ساخت یک ربات Maze Runner: 3 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

ربات های حل ماز از دهه 1970 سرچشمه می گیرند. از آن زمان ، IEEE مسابقات حل پیچ و خم را به نام مسابقه Micro Mouse برگزار کرده است. هدف از این مسابقه طراحی روباتی است که نقطه وسط یک پیچ و خم را در اسرع وقت پیدا کند. الگوریتم های مورد استفاده برای حل سریع پیچ و خم معمولاً به سه دسته تقسیم می شوند. جستجوی تصادفی ، نقشه برداری از پیچ و خم و روش های زیر یا دیوار چپ.

کاربردی ترین این روشها روش دیوار زیر است. در این روش ، ربات دیوار سمت راست یا چپ را در پیچ و خم دنبال می کند. اگر نقطه خروجی به دیواره های بیرونی پیچ و خم متصل باشد ، روبات خروجی را پیدا می کند. این یادداشت برنامه از دیوار زیر به روش زیر استفاده می کند.

سخت افزار

این برنامه از موارد زیر استفاده می کند:

• 2 سنسور فاصله آنالوگ تیز
• سنسور ردیاب
• رمزگذار
• موتور و راننده موتور
• Silego GreenPAK SLG46531V
• تنظیم کننده ولتاژ ، شاسی ربات.

ما از سنسور فاصله آنالوگ برای تعیین فاصله تا دیوارهای راست و جلو استفاده خواهیم کرد. سنسورهای فاصله Sharp برای بسیاری از پروژه هایی که نیاز به اندازه گیری دقیق فاصله دارند ، یک انتخاب محبوب است. این سنسور IR مقرون به صرفه تر از سنسورهای سونار است ، اما عملکرد بسیار بهتری را نسبت به سایر جایگزین های IR ارائه می دهد. بین ولتاژ خروجی سنسور و فاصله اندازه گیری شده رابطه غیر خطی و معکوس وجود دارد. نمودار مربوط به رابطه بین خروجی سنسور و فاصله اندازه گیری شده در شکل 1 نشان داده شده است.

یک خط سفید در برابر زمین سیاه رنگ به عنوان هدف تعیین می شود. ما از سنسور ردیاب برای تشخیص خط سفید استفاده می کنیم. سنسور ردیاب دارای پنج خروجی آنالوگ است و داده های خروجی تحت تأثیر فاصله و رنگ شی تشخیص داده شده است. نقاط تشخیص داده شده با بازتاب مادون قرمز بیشتر (سفید) مقدار خروجی بالاتری را ایجاد می کنند و بازتاب مادون قرمز کمتر (سیاه) مقدار خروجی کمتری را ایجاد می کند.

ما برای محاسبه مسافتی که ربات طی می کند از رمزگذار چرخ pololu استفاده خواهیم کرد. این برد رمزگذار چهار ضلعی برای کار با گیربکس های میکرو فلزی pololu طراحی شده است. عملکرد این دستگاه با نگه داشتن دو سنسور بازتاب مادون قرمز در قسمت مرکزی چرخ Pololu 42 × 19 میلی متری و اندازه گیری حرکت دوازده دندان در امتداد لبه چرخ انجام می شود.

برای کنترل موتورها از برد مدار راننده موتور (L298N) استفاده می شود. برای هدایت موتورها از پین های INx و برای تنظیم سرعت موتورها از پین های ENx استفاده می شود.

همچنین از یک تنظیم کننده ولتاژ برای کاهش ولتاژ باتری به 5 ولت استفاده می شود.

مرحله 1: شرح الگوریتم

این دستورالعمل شامل روش مناسب دیوار زیر است. این امر بر اساس سازماندهی اولویت جهت با ترجیح دادن صحیح ترین جهت ممکن استوار است. اگر ربات نتواند دیوار سمت راست را تشخیص دهد ، به سمت راست می چرخد. اگر ربات دیوار سمت راست را تشخیص دهد و دیواری در جلو نباشد ، جلو می رود. اگر دیواری در سمت راست ربات وجود داشته باشد و قسمت جلویی آن به چپ بچرخد.

نکته مهم این است که پس از چرخش روبات به سمت راست ، هیچ دیواری برای مرجع وجود ندارد. بنابراین "گردش به راست" در سه مرحله انجام می شود. جلو بروید ، راست بپیچید ، جلو بروید.

علاوه بر این ، ربات هنگام حرکت به جلو باید فاصله خود را از دیوار حفظ کند. این را می توان با تنظیم یک موتور سریعتر یا کندتر از موتور دیگر انجام داد. حالت نهایی نمودار جریان در شکل 10 نشان داده شده است.

یک روبات Maze Runner را می توان به راحتی با یک IC سیگنال مخلوط (CMIC) با پیکربندی GreenPAK پیاده سازی کرد. برای درک نحوه برنامه ریزی تراشه GreenPAK برای کنترل ربات Maze Runner می توانید تمام مراحل را طی کنید. با این حال ، اگر فقط می خواهید بدون درک تمام مدارهای داخلی ، به راحتی Maze Runner Robot را ایجاد کنید ، نرم افزار GreenPAK را بارگیری کنید تا فایل طراحی GreenPAK را که قبلاً تکمیل شده است مشاهده کنید. کامپیوتر خود را به کیت توسعه GreenPAK وصل کرده و برنامه را بزنید تا IC سفارشی برای کنترل ربات Maze Runner شما ایجاد شود. گام بعدی منطق موجود در فایل طراحی Maze Runner Robot GreenPAK را برای کسانی که علاقه مند به درک نحوه عملکرد مدار هستند ، مورد بحث قرار می دهد.

مرحله 2: طراحی GreenPAK

طرح GreenPAK از دو قسمت تشکیل شده است. اینها هستند:

• تفسیر / پردازش داده ها از سنسورهای فاصله
• حالت های ASM و خروجی های موتور

تفسیر / پردازش داده ها از سنسورهای فاصله

تفسیر داده ها از سنسورهای فاصله بسیار مهم است. حرکت روبات با توجه به خروجی های سنسور فاصله انجام می شود. از آنجا که سنسورهای فاصله آنالوگ هستند ، ما از ACMP ها استفاده خواهیم کرد. موقعیت روبات نسبت به دیوار با مقایسه ولتاژ سنسورها با ولتاژهای آستانه از پیش تعیین شده تعیین می شود.

ما از 3 ACMP استفاده می کنیم.

• برای تشخیص دیوار جلو (ACMP2)
• برای تشخیص دیوار راست (ACMP0)
• برای محافظت از فاصله دیوار راست (ACMP1)

از آنجا که ACMP0 و ACMP1 به یک سنسور فاصله بستگی دارند ، ما از منبع IN+ یکسان برای هر دو مقایسه کننده استفاده کردیم. با ایجاد پسماند ACMP1 25mv می توان از تغییر سیگنال ثابت جلوگیری کرد.

ما می توانیم سیگنال های مسیر را بر اساس خروجی های ACMP تعیین کنیم. مدار نشان داده شده در شکل 12 نمودار جریان را که در شکل 7 ترسیم شده است نشان می دهد.

به همین ترتیب ، مداری که موقعیت روبات را نسبت به دیوار راست نشان می دهد ، در شکل 13 نشان داده شده است.

وضعیت ASM و خروجی های موتور

این برنامه برای کنترل ربات از دستگاه حالت ناهمزمان یا ASM استفاده می کند. در ASM 8 حالت و در هر ایالت 8 خروجی وجود دارد. از RAM خروجی می توان برای تنظیم این خروجی ها استفاده کرد. ایالت ها در زیر فهرست شده اند:

• شروع کنید
• کنترل
• از دیوار راست فاصله بگیرید
• نزدیک به دیوار راست
• به سمت چپ برو، به سمت چپ برگرد
• حرکت به جلو -1
• بپیچ به راست
• حرکت به جلو -2

این حالتها خروجی را برای راننده موتور تعیین می کنند و ربات را هدایت می کنند. برای هر موتور 3 خروجی از GreenPAK وجود دارد. دو جهت موتور را تعیین می کنند و خروجی دیگر سرعت موتور را تعیین می کند. حرکت موتور با توجه به این خروجی ها در جداول زیر نشان داده شده است:

RAM خروجی ASM از این جداول مشتق شده است. در شکل 14 نشان داده شده است. علاوه بر درایورهای موتور ، دو خروجی دیگر نیز وجود دارد. این خروجی ها به بلوک های تاخیر مربوطه می روند تا ربات بتواند مسافت معینی را طی کند. خروجی های این بلوک های تاخیری نیز به ورودی های ASM متصل می شوند.

از PWM ها برای تنظیم سرعت موتورها استفاده شد. ASM برای تعیین موتور روی PWM مورد استفاده قرار گرفت. سیگنال های PWMA-S و PWMB-S بر روی بیت های انتخابی mux تنظیم می شوند.

مرحله 3:

در این پروژه ، ما یک ربات حل کننده پیچ و خم ایجاد کردیم. ما داده های چندین سنسور را تفسیر کردیم ، وضعیت روبات را با ASM GreenPAK کنترل کردیم و موتورها را با یک راننده موتور حرکت کردیم. به طور کلی ، ریزپردازنده ها در چنین پروژه هایی استفاده می شوند ، اما GreenPAK دارای چند مزیت نسبت به MCU است: کوچکتر ، مقرون به صرفه تر و می تواند خروجی سنسور را سریعتر از MCU پردازش کند.