Özünü balanslaşdıran robot: 6 addım (şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:47

Bu Təlimat kitabında sizə məktəb layihəsi olaraq hazırladığımız özünü balanslaşdıran robotun necə qurulacağını göstərəcəyik. NBot və digər Instructable kimi digər robotlara əsaslanır. Robotu Android smartfonundan Bluetooth bağlantısı ilə idarə etmək olar. Bu Təlimat yalnız tikinti prosesini əhatə etdiyi üçün kodun və elektronikanın texniki məlumatlarını əhatə edən bir sənəd də yazdıq. Həm də istifadə olunan mənbələrə bağlantılar ehtiva edir, buna görə də sənəd sizin üçün kifayət qədər əhatəli deyilsə, onlara baxa bilərsiniz.

Bu layihənin bütün addımlarını yerinə yetirmək üçün təkərləri mühərriklərə bağlamaq üçün bəzi 3D çap bacarıqlarına və ya başqa bir ağıllı yola ehtiyacınız olacaq.

Addım 1: Tələblər

Robot, Martinez fırçasız gimbal idarəetmə lövhəsinə əsaslanır. Bu lövhədə bəzi kiçik dəyişikliklər var, ancaq ATmega328 çipi və L6234 mühərrik idarəedicilərinə sahib olduğunuz müddətcə yaxşı olmalısınız. Google Şəkillərdə "Martinez lövhəsi" axtarsanız, pin başlıqları və ya delikləri yerinə IMU çipi və/və ya batareyası üçün asan bir bağlayıcıya sahib bəzi lövhələr olduğunu görəcəksiniz. Son vəziyyətdə, çuxurlara lehim edə biləcəyiniz bir başlıq sancağı sifariş etsəniz faydalı olacaq.

Partlist

Bu siyahıdakı bəzi maddələr internet mağazalarına bağlantılar ehtiva edir.

• Nəzarətçi: Martinez BoardDX.com (IMU və bəzi başlıq pinləri ilə birlikdə gəlir).
• IMU: MPU6050
• Batareya (450 mAh 3S LiPo batareya) Qeyd: 3S LiPo şarj cihazına da ehtiyacınız olacaq eBay.com
• 2x Motor: Fırçasız motor 2208, KV100DX.com
• Təkərlər (bunları mövcud oyuncaqlardan və ya LEGO -dan əldə edə bilərsiniz)
• 6x M2 vida 5 mm
• 8x M3 vida (uzunluq xarici görünüşünüz üçün materialdan asılıdır, birinin daha uzun olması lazımdır)
• Bluetooth çipi HC-05 (yalnız çılpaq çip deyil, seriyalı bir interfeys lövhəsi ilə birlikdə alın) ƏHƏMİYYƏTLİ: Çipdə KEY etiketli bir pin olduğuna əmin olun.
• Teller: Dişi -Dişi DuPont 20 paketdən ibarət bir paket almaq kifayət qədər çox olacaq
• Velcro lent
• Nəzarətçini kompüterə bağlamaq üçün USB kabel
• İsteğe bağlı: pinsDX.com başlığı (bunları istədiyiniz uzunluğa kəsə və ya qıra bilərsiniz)
• Plastik yuyucular və ayırıcılar

Nəhayət, bütün komponentləri tutan bir quruluş yaratmaq üçün yapışqan və ya lentlə müşayiət olunan bir neçə akril, taxta və ya karton lazımdır.

Addım 2: Bluetooth Çip Konfiqurasiyası

Bütün hissələri tutduqdan sonra Bluetooth çipinin konfiqurasiya vaxtıdır. Kompüterlə əlaqə qurmaq üçün Arduino IDE -ni kompüterə bağlamaq üçün bir USB kabelinə ehtiyacınız olacaq.

