DIY Wall Follow Robot: 9 кадам

2025 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2025-01-23 14:51

Бул Нускамада биз GreenPAK ™ менен бир нече тышкы УЗИ жана инфракызыл (IR) сенсорлору аркылуу тоскоолдуктарды аныктоо жана качуу системасын кантип иштеп чыгууну түшүндүрөбүз. Бул дизайн автономдуу жана жасалма интеллектуалдуу робот системалары үчүн керектүү болгон кээ бир темаларды тааныштырат.

Төмөндө биз роботтун артынан дубал түзүү үчүн программанын кантип чечилгенин түшүнүү үчүн керектүү кадамдарды сүрөттөдүк. Бирок, эгер сиз программалоонун жыйынтыгын алууну кааласаңыз, GreenPAK программасын жүктөп алыңыз, буга чейин аяктаган GreenPAK Дизайн Файлын көрүңүз. GreenPAK Development Kitти компьютериңизге сайыңыз жана роботтун дубалын түзүү үчүн программаны басыңыз.

1 -кадам: Проблемалар жөнүндө билдирүү

Жакында жасалма интеллектке кайрадан кызыгуу пайда болду жана бул кызыгуунун көбү толугу менен автономдуу жана акылдуу машиналарга багытталган. Мындай роботтор адамдын жоопкерчилигин азайтып, автоматташтырууну мамлекеттик кызматтар жана коргонуу сыяктуу тармактарга жайылта алат. AI изилдөөчүлөрү автономдуу робот унаалары аркылуу өрт өчүрүү, медициналык жардам, табигый кырсыктарды башкаруу жана өмүрдү сактап калуу сыяктуу кызматтарды автоматташтырууга аракет кылып жатышат. Бул унаалар жеңиши керек болгон кыйынчылыктардын бири - урандылар, от, тузактар ж.

2 -кадам: Ишке ашыруу чоо -жайы

Бул Нускамада биз УЗИ сенсорун, IR тоскоолдуктарды аныктоочу бир жупту, мотор айдоочусу схемасын (L298N), төрт DC кыймылдаткычын, дөңгөлөктөрдү, 4 дөңгөлөктүү унаа скелетин жана GreenPAK SLG46620V чипин колдонобуз.

GreenPAK контроллеринин санарип чыгаруу пини УЗИ сенсорун иштетүү үчүн колдонулат (aka sonar), жана анализ үчүн алдыдагы тоскоолдуктардан алынган жаңырыкты чогултуу үчүн санариптик кирүү пини колдонулат. IR тоскоолдуктарды аныктоо сенсорунун чыгышы да байкалат. Шарттар топтомун колдонгондон кийин, эгерде тоскоолдук өтө жакын болсо, моторлор (4 дөңгөлөктүн ар бирине туташкан) кагылышууну болтурбоо үчүн жөнгө салынат.

3 -кадам: түшүндүрмө

Автономдуу тоскоолдуктардан качуу роботу тоскоолдуктарды аныктоого жана кагылышууларга жол бербөөгө жөндөмдүү болушу керек. Мындай роботтун дизайны ар кандай сенсорлордун интеграциясын талап кылат, мисалы, сокку сенсорлору, инфракызыл сенсорлор, ультрадыбыштуу сенсорлор ж.б.у.с. УЗИ сенсор жай кыймылдаган автономдуу роботко тоскоолдуктарды аныктоо үчүн ылайыктуу, анткени анын баасы төмөн жана диапазону салыштырмалуу жогору.

УЗИ сенсору кыска УЗИ жарылып, анан жаңырыкты угуу менен объекттерди аныктайт. Микроконтроллердин көзөмөлүндө сенсор 40 кГц кыска импульсту чыгарат. Бул импульс аба аркылуу бир нерсеге тийип, кайра сенсорго чагылдырылат. Сенсор жаңырык аныкталганда токтотуучу кабыл алуучуга сигнал берет. Ошентип, кайтарылган импульстун туурасы объектке чейинки аралыкты эсептөө үчүн колдонулат.

Бул тоскоолдуктардан качуу робот унаасы УЗИ сенсорун колдонуп, анын жолундагы объекттерди аныктайт. Моторлор мотор айдоочусу IC аркылуу GreenPAK менен туташат. УЗИ сенсору роботтун маңдайына, ал эми эки IR тоскоолдуктарды аныктоочу сенсор роботтун капталындагы тоскоолдуктарды аныктоо үчүн солго жана оң жагына бекитилген.

