آردوینو Line Follower Wallrides Classroom Whiteboard: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

دنبال کردن خط روی زمین خیلی خسته کننده است!

ما سعی کرده ایم زاویه متفاوتی را در دنبال کنندگان خط بررسی کرده و آنها را به هواپیمایی دیگر - به تخته سفید مدرسه - برسانیم.

ببینید چه نتیجه ای گرفت!

مرحله 1: به چه چیزی نیاز دارید؟

برای یک ربات مسابقه:

مکانیک:

شاسی 1 x 2WD miniQ Robot ؛ این پلت فرم چند منظوره برای ایجاد ربات های ساده دو چرخ است

موتور 2 x 6V میکرو دنده با نسبت کاهش 1: 150 ؛ موتورهای دنده ای که با پلت فرم ربات miniQ همراه شده اند دارای نسبت دنده 1:50 هستند و بسیار سریع هستند. آنها باید با موتورهای قوی تر جایگزین شوند ، به عنوان مثال با نسبت دنده 1: 150 یا بالاتر. هرچه نسبت دنده بیشتر باشد ، ربات کندتر روی تخته سفید حرکت می کند ، اما احتمال لغزش چرخ ها کمتر است

4 x آهنربای نئودیمیم ؛ شما به آهنرباهای کوچک با ضخامت 3 میلی متر با قطر 12 میلی متر (برای کسانی که شکل گرد دارند) یا با طرف 12 میلی متر (برای کسانی که شکل مربعی دارند) نیاز دارید. همچنین آهن ربا باید دارای سوراخی برای پیچ دستگاه با سر متقابل معمولاً برای سر M3 باشد. گاهی اوقات تولید کنندگان قدرت اتصال آهنربا را مشخص می کنند. این باید در محدوده 2 تا 2.4 کیلوگرم باشد

الکترونیک:

1 x Arduino UNO ؛ کامپیوتر روی صفحه. محبوب ترین پلت فرم نمونه سازی

1 عدد ماژول Octoliner ؛ چشم و چراغهای جلو ربات مسابقه ای شما. Octoliner یک سنسور خط سرد است که از 8 سنسور مادون قرمز جداگانه که از طریق رابط I2C کنترل می شوند ، تشکیل شده است

1 x سپر موتور ؛ تقریباً هر ماژول برای شما مناسب است. من از این آنالوگ بر اساس تراشه L298p استفاده کردم

1 عدد باتری 7 سیلندر 7 سیلندر 2 سلولی LiPo ؛ این می تواند جریان زیادی را که موتورها برای غلبه بر جاذبه آهن ربا نیاز دارند ایجاد کند. باتری 2 سلولی دارای ولتاژ در محدوده 7.4V تا 8.4V است. برای موتورهای 6 ولت و تنظیم کننده ولتاژ داخلی در برد آردوینو کافی است. هر ظرفیتی را می توان انتخاب کرد. باتری خازنی ، ربات بیشتر طول می کشد اما توجه داشته باشید که باتری بسیار بزرگ می تواند سنگین باشد. ظرفیت در محدوده 800mAh تا 1300mAh مطلوب است

متفرقه:

4 عدد سیم زن و مرد ؛

4 فاصله M3 فاصله دهنده یا زن و مرد با طول 10 میلی متر ؛

3 فاصله M3 فاصله دهنده یا زن-مرد با طول 25 میلی متر یا بیشتر ؛

4 سر M3x8 پیچ سر تخت ؛

1 عدد پیچ نایلونی M3 ؛

1 x M3 نایلون مهره شش گوش ؛

هر پیچ M3 و مهره شش گوش

برای کلاس درس:

تخته سفید مغناطیسی آویزان بر روی دیوار ؛

نشانگرهای تخته سیاه مغناطیسی ضخیم ؛

اگر می خواهید روبات های زیادی بسازید و آنها را جداگانه شارژ کنید ، شارژر باتری LiPo ویژه یا چند شارژر

مرحله 2: چگونه می توان مونتاژ کرد؟ مونتاژ شاسی

در ابتدا ، شما نیاز به جمع آوری پلت فرم شاسی miniQ دارید که موتورهای قبلی را از کیت با موتورهای قوی تر با نسبت دنده 1: 150 جایگزین می کند. فراموش نکنید که سیم ها را به مخاطبین موتور لحیم کنید!

