„Pasidaryk pats“sienų sekimo robotas: 9 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Šioje instrukcijoje paaiškinsime, kaip sukurti kliūčių aptikimo ir vengimo sistemą naudojant „GreenPAK ™“kartu su keliais išoriniais ultragarso ir infraraudonųjų spindulių (IR) jutikliais. Šis dizainas supažindins su kai kuriomis temomis, kurios reikalingos autonominėms ir dirbtinai protingoms robotinėms sistemoms.

Žemiau aprašėme veiksmus, kurių reikia norint suprasti, kaip sprendimas buvo užprogramuotas sukurti sieninį robotą. Tačiau, jei norite gauti programavimo rezultatą, atsisiųskite „GreenPAK“programinę įrangą, kad peržiūrėtumėte jau užpildytą „GreenPAK“dizaino failą. Prijunkite „GreenPAK Development Kit“prie kompiuterio ir paspauskite programą, kad sukurtumėte sieną sekantį robotą.

1 žingsnis: problemos pareiškimas

Neseniai vėl atsirado susidomėjimas dirbtiniu intelektu, ir didžioji dalis šio susidomėjimo yra nukreipta į visiškai autonomiškas ir protingas mašinas. Tokie robotai gali sumažinti žmogaus atsakomybę ir išplėsti automatizavimą tokiose srityse kaip valstybės tarnybos ir gynyba. Dirbtinio intelekto tyrinėtojai bando automatizuoti tokias paslaugas kaip gaisro gesinimas, medicininė priežiūra, nelaimių valdymas ir gelbėjimo užduotys per autonomines robotų transporto priemones. Vienas iššūkis, kurį šios transporto priemonės turi įveikti, yra tai, kaip sėkmingai aptikti ir išvengti tokių kliūčių kaip griuvėsiai, gaisras, spąstai ir kt.

2 veiksmas: išsami diegimo informacija

Šioje instrukcijoje mes naudosime ultragarso jutiklį, porą IR kliūčių aptikimo jutiklių, variklio vairuotojo grandinę (L298N), keturis nuolatinės srovės variklius, ratus, keturiais ratais varomą automobilio karkasą ir „GreenPAK SLG46620V“lustą.

Skaitmeninis „GreenPAK“valdiklio išvesties kaištis naudojamas ultragarsiniam jutikliui (dar žinomam kaip sonarui) suaktyvinti, o skaitmeninis įvesties kaištis naudojamas surinkti gaunamą aidą iš priešais esančių kliūčių analizei. Taip pat stebimas IR kliūčių aptikimo jutiklio išėjimas. Pritaikius tam tikras sąlygas, jei kliūtis yra per arti, varikliai (prijungti prie kiekvieno iš 4 ratų) sureguliuojami, kad būtų išvengta susidūrimo.

3 žingsnis: paaiškinimas

Autonominis kliūčių vengimo robotas turi sugebėti aptikti kliūtis ir išvengti susidūrimų. Tokio roboto konstrukcijai reikia integruoti įvairius jutiklius, tokius kaip smūgio jutikliai, infraraudonųjų spindulių jutikliai, ultragarso jutikliai ir tt. Sumontavę šiuos jutiklius ant roboto, jis gali gauti informacijos apie apylinkes. Ultragarsinis jutiklis tinka kliūtims aptikti lėtai judančiam autonominiam robotui, nes jis turi mažą kainą ir gana didelį diapazoną.

Ultragarso jutiklis aptinka objektus, skleisdamas trumpą ultragarso pliūpsnį ir klausydamasis aido. Valdomas pagrindinio mikrovaldiklio, jutiklis skleidžia trumpą 40 kHz impulsą. Šis impulsas keliauja oru, kol atsitrenkia į objektą, o po to atsispindi atgal į jutiklį. Jutiklis pateikia išvesties signalą pagrindiniam kompiuteriui, kuris baigiasi, kai aptinkamas aidas. Tokiu būdu grąžinamo impulso plotis naudojamas atstumui iki objekto apskaičiuoti.

Ši kliūčių vengimo robotų transporto priemonė naudoja ultragarso jutiklį, kad aptiktų kelyje esančius objektus. Varikliai yra prijungti per variklio tvarkyklės IC prie „GreenPAK“. Ultragarso jutiklis yra pritvirtintas prie roboto priekio, o du IR kliūčių aptikimo jutikliai yra pritvirtinti kairėje ir dešinėje roboto pusėse, kad būtų galima aptikti šonines kliūtis.

