Robotic Rover: 10 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Hej, jag är Proxy303, en specialist på robotik. I denna handledning kommer jag att lära dig hur du bygger din egen robot som en av mina.

Jag pratar inte om en av de överförhärligade fjärrkontrollbilar som folk kallar robotar. En av själva definitionerna av en robot är att den inte kan vara fjärrkontroll. Roboten du kommer att bygga idag är en som du bygger, kopplar och programmerar. Då är det autonomt. Det betyder att det inte styrs externt. Den styr sig själv. Efter att den har byggts och programmerats gör roboten allt annat själv.

Det finns fem huvudkomponenter i alla robotar:

• Ett chassi, som är din robotkropp. Du kan köpa dessa förmonterade online, eller du kan göra din egen från ett kit eller från början.
• En mikrokontroller, som är "robotens" hjärna ". Detta är en mångsidig krets som kan programmeras för att göra i stort sett vad som helst.
• Vissa motorer som gör att din robot kan röra sig. Du kan inte effektivt styra motorer direkt med en mikrokontroller, så du behöver …
• En motorförare, som låter dig styra en motor med högre spänning med en lågspänningssignal.
• En kraftkälla, som driver allt. Använd bärbara robotar eller sådana som rör sig. Annars kan du använda en strömförsörjningsmodul, som en från en dator.

Tillbehör

Du kommer behöva:

• Ett robotchassi (jag föreslår Actobotics Runt Rover Whippersnapper, eftersom det har så många bra aspekter, som ett universellt mikrokontrollerfäste eller sensorfästen, eller att allt bara snäpper ihop.) Allt material fungerar, så prova plast, trä eller till och med kartong. Var försiktig när du använder metall, eftersom det kan korta ut lödfogarna under kretskort, men om du vet vad du gör, prova. Robotchassi kan vara ganska dyrt, unning allt från 15 till några hundra dollar.
• En mikrokontroller (jag använde en Arduino Mega 2560, men en Raspberry Pi fungerar också bra.) Dessa kan köpas i elektronikbutiker, hobbybutiker, online eller någon annanstans som säljer robotdelar. Även om de är en av de viktigaste delarna av en robot, är de faktiskt ganska billiga och ligger mellan 10-40 dollar.
• En motorförare (jag använde L298N dubbelmotordrivrutin) Dessa kan vara ganska dyra, så behandla din försiktigt. Dessa bad boys är utformade för att pumpa in mycket kraft i motorer, och så värmer de upp mycket. Se till att den du köper har en kylfläns, eller om den inte gör det, sätt på den. Du vill verkligen inte att motorföraren överhettas och går sönder, vilket kostar dig från 20 till några hundra dollar för en ny.
• Några brödbräda. Det behövs inte mycket förklaring här, eftersom du kan hitta dem i stort sett var som helst.
• Några M-F DuPont-ledningar. I stället för brödbrädetrådar, som har metallnålar i båda ändarna, har dessa en "nål" i ena änden och ett uttag i den andra änden.
• En handfull monteringsskruvar. Återigen, inte mycket förklaring krävs. Få små Phillips-skruvar, standardstorlek.
• En primär strömkälla för att driva mikrokontrollern (Du kan hitta ganska billiga uppladdningsbara litiumjonbatterier online. Jag använder vanligtvis kraftbanker som används för att ladda telefoner.)
• En motorströmkälla (6 AA -batterier fungerar bra för detta, men du kan använda en annan strömkälla om du vill. ANVÄND INTE ett 9V -batteri; de har helt enkelt inte ström för den här typen av saker. Behåll tänk på att de är utformade för att köra rökdetektorer, inte robotar.) Försök om möjligt att få en laddningsbar strömkälla. Det är lite dyrare först, men lita på mig. Om du använder engångsbatterier kommer du att gå igenom dem mycket snabbt, och kostnaden för så många batterier överväger snabbt kostnaden för några laddningsbara.

Du kanske vill:

• En ultraljudssensor. Låter din robot se föremål framför den.
• Några servomotorer. Istället för att ständigt snurra kan dessa användbara motorer programmeras för att flytta till en viss vinkel och stanna där.
• En handfull lysdioder. Ingen förklaring krävs. Du sätter på makten, de tänds. Enkel.
• Eller andra bilagor. Varför inte lägga till en robotarm? Eller någon annan sensor?

