Önkiegyensúlyozó robot: 6 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Ebben az utasításban megmutatjuk, hogyan kell felépíteni az egyensúlyi robotot, amelyet iskolai projektként készítettünk. Ez más robotokon alapul, mint például az nBot és egy másik Instructable. A robot Android -okostelefonról Bluetooth -kapcsolaton keresztül vezérelhető. Mivel ez az útmutató csak az építési folyamatra terjed ki, ezért dokumentumot is írtunk a kód és az elektronika technikai hátterének fedezésére. A felhasznált forrásokra mutató linkeket is tartalmaz, így megnézheti őket, ha a dokumentum nem elég átfogó az Ön számára.

Ennek a projektnek az összes lépése végrehajtásához szüksége lesz némi 3D nyomtatási készségre vagy más okos módszerre, amellyel a kerekeket a motorokhoz rögzítheti.

1. lépés: Követelmények

A robot egy Martinez kefe nélküli kardánvezérlő lapra épül. Ennek a táblának vannak némi eltérései, de amíg ATmega328 chipet és L6234 motorvezérlőt használ, rendben kell lennie. Ha a „Martinez board” kifejezésre keres a Google Képekben, látni fogja, hogy néhány tábla egyszerű csatlakozóval rendelkezik az IMU -chiphez és/vagy az akkumulátorhoz, a tűfejlécek vagy lyukak helyett. Az utolsó esetben jól jön, ha megrendel egy csomag fejlécet, amelyet aztán a lyukakba forraszthat.

Részlista

A lista egyes elemei webáruházakra mutató linkeket tartalmaznak.

• Vezérlő: Martinez BoardDX.com (az IMU és néhány fejléc is jár hozzá).
• IMU: MPU6050
• Akkumulátor (450 mAh 3S LiPo akkumulátor) Megjegyzés: 3S LiPo töltőre is szüksége lesz eBay.com
• 2x motor: Kefe nélküli motor 2208, KV100DX.com
• Kerekek (ezeket meglévő játékokból vagy LEGO -ból szerezheti be)
• 6x M2 csavar 5 mm
• 8x M3 csavar (a hossza a külső anyagától függ, egy extra hosszúnak kell lennie)
• Bluetooth-chip HC-05 (feltétlenül szerezzen be egyet, amelyhez soros interfészkártya van csatlakoztatva, nem csak csupasz chip) FONTOS: Győződjön meg arról, hogy a chipen van egy KEY feliratú tű.
• Vezetékek: Nő -nő DuPont A 20 vezetékből álló csomag megvásárlása több mint elég lesz
• Tépőzáras szalag
• USB kábel a vezérlő PC -hez való csatlakoztatásához
• Opcionális: Fejléc pinsDX.com (ezeket a kívánt hosszúságúra vághatja vagy törheti)
• Műanyag alátétek és távtartók

Végül szüksége van néhány akrilra, fára vagy kartonra, ragasztóval vagy szalaggal kísérve, hogy létrehozza az összes alkatrészt tartó szerkezetet.

2. lépés: Bluetooth -chip konfigurálása

Miután megszerezte az összes alkatrészt, itt az ideje a Bluetooth chip konfigurálásának. Szüksége lesz egy USB -kábelre a vezérlőkártya számítógéphez való csatlakoztatásához, valamint az Arduino IDE -hez, hogy kommunikáljon az alkatrészekkel.

Ehhez le kell töltenie a fájlt:

HC-05_Serial_Interface.ino

Ezután kövesse az alábbi lépéseket:

1. Csatlakoztassa a vezérlőt a számítógéphez USB -kábellel.
2. Nyissa meg az.ino fájlt az Arduino IDE segítségével.
3. Az IDE -ben lépjen az Eszközök, tábla menüpontba, és győződjön meg arról, hogy az Arduino/Genuino Uno -ra van állítva.
4. Most lépjen az Eszközök, Port elemre, és állítsa azt a COM portra, amelyhez a vezérlő csatlakozik. Általában csak egy port van. Ha több van, ellenőrizze az Eszközkezelőt (Windows rendszerben), hogy megtudja, melyik a vezérlő.
5. Most nyomja meg az IDE Feltöltés gombját, és várja meg, amíg a feltöltés befejeződik. Ezután húzza ki az USB -kábelt a számítógépről vagy a vezérlőről.

Miután ezt megtette, csatlakoztassa a HC-05-t DuPont kábelekkel az alábbiak szerint:

HC-05 vezérlő

KULCS +5V GND GND TXD RX RXD TX

Most csatlakoztassa újra az USB-kábelt, majd csatlakoztassa a HC-05 VCC-tűjét a vezérlő másik +5 V-os csatlakozójához. A LED -nek ~ 1 másodperces intervallummal kell villognia.

