Arduino - Balance - Robot d'equilibri - Com fer ?: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

En aquest tutorial aprendrem com fer que el robot d'equilibri (equilibri) Arduino s'equilibri a si mateix. Primer podeu veure el vídeo tutorial anterior.

Pas 1: maquinari obligatori

Tauler Arduino (Uno):

MPU-6050 GY521 Acc + Gyro -

Conjunt de motors d'engranatges de codificador DC 6V 210RPM -

Controlador de motor L298N:

Botó de commutació:

Conjunt de rosques espaiadors roscats M3:

Full de píxel acrílic:

3.7v 18650 recarregable Li-ion + carregador -

Bateria de 9V:

Jumper Wires:

Hot Glue Gun:

Arduino Starter Kit and Supplies (Opcional): Arduino Board & SCM Supplies # 01 -

Subministraments Arduino Board & SCM # 02 -

Arduino Basic Learning Starter Kit # 01 -

Arduino Basic Learning Starter Kit # 02 -

Arduino Basic Learning Starter Kit # 03 -

Mega 2560 Starter Kit amb tutorial:

Kit de mòduls de sensor per Arduino # 01 -

Kit de mòduls de sensor per Arduino # 02 -

Pas 2: Muntatge del robot

• Foradeu quatre cantonades de 3 fulls d’acrílic. (Imatges 1 i 2)
• Entre cada full acrílic hi haurà uns 8 cantímetres / 3,15 polzades. (Imatge 3)
• Dimensions del robot (aprox.) 15cm x 10 cm x 20cm. (Imatge 4)
• El motor de corrent continu i les rodes se situaran al centre (línia mitjana) del robot. (Imatge 5)
• El controlador del motor L298N es col·locarà al centre del primer pis (línia mitjana) del robot. (Imatge 6)
• La placa Arduino es col·locarà a la segona planta del robot.
• El mòdul MPU6050 es col·locarà a la planta superior del robot. (Imatge 7)

Pas 3: connexions

Proveu el MPU6050 i assegureu-vos que funciona. Connecteu primer el MPU6050 a l’Arduino i proveu la connexió mitjançant els codis del tutorial següent. El daha s'ha de mostrar al monitor sèrie

Tutorial instructables - Acceleròmetre 6 eixos MPU6050 GY521 + giroscopi

Tutorial de YouTube: accelerador de 6 eixos MPU6050 GY521 + giroscopi

El mòdul L298N pot proporcionar els + 5V que necessita l’Arduino sempre que la seva tensió d’entrada sigui +7 V o superior. No obstant això, vaig optar per tenir una font d'alimentació separada per al motor

Pas 4: Com funciona l'equilibri?

• Per mantenir el robot equilibrat, els motors han de contrarestar la caiguda del robot.
• Aquesta acció requereix un feedback i un element correctiu.
• L’element de retroalimentació és el MPU6050, que proporciona acceleració i rotació en els tres eixos que fa servir l’Arduino per conèixer l’orientació actual del robot.
• L’element correctiu és la combinació de motors i rodes.
• El robot autoequilibrant és essencialment un pèndol invertit.
• Es pot equilibrar millor si el centre de massa és més elevat en relació amb els eixos de les rodes.
• És per això que he col·locat la bateria a sobre.
• L'alçada del robot, però, es va escollir en funció de la disponibilitat de materials.

Pas 5: codi font i biblioteques

El codi desenvolupat per al robot d'equilibri és massa complicat. Però no cal preocupar-se. Només canviarem algunes dades.

Necessitem quatre biblioteques externes per fer funcionar els robots autoequilibrats

• La biblioteca PID facilita el càlcul dels valors P, I i D.
• La biblioteca LMotorController s’utilitza per accionar els dos motors amb el mòdul L298N.
• La biblioteca I2Cdev i la biblioteca MPU6050_6_Axis_MotionApps20 serveixen per llegir dades del MPU6050.

Descarregar biblioteques

PID:

LMotorController -

I2Cdev -

MPU6050 -

Obteniu el codi font:

Què és el PID?

• En teoria de control, mantenir una variable estable (en aquest cas, la posició del robot) necessita un controlador especial anomenat PID.
• P per proporcional, I per integral i D per derivada. Cadascun d'aquests paràmetres té "guanys" normalment anomenats Kp, Ki i Kd.
• PID proporciona correcció entre el valor (o entrada) desitjat i el valor (o sortida) real. La diferència entre l'entrada i la sortida s'anomena "error".
• El controlador PID redueix l’error al mínim valor possible ajustant contínuament la sortida.
• Al nostre robot autoequilibrant Arduino, l'entrada (que és la inclinació desitjada, en graus) la defineix el programari.
• El MPU6050 llegeix la inclinació actual del robot i l’alimenta a l’algorisme PID que realitza càlculs per controlar el motor i mantenir el robot en posició vertical.

PID requereix que els valors de guanys Kp, Ki i Kd estiguin "ajustats" a valors òptims

En el seu lloc, ajustarem els valors PID manualment

1. Feu que Kp, Ki i Kd siguin iguals a zero.
2. Ajusta Kp. Massa poc Kp farà caure el robot (no hi ha prou correcció). Massa Kp farà que el robot vagi endavant i endarrerit. Un Kp prou bo farà que el robot vagi lleugerament endavant i endarrere (o oscil·li una mica).
3. Un cop configurat el Kp, ajusteu Kd. Un bon valor de Kd disminuirà les oscil·lacions fins que el robot sigui gairebé constant. A més, la quantitat adequada de Kd mantindrà el robot dempeus encara que sigui empès.
4. Per últim, configureu el Ki. El robot oscil·larà quan estigui engegat, fins i tot si el Kp i el Kd estan configurats, però s'estabilitzarà en el temps. El valor Ki correcte reduirà el temps que triga l'estabilització del robot.

Suggeriment per obtenir millors resultats

Us recomano que creeu un marc de robot similar utilitzant els materials utilitzats en aquest projecte per fer que el codi font del robot Balance funcioni de manera estable i eficient.

Pas 6: per obtenir assistència

• Podeu subscriure-us al meu canal de YouTube per obtenir més tutorials i projectes.
• També us podeu subscriure per obtenir assistència. Gràcies.

Visita al meu canal de YouTube: