Roboter-Rover - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Hallo, ich bin Proxy303, ein Robotik-Spezialist. In diesem Tutorial werde ich dir beibringen, wie du deinen eigenen Roboter wie einen von mir baust.

Ich spreche nicht von einem dieser überbewerteten ferngesteuerten Autos, die die Leute Roboter nennen. Eine der Definitionen eines Roboters ist, dass er nicht ferngesteuert werden kann. Der Roboter, den Sie heute bauen, ist einer, den Sie bauen, verdrahten und programmieren. Dann ist es autonom. Das heißt, es wird nicht von außen gesteuert. Es kontrolliert sich selbst. Nachdem er gebaut und programmiert ist, erledigt der Roboter alles andere selbst.

Jeder Roboter besteht aus fünf Hauptkomponenten:

• Ein Chassis, das der Körper Ihres Roboters ist. Sie können diese online vormontiert kaufen, oder Sie können Ihre eigenen aus einem Bausatz oder von Grund auf neu herstellen.
• Ein Mikrocontroller, der das "Gehirn" Ihres Roboters ist. Dies ist eine vielseitige Schaltung, die so programmiert werden kann, dass sie so ziemlich alles kann.
• Einige Motoren, die es Ihrem Roboter ermöglichen, sich zu bewegen. Sie können Motoren nicht direkt mit einem Mikrocontroller effektiv steuern, also brauchen Sie…
• Ein Motortreiber, mit dem Sie einen Motor mit höherer Spannung mit einem Logiksignal mit niedriger Spannung steuern können.
• Eine Stromquelle, die alles antreibt. Verwenden Sie für tragbare Roboter oder solche, die sich bewegen, Batterien. Andernfalls könnten Sie ein Netzteilmodul verwenden, wie eines von einem Computer.

Lieferungen

Du wirst brauchen:

• Ein Roboter-Chassis (Ich empfehle den Actobotics Runt Rover Whippersnapper, weil er so viele gute Aspekte hat, wie eine universelle Mikrocontroller-Halterung oder Sensorhalterungen oder die Tatsache, dass alles einfach zusammenrastet.) Jedes Material funktioniert, also probiere Plastik aus, Holz oder sogar Pappe. Seien Sie vorsichtig bei der Verwendung von Metall, da es die Lötstellen unter den Leiterplatten kurzschließen könnte, aber wenn Sie wissen, was Sie tun, probieren Sie es aus. Roboterchassis können ziemlich teuer sein und zwischen 15 und ein paar hundert Dollar kosten.
• Ein Mikrocontroller (ich habe einen Arduino Mega 2560 verwendet, aber ein Raspberry Pi funktioniert auch gut.) Diese können in Elektronikgeschäften, Bastelgeschäften, online oder überall dort gekauft werden, wo Roboterteile verkauft werden. Obwohl sie einer der wichtigsten Teile eines Roboters sind, sind sie tatsächlich ziemlich billig und liegen zwischen 10 und 40 Dollar.
• Ein Motortreiber (ich habe den L298N Dual-Motortreiber verwendet) Diese können ziemlich teuer sein, also behandeln Sie Ihren vorsichtig. Diese bösen Jungs sind darauf ausgelegt, viel Leistung in Motoren zu pumpen und heizen sich daher stark auf. Stellen Sie sicher, dass der von Ihnen gekaufte einen Kühlkörper hat, oder wenn nicht, kleben Sie einen auf. Sie möchten sicherlich nicht, dass der Motortreiber überhitzt und kaputt geht, was Sie zwischen 20 und ein paar hundert Dollar für einen neuen kostet.
• Ein paar Steckbrettdrähte. Hier braucht es nicht viel Erklärung, da Sie diese so ziemlich überall finden können.
• Einige Kabel von M-F DuPont. Anstelle von Steckbrettdrähten, die an beiden Enden "Nadeln" aus Metall haben, haben diese an einem Ende eine "Nadel" und am anderen Ende eine Buchse.
• Eine Handvoll Befestigungsschrauben. Auch hier ist nicht viel Erklärung erforderlich. Holen Sie sich kleine Kreuzschlitzschrauben, Standardgröße.
• Eine primäre Stromquelle, um den Mikrocontroller mit Strom zu versorgen (Sie können ziemlich billige wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien online finden. Ich verwende normalerweise Powerbanks, die zum Aufladen von Telefonen verwendet werden.)
• Eine Motorstromquelle (6 AA-Batterien eignet sich hervorragend dafür, aber Sie können auch eine andere Stromquelle verwenden, wenn Sie möchten. Verwenden Sie KEINE 9-V-Batterie; sie haben einfach nicht den Strom für so etwas. Halten Sie Denken Sie daran, dass sie für den Betrieb von Rauchmeldern und nicht von Robotern ausgelegt sind.) Wenn möglich, versuchen Sie, eine wiederaufladbare Stromquelle zu besorgen. Es ist anfangs etwas teurer, aber vertrau mir. Wenn Sie Einwegbatterien verwenden, werden Sie sie sehr schnell durcharbeiten, und die Kosten für so viele Batterien übersteigen schnell die Kosten einiger wiederaufladbarer Batterien.

