Robot mengimbangkan diri: 6 Langkah (dengan Gambar)

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

Dalam Instructable ini, kami akan menunjukkan kepada anda cara membina robot pengimbang diri yang kami buat sebagai projek sekolah. Ini berdasarkan beberapa robot lain, seperti nBot dan Instructable yang lain. Robot dapat dikendalikan dari telefon pintar Android melalui sambungan Bluetooth. Oleh kerana Instructable ini hanya merangkumi proses pembinaan, kami juga telah menulis dokumen untuk merangkumi latar belakang teknikal kod dan elektronik. Ini juga mengandungi pautan ke sumber yang digunakan, jadi anda dapat melihatnya jika dokumen tersebut tidak cukup lengkap untuk anda.

Untuk mengikuti semua langkah projek ini, anda memerlukan kemahiran mencetak 3D atau cara bijak lain untuk memasang roda pada motor.

Langkah 1: Keperluan

Robot itu berdasarkan papan pengawal gimbal tanpa berus Martinez. Terdapat sedikit variasi papan ini, tetapi selagi anda mempunyai satu dengan cip ATmega328 dan pengawal motor L6234, anda pasti baik-baik saja. Sekiranya anda mencari "papan Martinez" di Imej Google, anda akan melihat terdapat beberapa papan dengan penyambung yang mudah untuk cip IMU dan / atau bateri, bukan header pin atau lubang. Dalam kes terakhir, ia akan sangat berguna jika anda memesan sebungkus pin header, yang kemudian anda dapat menyolok ke lubang.

Senarai bahagian

Sebilangan item dalam senarai ini mengandungi pautan ke kedai web.

• Pengawal: Martinez BoardDX.com (juga dilengkapi dengan IMU dan beberapa pin header).
• IMU: MPU6050
• Bateri (bateri LiPo 3S 450 mAh) Catatan: anda juga memerlukan pengecas LiPo 3S eBay.com
• Motor 2x: Motor tanpa berus 2208, KV100DX.com
• Roda (anda boleh mendapatkannya dari mainan yang ada atau LEGO)
• Skru 6x M2 5 mm
• Skru 8x M3 (panjangnya bergantung pada bahan untuk luaran anda, panjangnya panjang)
• Cip Bluetooth HC-05 (pastikan untuk memasangkannya dengan papan antara muka bersiri terpasang, bukan hanya cip kosong) PENTING: Pastikan cip tersebut mempunyai pin berlabel KEY.
• Wayar: DuPont dari wanita ke wanita Membeli sebungkus 20 wayar akan lebih daripada cukup
• Pita Velcro
• Kabel USB untuk menyambungkan pengawal ke PC
• Pilihan: Header pinsDX.com (anda boleh memotong atau memecahkannya dengan panjang yang dikehendaki)
• Pencuci plastik dan spacer

Akhirnya, anda memerlukan beberapa akrilik, kayu atau kadbod-disertakan dengan gam atau pita-untuk membuat struktur yang menahan semua komponen.

Langkah 2: Konfigurasi Cip Bluetooth

Setelah anda mengetahui semua bahagian, sudah tiba masanya untuk konfigurasi cip Bluetooth. Anda memerlukan kabel USB untuk menyambungkan sambungan papan pengawal ke komputer anda dan juga Arduino IDE untuk berkomunikasi dengan komponen.

Untuk ini, anda perlu memuat turun fail:

HC-05_Serial_Interface.ino

Kemudian ikuti langkah berikut:

1. Sambungkan alat kawalan ke komputer anda dengan kabel USB.
2. Buka fail.ino dengan Arduino IDE.
3. Di IDE, pergi ke Tools, Board dan pastikan ia disetel ke Arduino / Genuino Uno.
4. Sekarang pergi ke Tools, Port dan tetapkan ke port COM yang dihubungkan oleh pengawal. Biasanya hanya ada satu port. Sekiranya terdapat banyak, periksa Pengurus Peranti (di Windows) untuk mengetahui yang mana pengawalnya.
5. Sekarang, tekan butang Muat naik di IDE dan tunggu muat naik selesai. Kemudian, cabut kabel USB dari komputer atau pengawal.

Setelah anda melakukan ini, sambungkan HC-05 menggunakan kabel DuPont seperti berikut:

Pengawal HC-05

KUNCI + 5V GND GND TXD RX RXD TX

Sekarang pasang kembali kabel USB, kemudian sambungkan pin VCC HC-05 ke + 5V lain pada pengawal. LED harus berkelip dengan selang ~ 1 saat.

Di Arduino IDE, pilih port COM yang betul, kemudian pergi ke Tools, Serial Monitor.

