DIY muur volg robot: 9 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

In hierdie instruksie sal ons verduidelik hoe u 'n stelsel vir hindernisopsporing en vermyding met 'n GreenPAK ™ saam met 'n paar eksterne ultrasoniese en infrarooi (IR) sensors kan ontwerp. Hierdie ontwerp sal 'n paar onderwerpe bekendstel wat nodig is vir outonome en kunsmatig intelligente robotstelsels.

Hieronder het ons die stappe beskryf wat nodig is om te verstaan hoe die oplossing geprogrammeer is om 'n muurvolgende robot te skep. As u egter net die resultaat van die programmering wil kry, laai GreenPAK -sagteware af om die reeds voltooide GreenPAK -ontwerplêer te sien. Koppel die GreenPAK Development Kit aan op u rekenaar en klik op die program om die muur -robot te skep.

Stap 1: Probleemstelling

Daar is onlangs 'n hernieude belangstelling in kunsmatige intelligensie, en baie daarvan is gerig op volledig outonome en intelligente masjiene. Sulke robotte kan menslike aanspreeklikheid tot 'n minimum beperk en outomatisering tot gebiede soos staatsdienste en verdediging uitbrei. AI -navorsers probeer dienste soos brandbestryding, mediese sorg, rampbestuur en lewensreddende pligte outomatiseer deur outonome robotvoertuie. Een uitdaging wat hierdie voertuie moet oorkom, is hoe om hindernisse soos puin, vuur, slaggate, ens.

Stap 2: Uitvoeringsbesonderhede

In hierdie instruksies gebruik ons 'n ultrasoniese sensor, 'n paar IR-hindernisopsporingsensors, 'n motorbestuurderbaan (L298N), vier gelykstroommotors, wiele, 'n motor met 4 wiele en 'n GreenPAK SLG46620V-chip.

'N Digitale uitsetpen van die GreenPAK -kontroleerder word gebruik om die ultrasoniese sensor (ook bekend as sonar) te aktiveer, en 'n digitale invoerpen word gebruik om die gevolglike eggo te versamel van die hindernisse wat voorlê vir analise. Die uitset van die IR -hindernisopsporingsensor word ook waargeneem. Na 'n stel voorwaardes, as 'n hindernis te naby is, word die motors (gekoppel aan elk van die vier wiele) aangepas om die botsing te voorkom.

Stap 3: Uitleg

Die outonome hindernis -vermydingsrobot moet in staat wees om struikelblokke op te spoor en botsings te vermy. Die ontwerp van so 'n robot vereis die integrasie van verskillende sensors, soos stampsensors, infrarooi sensors, ultrasoniese sensors, ens. Deur hierdie sensors op die robot te monteer, kan dit inligting kry oor die omliggende gebied. 'N Ultrasoniese sensor is geskik vir die opsporing van hindernisse vir 'n outonome robot wat stadig beweeg, aangesien dit 'n lae koste en 'n relatief hoë reikafstand het.

'N Ultrasoniese sensor bespeur voorwerpe deur 'n kort ultrasoniese uitbarsting uit te gee en dan na die eggo te luister. Onder die beheer van 'n gasheer -mikrobeheerder gee die sensor 'n kort pols van 40 kHz uit. Hierdie pols beweeg deur die lug totdat dit 'n voorwerp raak en dan weer na die sensor gereflekteer word. Die sensor verskaf 'n uitsetsein aan die gasheer wat eindig wanneer die eggo opgespoor word. Op hierdie manier word die breedte van die teruggestuurde pols gebruik om die afstand tot die voorwerp te bereken.

Hierdie voertuig wat 'n hindernis vermy, gebruik 'n ultrasoniese sensor om voorwerpe in sy pad op te spoor. Die motors word deur 'n motorbestuurder IC aan die GreenPAK gekoppel. Die ultrasoniese sensor is aan die voorkant van die robot vasgemaak, en die twee IR -hindernisopsporingsensors is aan die linker- en regterkant van die robot aangebring om syhindernisse op te spoor.

Terwyl die robot op die gewenste pad beweeg, stuur die ultrasoniese sensor deurlopend ultrasoniese golwe oor. Elke keer as 'n hindernis voor die robot is, word die ultrasoniese golwe van die hindernis af weerkaats, en die inligting word aan die GreenPAK gestuur. Terselfdertyd straal en ontvang die IR -sensors IR -golwe. Nadat die insette van die ultrasoniese en IR -sensors geïnterpreteer is, beheer die GreenPAK die motors vir elk van die vier wiele.

