DIY seina jälgimisrobot: 9 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Selles juhendis selgitame, kuidas kavandada takistuste tuvastamise ja vältimise süsteem GreenPAK ™ -i abil koos mõne välise ultraheli- ja infrapuna (IR) anduriga. See disain tutvustab mõningaid teemasid, mis on vajalikud autonoomsete ja kunstlikult intelligentsete robotsüsteemide jaoks.

Allpool kirjeldasime samme, mis on vajalikud, et mõista, kuidas lahendus on programmeeritud seinale järgneva roboti loomiseks. Kui aga soovite lihtsalt programmeerimise tulemust saada, laadige GreenPAKi tarkvara alla, et vaadata juba valminud GreenPAK disainifaili. Ühendage GreenPAK arenduskomplekt oma arvutiga ja vajutage programmi, et luua seinale järgnev robot.

1. samm: probleemipüstitus

Hiljuti on huvi tehisintellekti vastu taas tõusnud ja suur osa sellest on suunatud täielikult autonoomsetele ja intelligentsetele masinatele. Sellised robotid võivad minimeerida inimvastutust ja laiendada automatiseerimist sellistele valdkondadele nagu avalikud teenistused ja kaitse. Tehisintellekti teadlased üritavad autonoomsete robotsõidukite kaudu automatiseerida selliseid teenuseid nagu tuletõrje, arstiabi, katastroofide ohjamine ja elupäästmisülesanded. Üks väljakutse, mida need sõidukid peavad ületama, on see, kuidas edukalt avastada ja vältida selliseid takistusi nagu killustik, tulekahju, lõksud jne.

2. toiming: rakendamise üksikasjad

Selles juhendis kasutame ultrahelisensorit, paari takistuste tuvastamise andurit, mootori juhtahelat (L298N), nelja alalisvoolumootorit, rattaid, nelikveolist autokarkassi ja GreenPAK SLG46620V kiipi.

Ultrahelianduri (aka sonari) käivitamiseks kasutatakse GreenPAK -kontrolleri digitaalset väljundnõela ja digitaalset sisendnõela, et koguda analüüsist tulenev takistus. Jälgitakse ka IR takistuste tuvastamise anduri väljundit. Kui teatud tingimuste rakendamine on takistus liiga lähedal, reguleeritakse mootoreid (ühendatud iga nelja rattaga), et vältida kokkupõrget.

3. samm: selgitus

Autonoomne takistuste vältimise robot peab olema võimeline nii takistusi avastama kui ka kokkupõrkeid vältima. Sellise roboti konstruktsioon nõuab erinevate andurite, näiteks põrkeandurite, infrapuna-, ultraheliandurite jne integreerimist. Neid andureid robotile paigaldades saab ta teavet ümbritseva piirkonna kohta. Ultrahelisensor sobib aeglaselt liikuva autonoomse roboti takistuste tuvastamiseks, kuna sellel on madal hind ja suhteliselt suur tööulatus.

Ultraheliandur tuvastab esemeid lühikese ultrahelipurske saatmisega ja seejärel kaja kuulamisega. Vastuvõtva mikrokontrolleri juhtimisel väljastab andur lühikese 40 kHz impulsi. See impulss liigub läbi õhu, kuni tabab objekti ja peegeldub seejärel tagasi andurile. Andur annab hostile väljundsignaali, mis lõpeb kaja tuvastamisel. Nii kasutatakse tagastatud impulsi laiust objekti kauguse arvutamiseks.

See takistuste vältimise robot -sõiduk kasutab ultraheliandurit, et tuvastada oma teel olevaid objekte. Mootorid on ühendatud mootori juhi IC kaudu GreenPAKiga. Ultraheli andur on kinnitatud roboti esiosa külge ja kaks IR takistuste tuvastamise andurit on kinnitatud roboti vasakule ja paremale küljele, et tuvastada külgmised takistused.

Kui robot liigub soovitud teel, edastab ultraheliandur pidevalt ultraheli laineid. Kui mõni takistus on roboti ees, peegelduvad ultraheli lained takistuselt tagasi ja see teave edastatakse GreenPAKile. Samaaegselt kiirgavad ja võtavad IR -andurid vastu IR -laineid. Pärast ultraheli- ja IR -andurite sisendite tõlgendamist juhib GreenPAK iga nelja ratta mootoreid.