Steg 1: Bygg robotchassit

Montera robotchassit du köpte. Se till att allt är korrekt monterat.

Med Runt Rover Whippersnapper hänger allt bara ihop. Om ditt chassi hålls ihop med skruvar, se till att de är täta och att din bot är robust. Lita på mig, det finns inget värre att ditt projekt bara faller isär på dig - ibland bokstavligen! Se också till att det finns plats inuti chassit. Tänk dig att köpa allt, spendera över 70 dollar, bara för att upptäcka att en av dina huvudkomponenter inte passar in i boten!

Se också till att motorerna är ordentligt anslutna och kan vridas fritt. Ibland kan en bit av chassit som sticker ut blockera motorerna, så se till att det inte finns något som kan hindra motorerna från att svänga.

Steg 2: Grundläggande kabeldragning

Anslut motorerna på vänster sida parallellt. Gör samma sak för rätt motorer. Se till att de röda trådarna på vänster sida är grupperade med de svarta trådarna på vänster sida och samma för höger sida. Anslut en röd tråd till båda RÖDA trådarna på höger sida. Anslut en annan röd tråd till båda de SVARTA trådarna på vänster sida (jag vet, det verkar bakåt på vänster sida, men detta är för att motsatta sidor ska rotera motsatt riktning.) Upprepa för de svarta trådarna. Var noga med att hålla trådarna för sidorna grupperade ihop. Var också säker på att de vänstra sidomotorerna är omvända från hur du normalt skulle koppla den.

Steg 3: Anslut motordrivrutinen

Innan du använder en motorförare behöver du veta hur det fungerar. OM DU ANSLUTAR DET FEL kan du förstöra mikrokontrollen och/eller motorföraren!

En motorförare är en typ av isolerad kretsstyrenhet, vilket betyder att det inte finns någon fysisk koppling mellan motoreffektområdet och det logiska kontrollområdet. De flesta bra är utformade för att undvika elektrisk läckage in i mikrokontrollen (som kan skada eller förstöra den.) De flesta bra är också vanligtvis minst $ 15, så om du upptäcker en $ 2 online, köp inte den! Jag hittade personligen en sån, och bara som ett experiment satte jag en kylfläns på den och kopplade till den. Säljaren sa att föraren var betygsatt för 12V. Jag kopplade den till 9V och den började röka. Det visar sig att chipet som de använde bara var 3V!

En motorförare har två ingångsområden: Effektingångarna och de logiska ingångarna. Den har också två utmatningsområden: höger och vänster sida. Här är alla stiften och vad de gör:

• Logikinsignalerna:

  • Dessa tar en 3.3v logisk signal och använder den för att styra motorerna. Anslut aldrig en hög spänning till dessa stift.
  • Anslut dessa till de digitala logikutgångarna på mikrokontrollen.

• Effektingångarna:

  • Power In -stiftet, som används för att driva motorerna. Mängden effekt du lägger in här är mängden effekt som föraren kommer att pumpa in i motorerna.
  • GND -stiftet, används som en gemensam jordanslutning. Används både för kraft och som avkastning för de logiska ingångarna. GND -stiftet är vanligtvis anslutet med dioder för att förhindra elektrisk läckage i logiken och strömstiften.
  • 5V -stiftet, som används för att driva vissa typer av motorer. Den UTGÅNGER 5 volt, så missförstå det inte med en ingång. Allt som krävs är en strömkälla i fel stift på din mikrokontroller för att tyst och omedelbart förstöra den.

• Utgångarna:

  • 1A och 1B, för en motor eller uppsättning motorer.
  • 2A och 2B, för den andra motorn eller uppsättningen av dem.

En motorförare låter dig styra en högspänningsmotor med en lågspänningssignal. Anledningen till att det finns två ingångar per motor är så att du också kan styra riktningen.

Anslut motorförarens utgångar 1A och 1B till motorerna på höger sida. Anslut utgångarna 2A och 2B till motorerna till vänster (kom ihåg! BACKWARDS!)

Installera motorbatteriet någonstans inuti ditt robotchassi, och anslut det till motoringången på din motorförare, med + för effektingång och - till GND.

Om du använder en förmonterad modul, då är du bra.

Om du bara använder en IC, se till att den är korrekt ansluten och se till att sätta en kylfläns på den! Dessa marker värmer mycket, varför de flesta bra förare har kylflänsar.