Az Arduino IDE -ben válassza ki a megfelelő COM -portot, majd lépjen az Eszközök, Soros monitor elemre.

Állítsa a Sorvégző opciót a Soros monitoron NL és CR értékre. Állítsa a Baud sebességet 38400 -ra. Most a Soros monitor segítségével küldhet beállítási parancsokat a Bluetooth chipre. Ezek a parancsok:

AT Ellenőrizze a csatlakozást

AT+NAME Bluetooth megjelenítési név lekérése/beállítása AT+UART Átviteli sebesség fogadása/beállítása AT+ORGL Gyári alapbeállítások visszaállítása AT+PSWD Bluetooth jelszó beszerzése/beállítása

A Bluetooth -eszköz nevének, jelszavának és adatátviteli sebességének módosításához küldje el a következő parancsokat:

AT+NAME = "Példa neve"

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

A Név és a Jelszó beállítások tetszőleges értékre állíthatók, csak ügyeljen arra, hogy a baud sebességet pontosan ugyanazzal a paranccsal állítsa be, mint fent. Ez 230400 baudra állítja, 1 stopbit és paritás nélkül. Miután mindent beállított, csatlakoztassa újra az USB -kábelt (a beállítási módból való kilépéshez), és próbálja meg párosítani a telefont a chipkel. Ha minden működik, húzza ki az USB -kábelt, és folytassa a következő lépéssel.

3. lépés: A kerekek felszerelése a motorokhoz

Az ebben a projektben használt kerekek ismeretlen eredetűek (egy fiókban hevertek sok más dologgal). Annak érdekében, hogy a kerekeket a motorokhoz rögzítsük, 3D -ben kinyomtattunk egy darabot, amely illeszkedik a motorok csavarfurataihoz. A darabokat motoronként három 5 mm-es 2M csavarral csavaroztuk fel. Mindkét darabnak van egy csapja, amely illeszkedik a kerekek tengelyének lyukaiba.

A SolidWorks modellt tartalmazza. Valószínűleg módosítania kell a kerekeihez, vagy más praktikus megoldást kell találnia a kerekekhez. Például egy Dremel segítségével lyukaszthat egy lyukat, mint a motor (vagy egy picivel kisebb, hogy jól illeszkedjen), majd benyomhatja a motort a kerékbe. Csak akkor győződjön meg róla, hogy megfelelő kerekeket szerez ehhez a munkához, ha ezt tervezi.

4. lépés: A külső kialakítása

Külsőként két fadarabot használtak, és azonos formára vágták. Kezdetben megjelöltük a motor kerületét a darab alsó közepén. Ezután minden sarkot 45 fokos vonallal jelöltünk, ügyelve arra, hogy elegendő hely maradjon a motornak az alsó középen. Ezután összefogtuk a két fadarabot, és lefűrészeltük a sarkokat. A dolgok befejezéséhez csiszoltuk a sarkokat, hogy kevésbé legyenek élesek, és eltávolítsuk a szilánkokat.

Most itt az ideje, hogy lyukakat fúrjon a csavarokhoz és a motor hátsó részéből kidudorodó tengelyhez. Ha fúráskor összefogja a fadarabokat, akkor minden lyukat csak egyszer kell fúrnia.

A csavarlyukak elrendezésének elkészítéséhez egy darab papírt használtunk, és a motor hátoldalára helyeztük, és ceruzával nyomtuk be a csavar lyukaiba, közvetlenül a papíron keresztül. A négy csavarlyukkal ellátott papírt ezután a fára helyezték, hogy megjelölhessük a fúrni kívánt lyukak helyét. A lyukak fúrásához használjon 3,5 mm -es fúrót. Most használjon ceruzát és vonalzót, hogy megtalálja a lyukak középpontját, és hozzon létre egy lyukat a tengelyhez egy 5 mm -es fúró segítségével. Rögzítse a motorokat M3 csavarokkal, de hagyja ki a szélesebb csavarok egyikét egy motorból.

Ahhoz, hogy a motor csatlakozóját és a vezetéket a robot belsejébe juttassuk, egy 8 mm -es lyukat is fúrtunk egy kicsit a motor felett. Győződjön meg arról, hogy elegendő hely van a vezetékek hajlítására anélkül, hogy túlságosan megterhelné őket.

