Robòtic Rover: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Hola, sóc Proxy303, especialista en robòtica. En aquest tutorial, us ensenyaré a construir el vostre propi robot com un dels meus.

No parlo d’un d’aquests cotxes de control remot sobre glorificats que la gent anomena robots. Una de les definicions pròpies d’un robot és que no pot ser control remot. El robot que construireu avui és el que construïu, connecteu i programa. Llavors és autònom. Això significa que no es controla externament. Es controla. Després de construir-lo i programar-lo, el robot fa ell mateix tota la resta.

Hi ha cinc components principals de qualsevol robot:

• Un xassís, que és el cos del vostre robot. Podeu comprar-los prèviament muntats en línia o podeu fer-ne els vostres a partir d’un kit o des de zero.
• Un microcontrolador, que és el "cervell" del vostre robot. Es tracta d’un circuit versàtil que es pot programar per fer pràcticament qualsevol cosa.
• Alguns motors que permeten moure el robot. No podeu controlar efectivament els motors directament amb un microcontrolador, així que necessiteu …
• Un controlador de motor, que us permet controlar un motor de major voltatge amb un senyal lògic de baixa tensió.
• Una font d'energia que ho alimenta tot. Utilitzeu bateries per a robots portàtils o que es moguin. En cas contrari, podeu utilitzar un mòdul de font d'alimentació, com el d'un ordinador.

Subministraments

Necessitarà:

• Un xassís de robot (us suggereixo l’Actobotics Runt Rover Whippersnapper, perquè té molts aspectes bons, com ara un muntatge universal de microcontroladors o muntatges de sensor, o el fet que tot s’uneixi.) Qualsevol material funciona, així que proveu el plàstic, fusta o fins i tot cartró. Aneu amb compte mentre utilitzeu metall, ja que podrien reduir les juntes de soldadura sota les plaques de circuits, però si sabeu què feu, seguiu endavant i proveu-ho. El xassís del robot pot ser bastant car, des de 15 a uns pocs centenars de dòlars.
• Un microcontrolador (he utilitzat un Arduino Mega 2560, però un Raspberry Pi també funciona bé). Es poden comprar a botigues d’electrònica, botigues d’aficionats, en línia o en qualsevol altre lloc que vengi peces de robots. Tot i que són una de les parts més importants d’un robot, en realitat són bastant barats, ja que tenen entre 10 i 40 dòlars.
• Un controlador de motor (he utilitzat el controlador de doble motor L298N). Pot ser que sigui bastant car, així que tracteu-lo amb cura. Aquests nois dolents estan dissenyats per bombar molta energia als motors i, per tant, s’escalfen molt. Assegureu-vos que el que compreu tingui dissipador de calor o, si no, enganxeu-ne un. Segur que no voleu que el conductor del motor es sobreescalfi i es trenqui, cosa que us costarà de 20 a uns pocs centenars de dòlars per un de nou.
• Uns quants cables de taulers de pa. Aquí no cal molta explicació, perquè les podeu trobar gairebé a qualsevol lloc.
• Alguns cables M-F DuPont. En lloc de cables de taulers de pa, que tenen "agulles" metàl·liques als dos extrems, tenen una "agulla" a un extrem i un endoll a l'altre extrem.
• Un grapat de cargols de muntatge. De nou, no calen moltes explicacions. Obteniu cargols de cap Phillips petits, de mida estàndard.
• Una font d'alimentació principal per alimentar el microcontrolador (podeu trobar bateries de liti-ió recarregables bastant barates en línia. Normalment utilitzo bancs d'alimentació que serveixen per carregar els telèfons).
• Una font d'alimentació del motor (6 bateries AA funcionarà molt bé per a això, però podeu utilitzar una altra font d'alimentació si ho desitgeu. NO utilitzeu una bateria de 9V; simplement no tenen el corrent per a aquest tipus de coses. Mantingueu-ho tenint en compte que estan dissenyats per funcionar amb detectors de fum, no amb robots.) Si és possible, intenteu obtenir una font d’energia recarregable. Al principi és una mica més car, però confieu en mi. Si utilitzeu bateries d’un sol ús, us en trobareu molt ràpidament i el cost d’aquestes moltes bateries superarà ràpidament el cost d’algunes de recarregables.

És possible que vulgueu:

• Un sensor d'ultrasons. Permet que el robot vegi objectes al davant.
• Alguns servomotors. En lloc de girar constantment, aquests motors útils es poden programar per moure’s a un angle específic i mantenir-s’hi.
• Un grapat de LEDs. No cal cap explicació. Tu poses el poder, s’encenen. Senzill.
• O qualsevol altre fitxer adjunt. Per què no afegir un braç de robot? O algun altre sensor?