مرحله 3: چگونه می توان مونتاژ کرد؟ Magnets را نصب کنید

آهن ربا را روی پلت فرم miniQ نصب کنید. از پیچ های M3x10 ، پیچ های مسطح M3x8 یا M3x6 و مهره های M3 استفاده کنید. سوراخ های نصب مورد نیاز در تصویر نشان داده شده است.

این مهم است!

طول استندها باید دقیقاً 10 میلی متر باشد. پس از نصب آهن ربا ، سکو را روی تخته سفید آزمایش کنید. هر چهار آهن ربا باید در مجاورت برد مغناطیسی باشند و لاستیک های لاستیکی روی چرخ های سکوی miniQ باید از قبل بارگیری شده و مقداری اصطکاک با سطح تخته ایجاد کنند.

به صورت دستی ربات را در سراسر صفحه حرکت دهید. در حین سوار شدن ، آهن ربا نباید از صفحه خارج شود. اگر هر آهنربا جدا شود به این معنی است که لاستیک های لاستیکی روی چرخ ها حداکثر بارگیری می کنند. در این حالت ، با افزودن یک جفت واشر M3 ، فاصله 10 میلی متری تمام حالت های استند را 1 یا 2 میلی متر افزایش دهید و دوباره امتحان کنید.

مرحله 4: چگونه می توان مونتاژ کرد؟ الکترونیک اضافه کنید

برد Arduino UNO را روی سکو با استفاده از استندهای M3x25 ، پیچ های M3 و مهره های M3 نصب کنید. از استندهای کوتاه استفاده نکنید ، مقداری زیر سیم برد و باتری زیر برد آردوینو بگذارید.

سپر موتور را روی برد Arduino UNO نصب کنید.

ماژول Octoliner را نصب کنید. با استفاده از پیچ و مهره نایلونی M3 آن را روی سکو فشار دهید.

این مهم است!

برای اتصال Octoliner از اتصال دهنده های فلزی استفاده نکنید. برخی از سوراخ های نصب بر روی صفحه شکست ، لحیم شده و به عنوان پین IO استفاده می شوند. برای جلوگیری از اتصال کوتاه ، از بست پلاستیکی ، به عنوان مثال ، نایلون استفاده کنید.

مرحله 5: چگونه می توان مونتاژ کرد؟ سیم کشی

تمام قطعات الکترونیکی را همانطور که در نمودار نشان داده شده پیوند دهید. ماژول Octoliner از طریق 4 سیم (GND ، 5V ، SDA ، SCL) به UNO آردوینو متصل می شود. موتورها را به سپر موتور وصل کنید. باتری LiPo به پد های تماس منبع تغذیه خارجی روی محافظ موتور و همچنین به پین VIN روی برد آردوینو متصل است. به جای استفاده از پین VIN ، می توانید از پریز برق 5.5 میلی متر در 2.1 میلی متر روی برد استفاده کنید.

این مهم است!

هنگام استفاده از سپر موتور نیازی به سیم نیست. دو کانال موتور توسط 4 پین کنترل می شود. 2 پین PWM مسئول سرعت چرخش و 2 پین DIR جهت چرخش هستند. معمولاً آنها قبلاً با پین های خاص برد برد آردوینو پیوند خورده اند و بسته به سازنده سپر ، شماره فهرست آنها ممکن است متفاوت باشد. به عنوان مثال ، برای محافظ موتور من ، اعداد D4 D5 (DIR و PWM برای کانال اول) و D7 D6 (DIR و PWM برای کانال دوم) هستند. برای سپر اصلی Arduino Motor ، شماره پین ها مربوط به D12 D3 (DIR و PWM برای کانال اول) و D13 D11 (DIR و PWM برای کانال دوم) است.

این مهم است!

باتری های Hobby LiPo فاقد برد محافظ قطبیت معکوس هستند! کوتاه شدن تصادفی مخاطبین مثبت و منفی منجر به خرابی دائمی باتری یا آتش سوزی می شود.

مرحله 6: چگونه برنامه ریزی کنیم؟ XOD

تهیه برنامه برای چنین ربات مسابقه ای حتی راحت تر از مونتاژ آن است.