Tetapkan pilihan Line Ending di Serial Monitor ke Kedua NL & CR. Tetapkan kadar Baud ke 38400. Sekarang anda boleh menggunakan Serial Monitor untuk menghantar perintah persediaan ke cip Bluetooth. Ini adalah arahan:

AT Periksa sambungan

AT + NAMA Dapatkan / tetapkan nama paparan Bluetooth AT + UART Dapatkan / tetapkan kadar baud AT + ORGL Tetapkan semula lalai kilang AT + PSWD Dapatkan / tetapkan kata laluan Bluetooth

Untuk menukar nama, kata laluan dan kadar baud peranti Bluetooth, kirim arahan berikut:

AT + NAMA = "Nama Contoh"

AT + PSWD = "PassWord123" AT + UART = "230400, 1, 0"

Pilihan Nama dan Kata Laluan dapat diatur untuk apa sahaja yang anda mahukan, pastikan untuk menetapkan kadar baud menggunakan perintah yang sama seperti yang disenaraikan di atas. Ini menjadikannya 230400 baud, dengan 1 stop bit dan tanpa paritas. Setelah menyiapkan semuanya, sambungkan semula kabel USB (untuk keluar dari mod persediaan) dan cuba pasangkan telefon anda ke cip. Sekiranya semuanya berfungsi, lepaskan kabel USB dan teruskan ke langkah seterusnya.

Langkah 3: Memasang Roda ke Motor

Roda yang digunakan dalam projek ini mempunyai asal yang tidak diketahui (mereka terbaring di laci dengan banyak barang lain). Untuk memasang roda pada motor, kami 3D mencetak sekeping yang sesuai dengan lubang skru pada motor. Potongan itu disekat menggunakan tiga skru 2M 5-milimeter per motor. Kedua-dua kepingan mempunyai pin yang sesuai dengan lubang pada sumbu roda.

Model SolidWorks disertakan. Anda mungkin perlu mengubahnya untuk roda anda, atau mencari penyelesaian praktikal yang lain untuk menyesuaikan roda. Sebagai contoh, anda boleh menggunakan Dremel untuk mengukir lubang dengan ukuran yang sama dengan motor (atau sedikit lebih kecil untuk membuatnya pas), maka anda boleh menekan motor ke roda. Pastikan anda mendapatkan roda yang sesuai untuk pekerjaan ini jika anda merancang untuk melakukan ini.

Langkah 4: Membuat Bahagian Luar

Untuk bahagian luar, dua kepingan kayu digunakan dan dipotong dengan bentuk yang sama. Untuk memulakan, kami menandakan keliling motor di bahagian tengah bahagian bawah. Kami kemudian menandakan setiap sudut dengan garis 45 darjah, memastikan untuk membiarkan ruang yang cukup agar motor dapat duduk di tengah bawah. Kami kemudian mengikat dua kepingan kayu itu bersama-sama dan melihat sudut-sudut. Untuk menyelesaikan sesuatu, kami mengasah sudut agar tidak tajam dan mengeluarkan serpihan.

Kini tiba masanya untuk menggerudi lubang untuk skru dan paksi yang menonjol keluar dari belakang motor. Sekiranya anda mengikat kepingan kayu bersama-sama semasa menggerudi, anda hanya perlu mengebor setiap lubang sekali.

Untuk membuat susun atur lubang skru, kami menggunakan sehelai kertas dan meletakkannya di bahagian belakang motor dan menggunakan pensil untuk menekan lubang skru, tepat melalui kertas. Selembar kertas dengan empat lubang skru kemudian diletakkan di atas kayu sehingga kita dapat menandakan lokasi lubang yang akan digerudi. Untuk menggerudi lubang, gunakan gerudi 3, 5 mm. Sekarang, gunakan pensil dan pembaris untuk mencari pusat lubang-lubang ini dan buat lubang untuk sumbu menggunakan gerudi 5 mm. Pasang motor dengan skru M3, tetapi tinggalkan salah satu skru jarak yang lebih luas dari satu motor.

Untuk mendapatkan penyambung motor dan wayar di dalam robot, kami juga menggerudi lubang 8 mm sedikit di atas motor. Pastikan ruang yang cukup untuk wayar dibengkokkan tanpa terlalu menekannya.

Penting untuk bekerja setepat mungkin untuk membuat bahagian luar simetri (hampir) sempurna

Langkah 5: Memasang Komponen

Tandakan garis panduan pusat menegak di atas kayu sehingga anda dapat meletakkan komponen di tengahnya. Anda boleh melekatkan semuanya ke kayu menggunakan pita velcro. Dalam robot kami, kami menggunakan bolt dan mur kecil untuk mengikat papan pengawal, tetapi anda juga boleh menggunakan pita velcro (kami belum memilikinya pada masa kami memasang pengawal). Pastikan anda memasang kabel USB setelah anda selesai membuat pembinaan.

