Dinding DIY Mengikuti Robot: 9 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Dalam Instructable ini, kami akan menerangkan bagaimana merancang sistem pengesanan dan penghindaran halangan menggunakan GreenPAK ™ bersama dengan beberapa sensor ultrasonik dan inframerah (IR) luaran. Reka bentuk ini akan memperkenalkan beberapa topik yang diperlukan untuk sistem robotik yang autonomi dan pintar.

Di bawah ini kami menerangkan langkah-langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana penyelesaian telah diprogramkan untuk membuat dinding berikut robot. Namun, jika anda hanya ingin mendapatkan hasil pengaturcaraan, muat turun perisian GreenPAK untuk melihat Fail Reka Bentuk GreenPAK yang sudah siap. Pasang GreenPAK Development Kit ke komputer anda dan tekan program untuk membuat dinding berikut robot.

Langkah 1: Penyataan Masalah

Baru-baru ini minat baru dalam kecerdasan buatan, dan sebahagian besar minat itu ditujukan kepada mesin yang sepenuhnya autonomi dan pintar. Robot semacam itu dapat meminimumkan tanggungjawab manusia dan memperluas automasi ke bidang seperti perkhidmatan awam dan pertahanan. Penyelidik AI berusaha mengautomasikan perkhidmatan seperti memadam kebakaran, rawatan perubatan, pengurusan bencana, dan tugas menyelamatkan nyawa melalui kenderaan robot autonomi. Satu cabaran yang mesti diatasi oleh kenderaan ini adalah bagaimana berjaya mengesan dan menghindari rintangan seperti runtuhan, kebakaran, perangkap, dll.

Langkah 2: Perincian Pelaksanaan

Dalam Instructable ini, kita akan menggunakan sensor ultrasonik, sepasang sensor pengesanan halangan IR, litar pemandu motor (L298N), empat motor DC, roda, kerangka kereta pemacu 4 roda, dan cip GreenPAK SLG46620V.

Pin output digital pengawal GreenPAK digunakan untuk memicu sensor ultrasonik (aka sonar), dan pin input digital digunakan untuk mengumpulkan gema yang dihasilkan dari rintangan di depan untuk analisis. Output sensor pengesanan halangan IR juga diperhatikan. Setelah menerapkan satu set syarat, jika halangan terlalu dekat, motor (disambungkan ke setiap 4 roda) disesuaikan untuk mengelakkan perlanggaran.

Langkah 3: Penjelasan

Robot penghindaran halangan autonomi mestilah mampu mengesan halangan dan mengelakkan perlanggaran. Reka bentuk robot sedemikian memerlukan penggabungan sensor yang berbeza, seperti sensor bump, sensor inframerah, sensor ultrasonik, dan lain-lain. Dengan memasang sensor ini pada robot, ia dapat memperoleh maklumat mengenai kawasan sekitarnya. Sensor ultrasonik sesuai untuk pengesanan halangan untuk robot autonomi bergerak perlahan, kerana ia mempunyai kos rendah dan jarak yang agak tinggi.

Sensor ultrasonik mengesan objek dengan mengeluarkan ledakan ultrasonik pendek dan kemudian mendengar gema. Di bawah kawalan mikrokontroler host, sensor memancarkan nadi 40 kHz pendek. Nadi ini bergerak melalui udara sehingga memukul objek dan kemudian dipantulkan kembali ke sensor. Sensor memberikan isyarat output kepada host yang berhenti ketika gema dikesan. Dengan cara ini, lebar nadi yang dikembalikan digunakan untuk mengira jarak ke objek.

Kenderaan robot penghindar halangan ini menggunakan sensor ultrasonik untuk mengesan objek di jalannya. Motor disambungkan melalui IC pemandu motor ke GreenPAK. Sensor ultrasonik dipasang di bahagian depan robot, dan dua sensor pengesanan halangan IR dipasang di sisi kiri dan kanan robot untuk mengesan rintangan sisi.

Semasa robot bergerak di jalan yang diinginkan, sensor ultrasonik terus menerus menghantar gelombang ultrasonik. Setiap kali ada halangan di depan robot, gelombang ultrasonik dipantulkan kembali dari rintangan, dan maklumat tersebut disampaikan kepada GreenPAK. Pada masa yang sama, sensor IR memancarkan dan menerima gelombang IR. Setelah menafsirkan input dari sensor ultrasonik dan IR, GreenPAK mengendalikan motor untuk setiap empat roda.