Stap 4: Beskrywing van algoritme

By die aanvang word die vier motors gelyktydig aangeskakel, wat veroorsaak dat die robot vorentoe beweeg. Vervolgens stuur die ultrasoniese sensor met gereelde tussenposes pulse van die voorkant van die robot uit. As 'n hindernis voorkom, word die klankpulse gereflekteer en deur die sensor bespeur. Die weerkaatsing van pulse hang af van die fisiese toestand van die hindernis: as dit onreëlmatig van vorm is, sal die weerspieëlde pulse minder wees; as dit eenvormig is, word die meeste van die oordraagde pulse gereflekteer. Die weerkaatsing hang ook af van die rigting van die hindernis. As dit effens gekantel of parallel met die sensor geplaas word, gaan die meeste klankgolwe onweerspieël verby.

As 'n hindernis voor die robot bespeur word, word die syuitsette van die IR -sensors waargeneem. As 'n hindernis aan die regterkant bespeur word, word die linkerbande van die robot gedeaktiveer, wat veroorsaak dat dit na links draai, en omgekeerd. As 'n hindernis nie opgespoor word nie, word die algoritme herhaal. Die vloeidiagram word in figuur 2 getoon.

Stap 5: Ultrasoniese sensor HC-SR04

'N Ultrasoniese sensor is 'n toestel wat die afstand tot 'n voorwerp kan meet met behulp van klankgolwe. Dit meet afstand deur 'n klankgolf teen 'n spesifieke frekwensie uit te stuur en te luister na die klankgolf om terug te spring. Deur die verstrekte tyd tussen die klankgolf wat gegenereer word en die klankgolf terug te keer, op te teken, is dit moontlik om die afstand tussen die sonarsensor en die voorwerp te bereken. Klank beweeg ongeveer 344 m/s deur die lug, sodat u die afstand tot die voorwerp kan bereken met behulp van formule 1.

Die ultrasoniese sensor HC-SR04 bestaan uit vier penne: Vdd, GND, Trigger en Echo. Elke keer as 'n pols van die kontroleerder op die snellerpen geplaas word, gee die sensor 'n ultraklankgolf van 'n 'luidspreker' af. Weerspieël golwe word deur die 'ontvanger' opgespoor en word via die Echo -pen na die beheerder oorgedra. Hoe langer die afstand tussen die sensor en 'n hindernis is, hoe langer sal die polsslag by die Echo -pen wees. Die pols bly aan vir die tyd wat dit nodig is om die sonarpuls van die sensor af te neem en terug te keer, gedeel deur twee. As die sonar geaktiveer word, begin 'n interne timer en gaan voort totdat die weerkaatsende golf bespeur word. Hierdie tyd word dan deur twee gedeel, want die werklike tyd wat die klankgolf geneem het om die hindernis te bereik, was die helfte van die tyd wat die timer aangeskakel het.

Die werking van die ultrasoniese sensor word in figuur 4 geïllustreer.

Om die ultraklankpuls te genereer, moet u die sneller vir 10μs in 'n HOOG toestand stel. Dit stuur 'n 8-siklus soniese uitbarsting, wat weerspieël van enige hindernis voor die toestel en deur die sensor ontvang word. Die Echo -pen gee die tyd (in mikrosekondes) weer wat die klankgolf gereis het.

Stap 6: Infrarooi obstakelopsporingssensormodule

Net soos die ultraklanksensor, is die basiese konsep van infrarooi (IR) hindernisopsporing om 'n IR -sein (in die vorm van straling) oor te dra en die weerkaatsing daarvan waar te neem. Die IR -sensormodule word in figuur 6 getoon.

Kenmerke

• Daar is 'n hindernis -aanwyser op die printplaat
• Digitale uitsetsein
• Opsporingsafstand: 2 ~ 30 cm
• Opsporingshoek: 35 °
• Vergelykingskyfie: LM393
• Verstelbare detectieafstandsbereik via potensiometer:

○ Kloksgewys: vergroot die opsporingsafstand

○ linksom: verminder opsporingsafstand

Spesifikasies

• Werkspanning: 3 - 5 V DC
• Uitgangstipe: Digitale skakeluitset (0 en 1)
• 3 mm skroefgate vir maklike montering
• Bordgrootte: 3,2 x 1,4 cm

Beheer aanwyser beskrywing beskryf in Tabel 1.