در همه پروژه های خود از محیط برنامه نویسی بصری XOD استفاده می کنم که به من امکان می دهد بدون نوشتن کد ، برنامه های آردوینو را به صورت گرافیکی ایجاد کنم. این محیط برای نمونه سازی سریع دستگاه یا یادگیری الگوریتم های برنامه نویسی ایده آل است. برای مطالعه بیشتر صفحه وب مستندات XOD را دنبال کنید.

برای برنامه ریزی این ربات ، باید فقط یک amperka/octoliner کتابخانه را به فضای کاری XOD خود اضافه کنید. برای کار با سنسور خط هشت کاناله ضروری است.

مرحله 7: چگونه برنامه ریزی کنیم؟ وصله

این برنامه بر اساس یک عملکرد کنترل کننده PID است. اگر می خواهید بدانید کنترل کننده PID چیست و چگونه کار می کند ، می توانید مقاله دیگری در این زمینه بخوانید.

با برنامه روبات به پچ نگاه کنید. بیایید ببینیم چه گره هایی روی آن وجود دارد و چگونه کار می کند.

octoliner-line

این یک گره شروع سریع از کتابخانه amperka/octoliner XOD است که نشان دهنده ماژول Octoliner است که خط را ردیابی می کند. این "مقدار ردیابی خط" را نشان می دهد که در محدوده -1 تا 1 قرار دارد. مقدار 0 نشان می دهد که خط نسبت به سنسورهای مادون قرمز روی برد Octoliner (بین CH3 و CH4) در موقعیت مرکزی قرار دارد. مقدار -1 مربوط به موقعیت چپ شدید (CH0) است در حالی که 1 به سمت راست افراطی (CH1). در بوت گره ، سنسورهای optocoupler را فعال می کند و پارامترهای روشنایی و حساسیت پیش فرض آنها را تنظیم می کند. ورودی های این گره آدرس I2C دستگاه (ADDR برای برد Octoliner 0x1A است) و نرخ به روز رسانی مقدار ردیابی خط (UPD) ، من آن را پیوسته تنظیم می کنم.

مقادیر ردیابی خط مستقیماً به گره کنترل کننده pid تغذیه می شود.

کنترل کننده pid

این گره کار کنترل کننده PID را در XOD پیاده سازی می کند. مقدار هدف (TARG) برای آن 0 است. حالتی است که خط دقیقا در مرکز زیر ربات قرار دارد. اگر مقدار ردیابی خط 0 باشد ، کنترل کننده PID از طریق پین RST بازنشانی می شود. اگر مقدار ردیابی خط با 0 متفاوت باشد ، کنترل کننده PID آن را با استفاده از ضرایب Kp ، Ki ، Kd به مقادیر سرعت موتور تبدیل می کند. مقادیر ضرایب به صورت آزمایشی و به ترتیب برابر با 1 ، 0.2 و 0.5 انتخاب شد. نرخ بروزرسانی (UPD) کنترل کننده PID بر روی پیوسته تنظیم شده است.

مقدار پردازش شده کنترل کننده PID از 1 کم می شود و به 1 اضافه می شود. این امر برای همگام سازی موتورها و چرخاندن آنها در جهت مخالف هنگام از بین رفتن خط انجام می شود. مقدار 1 در این گره ها حداکثر سرعت موتورها را نشان می دهد. با وارد کردن مقدار پایین می توانید سرعت را کاهش دهید.

h-Bridge-dc-motor

تعدادی از این گره ها وظیفه کنترل موتورهای روبات چپ و راست را بر عهده دارند. در اینجا مقادیر پین PWM و DIR را که از طریق آنها سپر موتور شما عمل می کند ، تنظیم کنید.

پچ را فلش کرده و ربات مسابقه خود را امتحان کنید. اگر دقیقاً دستورالعمل های مونتاژ را دنبال می کنید ، نیازی به تغییر پچ یا تنظیم کنترل کننده PID ندارید. تنظیمات مشخص شده کاملاً مطلوب است.

برنامه به پایان رسیده را می توان در کتابخانه gabbapeople/whiteboard-races یافت

مرحله 8: ویترین و نکات