарылған импульстің ені объектіге дейінгі қашықтықты есептеу үшін қолданылады.

Бұл кедергілерді болдырмайтын роботтық көлік ультрадыбыстық сенсорды қолданып, оның жолындағы заттарды анықтайды. Қозғалтқыштар IC драйвері арқылы GreenPAK -ке қосылады. Ультрадыбыстық сенсор роботтың алдыңғы жағына, ал кедергілерді анықтайтын екі сенсор роботтың сол және оң жағына бекітіліп, бүйірлік кедергілерді анықтайды.

Робот қалаған жолмен қозғалғанда ультрадыбыстық сенсор ультрадыбыстық толқындарды үздіксіз жібереді. Роботтың алдында кедергі болған кезде ультрадыбыстық толқындар кедергіден кері шағылады және бұл ақпарат GreenPAK -қа жіберіледі. Сонымен қатар, IR сенсорлары инфрақызыл толқындарды шығарады және қабылдайды. Ультрадыбыстық және ИҚ сенсорларының кірістерін түсіндіргеннен кейін GreenPAK төрт дөңгелектің әрқайсысының қозғалтқыштарын басқарады.

4 -қадам: Алгоритмнің сипаттамасы

Іске қосылған кезде төрт қозғалтқыш бір уақытта қосылады, бұл роботтың алға жылжуына әкеледі. Содан кейін ультрадыбыстық сенсор роботтың алдыңғы жағынан импульстерді белгілі бір уақыт аралығында жібереді. Егер кедергі болса, дыбыстық импульстар шағылысады және сенсор арқылы анықталады. Импульстің шағылуы кедергінің физикалық жағдайына байланысты: егер оның формасы біркелкі болмаса, онда шағылатын импульс аз болады; егер ол біркелкі болса, онда берілген импульстардың көпшілігі шағылады. Рефлексия кедергінің бағытына да байланысты. Егер ол сәл қисайса немесе сенсорға параллель қойылса, онда дыбыс толқындарының көпшілігі рефлексиясыз өтеді.

Роботтың алдында кедергі анықталған кезде, IR сенсорларының бүйірлік шығысы байқалады. Егер оң жақта кедергі анықталса, роботтың сол жақ дөңгелектері істен шығады, бұл оның солға бұрылуына әкеледі және керісінше. Егер кедергі анықталмаса, онда алгоритм қайталанады. Ағын диаграммасы 2 -суретте көрсетілген.

5-қадам: ультрадыбыстық сенсор HC-SR04

Ультрадыбыстық сенсор - дыбыс толқындарының көмегімен объектіге дейінгі қашықтықты өлшеуге болатын құрылғы. Ол белгілі бір жиіліктегі дыбыс толқынын жіберу және сол дыбыс толқынының кері қайтуын тыңдау арқылы қашықтықты өлшейді. Дыбыс толқыны мен кері толқын арасындағы өтетін уақытты жазып, дыбыс сенсоры мен объект арасындағы қашықтықты есептеуге болады. Дыбыс ауа арқылы шамамен 344 м/с (1129 фут/с) жылдамдықпен өтеді, осылайша сіз формула 1 көмегімен объектіге дейінгі қашықтықты есептей аласыз.

HC-SR04 ультрадыбыстық сенсоры төрт түйреуіштен тұрады: Vdd, GND, Trigger және Echo. Контроллерден импульс Trigger істігіне қолданылғанда, сенсор «динамиктен» ультрадыбыстық толқын шығарады. Шағылған толқындарды «қабылдағыш» анықтайды және Эхо түйреуіші арқылы контроллерге қайта жіберіледі. Сенсор мен кедергі арасындағы қашықтық неғұрлым ұзақ болса, Эхо түйреуішіндегі импульс соғұрлым ұзақ болады. Пульс сенсордан өтіп, екіге бөлінгенде қайтып оралу үшін дыбыс импульсі қажет уақытқа дейін қалады. Сонар іске қосылған кезде, ішкі таймер басталады және шағылған толқын анықталғанша жалғасады. Бұл уақытты екіге бөледі, себебі дыбыс толқынының кедергіге жету уақыты таймер қосулы болған уақыттың жартысына тең болды.

Ультрадыбыстық сенсордың жұмысы 4 -суретте көрсетілген.

Ультрадыбыстық импульсті генерациялау үшін триггерді 10 мс жоғары күйге қою керек. Бұл 8 циклді дыбыстық жарылысты жібереді, ол құрылғы алдындағы кез келген кедергіні шағылыстырады және сенсорға түседі. Эхо түйреуіші дыбыс толқыны өткен уақытты (микросекундтарда) шығарады.

6 -қадам: инфрақызыл кедергілерді анықтау датчигі модулі

Ультрадыбыстық сенсор сияқты, инфрақызыл (ИҚ) кедергілерді анықтаудың негізгі концепциясы - ИҚ сигналын (сәулелену түрінде) беру және оның шағылуын бақылау. IR сенсорлық модулі 6 -суретте көрсетілген.