Pas 1: creeu el xassís del robot

Munteu el xassís del robot que heu comprat. Assegureu-vos que tot estigui muntat correctament.

Amb el Runt Rover Whippersnapper, tot s’uneix. Si el xassís es manté unit mitjançant cargols, assegureu-vos que estiguin ajustats i que el robot sigui robust. Confieu en mi, no hi ha res pitjor que fer que el vostre projecte s’esfondri, de vegades literalment. A més, assegureu-vos que hi hagi lloc dins del xassís. Imagineu-ho comprant de tot, gastant més de 70 dòlars, només per trobar que un dels vostres components principals no encaixa dins del bot.

A més, assegureu-vos que els motors estan connectats correctament i poden girar lliurement. De vegades, un tros del xassís que sobresurt pot bloquejar els motors, així que assegureu-vos que no hi ha res que pugui impedir que els motors girin.

Pas 2: cablejat bàsic

Connecteu els motors del costat esquerre entre si, en paral·lel. Feu el mateix per als motors adequats. Assegureu-vos que els cables vermells del costat esquerre estiguin agrupats amb els cables negres del costat esquerre, i el mateix per al costat dret. Connecteu un cable vermell als dos cables VERMELLS del costat dret. Connecteu un altre fil vermell a tots dos fils NEGRES del costat esquerre (ja ho sé, sembla cap enrere al costat esquerre, però això és per acomodar-se al fet que els motors de cara oposada giren en sentit contrari.) Repetiu-ho per als cables negres.. Assegureu-vos de mantenir agrupats els cables dels laterals. A més, assegureu-vos que els motors laterals ESQUERRES s’inverteixen de la manera com es connectaria normalment.

Pas 3: Connecteu el controlador del motor

Abans d’utilitzar un controlador de motor, NECESSITA saber com funciona. SI EL CONNECTEU MAL, PODEU DESTRUIR EL MICRO CONTROLADOR I / O EL CONDUCTOR DEL MOTOR.

Un controlador de motor és un tipus de controlador de circuit aïllat, el que significa que no hi ha cap connexió física entre l'àrea de potència del motor i l'àrea de control lògic. La majoria dels bons estan dissenyats per evitar qualsevol fuita elèctrica al microcontrolador (que podria danyar-lo o destruir-lo). A més, la majoria dels bons solen ser com a mínim de 15 dòlars, de manera que si en detecteu un de 2 dòlars en línia, no el compreu. Personalment, en vaig trobar un així, i, com a prova, hi vaig enganxar un dissipador de calor i el vaig enganxar. El venedor va dir que el conductor tenia una qualificació de 12V. El vaig connectar a 9V i va començar a fumar. Resulta que el xip que van utilitzar només es va classificar en 3V.

Un controlador de motor té 2 àrees d’entrada: les entrades de potència i les entrades lògiques. També té dues zones de sortida: els laterals dret i esquerre. Aquí teniu tots els pins i què fan:

• Les entrades lògiques:

  • Aquests prenen un senyal lògic de 3,3 v i l’utilitzen per controlar els motors. No connecteu mai una tensió alta a aquests pins.
  • Connecteu-les a les sortides lògiques digitals del microcontrolador.

• Les entrades de potència:

  • El pin d’entrada de potència, que s’utilitza per alimentar els motors. La quantitat de potència que introduïu aquí és la quantitat de potència que el conductor bombarà als motors.
  • El pin GND, utilitzat com a connexió a terra comuna. S'utilitza tant per a l'alimentació com per al retorn de les entrades lògiques. El pin GND sol connectar-se amb díodes, per evitar fuites elèctriques als pins lògics i de potència.
  • El pin de 5V, que s’utilitza per alimentar determinats tipus de motors. SORTIX 5 volts, de manera que no ho confongueu amb una entrada d’alimentació. Tot el que necessiteu és una explosió de potència al pin incorrecte del vostre microcontrolador per destruir-lo de manera silenciosa i instantània.

• Les sortides:

  • 1A i 1B, per a un motor o conjunt de motors.
  • 2A i 2B, per a l’altre motor o conjunt d’ells.

Un controlador de motor us permet controlar un motor d'alta tensió amb un senyal lògic de baixa tensió. La raó per la qual hi ha dues entrades per motor és que també podeu controlar la direcció.

Connecteu les sortides 1A i 1B del controlador del motor als motors del costat dret. Connecteu les sortides 2A i 2B als motors del costat esquerre (recordeu-vos! DARRERE!)

Instal·leu la bateria del motor en algun lloc del xassís del robot i connecteu-la a l’entrada d’alimentació del controlador del motor, amb + a l’entrada d’alimentació i - a GND.

Si esteu fent servir un mòdul premuntat, esteu bé.