Fontos, hogy a lehető legpontosabban dolgozzunk, hogy tökéletes (szimmetrikus) külsőt hozzunk létre

5. lépés: Az alkatrészek felszerelése

Jelöljön egy függőleges középső irányvonalat a fára, hogy az alkatrészeket a középpontba helyezhesse. Mindent rögzíthet a fához tépőzáras szalaggal. Robotunkban kisméretű csavarokat és anyákat használtunk a vezérlőpanel rögzítésére, de használhat tépőzáras szalagot is (a vezérlő csatlakoztatásakor még nem rendelkeztünk vele). Győződjön meg arról, hogy az építkezés befejezése után csatlakoztathatja az USB -kábelt.

A vezérlőt középre helyeztük úgy, hogy az USB -port lefelé nézzen, így a kábelt a kerekek között csatlakoztathatjuk. Rámutathat az egyik oldalra is.

Helyezze az akkumulátort a lehető legmagasabbra, hogy a robot nehézzé váljon. Helyezze a töltőcsatlakozót is egy könnyen hozzáférhető helyre a széléhez közel.

Bluetooth chip

Csatlakoztassa a Bluetooth chip VCC tűjét a vezérlő +5 V -os csatlakozójához, a Bluetooth GND -t pedig a vezérlő GND -jéhez. A vezérlő TXD csapja a Bluetooth RX -hez, a vezérlő RXD csapja pedig a Bluetooth TX tűhöz megy. Ezután ragassza fel a Bluetooth -chipet valahol a falapon tépőzár segítségével.

Motion Chip

A mozgó forgács két csavarlyukkal rendelkezik, ezért a forgácsot egy távtartó segítségével rögzítettük úgy, hogy a forgács középpontja a motor középpontja fölé essen. A tájolás nem számít, mivel a robot indításkor kalibrálja magát. Ügyeljen arra, hogy a csavarfej alatt műanyag alátétet használjon az áramkör rövidzárlatának elkerülése érdekében.

Ezután a DuPont vezetékek segítségével csatlakoztassa a csapokat a vezérlőhöz. A vezérlőn minden csap ugyanazt jelöli, mint a motion chipet, így a csatlakoztatása elég magától értetődő.

Hálózati kapcsoló

A hálózati kapcsoló csatlakoztatása egyszerű. Kivettünk egyet egy régi készülékből, és levettük az áramköri lapjáról. Ahhoz, hogy a robot főkapcsolójaként használja, csatlakoztassa az akkumulátor pozitív vezetékét a csaphoz (feltéve, hogy ez egy hárompólusú kapcsoló) azon az oldalon, amelyen a kapcsolót be kívánja kapcsolni. Ezután csatlakoztassa a középső csapot a vezérlő pozitív tápellátásához. A DuPont vezetékeket forrasztottuk a kapcsolóhoz, hogy maga az akkumulátor ne legyen tartósan rögzítve a kapcsolóhoz.

Az oldalak összekapcsolása

Most már tudja az alkatrészek helyét, és megvan a robot két oldala. A robot építésének utolsó lépése a két oldal összekapcsolása. négy, három fadarabból álló készletet használtunk összeragasztva, és csavarva oldalra úgy, hogy a mozgásforgácsunk a robot középső tengelyén legyen. Azt kell mondani, hogy a felhasznált anyag, ha elég erős, nem számít túl sokat. A tetején még nehezebb csatlakozást is használhat, hogy még jobban növelje a tömegközéppont magasságát. A tömegközéppont függőleges helyzetétől eltérően azonban a tömegközéppont vízszintes helyzetét a lehető legnagyobb mértékben a helyén kell tartani, a keréktengely felett, mivel a mozgó chip kódjának kódolása meglehetősen kemény lenne, ha a vízszintes középpont kitelepített tömege.

Most már készen áll a kód feltöltésére és a vezérlő hangolására.

6. lépés: A kód feltöltése és hangolása

A kód feltöltéséhez számítógépre van szüksége Arduino IDE -vel. Töltse le az alábbi.ino fájlt, és nyissa meg az Arduino IDE segítségével. A vezérlőre való feltöltés ugyanúgy történik, mint a Bluetooth beállításból származó kóddal.

Annak érdekében, hogy a robot működjön, le kell töltenie a „Joystick bluetooth Commander” alkalmazást a Play Áruházból. Kapcsolja be a robotot, és helyezze a padlóra, elöl vagy hátul. Indítsa el az alkalmazást, és csatlakozzon a Bluetooth chiphez. Az 1. adatmező a XXX -ról a READY értékre áll, miután a robot kalibrálta magát (5 másodperc az oldalára helyezéshez, majd 10 másodperc kalibrálás). A robotot az 1 -es gomb megnyomásával kapcsolhatja be. Most helyezze a robotot függőlegesen a talajra, és engedje el, amint úgy érzi, hogy a motorok bekapcsolnak. Ekkor a robot elkezd egyensúlyozni.