Робот каалаган жолдо баратканда, УЗИ сенсору УЗИ толкундарын үзгүлтүксүз өткөрүп турат. Роботтун алдында тоскоолдук болгондо, УЗИ толкундары тоскоолдуктан кайра чагылдырылат жана бул маалымат GreenPAKка өткөрүлөт. Ошол эле учурда, IR сенсорлору IR толкундарын чыгарышат жана кабыл алышат. УЗИ жана IR сенсорлорунун кириштерин чечмелегенден кийин, GreenPAK төрт дөңгөлөктүн ар биринин моторун көзөмөлдөйт.

4 -кадам: Алгоритмдин сүрөттөлүшү

Ишке киргенде төрт мотор бир убакта күйгүзүлүп, роботтун алдыга жылуусуна себеп болот. Андан кийин, УЗИ сенсору роботтун алдынан импульстарды үзгүлтүксүз жөнөтөт. Эгерде тоскоолдук бар болсо, анда импульстар чагылат жана сенсор аркылуу аныкталат. Импульстун чагылышы тоскоолдуктун физикалык абалына көз каранды: эгерде формасы туура эмес болсо, анда чагылдырылган импульстар азыраак болот; эгер ал бирдей болсо, анда өткөрүлгөн импульстардын көбү чагылдырылат. Рефлексия тоскоолдуктун багытына да көз каранды. Эгер ал бир аз кыйшайса же сенсорго параллель жайгаштырылса, анда үн толкундарынын көбү чагылбай өтөт.

Роботтун алдында тоскоолдук аныкталганда, IR сенсорлорунун каптал чыгуулары байкалат. Эгерде оң тараптан тоскоолдук аныкталса, роботтун сол капталындагы дөңгөлөктөрү иштен чыгып, анын солго бурулушуна жана тескерисинче. Эгерде тоскоолдук аныкталбаса, анда алгоритм кайталанат. Агымдын схемасы 2 -сүрөттө көрсөтүлгөн.

5-кадам: УЗИ сенсор HC-SR04

УЗИ сенсору - үн толкундарынын жардамы менен объектке чейинки аралыкты өлчөй турган түзүлүш. Ал белгилүү бир жыштыкта үн толкунун жөнөтүп, кайра артка кайтуусун угуу менен аралыкты өлчөйт. Үн толкуну менен артка секирип жаткан үн толкунунун ортосундагы өткөн убакытты жазып, сонар сенсору менен нерсенин ортосундагы аралыкты эсептеп алууга болот. Үн аба аркылуу 344 м/с (1129 фут/с) ылдамдыкта өтөт, андыктан Формула 1дин жардамы менен объектке чейинки аралыкты эсептей аласыз.

HC-SR04 УЗИ сенсору төрт казыктан турат: Vdd, GND, Trigger жана Echo. Триггер пинине контроллерден импульс колдонулганда, сенсор "спикерден" УЗИ толкунун чыгарат. Чагылган толкундарды "кабыл алуучу" аныктайт жана Эхо пини аркылуу контроллерге кайра берилет. Сенсор менен тоскоолдуктун ортосундагы аралык канчалык узак болсо, Эхо пининдеги импульс ошончолук узун болот. Пульс сонар импульсун сенсордон басып, кайра экиге бөлүнгөн убакытка чейин калат. Сонар иштетилгенде, ички таймер башталат жана чагылган толкун аныкталганга чейин уланат. Бул убакыт экиге бөлүнөт, анткени үн толкуну тоскоолдукка жетүү үчүн таймер күйүп турган убакыттын жарымын түзгөн.

УЗИ сенсорунун иштеши Figure 4тө көрсөтүлгөн.

УЗИ импульсун жаратуу үчүн, Triggerди 10μs үчүн ЖОГОРУ абалына коюңуз. Бул 8 циклдүү үн жарылуусун жөнөтөт, ал аппараттын алдындагы тоскоолдуктарды чагылдырат жана сенсор тарабынан кабыл алынат. Эхо пин үн толкуну басып өткөн убакытты (микросекундда) чыгарат.

6 -кадам: Infrared тоскоолдуктарды аныктоо сенсор модулу

УЗИ сенсоруна окшоп, инфракызыл (ИК) тоскоолдуктарды аныктоонун негизги түшүнүгү IR сигналын берүү (нурлануу түрүндө) жана анын чагылышын байкоо. IR сенсор модулу Figure 6да көрсөтүлгөн.

Өзгөчөлүктөрү

• Электрондук платада тоскоолдуктун көрсөткүчү жарык бар
• Санариптик сигнал
• Аныктоо аралыгы: 2 ~ 30 см
• Аныктоо бурчу: 35 °
• Салыштыруучу чип: LM393
• Потенциометр аркылуу жөнгө салынуучу аралыктын диапазону:

○ Сааттын жебеси боюнча: аныктоо аралыкты жогорулатуу

○ Сааттын жебесине каршы: аныктоо аралыкты кыскартуу

Мүнөздөмөлөр

• Жумуш чыңалуусу: 3 - 5 V DC
• Чыгаруу түрү: Санарип өтүү чыгаруу (0 жана 1)
• Оңой орнотуу үчүн 3 мм бурама тешиктер
• Board өлчөмү: 3.2 x 1.4 см

Control Indicator Description стол 1де сүрөттөлгөн.

