Line Follower Robot for Teaching Control Algorithms: 3 Steps

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Σχεδίασα αυτό το ρομπότ ακόλουθο γραμμής πριν από μερικά χρόνια όταν ήμουν καθηγητής ρομποτικής. Ο στόχος για αυτό το έργο ήταν να διδάξω στους μαθητές μου πώς να κωδικοποιήσουν μια γραμμή που ακολουθεί ρομπότ για έναν διαγωνισμό και επίσης να συγκρίνουν μεταξύ του ελέγχου If/Else και του PID. Και όχι λιγότερο σημαντικό, πώς η μηχανική και το μήκος του ρομπότ επηρεάζουν αυτούς τους αλγόριθμους ελέγχου. Ο στόχος ήταν να γίνει πιο γρήγορος και αξιόπιστος.

Το έκανα για να προγραμματιστεί με το Arduino IDE, αλλά είναι επίσης δυνατό να χρησιμοποιήσετε το IDE ανάπτυξης που προτιμάτε. Διαθέτει ισχυρό PIC32 με φορτωτή εκκίνησης USB, οπότε δεν χρειάζεστε προγραμματιστή. Διαθέτει επίσης διακόπτη ON/OFF, επαναφορά και κουμπί έναρξης/προγράμματος. Οι λυχνίες LED είναι συνδεδεμένες στο σήμα PWM των κινητήρων, ώστε να μπορείτε να δείτε εύκολα την ισχύ που εφαρμόζετε.

Το ρομπότ είναι εντελώς αρθρωτό για πειραματισμούς και εύκολο να επισκευαστεί σε περίπτωση που έχετε κάποιο ατύχημα με αυτό. Αυτό καθιστά αυτό το ρομπότ το τέλειο εργαλείο για την εκμάθηση προγραμματισμού με πολύ διασκεδαστικό τρόπο. Οι μαθητές μου το είχαν χρησιμοποιήσει για μεγάλο χρονικό διάστημα και έμαθαν κάτι νέο κάθε φορά, ακόμη και τον έλεγχο PID. Για να μην αναφέρουμε ότι η γραμμή αισθητήρων χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο για να επιστρέψει έναν ακέραιο, αρνητική τιμή που βρίσκεται το ρομπότ στα αριστερά, θετική στα δεξιά και το cero βρίσκεται στο κέντρο της γραμμής.

Προμήθειες

Κινητήρες 2x 6V Micro Metal με εκτεταμένους βραχίονες στήριξης (Οποιαδήποτε σχέση μετάδοσης είναι εντάξει, η δική μου είναι 10: 1)

Πίνακας αισθητήρων 1x Line

1x Κύρια μονάδα ελέγχου

1x 20 μέσω επίπεδου σύρματος, απόσταση 1mm. Το δικό μου έχει μήκος 20 εκατοστά.

1x ακρυλικό συνδετήρα (κομμένο σε διαφανές ακρυλικό 3mm)

1x 1/8 μπάλα κάστερ (το δικό μου είναι μέταλλο)

2x λαστιχένιος τροχός, διαμέτρου 3 cm.

1x μπαταρία Lipo. Μπορείτε να τροφοδοτήσετε το ρομπότ έως 10v, αλλά λάβετε υπόψη ότι οι κινητήρες έχουν βαθμολογία 6v.

Μερικές βίδες και παξιμάδια Μ2 για να τα συνδέσετε όλα μαζί.

Εάν επιθυμείτε να φτιάξετε μόνοι σας τα αρχεία σχεδίασης, τα σχήματα και τα πάντα για να το φτιάξετε επισυνάπτονται στο επόμενο βήμα.

Βήμα 1: Το υλικό

Όπως μπορείτε να δείτε στις εικόνες όλα τα εξαρτήματα είναι SMD, είναι η τέλεια ευκαιρία να εξασκήσετε τις δεξιότητές σας συγκόλλησης. Αυτό το ρομπότ συγκολλήθηκε από 3 μαθητές μου, ώστε να μπορείτε να το κάνετε χωρίς κόπο. Όλα τα αρχεία σχεδίασης επισυνάπτονται, μπορείτε να δείτε τα αρχεία με EAGLE. Τα Gerbers περιλαμβάνονται επίσης εάν θέλετε να τοποθετήσετε τις σανίδες στον αγαπημένο σας κατασκευαστή PCB.