Kami meletakkan alat kawalan di tengah dengan port USB menunjuk ke bawah, sehingga kami dapat memasang kabel dari antara roda. Anda juga boleh mengarahkannya ke salah satu sisi.

Letakkan bateri setinggi mungkin, sehingga robot menjadi berat. Letakkan juga port pengecasan di tempat yang mudah dijangkau berhampiran tepi.

Cip Bluetooth

Sambungkan pin VCC cip Bluetooth ke + 5V pada pengawal, dan Bluetooth GND ke GND pengawal. Pin TXD pengawal pergi ke Bluetooth RX dan pin RXD pada pengawal menuju ke pin TX Bluetooth. Kemudian pasangkan cip Bluetooth di suatu tempat di panel kayu menggunakan pita velcro.

Cip Gerak

Cip gerak mempunyai dua lubang skru, jadi kami memasang cip menggunakan spacer, sedemikian rupa sehingga pusat cip jatuh di atas pusat motor. Orientasi tidak menjadi masalah, kerana robot menentukur dirinya ketika boot. Pastikan anda menggunakan mesin basuh plastik di bawah kepala skru untuk mengelakkan litar pintas.

Kemudian gunakan wayar DuPont untuk menyambungkan pin ke alat kawalan. Setiap pin dilabelkan sama pada pengawal seperti pada chip gerakan, jadi menyambungkannya cukup jelas.

Suis kuasa

Menyambungkan suis kuasa adalah mudah. Kami mengambilnya dari peranti lama, dan melepaskannya dari papan litarnya. Untuk menggunakannya sebagai suis kuasa untuk robot, anda sambungkan wayar positif bateri ke pin (dengan anggapan ia adalah suis tiga pin) di sisi yang ingin anda buat pada kedudukan suis. Kemudian, sambungkan pin tengah ke input kuasa positif pengawal. Kami menyolder kabel DuPont ke suis, supaya bateri itu sendiri tidak terpasang secara kekal pada suis.

Menghubungkan sisi

Sekarang anda mengetahui lokasi komponen dan anda mempunyai dua sisi robot. Langkah terakhir dalam membina robot akan menghubungkan kedua-dua belah pihak antara satu sama lain. kami menggunakan empat set tiga kepingan kayu yang dilekatkan bersama dan melekatkannya ke sisi sehingga cip gerakan kami berada di paksi tengah robot. Harus dikatakan bahawa bahan yang digunakan, dengan syarat cukup kuat, tidak terlalu penting. Anda bahkan boleh menggunakan sambungan yang lebih berat di bahagian atas untuk meningkatkan ketinggian pusat jisim lebih tinggi lagi. Tetapi tidak seperti kedudukan menegak pusat jisim, kedudukan mendatar pusat jisim harus diletakkan di tempat sebanyak mungkin, di atas paksi roda, kerana pengekodan kod untuk cip gerakan akan menjadi agak keras jika pusat mendatar dari jisim yang dipindahkan.

Sekarang anda sudah bersedia untuk memuat naik kod dan menyesuaikan pengawal.

Langkah 6: Memuat naik dan Menala Kod

Untuk memuat naik kod, anda memerlukan komputer dengan Arduino IDE. Muat turun fail.ino di bawah dan buka dengan Arduino IDE. Memuat naik ke pengawal dilakukan dengan cara yang sama seperti yang anda lakukan dengan kod dari persediaan Bluetooth.

Untuk membuat robot berfungsi, anda perlu memuat turun aplikasi ‘Joystick bluetooth Commander’ dari Play Store. Hidupkan kuasa robot dan letakkan di lantai, di bahagian depan atau belakangnya. Lancarkan aplikasi dan sambungkan ke cip Bluetooth. Datafield 1 akan bergerak dari XXX ke READY setelah robot telah menentukur dirinya sendiri (5 saat untuk meletakkannya di sisinya, diikuti dengan penentukuran 10 saat). Anda boleh menghidupkan robot dengan menukar butang 1 di aplikasi. Sekarang letakkan robot secara menegak di atas tanah dan lepaskan setelah anda merasakan motor dihidupkan. Ini adalah ketika robot mula mengimbangkan dirinya sendiri.