Si només utilitzeu un CI, assegureu-vos que estigui ben connectat i poseu-hi un dissipador de calor. Aquests xips s’escalfen molt, per això la majoria dels bons conductors tenen dissipadors de calor.

Pas 4: connecteu el microcontrolador

Connecteu el microcontrolador al robot. He utilitzat l’Arduino Uno Rev3. Connecteu quatre sortides digitals del microcontrolador a l'entrada lògica del controlador del motor. Connecteu el pin de terra del microcontrolador a la ranura GND del controlador del motor. No connecteu el pin de 5 V del controlador del motor al microcontrolador. S’utilitza per alimentar certs tipus de motors, no com a entrada d’alimentació i, certament, no per a un microcontrolador. Si ho feu, podeu danyar el microcontrolador. Només heu de connectar els pins lògics i el pin de terra comú del controlador del motor al microcontrolador.

Aquestes connexions s’utilitzen per controlar els motors, mitjançant les entrades lògiques del controlador.

Pas 5: assegureu-vos que tot és bo

Torneu enrere i assegureu-vos que tot sigui bo. Comproveu el cablejat, assegureu-vos que els motors de l'esquerra estan connectats cap enrere, assegureu-vos que la sortida de 5V del microcontrolador no està connectada a la sortida de 5V del controlador del motor i comproveu si hi ha cap altre problema. Assegureu-vos que tots els cargols estiguin ajustats, que els cables estiguin endollats, que els motors no estiguin bloquejats i que no hi hagi cap cable trencat.

Si tot és bo, aneu al següent pas.

Pas 6: instal·leu la bateria

Introduïu les bateries al xassís del robot. Si cauen, podrien frenar o aturar el robot, així que assegureu-vos de fixar-los dins del xassís. Utilitzeu un suport de muntatge, una mica de cola o simplement cinteu-los al lloc si teniu previst treure'ls sovint. A més, assegureu-vos que les connexions de la bateria siguin bones. Una vegada vaig tenir un robot que es va negar a moure’s i vaig anar fent cercles durant hores, comprovant la meva programació, recablint els motors i sense poder trobar el problema. Fins i tot vaig acabar comprant un microcontrolador nou, només per comprovar que un dels cables de la bateria del meu motor s’havia desfet dins del xassís. Aquest és un exemple perfecte per què sempre heu de comprovar si hi ha altres problemes abans de substituir una peça.

Pas 7: adjuntar-ho tot

Utilitzeu petits cargols de muntatge per fixar-ho de manera segura. Enrosqueu el controlador del motor i el microcontrolador al xassís del robot i assegureu-vos que els motors estan segurs. Assegureu-vos que la taula de fixació també estigui ben fixada.

Feu servir tirants o petits trossos de cinta per organitzar els cables. No cal que feu això, però, sens dubte, fa que el robot tingui un aspecte millor i faci més fàcil fer un seguiment de quins cables van a què. A més, si no teniu tirants o si necessiteu substituir fàcilment els cables, podeu agrupar-los per colors. Per exemple, podeu utilitzar cables verds des del microcontrolador fins al controlador del motor, cables vermells per a l'alimentació, cables negres per al GND i cables blaus del controlador del motor als motors.

Pas 8: programa

Connecteu el microcontrolador a un ordinador i programeu-lo. Comenceu de manera senzilla i no us aclapareu. Comenceu per quelcom tan senzill com fer avançar el robot. Es pot fer girar? Vés enrere? Voleu girar en cercles? Compte, la programació requereix molta paciència i sol trigar més temps. Consulteu el gràfic anterior.

Depèn de vosaltres!

Pas 9: fitxers adjunts

Ara que teniu configurat un robot senzill, és hora d'afegir algunes funcions addicionals. Connecteu un sensor d'ultrasons per evitar que el robot pugui evitar obstacles. O un servomotor, amb alguna cosa fresca a la part superior. O alguns LEDs parpellejants per il·luminar el bot. Recordeu, és el vostre robot, així que depèn de vosaltres.

Pas 10: ja heu acabat

Felicitats! Ara teniu un robot que funciona! Si us plau, publiqueu els comentaris si els heu creat i quins fitxers adjunts heu afegit.

