DIY -vägg efter robot: 9 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:40

I denna instruktionsbok kommer vi att förklara hur man utformar ett hinderdetekterings- och undvikningssystem med hjälp av en GreenPAK ™ tillsammans med några externa ultraljuds- och infraröda (IR) sensorer. Denna design kommer att introducera några ämnen som krävs för autonoma och artificiellt intelligenta robotsystem.

Nedan beskrivs stegen som behövs för att förstå hur lösningen har programmerats för att skapa en vägg efter robot. Men om du bara vill få resultatet av programmeringen, ladda ner GreenPAK -programvara för att se den redan färdiga GreenPAK -designfilen. Anslut GreenPAK Development Kit till din dator och tryck på programmet för att skapa väggen efter roboten.

Steg 1: Problemmeddelande

Det har nyligen förnyats intresset för artificiell intelligens, och mycket av det intresset är riktat mot helt autonoma och intelligenta maskiner. Sådana robotar kan minimera mänskligt ansvar och utvidga automatisering till områden som civil service och försvar. AI -forskare försöker automatisera tjänster som brandbekämpning, sjukvård, katastrofhantering och livräddande uppgifter genom autonoma robotfordon. En utmaning som dessa fordon måste övervinna är hur man framgångsrikt upptäcker och undviker hinder som spillror, eld, fallgropar etc.

Steg 2: Implementeringsdetaljer

I denna instruktionsbok kommer vi att använda en ultraljudssensor, ett par IR-hinderdetekteringssensorer, en motordrivkrets (L298N), fyra likströmsmotorer, hjul, ett fyrhjulsdrivet bilskelett och ett GreenPAK SLG46620V-chip.

En digital utgångsstift på GreenPAK -styrenheten används för att utlösa ultraljudssensorn (aka ekolod), och en digital ingångsstift används för att samla det resulterande ekot från de hinder som ligger framför oss för analys. Utmatningen från IR -hinderdetekteringssensorn observeras också. Efter att ha tillämpat en uppsättning villkor, om ett hinder är för nära, justeras motorerna (anslutna till vart och ett av de fyra hjulen) för att undvika kollision.

Steg 3: Förklaring

Den autonoma hinderundvikande roboten måste kunna både upptäcka hinder och undvika kollisioner. Utformningen av en sådan robot kräver integration av olika sensorer, till exempel stötsensorer, infraröda sensorer, ultraljudssensorer, etc. Genom att montera dessa sensorer på roboten kan den få information om det omgivande området. En ultraljudssensor är lämplig för att upptäcka hinder för en långsamt autonom robot, eftersom den har en låg kostnad och relativt hög räckvidd.

En ultraljudssensor detekterar föremål genom att avge en kort ultraljudssprängning och sedan lyssna efter ekot. Under kontroll av en värdmikrokontroller avger sensorn en kort puls på 40 kHz. Denna puls rör sig genom luften tills den träffar ett föremål och sedan reflekteras tillbaka till sensorn. Sensorn ger en utsignal till värden som avslutas när ekot detekteras. På detta sätt används bredden på den returnerade pulsen för att beräkna avståndet till objektet.

Detta robotbilar för att undvika hinder använder en ultraljudssensor för att detektera föremål i dess väg. Motorerna är anslutna via en motorförare IC till GreenPAK. Ultraljudssensorn är fäst på robotens framsida och de två IR -hinderdetekteringssensorerna är fästa på robotens vänstra och högra sida för att upptäcka sidohinder.

När roboten rör sig på önskad väg, sänder ultraljudssensorn kontinuerligt ultraljudsvågor. Närhelst ett hinder är framför roboten reflekteras ultraljudsvågorna tillbaka från hindret och den informationen skickas till GreenPAK. Samtidigt sänder och tar IR -sensorerna emot IR -vågor. Efter att ha tolkat ingångarna från ultraljuds- och IR -sensorerna, styr GreenPAK motorerna för vart och ett av de fyra hjulen.

Steg 4: Algoritmbeskrivning

Vid start slås de fyra motorerna på samtidigt, vilket får roboten att gå framåt. Därefter skickar ultraljudssensorn ut pulser från robotens framsida med jämna mellanrum. Om det finns ett hinder reflekteras ljudpulserna och detekteras av sensorn. Reflektionen av pulser beror på hinderets fysiska tillstånd: om den är oregelbunden i form blir de reflekterade pulserna färre; om det är enhetligt kommer de flesta av de överförda pulserna att reflekteras. Reflektionen beror också på hinderets riktning. Om den lutar något, eller placeras parallellt med sensorn, passerar de flesta ljudvågorna oreflekterade.

När ett hinder detekteras framför roboten observeras sidoutgångarna från IR -sensorerna. Om ett hinder upptäcks på höger sida är robotens vänstra sidodäck inaktiverade, vilket får den att svänga åt vänster och vice versa. Om ett hinder inte upptäcks upprepas algoritmen. Flödesschemat visas i figur 2.

Steg 5: Ultraljudssensor HC-SR04

En ultraljudssensor är en enhet som kan mäta avståndet till ett föremål med hjälp av ljudvågor. Den mäter avståndet genom att skicka ut en ljudvåg med en specifik frekvens och lyssna efter att den ljudvågan ska studsa tillbaka. Genom att registrera den förflutna tiden mellan ljudvågen som genereras och ljudvågen studsar tillbaka är det möjligt att beräkna avståndet mellan ekolodsgivaren och objektet. Ljud rör sig genom luften med cirka 344 m/s (1129 ft/s), så att du kan beräkna avståndet till objektet med hjälp av Formel 1.