Οι δύο σανίδες ενώνονται μεταξύ τους με ένα ακρυλικό κομμάτι, περιλαμβάνεται επίσης το μοτίβο κοπής με λέιζερ. Χρησιμοποίησα βίδες και παξιμάδια M2 για να το κρατήσω στη θέση του. Το κάστερ μπάλα τοποθετείται επίσης εδώ. Και αν συντρίψετε το ρομπότ, το ακρυλικό θα σπάσει και θα προστατεύσει τις σανίδες από ζημιές, ιδανικό για δοκιμή! Το επίπεδο καλώδιο χρησιμοποιείται για τη σύνδεση μεταξύ της CPU και της πλακέτας αισθητήρων. Οι κινητήρες συνδέονται εύκολα με καλώδια στην πλακέτα της CPU.

Σημείωση: ο PIC χρησιμοποιεί ένα προσαρμοσμένο υλικολογισμικό, είναι μια τροποποιημένη έκδοση του αρχικού υλικολογισμικού DP32. Μπορείτε να αποκτήσετε το υλικολογισμικό εδώ. Μια σύνδεση ICSP περιλαμβάνεται στο κάτω μέρος της πλακέτας της CPU.

Βήμα 2: Το Λογισμικό

Σας συνιστώ να χρησιμοποιήσετε το Arduino IDE για να προγραμματίσετε το ρομπότ. Όπως σας είπα πριν, ο ακόλουθος γραμμής βασίζεται στο PIC32MX250 και το καθιστά συμβατό με το chipKIT DP32. Χρειάζεται μόνο να εγκαταστήσετε το πακέτο chipKIT στον διαχειριστή πακέτων στο Arduino IDE και είστε έτοιμοι να ξεκινήσετε. Επίσης, μπορείτε να το προγραμματίσετε στο MPLAB ή στο IDE που επιθυμείτε, αλλά μπορείτε να μάθετε τη βάση στο Arduino.

Τα υπόλοιπα είναι σαν τον προγραμματισμό οποιουδήποτε άλλου πίνακα Arduino. Συνδέστε το ρομπότ στον υπολογιστή σας με καλώδιο micro USB και πατήστε το κουμπί προγράμματος αμέσως μετά το πάτημα της επαναφοράς. Στη συνέχεια, στείλτε το σκίτσο με το κουμπί μεταφόρτωσης στο IDE.

Έχω συμπεριλάβει 3 σκίτσα σε αυτό το σεμινάριο. Ο πρώτος δοκιμάζει τον πίνακα αισθητήρων, ο δεύτερος είναι ένας ακόλουθος γραμμής If/Else και ο τελευταίος είναι ένας ακόλουθος γραμμής PID. Όλα λειτουργούν ήδη, ωστόσο θα χρειαστεί να προσαρμόσετε κάποιες τιμές εάν αλλάξετε το σχέδιο. Και επίσης μη διστάσετε να κάνετε το δικό σας! Υπάρχουν καλύτεροι τρόποι για να κάνετε τον αλγόριθμο follower γραμμής, ο πειραματισμός είναι το κλειδί της επιτυχίας.

Βήμα 3: Πειραματισμός

Αυτό είναι πραγματικά το πιο σημαντικό μέρος, θα πρέπει να δοκιμάσετε όλες τις δυνατότητες και να βρείτε αυτό που σας ταιριάζει.

Πειραματιστείτε ελεύθεροι με τροχούς και υλικά διαφορετικής διαμέτρου. Αλλάξτε το μήκος του ρομπότ τροποποιώντας την ακρυλική ένωση. Χρησιμοποιήστε άλλη μπαταρία, ακόμη και με διαφορετική τάση. Μπορεί επίσης να είναι μικρότερο ή μεγαλύτερο. Anotherσως άλλη σχέση μετάδοσης για τους κινητήρες.

Τροποποιήστε το λογισμικό για να χρησιμοποιήσετε λιγότερους αισθητήρες ή ακόμη και να δοκιμάσετε άλλους αλγόριθμους, μπορείτε να εκπλαγείτε πόσο μπορεί να αλλάξει η απόδοση. Why γιατί όχι, εάν είστε προχωρημένος χρήστης, κάντε το με το MPLAB.

Ο ουρανός είναι το όριο!

Ως πρόσθετη συμβουλή… Ο συντονισμός των κερδών PID είναι ένα συναρπαστικό ταξίδι στο οποίο μπορείτε να μάθετε τις επιπτώσεις στο ρομπότ όταν ακολουθείτε τη γραμμή με διαφορετικές τιμές Kp, Kd και Ki. Guaranteedρες και ώρες μάθησης εγγυημένες !!! Τα παιδιά δεν θα παρατηρήσουν ότι χρησιμοποιούν πραγματικά μαθηματικά για να εκτελέσουν όλες τις απαιτούμενες εργασίες.

Ελπίζω να σας αρέσει αυτό το διδακτικό, αν χρειάζεστε κάτι ρωτήστε με στα σχόλια. Ευχαριστώ για την ανάγνωση:)