Line Follower Robot för undervisningskontrollalgoritmer: 3 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:42

Jag konstruerade den här linjeföljaren roboten för några år sedan när jag var robotlärare. Målet med detta projekt var att lära mina elever hur man kodar en rad efter robot för en tävling och även jämför mellan If/Else och PID -kontroll. Och inte minst hur mekaniken och robotens längd påverkar dessa styralgoritmer. Målet var att göra det snabbare och pålitligare.

Jag gjorde det för att programmeras med Arduino IDE, men det är också möjligt att använda utvecklings -IDE som du föredrar. Den har en kraftfull PIC32 med en USB -bootloader, så du behöver inte en programmerare. Den har också en ON/OFF -omkopplare, en återställning och en start-/programknapp. Lysdioderna är anslutna till motorernas PWM -signal, så att du enkelt kan se vilken effekt du använder.

Roboten är helt modulär för experiment och lätt att reparera om du råkar ut för en olycka. Det gör den här roboten till det perfekta verktyget för att lära sig programmering på ett väldigt roligt sätt. Mina elever hade använt det under en lång period och lärt sig något nytt varje gång, till och med PID -kontroll. För att inte tala om att sensorfältet använder en algoritm för att returnera ett heltal, negativt värde roboten är till vänster, positiv till höger och cero är i mitten av linjen.

Tillbehör

2x 6V Mikrometallväxelmotorer med utökade stödfästen (valfritt växelförhållande är ok, mina är 10: 1)

1x linjesensorkort

1x huvudkontrollenhet

1x 20 via platt tråd, 1 mm avstånd. Min är 20 cm lång.

1x akryllänk (skuren i 3 mm klar akryl)

1x 1/8 hjulkula (min är av metall)

2x gummihjul, 3 cm i diameter.

1x Lipo -batteri. Du kan driva roboten upp till 10v, men kom ihåg att motorerna är klassade för 6v.

Några M2 skruvar och muttrar för att fästa allt ihop.

Om du vill göra egna designfiler, scheman och allt för att bygga det bifogas nästa steg.

Steg 1: Hårdvaran

Som du kan se på bilderna är alla komponenter SMD, det perfekta tillfället att öva på dina lödkunskaper. Denna robot löddes av 3 av mina elever, så du kan göra det utan problem. Alla designfiler är bifogade, du kan se filerna med EAGLE. Gerbers ingår också om du vill till brädorna till din favorit kretskortstillverkare.

De två brädorna sammanfogas med ett akrylstycke, laserskärningsmönstret ingår också. Jag använde M2 skruvar och muttrar för att hålla den på plats. Kulbanan är också placerad här. Och om du kraschar roboten kommer akryl att gå sönder och skydda brädorna från skador, perfekt för testning! Den platta kabeln används för att göra anslutningen mellan CPU och sensorkortet. Motorerna ansluts enkelt med ledningar till CPU -kortet.

Obs: PIC använder en anpassad firmware, är en modifierad version av DP32 original firmware. Du kan hämta firmware här. En ICSP -anslutning ingår på CPU -kortets undersida.

Steg 2: Programvaran

Jag rekommenderar att du använder Arduino IDE för att programmera roboten. Som jag berättade för dig är den här linjeföljaren baserad på PIC32MX250 och den gör den kompatibel med chipKIT DP32. Du behöver bara installera chipKIT -paketet på pakethanteraren på Arduino IDE och du är redo att gå. Du kan också programmera den på MPLAB eller IDE du önskar, men du kan lära dig grunden på Arduino.

Resten är som att programmera alla andra Arduino -kort. Anslut roboten till din dator med en mikro -USB -kabel och tryck på programknappen direkt efter att du tryckt på reset. Skicka sedan skissen med uppladdningsknappen i IDE.

Jag har inkluderat 3 skisser på denna handledning. Den första testar sensormatrisen, den andra är en If/Else -linjeföljare och den sista är en PID -linjeföljare. Allt fungerar redan, men du måste justera några värden om du ändrar designen. Och gör det också själv! Det finns bättre sätt att göra linjeföljaren algoritm, experiment är nyckeln till framgång.

Steg 3: Experimentera

Detta är verkligen den viktigaste delen, du bör prova alla möjligheter och hitta den som fungerar för dig.

Experimentera gärna med hjul och material med olika diameter. Ändra längden på roboten som ändrar akrylfogen. Använd ett annat batteri, även med en annan spänning. Det kan också vara mindre eller större. Kanske ett annat utväxlingsförhållande för motorerna.

Ändra programvaran för att använda färre sensorer eller ens prova en annan algoritm, du kan bli förvånad över hur mycket prestandan kan förändras. Eller varför inte, om du är en avancerad användare gör det med MPLAB.

Endast fantasin sätter gränser!

Som ett extra tips … Tuning av PID -vinsterna är en fascinerande resa där du kan lära dig effekterna på roboten när du följer linjen med olika värden för Kp, Kd och Ki. Garanterat timmar och timmar !!! Barnen kommer inte att märka att de faktiskt använder matte för att utföra alla uppgifter som krävs.

Jag hoppas att du gillar det här instruerbart, om du behöver något fråga mig i kommentarerna. Tack för att du läste:)