Langkah 4: Huraian Algoritma

Pada permulaan, keempat motor dihidupkan secara serentak, menyebabkan robot bergerak ke depan. Seterusnya, sensor ultrasonik menghantar denyutan dari bahagian depan robot secara berkala. Sekiranya terdapat halangan, denyut suara dipantulkan dan dikesan oleh sensor. Pantulan denyutan bergantung pada keadaan fizikal halangan: jika bentuknya tidak teratur, maka denyutan yang dipantulkan akan menjadi lebih sedikit; jika ia seragam, maka sebahagian besar denyutan yang dipancarkan akan dipantulkan. Pantulan juga bergantung pada arah halangan. Sekiranya sedikit miring, atau diletakkan selari dengan sensor, maka sebahagian besar gelombang suara akan berlalu tanpa dipantulkan.

Apabila halangan dikesan di depan robot, maka output sisi dari sensor IR diperhatikan. Sekiranya halangan dikesan di sebelah kanan, tayar robot sebelah kiri dinonaktifkan, menyebabkan ia berpusing ke arah kiri, dan sebaliknya. Sekiranya halangan tidak dikesan, maka algoritma diulang. Gambarajah aliran ditunjukkan dalam Rajah 2.

Langkah 5: Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor ultrasonik adalah alat yang dapat mengukur jarak ke objek dengan menggunakan gelombang suara. Ia mengukur jarak dengan mengirimkan gelombang suara pada frekuensi tertentu dan mendengar gelombang bunyi itu kembali. Dengan merakam masa berlalu antara gelombang suara yang dihasilkan dan gelombang suara memantul kembali, adalah mungkin untuk menghitung jarak antara sensor sonar dan objek. Suara bergerak melalui udara sekitar 344 m / s (1129 kaki / s), jadi anda dapat mengira jarak ke objek menggunakan Formula 1.

Sensor ultrasonik HC-SR04 terdiri daripada empat pin: Vdd, GND, Trigger, dan Echo. Setiap kali denyut dari pengawal diterapkan pada pin Pemicu, sensor memancarkan gelombang ultrasound dari "pembesar suara." Gelombang pantulan dikesan oleh "penerima," dan dihantar kembali ke pengawal melalui pin Echo. Semakin lama jarak antara sensor dan halangan, semakin lama nadi pada pin Echo. Denyut nadi tetap berterusan untuk masa yang diperlukan nadi sonar untuk bergerak dari sensor dan kembali, dibahagi dua. Apabila sonar dipicu, pemasa dalaman bermula dan berterusan sehingga gelombang pantulan dikesan. Kali ini kemudian dibahagi dua kerana masa sebenar mengambil gelombang bunyi untuk mencapai halangan adalah separuh masa pemasa dihidupkan.

Pengoperasian sensor ultrasonik digambarkan dalam Rajah 4.

Untuk menghasilkan denyutan ultrasonik, anda perlu menetapkan Pencetus ke keadaan TINGGI selama 10μs. Itu akan menghasilkan ledakan sonik 8 kitaran, yang akan mencerminkan sebarang halangan di hadapan peranti dan diterima oleh sensor. Pin Echo akan mengeluarkan masa (dalam mikrodetik) gelombang suara bergerak.

Langkah 6: Modul Sensor Pengesanan Halangan Inframerah

Seperti sensor ultrasound, konsep asas pengesanan halangan inframerah (IR) adalah untuk menghantar isyarat IR (dalam bentuk radiasi) dan memerhatikan pantulannya. Modul sensor IR ditunjukkan dalam Rajah 6.

ciri-ciri

• Terdapat lampu penunjuk halangan pada papan litar
• Isyarat output digital
• Jarak pengesanan: 2 ~ 30 cm
• Sudut Pengesanan: 35 °
• Cip pembanding: LM393
• Julat jarak pengesanan boleh laras melalui potensiometer:

○ mengikut arah jam: Meningkatkan jarak pengesanan

○ Berlawanan arah jam: Kurangkan jarak pengesanan

Spesifikasi

• Voltan kerja: 3 - 5 V DC
• Jenis output: Output pensuisan digital (0 dan 1)
• Lubang skru 3 mm untuk pemasangan mudah
• Saiz papan: 3.2 x 1.4 cm

Keterangan Petunjuk Kawalan yang dijelaskan dalam Jadual 1.

