Isetasakaalustav robot: 6 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

Selles juhendis näitame teile, kuidas ehitada kooliprojektina valmistatud isetasakaalustav robot. Selle aluseks on mõned muud robotid, näiteks nBot ja teine Instructable. Robotit saab juhtida Android -nutitelefonist Bluetooth -ühenduse kaudu. Kuna see juhend sisaldab ainult ehitusprotsessi, oleme koostanud ka dokumendi, mis hõlmab koodi ja elektroonika tehnilist tausta. See sisaldab ka linke kasutatud allikatele, nii et saate neid vaadata, kui dokument pole teie jaoks piisavalt põhjalik.

Selle projekti kõigi sammude järgimiseks on teil vaja 3D -printimise oskusi või mõnda muud nutikat viisi rataste mootorite külge kinnitamiseks.

Samm: nõuded

Robot põhineb Martinezi harjadeta kardaanipultil. Sellel plaadil on mõned väikesed variatsioonid, kuid seni, kuni teil on ATmega328 kiibi ja L6234 mootorikontrolleritega üks, peaksite olema korras. Kui otsite Google Imagesis sõna „Martinezi plaat”, näete, et tihvtide päiste või aukude asemel on mõned tahvlid, millel on lihtne pistik IMU kiibi ja/või aku jaoks. Viimasel juhul tuleb see kasuks, kui tellite päise tihvtide paki, mille saate seejärel aukudesse joota.

Osade nimekiri

Mõned selle loendi üksused sisaldavad linke veebipoodidele.

• Kontroller: Martinez BoardDX.com (kaasas ka IMU ja mõned päisepoldid).
• IMU: MPU6050
• Aku (450 mAh 3S LiPo aku) Märkus: vajate ka 3S LiPo laadijat eBay.com
• 2x mootor: harjadeta mootor 2208, KV100DX.com
• Rattad (neid saate olemasolevatest mänguasjadest või LEGOst)
• 6x M2 kruvi 5 mm
• 8x M3 kruvi (pikkus sõltub teie välispinna materjalist, üks peab olema eriti pikk)
• Bluetooth-kiip HC-05 (hankige kindlasti see, mille külge on ühendatud jadaliidese plaat, mitte ainult tühi kiip) TÄHTIS: Veenduge, et kiibil on tihvt märgistusega KEY.
• Juhtmed: naissoost naissoost DuPont 20 -juhtmelise komplekti ostmine on enam kui piisav
• Velcro lint
• USB -kaabel kontrolleri ühendamiseks arvutiga
• Valikuline: päise pinsDX.com (saate need soovitud pikkuseks lõigata või murda)
• Plastist seibid ja vahetükid

Lõpuks vajate akrüüli, puitu või pappi, millele on lisatud liim või lint, et luua struktuur, mis hoiab kõiki komponente.

Samm: Bluetooth -kiibi konfigureerimine

Kui olete kõik osad kätte saanud, on aeg Bluetooth -kiibi konfigureerimiseks. Komponentidega suhtlemiseks vajate USB -kaablit, et ühendada kontrolleriplaat arvutiga ja Arduino IDE.

Selleks peate faili alla laadima:

HC-05_Serial_Interface.ino

Seejärel järgige neid samme.

1. Ühendage kontroller USB -kaabli abil arvutiga.
2. Avage.ino -fail Arduino IDE -ga.
3. Avage IDE -s Tools, Board ja veenduge, et see on seatud Arduino/Genuino Uno.
4. Nüüd minge Tööriistad, port ja määrake see COM -pordile, millega kontroller on ühendatud. Tavaliselt on ainult üks port. Kui neid on mitu, kontrollige seadmehaldurit (Windowsis), et teada saada, milline neist on kontroller.
5. Nüüd vajutage IDE -s nuppu Laadi üles ja oodake, kuni üleslaadimine lõpeb. Seejärel ühendage USB -kaabel arvutist või kontrollerist lahti.

Kui olete seda teinud, ühendage HC-05 DuPonti kaablitega järgmiselt.

HC-05 kontroller

VÕTI +5V GND GND TXD RX RXD TX

Nüüd ühendage USB-kaabel uuesti, seejärel ühendage HC-05 VCC-pistik kontrolleri teise +5 V-ga. LED peaks vilkuma ~ 1 -sekundilise intervalliga.