Du möchtest vielleicht:

• Ein Ultraschallsensor. Lässt Ihren Roboter Objekte davor sehen.
• Einige Servomotoren. Anstatt sich ständig zu drehen, können diese nützlichen Motoren so programmiert werden, dass sie sich in einen bestimmten Winkel bewegen und dort bleiben.
• Eine Handvoll LEDs. Keine Erklärung erforderlich. Wenn du Strom anlegst, leuchten sie auf. Einfach.
• Oder andere Anhänge. Warum nicht einen Roboterarm hinzufügen? Oder ein anderer Sensor?

Schritt 1: Bauen Sie das Robotergehäuse

Bauen Sie das gekaufte Robotergehäuse zusammen. Stellen Sie sicher, dass alles richtig zusammengebaut ist.

Beim Runt Rover Whippersnapper passt einfach alles zusammen. Wenn Ihr Chassis durch Schrauben zusammengehalten wird, stellen Sie sicher, dass diese fest sitzen und Ihr Bot robust ist. Vertrauen Sie mir, es gibt nichts Schlimmeres, als wenn Ihr Projekt einfach an Ihnen zerbricht - manchmal buchstäblich! Stellen Sie außerdem sicher, dass im Gehäuse Platz ist. Stellen Sie sich vor, Sie kaufen alles und geben über 70 Dollar aus, nur um festzustellen, dass eine Ihrer Hauptkomponenten nicht in den Bot passt!

Stellen Sie außerdem sicher, dass die Motoren richtig befestigt sind und sich frei drehen können. Manchmal kann ein herausstehendes Teil des Chassis die Motoren blockieren, also stellen Sie sicher, dass nichts die Motoren am Drehen hindern könnte.

Schritt 2: Grundlegende Verkabelung

Verbinden Sie die Motoren der linken Seite parallel miteinander. Machen Sie dasselbe für die richtigen Motoren. Stellen Sie sicher, dass die roten Drähte der linken Seite mit den schwarzen Drähten der linken Seite gruppiert sind, und das gleiche für die rechte Seite. Verbinden Sie ein rotes Kabel mit beiden ROTEN Kabeln der rechten Seite. Verbinden Sie ein weiteres rotes Kabel mit den beiden SCHWARZEN Drähten der linken Seite (ich weiß, es scheint auf der linken Seite rückwärts zu sein, aber dies soll der Tatsache Rechnung tragen, dass sich gegenüberliegende Motoren in die entgegengesetzte Richtung drehen.) Wiederholen Sie dies für die schwarzen Drähte. Achten Sie darauf, dass die Drähte für die Seiten gruppiert bleiben. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Motoren der LINKEN Seite umgekehrt sind, als Sie sie normalerweise verdrahten würden.

Schritt 3: Verbinden Sie den Motortreiber

Bevor Sie einen Motortreiber verwenden, MÜSSEN Sie wissen, wie er funktioniert. WENN SIE ES FALSCH ANSCHLIESSEN, KÖNNEN SIE DEN MIKROCONTROLLER UND/ODER DEN MOTORTREIBER ZERSTÖREN!

Ein Motortreiber ist eine Art isolierter Stromkreis-Controller, was bedeutet, dass es keine physische Verbindung zwischen dem Motorleistungsbereich und dem Logiksteuerbereich gibt. Die meisten guten sind so konzipiert, dass sie elektrische Lecks in den Mikrocontroller vermeiden (die ihn beschädigen oder zerstören könnten). Außerdem kosten die meisten guten normalerweise mindestens 15 US-Dollar. Wenn Sie also online einen 2 US-Dollar entdecken, kaufen Sie ihn nicht! Ich persönlich habe so einen gefunden und nur als Experiment habe ich einen Kühlkörper darauf geklebt und angeschlossen. Laut Verkäufer ist der Treiber für 12V ausgelegt. Ich habe es an 9V angeschlossen und es hat angefangen zu rauchen. Es stellte sich heraus, dass der verwendete Chip nur für 3 V ausgelegt war!