Bunun üçün faylı yükləməlisiniz:

HC-05_Serial_Interface.ino

Sonra bu addımları izləyin:

1. USB kabeli ilə nəzarətçini kompüterinizə qoşun.
2. Arduino IDE ilə.ino faylını açın.
3. IDE -də Tools, Board -a gedin və Arduino/Genuino Uno -ya qurulduğundan əmin olun.
4. İndi Tools, Port -a gedin və nəzarətçinin qoşulduğu COM portuna qoyun. Ümumiyyətlə yalnız bir port var. Birdən çox varsa, hansının nəzarətçi olduğunu öyrənmək üçün Cihaz Menecerini (Windows -da) yoxlayın.
5. İndi IDE -də Yüklə düyməsini vurun və yükləmənin bitməsini gözləyin. Sonra USB kabelini ya kompüterdən, ya da nəzarət cihazından ayırın.

Bunu etdikdən sonra, HC-05-i DuPont kabellərindən istifadə edərək aşağıdakı kimi bağlayın:

HC-05 nəzarətçi

KEY +5V GND GND TXD RX RXD TX

İndi USB kabelini yenidən qoşun, sonra HC-05-in VCC pinini nəzarətçidəki başqa +5V-ə qoşun. LED ~ 1 saniyəlik fasilə ilə yanıb sönməlidir.

Arduino IDE -də düzgün COM portunu seçin, sonra Alətlər, Serial Monitor bölməsinə keçin.

Serial Monitorda Line Ending seçimini həm NL, həm də CR olaraq təyin edin. Baud dərəcəsini 38400 olaraq təyin edin. İndi Bluetooth çipinə quraşdırma əmrləri göndərmək üçün Serial Monitordan istifadə edə bilərsiniz. Bunlar əmrlərdir:

AT Əlaqəni yoxlayın

AT+NAME Bluetooth ekran adını AT+UART alın/təyin edin AT+ORGL Baud dərəcəsini alın/təyin edin AT+PSWD zavod parametrlərini sıfırlayın AT+PSWD Bluetooth şifrəsini əldə edin/təyin edin

Bluetooth cihazının adını, şifrəsini və ötürmə sürətini dəyişdirmək üçün aşağıdakı əmrləri göndərin:

AT+NAME = "Nümunə Adı"

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

Ad və Şifrə seçimləri istədiyiniz kimi təyin edilə bilər, yalnız yuxarıda sadalanan əmrdən istifadə edərək baud dərəcəsini təyin etməyinizə əmin olun. Bu, 1 dayanma biti və pariteti olmayan 230400 baud olaraq təyin edir. Hər şeyi qurduqdan sonra USB kabelini yenidən bağlayın (quraşdırma rejimindən çıxmaq üçün) və telefonunuzu çipə qoşmağa çalışın. Hər şey işləyirsə, USB kabelini ayırın və növbəti addıma keçin.

Addım 3: Təkərləri Motorlara Bağlamaq

Bu layihədə istifadə olunan təkərlərin mənşəyi məlum deyil (bir çox başqa əşyaları olan bir çekmece içərisində uzanırdılar). Təkərləri mühərriklərə bağlamaq üçün, mühərriklərdəki vida deliklərinə uyğun olan bir parça 3D çap etdik. Parçalar hər bir mühərrik üçün 5 millimetrlik 2M vida ilə vidalanmışdır. Hər iki hissədə təkərlərin oxundakı deliklərə uyğun bir pin var.

SolidWorks modeli daxildir. Çox güman ki, təkərləriniz üçün onu dəyişdirməlisiniz və ya təkərlərə uyğun başqa praktik bir həll tapmalısınız. Məsələn, Dremel -dən istifadə edərək motorla eyni ölçüdə bir çuxur kəsə bilərsiniz (ya da rahat oturmaq üçün bir qədər kiçikdir), sonra mühərriki təkərə sıxa bilərsiniz. Bunu etməyi planlaşdırırsınızsa, bu iş üçün uyğun təkərlər aldığınızdan əmin olun.