Steg 4: Anslut mikrokontrollen

Anslut din mikrokontroller till roboten. Jag använde Arduino Uno Rev3. Anslut fyra digitala utgångar från mikrokontrollen till motorns drivrutins logiska ingång. Anslut mikrokontrollerns jordstift till motordrivrutinens GND-kortplats. Anslut inte 5V-stiftet på motordrivrutinen till mikrokontrollen! Detta används för att driva vissa typer av motorer, inte som en effektingång, och absolut inte för en mikrokontroller. Om du gör detta kan du skada mikrokontrollen. Du bör bara ansluta logikstiftet och den gemensamma jordstiftet på motordrivrutinen till mikrokontrollen.

Dessa anslutningar används för att styra motorerna med hjälp av förarens logiska ingångar.

Steg 5: Se till att allt är bra

Gå tillbaka och se till att allt är bra. Kontrollera dina ledningar, se till att de vänstra motorerna är anslutna bakåt, se till att din 5V-utgång på mikrokontrollern inte är ansluten till 5V-utgången på motordrivrutinen och kontrollera om det finns andra problem. Se till att alla dina skruvar är täta, att dina ledningar är inkopplade, att dina motorer inte är blockerade och att inga ledningar är trasiga.

Om allt är bra, gå vidare till nästa steg.

Steg 6: Installera batteriet

Sätt i batterierna i robotchassit. Om de faller ut kan de sakta ner eller stoppa din robot, så se till att säkra dem inuti chassit. Använd en monteringsfäste, lite lim eller bara tejpa fast dem om du planerar att ta ut dem ofta. Se också till att dina batterianslutningar är bra. Jag hade en gång en robot som vägrade att flytta, och jag gick i cirklar i timmar, kollade min programmering, kopplade om motorerna och kunde inte hitta problemet. Jag slutade till och med köpa en ny mikrokontroller, bara för att upptäcka att en av ledningarna till mitt motorbatteri hade lossnat inuti chassit. Detta är ett perfekt exempel på varför du alltid bör kolla efter andra problem innan du byter ut en del!

Steg 7: Fäst allt

Använd små fästskruvar för att fästa allt säkert. Skruva fast motordrivrutinen och mikrostyrenheten på robotchassit och se till att motorerna sitter fast. Se till att brödbrädan också sitter ordentligt fast.

Använd dragkedjor eller små tejpbitar för att organisera dina trådar. Du behöver inte göra detta, men det får verkligen roboten att se bättre ut och gör det lättare att hålla reda på vilka ledningar som går till vad. Om du inte har dragkedjor eller enkelt behöver byta ut trådarna kan du gruppera dem efter färg. Till exempel kan du använda gröna ledningar från mikrokontrollen till motordrivrutinen, röda ledningar för ström, svarta ledningar för GND och blå ledningar från motordrivrutinen till motorerna.

Steg 8: Programmera

Anslut mikrokontrollern till en dator och programmera den. Börja enkelt och överväldig inte dig själv. Börja med något så enkelt som att få roboten att gå framåt. Kan du få det att vända? Gå bakåt? Snurra i cirklar? Akta dig, programmeringen kräver mycket tålamod och tar vanligtvis det längsta. Se grafen ovan.

Det är upp till dig!

Steg 9: Bilagor

Nu när du har en enkel robot installerad är det dags att lägga till några extra funktioner. Fäst en ultraljudssensor för att låta roboten undvika hinder. Eller en servomotor, med något coolt ovanpå. Eller några blinkande lysdioder för att lysa upp boten. Kom ihåg att det är din robot, så det är upp till dig!

Steg 10: Du är klar

grattis! Du har nu en fungerande robot! Skriv i kommentarerna om du har byggt det och vilka bilagor du har lagt till.