Valige Arduino IDE -s õige COM -port, seejärel valige Tööriistad, jadamonitor.

Määrake jadamonitori valikul Line Ending nii NL & CR. Seadke baudikiirus 38400. Nüüd saate jadamonitori abil seadistuskäsklusi Bluetooth -kiibile saata. Need on käsud:

AT Kontrollige ühendust

AT+NAME Hankige/määrake Bluetoothi kuvatav nimi AT+UART Hankige/määrake edastuskiirus AT+ORGL Lähtestage tehase vaikeseaded AT+PSWD Hankige/määrake Bluetoothi parool

Bluetooth -seadme nime, parooli ja edastuskiiruse muutmiseks saatke järgmised käsud:

AT+NAME = "Näite nimi"

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

Nime ja parooli suvandeid saab seada mis iganes soovite, lihtsalt määrake kindlasti edastuskiirus, kasutades täpselt sama käsku, nagu eespool loetletud. See seab selle 230400 baudile, 1 stopbitiga ja ilma pariteedita. Pärast kõigi seadistuste tegemist ühendage USB -kaabel uuesti (seadistusrežiimist väljumiseks) ja proovige telefoni kiibiga siduda. Kui kõik töötab, ühendage USB -kaabel lahti ja liikuge järgmise sammu juurde.

3. samm: rataste kinnitamine mootoritele

Selles projektis kasutatud rattad on teadmata päritoluga (need lebasid sahtlis koos paljude muude asjadega). Rataste kinnitamiseks mootoritele trükkisime 3D -ga tüki, mis sobis mootorite kruviaukudega. Tükid kruviti külge, kasutades kolme 5-millimeetrist 2M kruvi mootori kohta. Mõlemal tükil on tihvt, mis sobib rataste telgede aukudega.

Komplekti kuulub SolidWorksi mudel. Tõenäoliselt peate seda oma rataste jaoks muutma või leidma rataste paigaldamiseks teistsuguse praktilise lahenduse. Näiteks võite kasutada Dremeli, et nikerdada mootoriga sama suur auk (või pisut väiksem, et see oleks hästi istuv), seejärel saate mootori ratta sisse suruda. Kui plaanite seda teha, hankige kindlasti selle töö jaoks sobivad rattad.

4. samm: välisilme loomine

Välispinna jaoks kasutati kahte puutükki ja lõigati sama kujuga. Alustuseks märkisime mootori ümbermõõdu tüki alumisele keskele. Seejärel tähistasime iga nurga 45 -kraadise joonega, jättes kindlasti piisavalt ruumi, et mootor saaks istuda all keskel. Seejärel kinnitasime kaks puutükki kokku ja saagisime nurgad ära. Asjade lõpetamiseks lihvisime nurki, et need oleksid vähem teravad ja kilde eemaldada.

Nüüd on aeg puurida augud kruvide ja mootori tagant välja paisuva telje jaoks. Kui puuritükid puurimisel kokku klammerdada, tuleb iga auk puurida ainult üks kord.

Kruviavade paigutuse loomiseks kasutasime paberitükki ja asetasime selle mootori tagaküljele ning vajutasime pliiatsiga kruviaukudesse, otse läbi paberi. Seejärel asetati nelja kruviavaga paberitükk puidule, et saaksime märkida puuritavate aukude asukoha. Aukude puurimiseks kasutage 3,5 mm puurit. Nüüd leidke pliiatsi ja joonlaua abil nende aukude keskpunkt ja looge telje jaoks auk 5 mm puuri abil. Kinnitage mootorid M3 kruvidega, kuid jätke üks laiemate vahedega kruvid ühest mootorist välja.

Mootori pistiku ja juhtme saamiseks roboti sisse puurisime ka mootori kohale veidi 8 mm augu. Veenduge, et juhtmetel oleks piisavalt ruumi painutamiseks ilma neid liigselt koormamata.

Täiusliku sümmeetrilise välisilme loomiseks on oluline töötada võimalikult täpselt

Samm: komponentide paigaldamine

Märkige puidule vertikaalne keskjoon, et saaksite komponendid keskele paigutada. Saate takjapaela abil kõik puidu külge kinnitada. Meie robotis kasutasime kontrolleriplaadi kinnitamiseks väikesi polte ja mutreid, kuid võite kasutada ka takjapaela (see polnud meil kontrolleri kinnitamise ajal veel olemas). Veenduge, et saate pärast ehituse lõpetamist USB -kaabli ühendada.