4. samm: algoritmi kirjeldus

Käivitamisel lülitatakse neli mootorit samaaegselt sisse, mistõttu robot liigub edasi. Järgmisena saadab ultrahelisensor korrapäraste ajavahemike järel roboti esiosast impulsse. Takistuse korral peegelduvad helipulsid ja andur tuvastab need. Impulsside peegeldus sõltub takistuse füüsilisest olekust: kui see on ebakorrapärase kujuga, on peegeldunud impulsse vähem; kui see on ühtlane, peegeldub enamik edastatud impulsse. Peegeldus sõltub ka takistuse suunast. Kui see on kergelt kallutatud või asetatud anduriga paralleelselt, möödub enamik helilaineid peegeldumata.

Kui roboti ees tuvastatakse takistus, jälgitakse IR -andurite külgväljundeid. Kui paremal küljel tuvastatakse takistus, lülitatakse roboti vasakpoolsed rehvid välja, mistõttu see pöörab vasakule ja vastupidi. Kui takistust ei tuvastata, korratakse algoritmi. Vooskeem on näidatud joonisel 2.

Samm: ultraheliandur HC-SR04

Ultraheliandur on seade, mis suudab helilainete abil mõõta objekti kaugust. See mõõdab kaugust, saates teatud sagedusel helilaine ja kuulab, et see helilaine tagasi põrkaks. Salvestades genereeritud helilaine ja tagasilöögi vahel kulunud aja, on võimalik arvutada kaugus sonari anduri ja objekti vahel. Heli liigub läbi õhu kiirusega umbes 344 m/s (1129 jalga/s), nii et saate valemi 1 abil arvutada objekti kauguse.

Ultraheli HC-SR04 koosneb neljast tihvtist: Vdd, GND, Trigger ja Echo. Iga kord, kui kontrolleri impulss rakendatakse päästiku tihvtile, kiirgab andur ultraheli laine kõlarist. "Vastuvõtja" tuvastab peegeldunud lained ja edastatakse kajapoldi kaudu kontrollerile tagasi. Mida pikem on anduri ja takistuse vaheline kaugus, seda pikem on kaja tihvti impulss. Impulss jääb sisselülitatuks ajaks, mis kulub sonari impulsi andurilt liikumiseks ja tagasi naasmiseks, jagatuna kahega. Kui sonar käivitub, käivitub sisemine taimer ja kestab seni, kuni peegelduv laine on tuvastatud. Seejärel jagatakse see aeg kahega, sest tegelik aeg, mis kulus helilainele takistuse saavutamiseks, oli pool ajast, mis taimeril oli.

Ultraheli anduri tööd on näidatud joonisel 4.

Ultraheli impulsi genereerimiseks peate valima päästiku 10 μs HIGH olekusse. See saadab välja 8-tsüklilise helipurse, mis peegeldub seadme ees olevatest takistustest ja andur võtab selle vastu. Kajapulk väljastab helilaine läbitud aja (mikrosekundites).

6. samm: infrapuna takistuste tuvastamise andurimoodul

Sarnaselt ultrahelisensoriga on infrapuna (IR) takistuste tuvastamise põhikontseptsioon IR -signaali edastamine (kiirguse kujul) ja selle peegelduse jälgimine. IR -anduri moodul on näidatud joonisel 6.

Funktsioonid

• Trükkplaadil on takistuste märgutuli
• Digitaalne väljundsignaal
• Tuvastamiskaugus: 2 ~ 30 cm
• Tuvastamisnurk: 35 °
• Võrdluskiip: LM393
• Reguleeritav tuvastusvahemik potentsiomeetri abil:

○ päripäeva: suurendage tuvastuskaugust

○ Vastupäeva: vähendage tuvastamiskaugust

Tehnilised andmed

• Tööpinge: 3 - 5 V DC
• Väljundi tüüp: digitaalne lülitusväljund (0 ja 1)
• 3 mm kruviaugud lihtsaks kinnitamiseks
• Laua suurus: 3,2 x 1,4 cm

Kontrollnäidiku kirjeldus on kirjeldatud tabelis 1.

