Өзін-өзі теңестіретін робот: 6 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:26

Бұл нұсқаулықта біз сізге мектеп жобасы ретінде жасаған өзін-өзі теңестіретін роботты қалай жасау керектігін көрсетеміз. Ол басқа роботтарға негізделген, мысалы, nBot және басқа нұсқаулық. Роботты Android смартфонынан Bluetooth байланысы арқылы басқаруға болады. Бұл нұсқаулық тек құрылыс процесін қамтығандықтан, біз код пен электрониканың техникалық негізін қамтитын құжат жаздық. Ол сонымен қатар пайдаланылған көздерге сілтемелерді қамтиды, сондықтан егер құжат сізге толық емес болса, оларды қарауға болады.

Бұл жобаның барлық қадамдарын орындау үшін сізге 3D басып шығару дағдылары немесе дөңгелектерді қозғалтқыштарға бекітудің басқа да ақылды әдісі қажет.

1 -қадам: талаптар

Робот Martinez щеткасыз гимбальды басқару тақтасына негізделген. Бұл тақтаның шамалы өзгеруі бар, бірақ егер сізде ATmega328 чипі мен L6234 мотор контроллері бар болса, бәрі жақсы. Егер сіз Google Images -тен «Мартинес тақтасын» іздесеңіз, түйреуіштер мен тесіктердің орнына IMU чипі мен/немесе батареясына оңай қосылатын тақталар бар екенін көресіз. Соңғы жағдайда, егер сіз тесіктерге дәнекерлеуге болатын бастың түйреуіштеріне тапсырыс берсеңіз, бұл пайдалы болады.

Бөлімдер тізімі

Бұл тізімдегі кейбір элементтерде веб -дүкендерге сілтемелер бар.

• Контроллер: Martinez BoardDX.com (сонымен қатар ИМУ мен кейбір тақырып түйреуіштерімен бірге келеді).
• IMU: MPU6050
• Батарея (450 мАч 3S LiPo аккумуляторы) Ескерту: сізге 3S LiPo зарядтағыш қажет eBay.com
• 2x қозғалтқышы: щеткасыз қозғалтқыш 2208, KV100DX.com
• Дөңгелектер (мұны бұрыннан бар ойыншықтардан немесе LEGO -дан алуға болады)
• 6х М2 бұранда 5 мм
• 8x M3 бұранда (ұзындығы сыртқы материалға байланысты, біреуі ұзын болуы керек)
• HC-05 Bluetooth чипі (жалаңаш чип емес, сериялық интерфейс тақтасы қосылғанын ұмытпаңыз) МАҢЫЗДЫ: Чипте KEY деп белгіленген түйреуіш бар екеніне көз жеткізіңіз.
• Сымдар: әйелден әйелге DuPont 20 сымнан тұратын пакетті сатып алу жеткілікті болады
• Велкро таспа
• Контроллерді компьютерге қосу үшін USB кабелі
• Қосымша: pinsDX.com тақырыбы (оларды қажетті ұзындыққа кесуге немесе үзуге болады)
• Пластикалық шайбалар мен аралықтар

Ақырында, барлық компоненттерді ұстайтын құрылымды жасау үшін сізге акрил, ағаш немесе картон, желім немесе таспамен бірге қажет.

2 -қадам: Bluetooth чипінің конфигурациясы

Барлық бөлшектерді ұстағаннан кейін, Bluetooth чипінің конфигурациясының уақыты келді. Контроллер тақтасын компьютерге қосу үшін сізге USB кабелі, сондай -ақ компоненттермен байланысу үшін Arduino IDE қажет.