Robotui judant norimu keliu, ultragarso jutiklis nuolat perduoda ultragarso bangas. Kai priešais robotą yra kliūtis, ultragarso bangos atsispindi nuo kliūties ir ši informacija perduodama „GreenPAK“. Tuo pačiu metu IR jutikliai skleidžia ir priima IR bangas. Aiškindamas ultragarso ir IR jutiklių įvestis, „GreenPAK“valdo kiekvieno iš keturių ratų variklius.

4 žingsnis: algoritmo aprašymas

Paleidimo metu keturi varikliai įjungiami vienu metu, todėl robotas juda į priekį. Toliau ultragarso jutiklis reguliariai siunčia impulsus iš roboto priekio. Jei yra kliūtis, garso impulsai atsispindi ir jutiklis juos aptinka. Impulsų atspindys priklauso nuo fizinės kliūties būsenos: jei ji yra netaisyklingos formos, tada atsispindinčių impulsų bus mažiau; jei jis yra vienodas, tada dauguma perduodamų impulsų atsispindės. Atspindys taip pat priklauso nuo kliūties krypties. Jei jis yra šiek tiek pakreiptas arba lygiagrečiai su jutikliu, dauguma garso bangų praeis neatspindimos.

Kai priešais robotą aptinkama kliūtis, stebimi šoniniai IR jutiklių išėjimai. Jei dešinėje pusėje aptinkama kliūtis, roboto kairės pusės padangos yra išjungiamos, todėl jis sukasi į kairę ir atvirkščiai. Jei kliūtis neaptinkama, algoritmas kartojamas. Srauto schema parodyta 2 paveiksle.

5 žingsnis: ultragarsinis jutiklis HC-SR04

Ultragarsinis jutiklis yra prietaisas, galintis išmatuoti atstumą iki objekto naudojant garso bangas. Jis matuoja atstumą, išsiųsdamas garso bangą tam tikru dažniu ir klausydamasis, kad ši garso banga atšoktų. Įrašius laiko tarpą tarp sukuriamos garso bangos ir atšokusios garso bangos, galima apskaičiuoti atstumą tarp sonaro jutiklio ir objekto. Garsas sklinda oru maždaug 344 m/s (1129 pėdų/s) greičiu, todėl galite apskaičiuoti atstumą iki objekto naudodami „Formulę 1“.

Ultragarso jutiklį HC-SR04 sudaro keturi kaiščiai: Vdd, GND, Trigger ir Echo. Kai impulsas iš valdiklio yra nukreipiamas į trigerio kaištį, jutiklis skleidžia ultragarso bangą iš „garsiakalbio“. Atspindėtas bangas aptinka „imtuvas“ir per „Echo“kaištį perduoda atgal į valdiklį. Kuo didesnis atstumas tarp jutiklio ir kliūties, tuo ilgesnis bus impulsas prie „Echo“kaiščio. Impulsas lieka įjungtas tiek laiko, kiek reikia, kol sonaro impulsas nukeliauja nuo jutiklio ir grįžta atgal, padalintas iš dviejų. Įjungus sonarą, įsijungia vidinis laikmatis ir jis tęsiasi tol, kol aptinkama atspindėta banga. Tada šis laikas padalijamas iš dviejų, nes tikrasis laikas, per kurį garso banga pasiekė kliūtį, buvo pusė laiko, kurį įjungė laikmatis.

Ultragarso jutiklio veikimas iliustruotas 4 paveiksle.

Norėdami sugeneruoti ultragarsinį impulsą, turite nustatyti trigerį į HIGH būseną 10 μs. Tai išsiųs 8 ciklų garsinį pliūpsnį, kuris atspindės bet kokias kliūtis priešais prietaisą ir bus priimtas jutiklio. Echo kaištis parodys laiką (mikrosekundėmis), per kurį sklido garso banga.

6 žingsnis: Infraraudonųjų spindulių kliūčių aptikimo jutiklio modulis

Kaip ir ultragarso jutiklis, pagrindinė infraraudonųjų spindulių (IR) kliūčių aptikimo koncepcija yra perduoti IR signalą (spinduliuotės pavidalu) ir stebėti jo atspindį. IR jutiklio modulis parodytas 6 paveiksle.

funkcijos

• Ant plokštės yra kliūčių indikatoriaus lemputė
• Skaitmeninis išėjimo signalas
• Aptikimo atstumas: 2 ~ 30 cm
• Aptikimo kampas: 35 °
• Lyginamoji mikroschema: LM393
• Reguliuojamas aptikimo atstumo diapazonas per potenciometrą:

○ Pagal laikrodžio rodyklę: padidinkite aptikimo atstumą

○ Prieš laikrodžio rodyklę: sumažinkite aptikimo atstumą

Specifikacijos

• Darbinė įtampa: 3 - 5 V DC
• Išvesties tipas: Skaitmeninis perjungimo išėjimas (0 ir 1)
• 3 mm varžtų skylės lengvam montavimui
• Lentos dydis: 3,2 x 1,4 cm

Kontrolės indikatoriaus aprašymas aprašytas 1 lentelėje.