Om något går fel, se felsökningshjälpen nedan:

Roboten startar inte alls

Du vet att roboten är på eftersom de flesta motorförare och mikrokontroller har lampor som indikerar att de är på. Om de inte slås på, då:

• Huvudbatteriet kan vara lågt eller tomt. Om du använder ett laddningsbart batteri laddar du upp det. Om du använder ett vanligt batteri, byt ut det.
• Ledningarna kan vara felanslutna. Kontrollera dina anslutningar. En enda felplacerad tråd kan stänga av strömmen för hela roboten.
• Ledningarna kan vara trasiga. Det verkar som något du inte förväntar dig att hitta, men jag har funnit att trasiga ledningar faktiskt är ganska vanliga. Leta efter trasig eller sliten isolering, små metallnålar som sticker ut ur tråduttagen (när stiftet i änden av tråden lossnar och fastnar) eller delade trådar.
• Det kan vara ett problem med motordrivrutinen eller mikrokontrollen. Tillverkningsfel kan orsaka att systemen inte slås på. Byt i så fall ut mikrostyrenheten eller motordrivrutinen. Detta är den sista utvägen, eftersom mikrokontroller och särskilt motorförare ibland kan vara ganska dyra.

Roboten startar men rör sig inte

Om du har bekräftat att roboten är på, men den inte rör sig alls, då:

• Motorns strömkälla kan vara låg eller tom. Byt ut batteriet. Enligt min erfarenhet tar dessa batterier slut ganska snabbt, eftersom det tar mycket ström att köra motorer.
• Det kan finnas ett ledningsproblem. Titta på avsnittet ovan och kolla efter felplacerade eller trasiga ledningar.
• Motorerna kan vara kortslutna eller utbrända. Detta är ganska vanligt, så det är värt att leta efter. Anslut motorerna direkt och se om de rör sig.
• Motorföraren kan vara skadad. Kontrollera spänningen vid utgångarna. Om lampan på föraren är släckt är det ett tydligt tecken på en defekt enhet. KONTROLLERA ALLT annat! Bortsett från chassit är motorföraren vanligtvis den dyraste delen av en robot.
• Det kan finnas ett programmeringsproblem. För mig är detta det vanligaste problemet. I det skiftlägeskänsliga språket C (används i Arduino) kan ett enda misstag förstöra hela ditt program. Python (Raspberry Pi -språket) kan också ha vissa problem.
• Mikrostyrenheten kan vara skadad. Ibland når inte logiksignalen motorföraren (det finns en anledning att inte hoppa direkt till slutsatsen av en dålig förare). I så fall är det bara att byta ut den.

Roboten startar men rör sig på ett onormalt sätt

Om roboten startar, men börjar röra sig på ett oavsiktligt sätt (till exempel går i cirklar när den ska gå framåt), gör då:

• Det är förmodligen ett problem med ledningen. KONTROLLERA DETTA FÖRST! Kommer du ihåg att tråda ena sidan omvänd?
• Det kan finnas ett programmeringsfel. Kontrollera din kod för problem.
• Ibland kan en skadad mikrokontroller bli galen och upprepade gånger skicka slumpmässiga signaler. Om en mikrokontroller gör detta, försök inte fixa det. Det är ett tydligt tecken på ett chip som är skadat och inte kan repareras, så det är bara att byta ut det hela. Lita på mig, dessa marker är gjorda av robotar i ett labb. De kan helt enkelt inte fixas av människor.
• En motor kan skadas. Om en motor inte går eller går med en lägre hastighet, kommer roboten långsamt att "glida" åt sidan när den rör sig. Det finns tre sätt att lösa detta. Om du kan kan du bara öka spänningen till den specifika motorn för att få den upp till samma hastighet som alla andra. Om inte, försök sedan placera motstånd på alla motorer utom den skadade. Detta saktar ner de andra motorerna till den skadade hastigheten. Slutligen kan du bara byta ut den. Robotväxelmotorer tenderar att vara ganska billiga, vanligtvis på 2-3 dollar. Jämför det med en motorförare, som kan ligga mellan 10-200 dollar.

Om roboten inte svarar på sensorer

Om roboten startar och rör sig på ett normalt sätt, men inte "lyssnar" på sensorer eller inte svarar på rätt sätt, är det nästan alltid en av två saker.

• Det är förmodligen ett programmeringsfel. Sensorer måste kalibreras och programmeras noggrant. Jag fick en gång en robot snurra runt okontrollerbart, bara för att upptäcka att jag av misstag ställde in den att vända när den ser något inom 100 meter istället för 100 centimeter. Det såg ständigt väggarna, vilket gjorde att det ständigt svängde.
• Det andra vanligaste problemet är dåliga ledningar. Även en ledning som saknas kan göra att sensorn inte fungerar.

För annan hjälp, se ovanstående avsnitt eller googla det specifika problemet du har. Du kan också kontakta mig på [email protected] om du har några frågor.

Kommentera gärna det!