Ein Motortreiber hat 2 Eingangsbereiche: Die Leistungseingänge und die Logikeingänge. Es hat auch zwei Ausgabebereiche: die rechte und die linke Seite. Hier sind alle Pins und ihre Funktion:

• Die Logikeingänge:

  • Diese nehmen ein 3,3-V-Logiksignal und verwenden es, um die Motoren zu steuern. Schließen Sie niemals eine Hochspannung an diese Pins an.
  • Verbinden Sie diese mit den digitalen Logikausgängen des Mikrocontrollers.

• Die Stromeingänge:

  • Der Power In-Pin, der für die Stromversorgung der Motoren verwendet wird. Die hier eingegebene Leistung ist die Leistung, die der Fahrer in die Motoren pumpt.
  • Der GND-Pin, der als gemeinsamer Masseanschluss verwendet wird. Wird sowohl für die Stromversorgung als auch als Rückleitung für die Logikeingänge verwendet. Der GND-Pin ist normalerweise mit Dioden beschaltet, um elektrische Lecks in die Logik- und Power-Pins zu verhindern.
  • Der 5V-Pin, der für die Stromversorgung bestimmter Motorentypen verwendet wird. Es gibt 5 Volt AUS, also verwechseln Sie es nicht mit einem Stromeingang. Alles, was Sie brauchen, ist ein Stromstoß in den falschen Pin Ihres Mikrocontrollers, um ihn lautlos und sofort zu zerstören.

• Die Ausgänge:

  • 1A und 1B, für einen Motor oder Motorsatz.
  • 2A und 2B für den anderen Motor oder Satz davon.

Mit einem Motortreiber können Sie einen Hochspannungsmotor mit einem Niederspannungs-Logiksignal steuern. Der Grund dafür, dass es pro Motor zwei Eingänge gibt, ist, dass Sie auch die Richtung steuern können.

Verbinden Sie die Ausgänge 1A und 1B Ihres Motortreibers mit den rechten Motoren. Verbinden Sie die Ausgänge 2A und 2B mit den linken Motoren (Denken Sie daran! RÜCKWÄRTS!)

Installieren Sie die Motorbatterie irgendwo in Ihrem Roboterchassis und verbinden Sie sie mit dem Stromeingang Ihres Motortreibers, mit + an Stromeingang und - an GND.

Wenn Sie ein vorkonfektioniertes Modul verwenden, sind Sie gut.

Wenn Sie nur einen IC verwenden, stellen Sie sicher, dass er richtig verdrahtet ist, und stellen Sie sicher, dass ein Kühlkörper darauf montiert wird! Diese Chips erwärmen sich stark, weshalb die meisten guten Treiber Kühlkörper haben.

Schritt 4: Befestigen Sie den Mikrocontroller

Befestigen Sie Ihren Mikrocontroller am Roboter. Ich habe das Arduino Uno Rev3 verwendet. Verbinden Sie vier digitale Ausgänge des Mikrocontrollers mit dem Logikeingang des Motortreibers. Verbinden Sie den Erdungsstift des Mikrocontrollers mit dem GND-Steckplatz des Motortreibers. Verbinden Sie den 5V-Pin des Motortreibers nicht mit dem Mikrocontroller! Dies wird zur Stromversorgung bestimmter Motortypen verwendet, nicht als Stromeingang und schon gar nicht für einen Mikrocontroller. Andernfalls könnte der Mikrocontroller beschädigt werden. Sie sollten nur die Logikstifte und den gemeinsamen Massestift des Motortreibers mit dem Mikrocontroller verbinden.

Diese Anschlüsse werden verwendet, um die Motoren unter Verwendung der Logikeingänge des Treibers zu steuern.

Schritt 5: Stellen Sie sicher, dass alles gut ist

Gehen Sie zurück und stellen Sie sicher, dass alles gut ist. Überprüfen Sie Ihre Verkabelung, stellen Sie sicher, dass die linken Motoren rückwärts angeschlossen sind, stellen Sie sicher, dass Ihr 5-V-Ausgang des Mikrocontrollers nicht mit dem 5-V-Ausgang des Motortreibers verbunden ist, und überprüfen Sie, ob andere Probleme vorliegen. Stellen Sie sicher, dass alle Schrauben fest angezogen sind, Ihre Drähte eingesteckt sind, Ihre Motoren nicht blockiert sind und keine Drähte gebrochen sind.

Wenn alles gut ist, fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort.