Si alguna cosa no funciona, consulteu l'ajuda de resolució de problemes següent:

El robot no s’encén en absolut

Sabeu que el robot està engegat perquè la majoria de controladors i microcontroladors de motor tenen llums que indiquen que estan engegats. Si no s'encenen, feu el següent:

• Pot ser que la bateria principal estigui baixa o que estigui buida. Si feu servir una bateria recarregable, carregueu-la. Si feu servir una bateria normal, substituïu-la.
• Els cables poden estar mal connectats. Comproveu les vostres connexions. Un sol cable fora de lloc pot tallar l’alimentació de tot el robot.
• Es poden trencar els cables. Sembla una cosa que no esperareu trobar, però he comprovat que els cables trencats són realment força habituals. Busqueu aïllament trencat o desgastat, petites "agulles" metàl·liques que sobresurten dels endolls de filferro (quan el passador de l'extrem del filferro es desprèn i s'enganxi) o bé dividiu els cables.
• Pot haver-hi un problema amb el controlador del motor o el microcontrolador. Els defectes de fabricació poden provocar que els sistemes no s’encenguin. En aquest cas, substituïu el microcontrolador o el controlador del motor. Aquest és l’últim recurs, perquè de vegades els microcontroladors i, sobretot, els conductors de motors poden ser bastant cars.

El robot s’encén però no es mou

Si heu confirmat que el robot està engegat, però no es mou gens, feu el següent:

• La font d'alimentació del motor pot ser baixa o buida. Substituïu la bateria. Segons la meva experiència, aquestes bateries s’esgoten força ràpidament, ja que es necessita molta corrent per fer funcionar els motors.
• Pot haver-hi un problema de cablejat. Mireu la secció anterior i comproveu si hi ha cables fora de lloc o trencats.
• Els motors poden estar curts o esgotats. Això és bastant comú, així que val la pena buscar-lo. Apliqueu potència directa als motors i comproveu si es mouen.
• Es pot danyar el conductor del motor. Comproveu si hi ha tensió a les sortides. Si el llum del conductor està apagat, és un senyal clar de la unitat defectuosa. ASsegureu-vos de comprovar la resta. A part del xassís, el conductor del motor sol ser la peça més cara d’un robot.
• Pot haver-hi un problema de programació. Per a mi, aquest és el problema més comú. En el llenguatge C que distingeix entre majúscules i minúscules (utilitzat a Arduino), un sol error pot arruïnar tot el programa. Python (el llenguatge del Raspberry Pi) també pot tenir alguns problemes.
• Pot ser que el microcontrolador estigui danyat. De vegades, el senyal lògic ni tan sols arriba al conductor del motor (hi ha una raó per no saltar a la conclusió d’un conductor dolent). En aquest cas, només cal substituir-lo.

El robot s’encén però es mou d’una manera anormal

Si el robot s'encén, però comença a moure's de manera no desitjada (per exemple, va en cercles quan hauria d'anar endavant), llavors:

• Probablement hi hagi un problema de cablejat. COMPROVEU AQUEST PRIMER! T’has recordat de connectar un costat invers?
• Pot haver-hi un error de programació. Comproveu si hi ha problemes al vostre codi.
• De vegades, un microcontrolador danyat pot tornar-se boig i enviar senyals aleatoris repetidament. Si ho fa un microcontrolador, no us molesteu a intentar solucionar-ho. És un senyal clar d’un xip que es fa malbé sense reparar-se, de manera que seguiu endavant i substituïu el conjunt. Confieu en mi, aquestes fitxes les fabriquen robots d’un laboratori. Simplement no poden ser solucionats pels humans.
• Es pot danyar un motor. Si un motor no funciona o funciona a una velocitat més lenta, el robot es “desplaçarà” lentament cap a un costat mentre es mou. Hi ha tres maneres de solucionar-ho. Si és possible, només cal augmentar el voltatge d’aquest motor específic per pujar-lo a la mateixa velocitat que tots els altres. En cas contrari, proveu de col·locar resistències a tots els motors, excepte al danyat. Això alenteix els altres motors fins a la velocitat del danyat. Finalment, només podríeu substituir-lo. Els motors d’engranatges de robots solen ser bastant barats, generalment de 2-3 dòlars. Compareu-ho amb un conductor de motor, que pot variar entre 10 i 200 dòlars.

Si el robot no respon als sensors

Si el robot s'encén i es mou de manera normal, però no "escolta" els sensors o no respon de la manera correcta, és gairebé sempre una de les dues coses.

• Probablement hi hagi un error de programació. Els sensors s’han de calibrar i programar acuradament. Una vegada vaig fer girar un robot de manera incontrolada, només per trobar que accidentalment l’he configurat perquè giri quan veu alguna cosa a menys de 100 metres en lloc de 100 centímetres. Va veure constantment les parets, fent que girés constantment.
• L’altre problema més comú és el mal cablejat. Fins i tot un cable que falta pot fer que el sensor no funcioni.

Per obtenir més ajuda, consulteu les seccions anteriors o cerqueu el problema específic que tingueu a Google. A més, podeu posar-vos en contacte amb mi a [email protected] si teniu cap pregunta.

Si us plau, comenteu-ho.