Panime kontrolleri keskele nii, et USB -port oleks allapoole suunatud, nii et saaksime kaabli rataste vahelt sisse ühendada. Võite selle suunata ka ühele küljele.

Asetage aku nii kõrgele kui võimalik, nii et robot muutub ülikuumaks. Asetage laadimisport ka serva lähedale kergesti ligipääsetavasse kohta.

Bluetooth kiip

Ühendage Bluetooth -kiibi VCC tihvt kontrolleri +5 V -ga ja Bluetooth GND kontrolleri GND -ga. Kontrolleri TXD -tihvt läheb Bluetooth RX -i ja kontrolleri RXD -tihvt Bluetooth -TX -tihvti juurde. Seejärel kleepige Bluetooth -kiip lihtsalt takjapaela abil kuhugi puitpaneelile.

Liikumiskiip

Liikumiskiipil on kaks kruviava, seega kinnitasime kiibi vahekauguse abil selliselt, et kiibi kese langeb üle mootori keskpunkti. Suund pole oluline, kuna robot kalibreerib ennast käivitamisel. Vooluahela lühise vältimiseks kasutage kruvipea all kindlasti plastikust seibi.

Seejärel kasutage tihvtide ühendamiseks kontrolleriga DuPonti juhtmeid. Iga tihvt on kontrolleril sama märgistatud kui liikumiskiibil, nii et selle ühendamine on üsna iseenesestmõistetav.

Toitelüliti

Toitelüliti ühendamine on lihtne. Võtsime ühe vanast seadmest ja eemaldasime selle trükkplaadilt. Kui soovite seda kasutada roboti toitelülitina, ühendage aku positiivne juhe tihvtiga (eeldades, et see on kolme kontaktiga lüliti) küljel, kuhu soovite lüliti sisse lülitada. Seejärel ühendage keskne tihvt kontrolleri positiivse sisendiga. Jootsime DuPonti juhtmed lülitile, nii et aku ise pole püsivalt lüliti külge kinnitatud.

Külgede ühendamine

Nüüd teate komponentide asukohta ja teil on roboti kaks külge. Roboti ehitamise viimane samm on kahe külje ühendamine üksteisega. kasutasime nelja liimitud kolme puidutüki komplekti ja kruvisime selle külgedele nii, et meie liikumiskiip oleks roboti keskteljel. Tuleb öelda, et kasutatud materjal, tingimusel et see on piisavalt tugev, ei oma liiga suurt tähtsust. Ülaosas saate kasutada isegi raskemat ühendust, et massikeskme kõrgust veelgi suurendada. Kuid erinevalt massikeskme vertikaalsest asendist tuleks massi keskpunkti horisontaalset asendit hoida nii palju kui võimalik ratta telje kohal, kuna liikumiskiibi koodi kodeerimine muutuks horisontaalse tsentri korral üsna raskeks. ümberasustatud massist.

Nüüd olete valmis koodi üles laadima ja kontrollerit häälestama.

6. samm: koodi üleslaadimine ja häälestamine

Koodi üleslaadimiseks vajate arvutit, millel on Arduino IDE. Laadige alla.ino fail ja avage see Arduino IDE abil. Selle kontrollerile üleslaadimine toimub samamoodi nagu Bluetoothi seadistuskoodiga.

Roboti tööle panemiseks peate Play poest alla laadima rakenduse „Joystick bluetooth Commander”. Lülitage roboti toide sisse ja asetage see põrandale, kas selle ette või taha. Käivitage rakendus ja looge ühendus Bluetooth -kiibiga. Kui robot on ennast kalibreerinud (5 sekundit selle külili asetamiseks, järgneb 10 sekundit kalibreerimist), läheb andmeväli 1 väärtusest XXX olekusse VALMIS. Roboti saate sisse lülitada, lülitades rakenduses nuppu 1. Nüüd asetage robot vertikaalselt maapinnale ja laske lahti, kui tunnete mootorite sisselülitamist. See on siis, kui robot hakkab ennast tasakaalustama.