Мүмкіндіктер

• Электрондық тақтада кедергілерді көрсететін шам бар
• Сандық шығыс сигналы
• Анықтау қашықтығы: 2 ~ 30 см
• Анықтау бұрышы: 35 °
• Салыстырушы чип: LM393
• Потенциометр көмегімен анықталатын қашықтықтың диапазоны:

○ Сағат тілімен: анықтау қашықтығын ұлғайту

○ Сағат тіліне қарсы: анықтау қашықтығын азайтыңыз

Ерекшеліктер

• Жұмыс кернеуі: 3-5 В тұрақты ток
• Шығу түрі: цифрлық коммутация шығысы (0 және 1)
• Оңай бекіту үшін 3 мм бұрандалы тесіктер
• Тақта өлшемі: 3,2 x 1,4 см

Бақылау индикаторының сипаттамасы 1 -кестеде сипатталған.

7 -қадам: L298N мотор драйверінің тізбегі

Электр қозғалтқыштарының тізбегі немесе H-Bridge тұрақты ток қозғалтқыштарының жылдамдығы мен бағытын бақылау үшін қолданылады. Ол бөлек тұрақты ток көзіне қосылуы керек екі кіріс бар (қозғалтқыштар қатты ток алады, және контроллерден тікелей берілмейді), әр қозғалтқыш үшін екі шығыс жиынтығы (оң және теріс), әрқайсысы үшін екі қосқыш түйреуіш шығыс жиынтығы және әр қозғалтқыштың шығуын бағыттау үшін екі түйреуіштер жиынтығы (әр қозғалтқыш үшін екі түйреуіш). Егер сол жақтағы екі түйреуішке бір түйреуішке логикалық деңгейлер ЖОҒАРЫ, ал екіншісіне LOW логикалық деңгейлері берілсе, сол жақ розеткаға қосылған қозғалтқыш бір бағытта бұрылады, ал егер логика реттілігі кері (LOW және HIGH) болса, қозғалтқыштар айналады қарама -қарсы бағытта. Бұл оң жақтағы түйреуіштер мен оң жақ шығыс қозғалтқышына қатысты. Егер жұптың екі түйреуішіне де логикалық деңгейлер ЖОҒАРЫ немесе ТӨМЕН берілсе, қозғалтқыштар тоқтайды.

Бұл қос бағытты қозғалтқыш драйвері L298 Dual H-Bridge мотор драйвері IC-де өте танымал. Бұл модуль екі қозғалтқышты екі бағытта оңай және дербес басқаруға мүмкіндік береді. Ол басқару үшін стандартты логикалық сигналдарды қолданады және ол екі фазалы қадамдық қозғалтқыштарды, төрт фазалы қадамдық қозғалтқыштарды және екі фазалы тұрақты ток қозғалтқыштарын басқара алады. Ол фильтрлі конденсатор мен тізбектегі құрылғыларды индуктивті жүктеменің кері ток әсерінен зақымданудан қорғайтын еркін айналым диодына ие, сенімділікті арттырады. L298 драйверінің кернеуі 5-35 В және логикалық деңгейі 5 В.

Қозғалтқыштың функциясы 2 -кестеде сипатталған.

Ультрадыбыстық сенсор, қозғалтқыш драйвері мен GPAK чипі арасындағы байланыстарды көрсететін блок -схема 8 -суретте көрсетілген.

8 -қадам: GreenPAK дизайны

0 матрицасында сенсордың триггерлік кірісі CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 және осциллятор көмегімен жасалды. Ультрадыбыстық сенсордың Эхо түйреуішінің кірісі Pin3 көмегімен оқылады. 3-разрядты LUT0-де үш кіріс қолданылады: біреуі жаңғырықтан, екіншісі-триггерден, үшіншісі-триггердің кірісі 30 бізге кешіктірілген. Бұл іздеу кестесінен шыққан нәтиже 1 матрицада қолданылады. ИҚ сенсорларының шығысы 0 матрицасында да алынады.

Матрицаның 1 -де P1 және P6 порттары НЕМЕСЕ қосылады және қозғалтқыш драйверінің Pin1 -ге бекітілген Pin17 -ке қосылады. Pin18 әрқашан LOW логикасында болады және қозғалтқыш драйверінің Pin2 -ге қосылады. Дәл осылай P2 және P7 порттары НЕМЕСЕ қосылады және қозғалтқыш драйверінің тізбегінің P3 -ке бекітілген GreenPAK Pin20 -ге қосылады. Pin19 мотор драйверінің Pin4 -ке қосылған және әрқашан LOW логикасында болады.

Эхо түйреуіші жоғары болса, бұл роботтың алдында объект тұрғанын білдіреді. Содан кейін робот IR сенсорларының сол және оң жақ кедергілерін тексереді. Егер роботтың оң жағында да кедергі болса, ол солға бұрылады, ал егер кедергі сол жақта болса, онда ол оңға бұрылады. Осылайша робот кедергілерді болдырмайды және соқтығыспай қозғалады.

Қорытынды

Бұл нұсқаулықта біз GreenPAK SLG46620V негізгі басқарушы элементі ретінде кедергілерді автоматты түрде анықтайтын қарапайым құрал құрдық. Қосымша схеманың көмегімен бұл дизайн белгілі бір нүктеге жол табу, лабиринтті шешу алгоритмі, алгоритмнен кейінгі сызық және т.

9 -қадам: аппараттық құралдардың суреттері