Addım 4: Xarici görünüşün yaradılması

Xarici olaraq, iki ağac parçası istifadə edildi və eyni forma kəsildi. Başlamaq üçün, motorun ətrafını parçanın alt mərkəzində qeyd etdik. Daha sonra hər küncü 45 dərəcə bir xətt ilə qeyd etdik və motorun alt mərkəzdə oturması üçün kifayət qədər yer buraxdığınızdan əmin olduq. Sonra iki taxta parçasını bir -birinə bağladıq və küncləri kəsdik. İşləri başa çatdırmaq üçün küncləri daha az iti etmək və zımpara hissələrini çıxarmaq üçün zımpara etdik.

İndi motorun arxasından çıxan vintlər və ox üçün deliklər açmağın vaxtı gəldi. Qazma zamanı taxta parçalarını bir -birinə sıxarsanız, hər çuxuru yalnız bir dəfə qazmalısınız.

Vida deliklərinin düzülüşünü yaratmaq üçün bir kağız parçası istifadə edərək onu motorun arxasına qoyduq və qələmlə vida deliklərinə basıb, birbaşa kağızdan istifadə etdik. Qazılacaq deliklərin yerini qeyd etmək üçün dörd vida dəliyi olan kağız parçası daha sonra taxta üzərinə qoyuldu. Deliklər qazmaq üçün 3, 5 mm -lik bir qazma istifadə edin. İndi bir qələm və bir cetvel istifadə edərək bu deliklərin mərkəzini tapın və 5 mm -lik bir matkapla ox üçün deşik yaradın. Mühərrikləri M3 vintləri ilə bağlayın, ancaq bir mühərrikdən daha geniş boşluqlu vintlərdən birini buraxın.

Robotun içərisinə motor konnektoru və teli daxil etmək üçün, motordan bir qədər yuxarıda 8 mm -lik bir delik açdıq. Telləri çox gərginləşdirmədən əyilmək üçün kifayət qədər yer olduğundan əmin olun.

Mükəmməl bir simmetrik xarici görünüş yaratmaq üçün mümkün qədər dəqiq işləmək vacibdir

Addım 5: Komponentlərin quraşdırılması

Komponentləri ortada yerləşdirə bilmək üçün taxta şaquli bir mərkəz təlimatı işarələyin. Velcro lent istifadə edərək hər şeyi taxta yapışdıra bilərsiniz. Robotumuzda idarəetmə lövhəsini möhkəmləndirmək üçün kiçik boltlar və qoz -fındıqlardan istifadə etdik, ancaq velcro lentdən də istifadə edə bilərsiniz (nəzarətçini bağladığımız vaxt hələ yox idi). Tikintini bitirdikdən sonra USB kabelini qoşa biləcəyinizə əmin olun.

Nəzarətçini USB portu aşağıya baxaraq mərkəzə qoyduq, buna görə də kabeli təkərlərin arasına qoşa bildik. Tərəflərdən birinə də işarə edə bilərsiniz.

Batareyanı mümkün qədər yüksək qoyun ki, robot ağırlaşsın. Şarj portunu kənarına yaxın, əlçatmaz bir yerə qoyun.

Bluetooth çipi

Bluetooth çip VCC pinini nəzarətçidəki +5V -ə, Bluetooth GND -ni isə nəzarətçinin GND -nə qoşun. Nəzarətçinin TXD pimi Bluetooth RX -ə, nəzarətçidəki RXD pimi isə Bluetooth TX pininə gedir. Sonra Bluetooth çipini cırtdan lentdən istifadə edərək taxta panelə yapışdırın.

Hərəkət çipi

Hərəkət çipinin iki vida deliği var, buna görə çipin mərkəzi mühərrikin ortasına düşəcək şəkildə bir aralıq istifadə edərək çipi bağladıq. İstiqamətin əhəmiyyəti yoxdur, çünki robot açılış zamanı özünü kalibr edir. Dövrənin qısalmaması üçün vida başlığının altında plastik yuyucudan istifadə etməyinizə əmin olun.

Sonra pinləri nəzarətçiyə bağlamaq üçün DuPont tellərindən istifadə edin. Hər bir pin nəzarətçi üzərində hərəkət çipində olduğu kimi eyni şəkildə etiketlənir, buna görə birləşdirmək olduqca aydındır.