Ол үшін сізге файлды жүктеу қажет:

HC-05_Serial_Interface.ino

Содан кейін мына қадамдарды орындаңыз:

1. Контроллерді компьютерге USB кабелі арқылы қосыңыз.
2. Arduino IDE көмегімен.ino файлын ашыңыз.
3. IDE -де Tools, Board бөліміне өтіп, Arduino/Genuino Uno -ға орнатылғанын тексеріңіз.
4. Енді Tools, Port бөліміне өтіп, контроллер қосылған COM портына орнатыңыз. Әдетте бір ғана порт бар. Егер бірнеше болса, қайсысы контроллер екенін білу үшін Құрылғы менеджерін тексеріңіз (Windows жүйесінде).
5. Енді IDE ішіндегі Жүктеу түймесін басып, жүктеудің аяқталуын күтіңіз. Содан кейін USB кабелін компьютерден немесе контроллерден ажыратыңыз.

Мұны жасағаннан кейін, HC-05-ді DuPont кабельдерін пайдаланып келесідей қосыңыз:

HC-05 контроллері

KEY +5V GND GND TXD RX RXD TX

Енді USB кабелін қайтадан қосыңыз, содан кейін HC-05 VCC түйреуішін контроллердегі басқа +5 В-қа қосыңыз. Жарық диоды ~ 1 секундтық интервалмен жыпылықтауы керек.

Arduino IDE -де дұрыс COM портын таңдаңыз, содан кейін Құралдарға, сериялық мониторға өтіңіз.

Сериялық монитордағы Line Ending опциясын NL және CR -ге орнатыңыз. Baud жиілігін 38400 -ге орнатыңыз. Енді сіз Bluetooth чипіне орнату командаларын жіберу үшін сериялық мониторды пайдалана аласыз. Бұл командалар:

AT Байланысты тексеріңіз

AT+NAME Bluetooth дисплейінің атын алу/орнату AT+UART AT+ORGL өткізу жылдамдығын алу/орнату AT+PSWD зауыттық әдепкі параметрлерді қалпына келтіру AT+PSWD Bluetooth құпия сөзін алу/орнату.

Bluetooth құрылғысының атын, құпия сөзін және беру жылдамдығын өзгерту үшін келесі пәрмендерді жіберіңіз:

AT+NAME = «Мысал атауы»

AT+PSWD = «PassWord123» AT+UART = «230400, 1, 0»

Аты мен құпия сөз опцияларын қалағаныңызша орнатуға болады, тек жоғарыда көрсетілгендей пәрменді қолданып жіберу жылдамдығын орнатыңыз. Бұл оны 230400 бадаға теңестіреді, 1 тоқтату биті мен паритеті жоқ. Барлығын орнатқаннан кейін, USB кабелін қайта қосыңыз (орнату режимінен шығу үшін) және телефонды чиппен жұптастырып көріңіз. Егер бәрі жұмыс істесе, USB кабелін ажыратып, келесі қадамға өтіңіз.

3 -қадам: Дөңгелектерді қозғалтқыштарға бекіту

Бұл жобада қолданылған дөңгелектердің шығу тегі белгісіз (олар басқа заттармен бірге тартпада жатты). Дөңгелектерді қозғалтқыштарға бекіту үшін біз қозғалтқыштардың бұрандалы тесіктеріне сәйкес келетін бөлікті 3D басып шығардық. Бөліктер бір қозғалтқышқа 5 миллиметрлік 2M үш бұранда көмегімен бекітілген. Екі бөлікте де доңғалақтардың осьтеріндегі тесіктерге сәйкес келетін түйреуіш бар.

SolidWorks моделі қосылған. Мүмкін сіз оны дөңгелектерге өзгертуіңіз керек немесе дөңгелектерге сәйкес келетін басқа практикалық шешім табуыңыз керек. Мысалы, сіз Dremel көмегімен қозғалтқыштың өлшемімен бірдей тесік ойып алуыңыз мүмкін (немесе оған ыңғайлы болу үшін кішкене кішкене), содан кейін қозғалтқышты дөңгелекке баса аласыз. Егер сіз мұны жоспарласаңыз, осы жұмысқа сәйкес дөңгелектерді алғаныңызға сенімді болыңыз.