A robot most készen áll a hangolásra, mivel a stabilitása valószínűleg nem nagy. Megpróbálhatja, hogy működik -e további hangolás nélkül, de meg kell tennie a robotot a miénkkel, hogy megfelelően működjön. Tehát a legtöbb esetben úgy kell beállítani a vezérlőt, hogy a legjobban működjön a robotjával. Elég egyszerű, annak ellenére, hogy elég időigényes. Ezt a következőképpen teheti meg:

A vezérlő hangolása

Valahol a kódban 4 változót talál, kezdve k -vel. Ezek kp, kd, kc és kv. Kezdje az összes érték nullára állításával. Az első beállítandó érték a kp. Az alapértelmezett kp érték 0,17. Próbálja meg valami sokkal alacsonyabb értékre állítani, mint 0,05. Kapcsolja ki a robotot, töltse fel a kódot, és nézze meg, hogyan próbál kiegyensúlyozni. Ha előre esik, növelje az értéket. Ennek legokosabb módja az interpoláció:

1. Állítsa az értéket alacsony értékre, és próbálja ki
2. Állítsa az értéket valami magasra, és próbálja ki
3. Állítsa az értéket a kettő átlagára, és próbálja ki
4. Most próbálja kideríteni, hogy jobban kiegyensúlyozott -e az alacsony vagy magas értéken, és átlagolja -e a jelenlegi értéket és azt, amelynél jobban működött.
5. Folytassa, amíg édes helyet nem talál

A kp érték édes pontja, ha az alul- és túlkompenzáció szélén van. Tehát néha előre fog esni, mivel nem tud lépést tartani zuhanási sebességével, máskor pedig visszafelé, mert más irányba túllép.

A kp érték beállítása után állítsa be a kd értéket. Ezt ugyanúgy meg lehet tenni, mint a kp -vel. Növelje ezt az értéket, amíg a robot majdnem kiegyensúlyozott lesz, így előre -hátra fog lendülni, amíg le nem borul. Ha túl magasra állítja, akkor már szépen szépen kiegyensúlyozhatja, de ha túlságosan megzavarják az egyensúlyt, akkor felborul (például amikor nyomást ad). Tehát próbálja megtalálni azt a helyet, ahol nem teljesen kiegyensúlyozott, de nagyon közel van.

Ahogy sejtheti, a vezérlő hangolása több próbálkozást is igénybe vehet, mivel minden egyes új változó bevezetésével egyre nehezebb. Tehát ha úgy gondolja, hogy nem fog menni, kezdje elölről.

Most itt az ideje beállítani a kv. Addig interpoláljon, amíg olyan értéket nem talál, amelynél a robot leáll, és kiegyensúlyozott marad, és képes egy könnyű nyomást elviselni. Túl magasra állítva negatívan befolyásolja a stabilitást. Próbálj meg kv -vel és kp -val játszani, hogy megtaláld azt a pontot, ahol a legstabilabb. Ez a tuning legidőigényesebb lépése.

Az utolsó érték kc. Ez az érték visszaállítja a robotot az utolsó helyzetébe, miután kompenzált egy lökést vagy valami mást. Itt megpróbálhatja ugyanazt az interpolációs módszert, de a 0,0002 -nek a legtöbb esetben elég jól kell működnie.

Ez az! A robot most készen áll. Használja az okostelefon joystickját a robot irányításához. Vigyázzon azonban, mert maximális sebességgel haladva a robot még mindig felborulhat. Játsszon a vezérlő változóival, hogy ezt a lehető legnagyobb mértékben kompenzálja. A leglogikusabb lépés az lenne, ha ennek kp értékét nézzük, mivel ez közvetlenül kompenzálja a robot aktuális szögét.

Fontos megjegyzés a LiPo akkumulátorokról

Javasoljuk, hogy rendszeresen ellenőrizze a LiPo akkumulátor feszültségét. A LiPo akkumulátorokat nem szabad lemeríteni 3 voltnál kevesebbre cellánként, 9 V-ot mérve 3S LiPo-n. Ha a feszültség cellánként 3 volt alá csökken, akkor az akkumulátor kapacitása véglegesen csökken. Ha a feszültség cellánként 2,5 volt alá süllyed, dobja ki az akkumulátort, és vásároljon újat. A LiPo cella 2,5 voltnál kisebb töltése veszélyes, mivel a belső ellenállás nagyon magas lesz, ami forró akkumulátort és potenciális tűzveszélyt okoz töltés közben.