Stap 7: Motorbestuurderbaan L298N

Die motorbestuurderbaan, of H-Bridge, word gebruik om die spoed en rigting van die GS-motors te beheer. Dit het twee inlate wat aan 'n aparte gelykstroombron gekoppel moet word (motors trek swaar stroom, en kan nie direk van die beheerder voorsien word nie), twee stelle uitsette vir elke motor (positief en negatief), twee insetspennetjies vir elke stel uitsette en twee stelle penne vir die rigtingbeheer van elke motoruitlaat (twee penne vir elke motor). As aan die linkerkantste twee penne logiese vlakke HIGH vir die een pen en LOW vir die ander gegee word, sal die motor wat aan die linkeruitlaat gekoppel is, in een rigting draai, en as die volgorde van logika omgekeer word (LOW en HIGH), sal die motors draai in die teenoorgestelde rigting. Dieselfde geld die penne regs en die uitlaatmotor regs. As beide die penne in die paar logiese vlakke HOOG of LAAG gegee word, stop die motors.

Hierdie tweerigting motorbestuurder is gebaseer op die baie gewilde L298 Dual H-Bridge motorbestuurder IC. Met hierdie module kan u maklik en onafhanklik twee motors in beide rigtings beheer. Dit gebruik die standaard logiese seine vir beheer, en dit kan tweefase-stapmotors, vier-fase-stepper-motors en tweefase-GS-motors aandryf. Dit het 'n filterkondensator en 'n vrywiel -diode wat toestelle in die stroombaan beskerm teen beskadiging deur die omgekeerde stroom van 'n induktiewe las, wat die betroubaarheid verhoog. Die L298 het 'n drywerspanning van 5-35 V en 'n logiese vlak van 5 V.

Die funksie van die motorbestuurder word in Tabel 2 beskryf.

Die blokdiagram wat die verbindings tussen die ultrasoniese sensor, die motorbestuurder en die GPAK -chip toon, word in figuur 8 getoon.

Stap 8: GreenPAK -ontwerp

In Matrix 0 is die snellerinvoer vir die sensor gegenereer met behulp van CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 en die ossillator. Die invoer van die ultrasoniese sensor se Echo -pen word gelees met behulp van Pin3. Drie insette word toegepas by 3-bis LUT0: een van Echo, 'n ander van die Trigger, en 'n derde is die Trigger-invoer wat 30 ons vertraag het. Die uitset van hierdie opsoekstabel word gebruik in Matriks 1. Die uitset van die IR-sensors word ook in Matriks 0 geneem.

In Matriks 1 word die poorte P1 en P6 saamgekoppel en gekoppel aan Pin17, wat aan Pin1 van die motorbestuurder gekoppel is. Pin18 is altyd logies laag en is gekoppel aan Pin2 van die motorbestuurder. Net so is die poorte P2 en P7 saam gekoppel en gekoppel aan die GreenPAK se Pin20, wat aan P3 van die motorbestuurderbaan gekoppel is. Pin19 is gekoppel aan Pin4 van die motorbestuurder en is altyd logies laag.

As die Echo -pen HOOG is, beteken dit dat 'n voorwerp voor die robot is. Die robot kyk dan na die linker- en regterhindernisse van die IR -sensors. As daar ook 'n hindernis aan die regterkant van die robot is, draai dit links, en as daar 'n hindernis aan die linkerkant is, draai dit regs. Op hierdie manier vermy die robot hindernisse en beweeg sonder botsing.

Afsluiting

In hierdie instruksies het ons 'n eenvoudige outomatiese voertuig vir die opsporing en vermyding van hindernisse geskep met die GreenPAK SLG46620V as die belangrikste beheerselement. Met 'n paar ekstra kringe kan hierdie ontwerp verbeter word om ander take uit te voer, soos om 'n pad na 'n spesifieke punt te vind, 'n algoritme vir die oplossing van 'n doolhof, 'n reël wat algoritme volg, ens.

Stap 9: Hardeware -prente