Robot de seguiment de línia per a algorismes de control docent: 3 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Vaig dissenyar aquest robot seguidor de la línia fa uns anys, quan era professor de robòtica. L’objectiu d’aquest projecte era ensenyar als meus estudiants a codificar un robot de seguiment de línia per a una competició i també comparar entre el control If / Else i el PID. I no menys important, com la mecànica i la longitud del robot afecten aquests algoritmes de control. L’objectiu era fer-lo més ràpid i fiable.

Vaig ser programat amb l'IDE Arduino, però també és possible utilitzar l'IDE de desenvolupament que preferiu. Té un potent PIC32 amb un carregador d’arrencada USB, de manera que no necessiteu un programador. També té un interruptor ON / OFF, un reinici i un botó d’inici / programa. Els LED estan connectats al senyal PWM dels motors, de manera que podeu veure fàcilment la potència que esteu aplicant.

El robot és completament modular per experimentar i fàcil de reparar en cas que tingueu un accident. Això fa d’aquest robot l’eina perfecta per aprendre a programar d’una manera molt divertida. Els meus estudiants l’havien utilitzat durant molt de temps i cada vegada havien après alguna cosa nova, fins i tot el control PID. Per no mencionar que la barra del sensor utilitza un algorisme per retornar un nombre enter, valor negatiu que el robot es troba a l’esquerra, positiu a la dreta i zero al centre de la línia.

Subministraments

Motoreductors micro metall de 2x 6V amb suports de suport ampliats (qualsevol relació d'engranatges està bé, la meva és de 10: 1)

1x placa sensor de línia

1 unitat de control principal

1x 20 mitjançant fil pla, espaiat d'1 mm. El meu fa 20 cm de llarg.

1x enllaç acrílic (tallat en acrílic transparent de 3 mm)

1x bola de rodes 1/8 (la meva és de metall)

2x Roda de goma, 3 cm de diàmetre.

1 bateria Lipo. Podeu alimentar el robot fins a 10v, però tingueu en compte que els motors tenen una potència de 6v.

Alguns cargols i femelles M2 per unir-ho tot.

Si voleu fer els vostres propis fitxers de disseny, esquemes i tot el necessari per construir-lo, s'adjunten al següent pas.

Pas 1: el maquinari

Com podeu veure a les imatges, tots els components són SMD, és l'oportunitat perfecta per practicar les vostres habilitats de soldadura. Aquest robot ha estat soldat per 3 dels meus estudiants, de manera que podeu fer-ho sense problemes. S'adjunten tots els fitxers de disseny; podeu veure els fitxers amb EAGLE. Els gerbers també s'inclouen si voleu que les taules del vostre fabricant de PCB preferit.

Els dos taulers s’uneixen amb una peça d’acrílic, també s’inclou el patró de tall per làser. Vaig utilitzar cargols i femelles M2 per mantenir-lo al seu lloc. Aquí també es col·loca la roda de bola. I si feu caure el robot, l’acrílic es trencarà i protegirà les taules dels danys, ideals per provar-les. El cable pla s’utilitza per fer la connexió entre la CPU i la placa del sensor. Els motors es connecten fàcilment amb cables a la placa de la CPU.

Nota: el PIC utilitza un firmware personalitzat, és una versió modificada del firmware original DP32. Podeu obtenir el firmware aquí. S'inclou una connexió ICSP a la part inferior de la placa de la CPU.

Pas 2: el programari

Recomano utilitzar l'IDE Arduino per programar el robot. Com us he dit abans, aquest seguidor de línia es basa en el PIC32MX250 i el fa compatible amb el chipKIT DP32. Només cal instal·lar el paquet chipKIT al gestor de paquets de l’IDE Arduino i ja està a punt. També podeu programar-lo a MPLAB o a l’IDE que desitgeu, però podeu aprendre les bases a Arduino.

La resta és com programar qualsevol altra placa Arduino. Connecteu el robot a l'ordinador amb un cable micro USB i premeu el botó del programa immediatament després de prémer reinicialitzar. A continuació, envieu l’esbós amb el botó de càrrega de l’IDE.

He inclòs 3 esbossos en aquest tutorial. El primer prova la matriu de sensors, el segon és un seguidor de línia If / Else i el darrer és un seguidor de línia PID. Tot ja funciona, però, si canvieu el disseny, haureu d'ajustar alguns valors. I també no dubteu a fer el vostre! Hi ha millors maneres de fer l'algorisme de seguidor de línia, l'experimentació és la clau de l'èxit.

Pas 3: experimentar

Aquesta és realment la part més important, heu de provar totes les possibilitats i trobar la que us funcioni.

No dubteu a experimentar amb rodes i materials de diferent diàmetre. Canvieu la longitud del robot modificant la junta acrílica. Utilitzeu una altra bateria, fins i tot amb un voltatge diferent. També pot ser més petit o més gran. Potser una altra relació de velocitat per als motors.

Modifiqueu el programari per utilitzar menys sensors o fins i tot proveu altres algoritmes; us pot sorprendre quant pot canviar el rendiment. O per què no, si sou un usuari avançat, feu-ho amb MPLAB.

El cel és el límit!

Com a consell addicional … Posar a punt els guanys del PID és un viatge fascinant en el qual podeu aprendre els efectes sobre el robot quan seguiu la línia amb diferents valors de Kp, Kd i Ki. Hores i hores d’aprenentatge garantides !!! Els nens no s’adonaran que realment utilitzen matemàtiques per realitzar totes les tasques necessàries.

Espero que us agradi aquest instructiu, si necessiteu alguna cosa, pregunteu-me als comentaris. Gràcies per llegir:)