7 -кадам: Motor Driver Circuit L298N

Мотор айдоочусу схемасы, же H-Bridge, DC кыймылдаткычтарынын ылдамдыгын жана багытын көзөмөлдөө үчүн колдонулат. Бул өзүнчө DC кубат булагына туташуусу керек болгон эки кирүүчү бар (моторлор оор токту тартат жана контроллерден түз берилбейт), ар бир мотор үчүн эки жыйынтыгын чыгарат (оң жана терс), ар бири үчүн эки иштетүүчү казык чыгуулардын топтому, жана ар бир мотор розеткасынын багытын көзөмөлдөө үчүн эки казык (ар бир мотор үчүн эки казык). Эгерде эң сол жактагы эки казыкка логикалык деңгээлдер бир пин үчүн ЖОК, экинчисине LOW берилсе, сол розеткага туташкан мотор бир багытта, ал эми логиканын ырааттуулугу тескери (LOW жана HIGH) болсо, моторлор айланат карама -каршы багытта. Ушул эле нерсе оң жактагы казыктарга жана оң чыгуучу моторго тиешелүү. Эгерде түгөйдүн экөөнө тең логикалык деңгээл ЖОГОРУ же ТӨМӨН берилсе, моторлор токтойт.

Бул эки багыттуу мотор айдоочу абдан популярдуу L298 Dual H-Bridge Motor Driver ICге негизделген. Бул модуль эки моторду эки багытта оңой жана өз алдынча башкарууга мүмкүндүк берет. Бул башкаруу үчүн стандарттык логикалык сигналдарды колдонот жана ал эки фазалуу тепкичтүү моторлорду, төрт фазалуу тепкичтүү моторлорду жана эки фазалуу DC кыймылдаткычтарын башкара алат. Бул чыпкалуу конденсаторго жана ишенимдүүлүктү жогорулатуу, индуктивдүү жүктүн тескери агымынын бузулушунан чынжырдагы түзүлүштөрдү коргогон эркин кыймыл диодуна ээ. L298де 5-35 В айдоочу чыңалуусу жана 5 В логикалык деңгээли бар.

Мотор айдоочунун функциясы 2 -таблицада сүрөттөлгөн.

УЗИ сенсорунун, мотор айдоочусунун жана GPAK чипинин ортосундагы байланыштарды көрсөткөн блок -схема Figure 8де көрсөтүлгөн.

8 -кадам: GreenPAK Дизайн

Matrix 0де сенсордун триггери CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 жана осциллятордун жардамы менен түзүлгөн. Ультрадыбыштуу сенсордун Echo пининин кирүүсү Pin3 аркылуу окулат. Үч кирүү 3-бит LUT0де колдонулат: бири Эхо, экинчиси Триггер, үчүнчүсү Trigger киргизүү 30 бизге кечигип жатат. Бул таблицанын чыгышы Matrix 1де колдонулат. IR сенсорлорунун чыгышы Matrix 0де да алынат.

Matrix 1де, P1 жана P6 порттору OR'd бирге жана мотор айдоочусунун Pin1 тиркелген Pin17 менен туташкан. Pin18 дайыма LOW логикасында жана мотор айдоочусунун Pin2 туташкан. Ошо сыяктуу эле, P2 жана P7 порттору OR'd менен бириктирилет жана мотор айдоочусунун P3 тиркелген GreenPAK Pin20 менен туташат. Pin19 мотор айдоочусунун Pin4 туташкан жана логика LOW дайыма.

Эхо пин жогору болгондо, бул роботтун алдында бир объект турганын билдирет. Андан кийин робот IR сенсорлорунун сол жана оң тоскоолдуктарын текшерет. Эгерде роботтун оң жагында тоскоолдук болсо, анда ал солго бурулат, ал эми сол тарапта тоскоолдук болсо, анда ал оңго бурулат. Мындай жол менен робот тоскоолдуктардан качып, кагылышпастан кыймылдайт.

Жыйынтык

Бул Нускамада биз GreenPAK SLG46620V негизги көзөмөлдөөчү элемент катары колдонулган жөнөкөй автоматтык тоскоолдуктарды аныктоо жана качуу машинасын түздүк. Кээ бир кошумча схемалар менен, бул дизайн белгилүү бир чекитке жол табуу, лабиринт чечүү алгоритми, алгоритмден кийинки сызык ж.

9 -кадам: Аппараттык сүрөттөр