Langkah 7: Litar Pemandu Motor L298N

Litar pemandu motor, atau H-Bridge, digunakan untuk mengawal kelajuan dan arah motor DC. Ia mempunyai dua saluran masuk yang mesti disambungkan ke sumber kuasa DC yang berasingan (motor menarik arus berat, dan tidak dapat dibekalkan secara langsung dari pengawal), dua set output untuk setiap motor (positif dan negatif), dua pin aktif untuk masing-masing set output, dan dua set pin untuk kawalan arah setiap soket motor (dua pin untuk setiap motor). Sekiranya dua pin paling kiri diberi tahap logik TINGGI untuk satu pin dan RENDAH untuk yang lain, motor yang disambungkan ke saluran keluar kiri akan berputar dalam satu arah, dan jika urutan logik terbalik (RENDAH dan TINGGI), motor akan berputar ke arah yang bertentangan. Perkara yang sama berlaku pada pin paling kanan dan motor keluar kanan. Sekiranya kedua-dua pin dalam pasangan diberi tahap logik TINGGI atau RENDAH, motor akan berhenti.

Pemacu motor dua arah dua ini berdasarkan pada L298 Dual H-Bridge Motor Driver IC yang sangat popular. Modul ini membolehkan anda mengawal dua motor dengan mudah dan bebas di kedua-dua arah. Ia menggunakan isyarat logik standard untuk kawalan, dan dapat menggerakkan motor stepper dua fasa, motor stepper empat fasa, dan motor DC dua fasa. Ia memiliki kapasitor penapis dan dioda freewheeling yang melindungi peranti dalam litar daripada rosak akibat arus terbalik dari beban induktif, meningkatkan kebolehpercayaan. L298 mempunyai voltan pemacu 5-35 V dan tahap logik 5 V.

Fungsi pemandu motor dijelaskan dalam Jadual 2.

Gambarajah blok yang menunjukkan hubungan antara sensor ultrasonik, pemandu motor, dan cip GPAK ditunjukkan dalam Rajah 8.

Langkah 8: Reka Bentuk GreenPAK

Dalam Matrix 0, input pemicu untuk sensor dihasilkan menggunakan CNT0 / DLY0, CNT5 / DLY5, INV0, dan oscillator. Input dari pin Echo sensor ultrasonik dibaca menggunakan Pin3. Tiga input diterapkan pada LUT0 3-bit: satu dari Echo, satu lagi dari Trigger, dan yang ketiga adalah input Trigger yang ditangguhkan oleh 30 orang. Output dari jadual carian ini digunakan dalam Matrix 1. Output dari sensor IR juga diambil dalam Matrix 0.

Di Matrix 1, port P1 dan P6 disatukan ATAU dan disambungkan ke Pin17, yang dilampirkan ke Pin1 pemandu motor. Pin18 selalu berada pada logik RENDAH dan disambungkan ke Pin2 pemandu motor. Begitu juga, port P2 dan P7 disatukan ATAU dan disambungkan ke Pin20 GreenPAK, yang dipasang pada P3 litar pemandu motor. Pin19 disambungkan ke Pin4 pemandu motor dan sentiasa logik RENDAH.

Apabila pin Echo TINGGI, ini bermaksud objek berada di hadapan robot. Robot kemudian memeriksa halangan kiri dan kanan dari sensor IR. Sekiranya halangan juga terdapat di sebelah kanan robot, maka ia berpusing ke kiri, dan jika ada halangan di sebelah kiri, maka ia berpusing ke kanan. Dengan cara ini, robot mengelakkan halangan dan bergerak tanpa perlanggaran.

Kesimpulannya

Dalam Instructable ini, kami membuat kenderaan pengesanan dan penghindaran halangan automatik sederhana menggunakan GreenPAK SLG46620V sebagai elemen kawalan utama. Dengan beberapa litar tambahan, reka bentuk ini dapat ditingkatkan untuk melakukan tugas-tugas lain seperti mencari jalan ke titik tertentu, algoritma penyelesaian labirin, garis berikut algoritma, dll.

Langkah 9: Gambar Perkakasan