4 -қадам: Сыртқы түрін жасау

Сыртқы жағынан ағаштың екі бөлігі пайдаланылып, сол пішінде кесілген. Бастау үшін біз бөліктің төменгі ортасында қозғалтқыштың айналымын белгіледік. Содан кейін біз әр бұрышты 45 градус сызықпен белгілеп, мотордың төменгі ортасында отыру үшін жеткілікті орын қалдыруды ұмытпадық. Содан кейін біз ағаштың екі бөлігін түйіп, бұрыштарын араладық. Жұмысты аяқтау үшін біз бұрыштарды тегістеп, сынықтарды алып тастау үшін тегістедік.

Енді қозғалтқыштың арқасынан шығатын бұрандалар мен осьтерге тесіктерді бұрғылау уақыты келді. Егер сіз бұрғылау кезінде ағаш кесектерін қыссаңыз, әр тесікті бір рет бұрғылауға тура келеді.

Бұрандалы тесіктердің орналасуын жасау үшін біз қағазды қолдандық және оны қозғалтқыштың артқы жағына қойдық, ал қарындашпен бұрандалы тесіктерге қағаз арқылы кіргіздік. Біз бұрғыланатын тесіктердің орнын белгілеу үшін төрт бұрандалы тесіктері бар қағазды ағашқа қойдық. Тесіктерді бұрғылау үшін 3, 5 мм бұрғылауды қолданыңыз. Енді қарындаш пен сызғышты қолданып, осы тесіктердің ортасын табыңыз және осіне 5 мм бұрғымен тесік жасаңыз. Қозғалтқыштарды M3 бұрандалармен бекітіңіз, бірақ бір қозғалтқыштан кеңірек бұрандалардың бірін қалдырыңыз.

Қозғалтқыш коннекторы мен сымды роботтың ішіне алу үшін біз қозғалтқыштан сәл жоғары 8 мм тесік жасадық. Сымдардың қатты қысылмай бүгілуі үшін жеткілікті орын бар екеніне көз жеткізіңіз.

(Жақын) симметриялы экстерьер жасау үшін мүмкіндігінше дәл жұмыс істеу маңызды

5 -қадам: компоненттерді орнату

Ортаға компоненттерді орналастыру үшін ағашқа тік орталық бағыттағышты белгілеңіз. Ағашқа бәрін велкро таспамен бекітуге болады. Біздің роботта контроллер тақтасын бекіту үшін біз болттар мен гайкаларды қолдандық, бірақ сіз велкро таспаны да қолдана аласыз (контроллерді бекіту кезінде бізде әлі жоқ). Құрылысты аяқтағаннан кейін USB кабелін қосуға болатынына көз жеткізіңіз.

Біз контроллерді ортасына USB порты төмен қаратып қойдық, осылайша кабельді доңғалақтардың арасына қосуға болады. Сіз оны жақтардың біріне көрсете аласыз.

Батареяны мүмкіндігінше жоғары қойыңыз, осылайша робот ауыр болады. Сондай-ақ, зарядтау портын шетіне жақын қол жетімді жерге қойыңыз.

Bluetooth чипі

Bluetooth чипінің VCC түйреуішін контроллердегі +5В -ке, ал Bluetooth GND -ді контроллердің GND -не қосыңыз. Контроллердің TXD түйреуі Bluetooth RX -ке, ал контроллердегі RXD түйреуі Bluetooth TX түйреуішіне өтеді. Содан кейін Bluetooth чипін велкро таспамен ағаш тақтаға жабыстырыңыз.

Қозғалыс чипі

Қозғалыс микросхемасында екі бұрандалы тесік бар, сондықтан біз чиптің ортасы мотордың ортасынан төмен түсетіндей етіп аралық бөлгішті қолдандық. Бағыт маңызды емес, өйткені робот жүктеу кезінде өзін калибрлейді. Тізбектің тұйықталуын болдырмау үшін бұрандалы бастың астына пластикалық шайбаны қолданғаныңызға сенімді болыңыз.