Samm 7: Mootori juhtahel L298N

Mootori juhtskeemi ehk H-silda kasutatakse alalisvoolumootorite kiiruse ja suuna juhtimiseks. Sellel on kaks sisendit, mis tuleb ühendada eraldi alalisvooluallikaga (mootorid võtavad tugevat voolu ja neid ei saa otse kontrollerist toita), kaks väljundite komplekti igale mootorile (positiivne ja negatiivne), kaks lubatavat kontakti iga jaoks väljundite komplekt ja kaks tihvtide komplekti iga mootori väljundi suuna juhtimiseks (kaks tihvti iga mootori jaoks). Kui vasakpoolseima kahe tihvti loogikatasemed on ühe tihvti jaoks HIGH ja teise jaoks madalad, pöörleb vasakpoolse väljalaskeavaga ühendatud mootor ühes suunas ja kui loogika jada on vastupidine (LOW ja HIGH), pöörlevad mootorid. vastupidises suunas. Sama kehtib parempoolsete tihvtide ja parempoolse väljalaskemootori kohta. Kui mõlema paari tihvtidele on antud loogikatasemed HIGH või LOW, siis mootorid peatuvad.

See kahesuunaline mootorijuht põhineb väga populaarsel L298 Dual H-Bridge mootorijuhi IC-l. See moodul võimaldab hõlpsalt ja iseseisvalt juhtida kahte mootorit mõlemas suunas. See kasutab juhtimiseks standardseid loogikasignaale ja saab juhtida kahefaasilisi samm-mootoreid, neljafaasilisi samm-mootoreid ja kahefaasilisi alalisvoolumootoreid. Sellel on filtrikondensaator ja vabakäigu diood, mis kaitseb vooluahelas olevaid seadmeid induktiivkoormuse tagasivoolu kahjustamise eest, suurendades töökindlust. L298 juhi pinge on 5-35 V ja loogika tase 5 V.

Mootori juhi funktsiooni on kirjeldatud tabelis 2.

Plokkskeem, mis näitab ühendusi ultrahelianduri, mootori juhi ja GPAK -kiibi vahel, on näidatud joonisel 8.

8. samm: GreenPAK -i disain

Maatriksis 0 genereeriti anduri päästiku sisend CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 ja ostsillaatori abil. Ultraheli anduri kajapoldi sisendit loetakse Pin3 abil. 3-bitisele LUT0-le rakendatakse kolm sisendit: üks Echost, teine käivitusest ja kolmas, mille käivitaja 30 sekundiga viivitab. Selle vaatetabeli väljundit kasutatakse maatriksis 1. IR-andurite väljund võetakse samuti maatriksist 0.

Maatriksis 1 on pordid P1 ja P6 VÕI koos ja ühendatud pin17 -ga, mis on kinnitatud mootori juhi Pin1 külge. Pin18 on alati loogikal LOW ja on ühendatud mootori juhi pin2 -ga. Samamoodi on pordid P2 ja P7 VÕI ühendatud ja ühendatud GreenPAKi Pin20 -ga, mis on kinnitatud mootori juhtahela P3 külge. Pin19 on ühendatud mootori juhi pin4 -ga ja on alati loogikal LOW.

Kui kajapulk on KÕRGE, tähendab see, et objekt asub roboti ees. Seejärel kontrollib robot IR -anduritelt vasak- ja parempoolseid takistusi. Kui takistus on ka roboti paremal küljel, siis pöörab see vasakule ja kui vasakul on takistus, siis paremale. Nii väldib robot takistusi ja liigub kokkupõrketa.

Järeldus

Selles juhendis lõime lihtsa automaatse takistuste tuvastamise ja vältimise sõiduki, mille peamise juhtimiselemendina kasutati GreenPAK SLG46620V. Mõne täiendava vooluahela abil saab seda disaini täiustada, et täita muid ülesandeid, näiteks konkreetse punkti tee leidmine, labürindi lahendamise algoritm, joone järgimise algoritm jne.

9. samm: riistvarapildid