7 žingsnis: variklio tvarkyklės grandinė L298N

Variklio pavaros grandinė arba „H-Bridge“naudojama nuolatinės srovės variklių greičiui ir krypčiai valdyti. Jame yra du įėjimai, kurie turi būti prijungti prie atskiro nuolatinės srovės maitinimo šaltinio (varikliai naudoja didelę srovę ir negali būti tiekiami tiesiai iš valdiklio), du kiekvieno variklio išėjimų rinkiniai (teigiamas ir neigiamas), du įjungimo kaiščiai kiekvienam išėjimų rinkinys ir du kaiščių rinkiniai kiekvieno variklio išėjimo krypties valdymui (du kaiščiai kiekvienam varikliui). Jei kairiausiuose dviejuose kaiščiuose loginis lygis yra HIGH vienam kaiščiui ir LOW kitam, variklis, prijungtas prie kairiojo išleidimo angos, sukasi viena kryptimi, o jei logikos seka yra atvirkštinė (LOW ir HIGH), varikliai sukasi priešinga kryptimi. Tas pats pasakytina apie dešiniausius kaiščius ir dešinįjį išleidimo variklį. Jei abiejų porų kaiščių loginis lygis yra HIGH arba LOW, varikliai sustos.

Ši dviguba dviejų krypčių variklio tvarkyklė sukurta pagal labai populiarų L298 dvigubo H tilto variklio tvarkyklės IC. Šis modulis leidžia lengvai ir nepriklausomai valdyti du variklius abiem kryptimis. Jis naudoja standartinius loginius signalus valdymui ir gali valdyti dviejų fazių žingsninius variklius, keturių fazių žingsninius variklius ir dviejų fazių nuolatinės srovės variklius. Jame yra filtro kondensatorius ir laisvos eigos diodas, apsaugantis grandinės įrenginius nuo sugadinimo dėl atvirkštinės indukcinės apkrovos srovės, padidinant patikimumą. L298 vairuotojo įtampa yra 5-35 V, o loginis lygis-5 V.

Variklio vairuotojo funkcija aprašyta 2 lentelėje.

Blokinė schema, rodanti ryšius tarp ultragarso jutiklio, variklio tvarkyklės ir GPAK lusto, parodyta 8 paveiksle.

8 žingsnis: „GreenPAK“dizainas

Matricoje 0 jutiklio įvesties įvestis buvo sukurta naudojant CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 ir osciliatorių. Įvestis iš ultragarso jutiklio „Echo“kaiščio skaitoma naudojant „Pin3“. Trys įėjimai taikomi naudojant 3 bitų LUT0: vienas iš „Echo“, kitas-iš „Trigger“, o trečiasis yra trigerio įvestis, atidėtas 30 mūsų. Šios peržiūros lentelės išvestis naudojama 1 matricoje. IR jutiklių išvestis taip pat naudojama matricoje 0.

1 matricoje prievadai P1 ir P6 yra ARBA kartu ir prijungti prie kaiščio 17, kuris yra pritvirtintas prie variklio tvarkyklės 1 kaiščio. „Pin18“visada yra žemos logikos ir yra prijungtas prie variklio tvarkyklės 2 kaiščio. Panašiai prievadai P2 ir P7 yra ARBA kartu ir prijungti prie „GreenPAK“„Pin20“, pritvirtinto prie variklio tvarkyklės P3. „Pin19“yra prijungtas prie variklio tvarkyklės „Pin4“ir visada yra žemos logikos.

Kai „Echo“kaištis yra AUKŠTAS, tai reiškia, kad priešais robotą yra objektas. Tada robotas iš IR jutiklių patikrina, ar nėra kliūčių kairėje ir dešinėje. Jei kliūtis taip pat yra dešinėje roboto pusėje, tada ji pasuka į kairę, o jei kliūtis yra kairėje pusėje, tada ji pasuka į dešinę. Tokiu būdu robotas išvengia kliūčių ir juda be susidūrimo.

Išvada

Šioje instrukcijoje mes sukūrėme paprastą automatinę kliūčių aptikimo ir vengimo transporto priemonę, kurios pagrindinis valdymo elementas buvo „GreenPAK SLG46620V“. Naudojant papildomas schemas, šį dizainą būtų galima patobulinti, kad būtų galima atlikti kitas užduotis, pvz., Rasti kelią į konkretų tašką, labirinto sprendimo algoritmą, eilutės sekimo algoritmą ir kt.

9 žingsnis: aparatinės įrangos nuotraukos