HC-SR04 ultraljudssensorn består av fyra stift: Vdd, GND, Trigger och Echo. Närhelst en puls från styrenheten appliceras på utlösaren, avger sensorn en ultraljudsvåg från en "högtalare". Reflekterade vågor detekteras av "mottagaren" och sänds tillbaka till styrenheten via Echo -stiftet. Ju längre avståndet mellan sensorn och ett hinder, desto längre blir pulsen vid Echo -stiftet. Pulsen förblir på under den tid det tar ekolodsimpulsen att resa från sensorn och återvända, dividerat med två. När ekolodet utlöses startar en intern timer och fortsätter tills den reflekterade vågen detekteras. Denna tid delas sedan med två eftersom den faktiska tiden det tog ljudvågan att nå hindret var halva tiden som timern var på.

Ultraljudssensorns funktion visas i figur 4.

För att generera ultraljudspulsen måste du ställa in utlösaren på ett HIGH -tillstånd i 10μs. Det skickar ut en 8-cyklars sonisk burst, som kommer att reflektera från alla hinder framför enheten och tas emot av sensorn. Echo -stiftet kommer att mata ut den tid (i mikrosekunder) som ljudvågen reste.

Steg 6: Infraröd hinderdetekteringssensormodul

Precis som ultraljudssensorn är det grundläggande begreppet infraröd (IR) hinderdetektering att sända en IR -signal (i form av strålning) och observera dess reflektion. IR -sensormodulen visas i figur 6.

Funktioner

• Det finns en hinderindikator på kretskortet
• Digital utsignal
• Detekteringsavstånd: 2 ~ 30 cm
• Detektionsvinkel: 35 °
• Jämförelsechip: LM393
• Justerbart detektionsavståndsintervall via potentiometer:

○ Medsols: Öka detektionsavståndet

○ Moturs: Minska detektionsavståndet

Specifikationer

• Arbetsspänning: 3-5 V DC
• Utgångstyp: Digital omkopplingsutgång (0 och 1)
• 3 mm skruvhål för enkel montering
• Skivstorlek: 3,2 x 1,4 cm

Kontrollindikator Beskrivning beskrivs i tabell 1.

Steg 7: Motordrivkrets L298N

Motordrivkretsen, eller H-Bridge, används för att styra DC-motorernas hastighet och riktning. Den har två inlopp som måste anslutas till en separat likströmskälla (motorer drar tung ström och kan inte levereras direkt från styrenheten), två uppsättningar utgångar för varje motor (positiv och negativ), två aktiveringsstift för varje uppsättning utgångar och två uppsättningar stift för riktningskontrollen för varje motorutlopp (två stift för varje motor). Om de två vänstra stiften ges logiska nivåer HÖG för en stift och LÅG för den andra, roterar motorn som är ansluten till det vänstra uttaget i en riktning, och om logikföljden är omvänd (LÅG och HÖG) roterar motorerna åt motsatt håll. Detsamma gäller stiften längst till höger och höger utloppsmotor. Om båda stiften i paret ges logiska nivåer HÖG eller LÅG, stannar motorerna.

Denna dubbelriktade motordrivrutin är baserad på den mycket populära L298 Dual H-Bridge Motor Driver IC. Med denna modul kan du enkelt och oberoende styra två motorer i båda riktningarna. Den använder standard logiska signaler för styrning, och den kan driva tvåfas stegmotorer, fyrfas stegmotorer och tvåfas likströmsmotorer. Den har en filterkondensator och en frihjulsdiod som skyddar enheter i kretsen från att skadas av omvänd ström av en induktiv belastning, vilket ökar tillförlitligheten. L298 har en drivspänning på 5-35 V och en logisk nivå på 5 V.

Motorförarens funktion beskrivs i tabell 2.

Blockschemat som visar anslutningarna mellan ultraljudssensorn, motordrivrutinen och GPAK -chipet visas i figur 8.

Steg 8: GreenPAK Design

I Matrix 0 genererades triggeringången för sensorn med CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 och oscillatorn. Ingången från ultraljudssensorns Echo -stift avläses med Pin3. Tre ingångar tillämpas på 3-bitars LUT0: en från Echo, en annan från utlösaren och en tredje är utlösaren som försenas med 30 oss. Utmatningen från denna uppslagstabell används i Matris 1. Utmatningen från IR-sensorerna tas också i Matris 0.

I Matrix 1 är portarna P1 och P6 OR'd tillsammans och anslutna till Pin17, som är ansluten till Pin1 på motorföraren. Pin18 har alltid en LOGIC logik och är ansluten till Pin2 på motorföraren. På samma sätt OR -portar P2 och P7 är OR'd tillsammans och anslutna till GreenPAKs Pin20, som är ansluten till P3 i motordrivkretsen. Pin19 är ansluten till motorförarens Pin4 och är alltid logisk LÅG.

När Echo -stiftet är HÖG betyder det att ett objekt är framför roboten. Roboten söker sedan efter vänster och höger hinder från IR -sensorerna. Om ett hinder också finns på robotens högra sida, svänger det till vänster, och om det finns ett hinder på vänster sida, svänger det till höger. På så sätt undviker roboten hinder och rörelser utan kollision.

Slutsats

I denna instruktionsbok skapade vi ett enkelt automatiskt hinderdetekterings- och undvikningsfordon med GreenPAK SLG46620V som huvudkontrollelement. Med lite extra kretsar kan denna design förbättras för att utföra andra uppgifter, till exempel att hitta en väg till en specifik punkt, en algoritm för lösning av labyrinter, en rad som följer algoritmen, etc.

Steg 9: Hårdvarubilder