Robot itu kini siap untuk ditala, kerana kestabilannya mungkin tidak hebat. Anda mungkin mencuba jika ia berfungsi tanpa penalaan tambahan, tetapi anda harus menjadikan robot itu hampir sama dengan milik kita agar ia berfungsi dengan baik. Oleh itu, dalam kebanyakan kes, anda harus menyesuaikan pengawal agar berfungsi dengan baik dengan robot anda. Ia cukup mudah, walaupun memakan masa yang lama. Inilah caranya:

Menala pengawal

Di suatu tempat dalam kod anda akan menemui 4 pemboleh ubah, bermula dengan k. Ini adalah kp, kd, kc dan kv. Mulakan dengan menetapkan semua nilai ke sifar. Nilai pertama yang ditetapkan ialah kp. Nilai kp lalai ialah 0.17. Cuba tetapkan ke sesuatu yang jauh lebih rendah seperti 0.05. Matikan robot, muat naik kod dan lihat bagaimana ia cuba mengimbangkan. Sekiranya jatuh ke hadapan, tingkatkan nilainya. Cara paling bijak untuk melakukan ini adalah dengan menginterpolasi:

1. Tetapkan nilai kepada sesuatu yang rendah dan cubalah
2. Tetapkan nilai kepada sesuatu yang tinggi dan cubalah
3. Tetapkan nilai kepada rata-rata keduanya dan cubalah
4. Sekarang cuba cari sama ada ia seimbang lebih baik pada nilai rendah atau tinggi dan nilai rata-rata semasa dan nilai di mana ia berfungsi lebih baik.
5. Teruskan sehingga anda menemui tempat yang manis

Titik manis untuk nilai kp adalah ketika berada di sekitar pinggir bawah dan terlalu tinggi. Jadi kadang-kadang ia akan jatuh ke depan kerana tidak dapat mengikuti kelajuan jatuhnya, dan lain-lain ia akan jatuh ke belakang kerana ia melonjak ke arah yang berbeza.

Setelah anda menetapkan nilai kp, tetapkan kd. Ini dapat dilakukan dengan cara yang sama seperti yang anda lakukan dengan kp. Naikkan nilai ini sehingga robot hampir seimbang, sehingga ia akan bergoyang-goyang hingga jatuh. Sekiranya anda menetapkannya terlalu tinggi, anda boleh mendapatkan keseimbangan dengan cukup rapi, tetapi apabila keseimbangan terlalu banyak terganggu, ia akan jatuh (seperti ketika anda memberi tekanan). Oleh itu, cuba cari tempat yang tidak seimbang, tetapi cukup dekat.

Seperti yang anda sangka, menala pengawal mungkin memerlukan beberapa percubaan kerana semakin sukar dengan setiap pemboleh ubah baru diperkenalkan. Oleh itu, jika anda fikir ia tidak akan berjaya, mulakan semula.

Sekarang masanya untuk menetapkan kv. Interpolasikan ini sehingga anda menemui nilai di mana robot berhenti berayun, tetap seimbang dan dapat menangani tolakan ringan. Apabila ditetapkan terlalu tinggi, ia memberi kesan negatif terhadap kestabilan. Cuba bermain-main dengan kv dan kp untuk mencari titik yang paling stabil. Ini adalah langkah penalaan yang paling memakan masa.

Nilai terakhir ialah kc. Nilai ini menjadikan robot kembali ke posisi terakhir setelah mengimbangi tolakan atau sesuatu yang lain. Anda mungkin mencuba kaedah interpolasi yang sama di sini, tetapi 0.0002 mesti berfungsi dengan baik dalam kebanyakan kes.

Itu sahaja! Robot anda kini sudah siap. Gunakan kayu bedik pada telefon pintar anda untuk mengawal robot. Hati-hati, walaupun, maju dengan kelajuan maksimum mungkin masih membuat robot jatuh. Main dengan pemboleh ubah pengawal untuk mengimbangi ini sebanyak mungkin. Langkah yang paling logik adalah melihat nilai kp untuk ini, kerana secara langsung mengimbangi sudut robot saat ini.

Catatan penting pada bateri LiPo

Sebaiknya periksa voltan bateri LiPo anda secara berkala. Bateri LiPo tidak boleh habis hingga kurang dari 3 volt per sel-mengukur 9 volt pada LiPo 3S. Sekiranya voltan turun di bawah 3 volt per sel, akan ada kehilangan kapasiti bateri secara kekal. Sekiranya voltan menurun di bawah 2.5 volt per sel, buang bateri dan beli yang baru. Mengecas sel LiPo dengan kurang daripada 2.5 volt adalah berbahaya kerana rintangan dalaman menjadi sangat tinggi, mengakibatkan bateri panas dan bahaya kebakaran semasa mengecas.