Güc açarı

Elektrik açarını bağlamaq asandır. Köhnə bir cihazdan birini götürdük və onu lövhədən çıxardıq. Robot üçün bir güc açarı olaraq istifadə etmək üçün, batareyanın pozitiv telini açarın mövqeyini açmaq istədiyiniz tərəfdəki pinə (üç pinli keçid olduğunu güman edərək) bağlayırsınız. Sonra, mərkəzi pimi nəzarətçinin müsbət enerji girişinə qoşun. DuPont tellərini açara lehimlədik ki, batareyanın özü daimi olaraq açara bağlanmasın.

Tərəflərin birləşdirilməsi

İndi komponentlərin yerini bilirsiniz və robotun iki tərəfi var. Robotun hazırlanmasında son addım iki tərəfi bir -birinə bağlayacaq. Bir -birinə yapışdırılmış üç ağacdan ibarət dörd dəst istifadə etdik və tərəflərə vidaladıq ki, hərəkət çipimiz robotun orta oxunda olsun. Demək lazımdır ki, kifayət qədər möhkəm olması şərtilə istifadə olunan materialın çox da əhəmiyyəti yoxdur. Kütlə mərkəzinin hündürlüyünü daha da artırmaq üçün üst hissədə daha ağır bir əlaqə istifadə edə bilərsiniz. Kütlə mərkəzinin şaquli mövqeyindən fərqli olaraq, kütlə mərkəzinin üfüqi mövqeyi təkər oxunun üstündə mümkün qədər yerində saxlanılmalıdır, çünki üfüqi mərkəz üçün hərəkət çipinin kodlaşdırılması olduqca çətin olacaq. kütləvi köçürülmüşdür.

İndi kodu yükləməyə və nəzarətçini tənzimləməyə hazırsınız.

Addım 6: Kodu yükləyin və tənzimləyin

Kodu yükləmək üçün Arduino IDE ilə bir kompüterə ehtiyacınız var. Aşağıdakı.ino faylını yükləyin və Arduino IDE ilə açın. Nəzarətçiyə yükləmək, Bluetooth qurğusundakı kodla eyni şəkildə aparılır.

Robotun işləməsi üçün Play Store -dan 'Joystick bluetooth Commander' tətbiqini yükləməlisiniz. Robotun gücünü yandırın və ya önə və ya arxaya yerə qoyun. Proqramı işə salın və Bluetooth çipinə qoşulun. Datafield 1 robot özünü kalibr etdikdən sonra XXX -dan READY -ə keçəcək (yan tərəfə yerləşdirmək üçün 5 saniyə, sonra 10 saniyə kalibrləmə). Tətbiqdəki 1 düyməsini keçərək robotu işə sala bilərsiniz. İndi robotu yerə dik qoyun və mühərriklərin açıldığını hiss etdikdən sonra buraxın. Bu zaman robot özünü tarazlaşdırmağa başlayır.

Robot artıq tənzimlənməyə hazırdır, çünki stabilliyi çox yaxşı deyil. Əlavə tənzimləmə olmadan işlədiyini sınaya bilərsiniz, ancaq düzgün işləməsi üçün robotu bizimkilərlə olduqca eyniləşdirməlisiniz. Buna görə də əksər hallarda robotu ən yaxşı şəkildə idarə etmək üçün nəzarətçini tənzimləməlisiniz. Çox vaxt aparsa da, olduqca asandır. Bunu necə edəcəyiniz budur:

Nəzarətçinin tənzimlənməsi

Kodun bir yerində k ilə başlayan 4 dəyişən tapa bilərsiniz. Bunlar kp, kd, kc və kv -dir. Bütün dəyərləri sıfıra qoyaraq başlayın. Ayarlanacaq ilk dəyər kp -dir. Varsayılan kp dəyəri 0.17 -dir. 0.05 kimi daha aşağı bir şeyə qoymağa çalışın. Robotu söndürün, kodu yükləyin və necə balanslaşdırmağa çalışdığını görün. İrəli düşərsə, dəyəri artırın. Bunun ən ağıllı yolu interpolasiya etməkdir:

1. Dəyəri aşağı bir şeyə qoyun və sınayın
2. Dəyəri yüksək bir şeyə qoyun və sınayın
3. Dəyəri ikisinin ortasına təyin edin və sınayın
4. İndi aşağı və ya yüksək dəyərlə daha yaxşı balanslaşdırıldığını və cari dəyəri və daha yaxşı işlədiyi dəyəri ortalamasını tapmağa çalışın.
5. Şirin bir yer tapana qədər davam edin

Kp dəyərinin şirin nöqtəsi, həddindən artıq və həddindən artıq kompensasiyanın kənarında olmasıdır. Buna görə də bəzən düşmə sürətinə tab gətirə bilmədiyi üçün irəli, digər vaxt isə fərqli istiqamətə aşdığı üçün geriyə düşəcək.

Kp dəyərini təyin etdikdən sonra kd təyin edin. Bu, kp ilə etdiyiniz kimi edilə bilər. Robot demək olar ki, balanslaşdırılana qədər bu dəyəri artırın ki, yıxılana qədər irəli -geri dönsün. Çox yüksək qoysanız, onu artıq balanslaşdıra bilərsiniz, ancaq tarazlıq çox pozulduqda (məsələn, itələyərkən) yıxılacaq. Buna görə kifayət qədər balanslı olmayan, lakin olduqca yaxın bir yer tapmağa çalışın.

Güman etdiyiniz kimi, idarəedicinin tənzimlənməsi bir neçə cəhd tələb edə bilər, çünki təqdim olunan hər yeni dəyişənlə çətinləşir. Buna görə işləməyəcəyini düşünürsənsə, yenidən başla.

İndi kv -ni qurmağın vaxtı gəldi. Robotun sallanmasını dayandırdığı, balanslı qaldığı və yüngül bir itələməni idarə edə biləcəyi bir dəyər tapana qədər bunu interpolasiya edin. Çox yüksək olduqda, sabitliyə mənfi təsir göstərir. Ən sabit olduğu nöqtəni tapmaq üçün kv və kp ilə oynamağa çalışın. Bu tənzimləmə üçün ən çox vaxt aparan addımdır.

Son dəyər kc -dir. Bu dəyər, robotun itələmə və ya başqa bir şeyi kompensasiya etdikdən sonra son mövqeyinə qayıtmasını təmin edir. Eyni interpolasiya metodunu burada sınaya bilərsiniz, lakin 0.0002 əksər hallarda olduqca yaxşı işləməlidir.

Bu belədir! Robotunuz artıq hazırdır. Robotu idarə etmək üçün smartfonunuzdakı joystickdən istifadə edin. Ehtiyatlı olun, maksimum sürətlə irəliləmək robotun yıxılmasına səbəb ola bilər. Bunu mümkün qədər kompensasiya etmək üçün nəzarətçi dəyişənləri ilə oynayın. Ən məntiqli addım bunun üçün kp dəyərinə baxmaq olar, çünki bu, robotun cari açısını birbaşa kompensasiya edir.

LiPo batareyaları haqqında vacib bir qeyd

LiPo batareyanızın gərginliyini mütəmadi olaraq yoxlamağınız məsləhətdir. LiPo batareyaları, 3S LiPo-da 9 volt ölçən bir hüceyrə üçün 3 voltdan aşağı boşaldılmamalıdır. Gərginlik bir hüceyrədə 3 voltun altına düşərsə, batareyanın tutumunun daimi itkisi olacaq. Gərginlik hər bir hüceyrə üçün 2,5 voltun altına düşərsə, batareyanı atın və yenisini satın alın. 2.5 voltdan aşağı LiPo batareyasının doldurulması təhlükəlidir, çünki daxili müqavimət çox yüksəkdir və nəticədə batareyanın qızması və şarj zamanı potensial yanğın təhlükəsi yaranır..