Robot on nüüd häälestamiseks valmis, kuna selle stabiilsus pole ilmselt suur. Võite proovida, kas see töötab ilma täiendava häälestamiseta, kuid selleks, et robot korralikult töötaks, peate selle muutma päris sarnaseks meie omaga. Nii et enamikul juhtudel peaksite häälestama kontrolleri oma robotiga kõige paremini töötama. See on üsna lihtne, kuigi see on üsna aeganõudev. Siin on, kuidas seda teha.

Kontrolleri häälestamine

Kuskilt koodist leiate 4 muutujat, alustades k -ga. Need on kp, kd, kc ja kv. Alustuseks seadke kõik väärtused nulli. Esimene väärtus, mis tuleb määrata, on kp. Vaikimisi kp väärtus on 0,17. Proovige seadistada see palju madalamale, näiteks 0,05. Lülitage robot välja, laadige kood üles ja vaadake, kuidas see tasakaalu püüab. Kui see langeb ettepoole, suurendage väärtust. Kõige targem viis selleks on interpoleerimine:

1. Seadke väärtus madalaks ja proovige seda
2. Seadke väärtus kõrgele ja proovige seda
3. Seadke väärtus kahe keskmisele ja proovige seda
4. Proovige nüüd välja selgitada, kas see tasakaalustas paremini madala või kõrge väärtuse ja praeguse väärtuse ning keskmise väärtuse keskmist.
5. Jätkake, kuni leiate magusa koha

Kp väärtuse magus koht on see, kui see on ala- ja ülekompenseerimise serva ümber. Nii et mõnikord kukub see ettepoole, kuna ei suuda oma langemiskiirusega sammu pidada, ja teinekord kukub see tahapoole, kuna ületab teises suunas.

Pärast kp väärtuse seadistamist seadistage kd. Seda saab teha samamoodi nagu kp -ga. Suurendage seda väärtust, kuni robot on peaaegu tasakaalus, nii et see liigub edasi -tagasi, kuni see ümber kukub. Kui määrate selle liiga kõrgeks, saate selle juba päris korralikult tasakaalu viia, kuid kui tasakaal on liiga häiritud, kukub see ümber (nagu siis, kui seda vajutate). Nii et proovige leida koht, kus see pole päris tasakaalus, kuid üsna lähedal.

Nagu võite arvata, võib kontrolleri häälestamine võtta mitu katset, kuna iga uue muutuja kasutuselevõtuga muutub see keerulisemaks. Nii et kui arvate, et see ei tööta, alustage otsast peale.

Nüüd on aeg määrata kv. Interpoleerige seda seni, kuni leiate väärtuse, mille juures robot lõpetab kõikumise, jääb tasakaalustatuks ja saab kerge tõukega hakkama. Liiga kõrgele seadmisel mõjutab see stabiilsust negatiivselt. Proovige kv ja kp abil ringi mängida, et leida punkt, kus see on kõige stabiilsem. See on häälestamise kõige aeganõudvam samm.

Viimane väärtus on kc. See väärtus paneb roboti pärast lükkamise või millegi muu kompenseerimist tagasi oma viimasesse asendisse. Siin saate proovida sama interpoleerimismeetodit, kuid 0,0002 peaks enamikul juhtudel päris hästi toimima.

See on kõik! Teie robot on nüüd valmis. Roboti juhtimiseks kasutage nutitelefoni juhtkangi. Ettevaatust, sest maksimaalse kiirusega edasi minnes võib robot ikkagi kukkuda. Mängige kontrolleri muutujatega, et seda võimalikult kompenseerida. Kõige loogilisem samm oleks vaadata selle kp väärtust, kuna see kompenseerib otseselt roboti praeguse nurga.

Oluline märkus LiPo akude kohta

Soovitatav on regulaarselt kontrollida oma LiPo aku pinget. LiPo akusid ei tohi tühjendada vähem kui 3 volti elemendi kohta, mõõtes 3 V LiPo 9 volti. Kui pinge langeb alla 3 volti elemendi kohta, kaob aku võimsus püsivalt. Kui pinge langeb elemendi kohta alla 2,5 volti, visake aku ära ja ostke uus. LiPo elemendi laadimine vähem kui 2,5 voltiga on ohtlik, kuna sisemine takistus muutub väga suureks, mille tulemuseks on aku kuumenemine ja laadimise ajal tuleoht.