Содан кейін түйреуіштерді контроллерге қосу үшін DuPont сымдарын қолданыңыз. Әр түйреуіш контроллерде қозғалтқыш микросхемадағыдай таңбаланған, сондықтан оны қосу өте түсінікті.

Қуат қосқышы

Қуат қосқышын қосу оңай. Біз ескі құрылғыдан біреуін алып, оны тақтадан ажыратып тастадық. Оны роботтың қуат қосқышы ретінде пайдалану үшін сіз батареяның оң сымын қосқыштың қосылатын күйінде қалайтын жағындағы түйреуішке (үш түйреуішті қосқыш деп есептесеңіз) қосасыз. Содан кейін орталық түйреуішті контроллердің оң қуат кірісіне қосыңыз. Біз батареяның коммутаторға тұрақты түрде қосылмауы үшін қосқышқа DuPont сымдарын дәнекерледік.

Бүйірлерді қосу

Енді сіз компоненттердің орналасқан жерін білесіз және сізде роботтың екі жағы бар. Роботты құрастырудың соңғы кезеңі екі жақты бір -бірімен байланыстыру болады. біз үш ағаштан жасалған төрт топтаманы қолдандық және оны екі жаққа бұрап қойдық, осылайша біздің қозғалыс чипі роботтың ортаңғы осінде болды. Айта кету керек, егер ол жеткілікті берік болса, қолданылатын материал тым маңызды емес. Масса центрінің биіктігін одан да жоғарылату үшін үстіңгі жағындағы ауыр қосылымды қолдануға болады. Масса центрінің вертикальды орналасуынан айырмашылығы, қозғалыс чипінің кодын көлденең центрге қарағанда қаттырақ болатындықтан, дөңгелектің осінен жоғары көлденең орналасуы мүмкіндігінше орнында ұсталуы керек. массасы ығыстырылған.

Енді сіз кодты жүктеп, контроллерді реттеуге дайынсыз.

6 -қадам: кодты жүктеу және баптау

Кодты жүктеу үшін сізге Arduino IDE бар компьютер қажет. Төмендегі.ino файлын жүктеп алып, оны Arduino IDE көмегімен ашыңыз. Оны контроллерге жүктеу Bluetooth қондырғысының кодымен дәл осылай жасалады.

Робот жұмыс істеуі үшін сізге Play Store -дан 'Joystick bluetooth Commander' қосымшасын жүктеп алу қажет. Роботтың қуатын қосып, еденге оның алдыңғы немесе артқы жағына қойыңыз. Бағдарламаны іске қосыңыз және Bluetooth чипіне қосылыңыз. Datafield 1 робот өзін калибрлегеннен кейін XXX -тан READY -ге ауысады (оны өз жағына қою үшін 5 секунд, содан кейін 10 секунд калибрлеу). Сіз роботты қосымшаның 1 түймесін ауыстырып қосуға болады. Енді роботты жерге тігінен қойып, қозғалтқыштардың қосылып жатқанын сезген соң жіберіңіз. Бұл кезде робот өзін -өзі теңестіре бастайды.

Робот енді баптауға дайын, өйткені оның тұрақтылығы жақсы емес. Сіз оны қосымша баптаусыз жұмыс істейтінін көре аласыз, бірақ оның дұрыс жұмыс істеуі үшін роботты біздікіне ұқсас етіп жасау керек. Сондықтан көп жағдайда роботпен жақсы жұмыс істеу үшін контроллерді реттеу керек. Бұл көп уақытты қажет ететініне қарамастан, өте оңай. Міне, мұны қалай жасауға болады:

Контроллерді реттеу

Кодтың бір жерінде сіз k -ден басталатын 4 айнымалыны таба аласыз. Бұл kp, kd, kc және kv. Барлық мәндерді нөлге қою арқылы бастаңыз. Орнатылатын бірінші мән - kp. Әдепкі kp мәні - 0,17. Оны 0,05 сияқты әлдеқайда төмен етіп орнатып көріңіз. Роботты өшіріңіз, кодты жүктеңіз және оның тепе -теңдікке қалай тырысатынын көріңіз. Егер ол алға қарай түссе, мәнді арттырыңыз. Мұны істеудің ең ақылды әдісі - интерполяция:

1. Мәнді төмен деңгейге қойыңыз және оны сынап көріңіз
2. Мәнді жоғары деңгейге қойыңыз және оны сынап көріңіз
3. Екеуінің мәнін орташа мәнге қойып, оны сынап көріңіз
4. Енді ол төмен немесе жоғары мән бойынша жақсы теңдестірілгенін білуге тырысыңыз, ал орташа мән ағымдағы және ол жақсы жұмыс істеді.
5. Тәтті жерді тапқанша жалғастырыңыз

Кп мәнінің тәтті нүктесі- бұл шамадан тыс және шамадан тыс өтеу шегінде. Кейде ол алға қарай құлдырайды, өйткені ол өзінің жылдамдығына жете алмайды, ал басқа уақытта артқа қарай құлайды, себебі ол басқа бағытта асып түседі.

Kp мәнін орнатқаннан кейін, kd орнатыңыз. Мұны kp -де жасаған сияқты жасауға болады. Робот тепе -теңдікке жеткенше осы мәнді жоғарылатыңыз, сонда ол құлағанға дейін алға -артқа айналады. Егер сіз оны тым жоғары қойсаңыз, онда сіз оны теңдестіре аласыз, бірақ тепе -теңдік тым бұзылған кезде ол құлап кетеді (мысалы, сіз оны итерген кезде). Сондықтан теңдестірілген емес, бірақ өте жақын жерді табуға тырысыңыз.

Сіз болжап отырғандай, контроллерді баптау бірнеше әрекетті қажет етуі мүмкін, себебі әрбір жаңа айнымалы енгізілген сайын қиындай түседі. Сондықтан, егер бұл жұмыс істемейді деп ойласаңыз, қайтадан бастаңыз.

Енді квадратты орнататын кез келді. Мұны робот тербелуді тоқтататын, тепе -теңдікті сақтайтын және жеңіл итеруді басқара алатын мәнді тапқанша интерполяциялаңыз. Ол тым жоғары орнатылған кезде тұрақтылыққа теріс әсер етеді. Kv және kp көмегімен ойнап көріңіз, ол ең тұрақты нүктені табады. Бұл баптаудың ең көп уақытты қажет ететін қадамы.

Соңғы мән - kc. Бұл мән роботты итеруді немесе басқа нәрсені өтегеннен кейін соңғы орнына қайтарады. Сіз дәл сол интерполяция әдісін қолдана аласыз, бірақ 0.0002 көп жағдайда жақсы жұмыс істеуі керек.

Міне бітті! Сіздің робот қазір дайын. Роботты басқару үшін смартфондағы джойстикті қолданыңыз. Сақ болыңыз, өйткені максималды жылдамдықпен алға жылжу роботты құлап кетуі мүмкін. Мұны мүмкіндігінше өтеу үшін контроллердің айнымалыларымен ойнаңыз. Ең логикалық қадам - бұл kp мәнін қарау, себебі бұл роботтың ағымдағы бұрышын тікелей өтейді.

LiPo батареялары туралы маңызды ескерту

LiPo батареясының кернеуін үнемі тексеріп отыру ұсынылады. LiPo батареялары 3S LiPo-да 9 вольтты бір ұяшыққа 3 вольттан төмен зарядталмауы керек. Егер кернеу бір ұяшыққа 3 вольттан төмен түссе, батарея сыйымдылығының тұрақты жоғалуы болады. Егер кернеу бір ұяға 2,5 вольттан төмен түссе, батареяны тастаңыз және жаңасын сатып алыңыз. 2,5 вольттан төмен LiPo ұяшығын зарядтау қауіпті, себебі ішкі қарсылық өте жоғары болады, нәтижесінде батареяның қызуы мен зарядтау кезінде өрт қаупі бар..