Schritt 6: Installieren Sie die Batterie

Legen Sie die Batterien in das Roboterchassis ein. Wenn sie herausfallen, könnten sie Ihren Roboter verlangsamen oder stoppen, also achten Sie darauf, sie im Chassis zu sichern. Verwenden Sie eine Halterung, etwas Kleber oder kleben Sie sie einfach fest, wenn Sie sie oft herausnehmen möchten. Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihre Batterieverbindungen gut sind. Ich hatte einmal einen Roboter, der sich weigerte, sich zu bewegen, und ich drehte mich stundenlang im Kreis, überprüfte meine Programmierung, verdrahtete die Motoren neu und konnte das Problem nicht finden. Am Ende kaufte ich sogar einen neuen Mikrocontroller, nur um festzustellen, dass sich eines der Kabel zu meiner Motorbatterie im Chassis gelöst hatte. Dies ist ein perfektes Beispiel, warum Sie immer nach anderen Problemen suchen sollten, bevor Sie ein Teil ersetzen!

Schritt 7: Alles anbringen

Verwenden Sie kleine Befestigungsschrauben, um alles sicher zu befestigen. Schrauben Sie den Motortreiber und den Mikrocontroller auf das Roboterchassis und vergewissern Sie sich, dass die Motoren sicher sind. Stellen Sie sicher, dass das Steckbrett auch sicher befestigt ist.

Verwenden Sie Kabelbinder oder kleine Klebebandstücke, um Ihre Drähte zu organisieren. Sie müssen dies nicht tun, aber es lässt den Roboter auf jeden Fall besser aussehen und macht es einfacher, den Überblick zu behalten, welche Kabel zu welchen führen. Wenn Sie keine Kabelbinder haben oder die Drähte leicht ersetzen müssen, können Sie sie auch nach Farbe gruppieren. Zum Beispiel könnten Sie grüne Drähte vom Mikrocontroller zum Motortreiber, rote Drähte für die Stromversorgung, schwarze Drähte für GND und blaue Drähte vom Motortreiber zu den Motoren verwenden.

Schritt 8: Programm

Schließen Sie den Mikrocontroller an einen Computer an und programmieren Sie ihn. Fangen Sie einfach an und überfordern Sie sich nicht. Beginnen Sie mit etwas so Einfachem, wie den Roboter vorwärts bewegen zu lassen. Kannst du es drehen? Gehe zurück? Im Kreis drehen? Achtung, die Programmierung erfordert viel Geduld und dauert in der Regel am längsten. Siehe obige Grafik.

Es liegt an Ihnen!

Schritt 9: Anhänge

Nachdem Sie nun einen einfachen Roboter eingerichtet haben, ist es an der Zeit, einige zusätzliche Funktionen hinzuzufügen. Bringen Sie einen Ultraschallsensor an, damit der Roboter Hindernissen ausweichen kann. Oder ein Servomotor, mit etwas Coolem obendrauf. Oder einige blinkende LEDs, um den Bot aufzuhellen. Denken Sie daran, es ist Ihr Roboter, also liegt es an Ihnen!

Schritt 10: Sie sind fertig

Herzlichen Glückwunsch! Sie haben jetzt einen Arbeitsroboter! Bitte posten Sie in den Kommentaren, ob Sie es erstellt haben und welche Anhänge Sie hinzugefügt haben.

Wenn etwas schief geht, lesen Sie bitte die folgende Hilfe zur Fehlerbehebung:

Der Roboter lässt sich gar nicht einschalten

Sie wissen, dass der Roboter eingeschaltet ist, weil die meisten Motortreiber und Mikrocontroller Lichter haben, die anzeigen, dass sie eingeschaltet sind. Wenn sie sich nicht einschalten, dann:

• Der Hauptakku ist möglicherweise schwach oder leer. Wenn Sie einen wiederaufladbaren Akku verwenden, laden Sie ihn auf. Wenn Sie eine normale Batterie verwenden, ersetzen Sie diese.
• Die Drähte sind möglicherweise falsch angeschlossen. Überprüfen Sie Ihre Verbindungen. Ein einzelner verlegter Draht kann die Stromversorgung des gesamten Roboters unterbrechen.
• Die Drähte können gebrochen sein. Es scheint etwas zu sein, das Sie nicht erwarten würden, aber ich habe festgestellt, dass gebrochene Drähte tatsächlich ziemlich häufig sind. Suchen Sie nach gebrochenen oder ausgefransten Isolierungen, kleinen Metallnadeln, die aus den Kabelbuchsen herausragen (wenn sich der Stift am Ende des Kabels löst und stecken bleibt) oder gespaltenen Kabeln.
• Möglicherweise liegt ein Problem mit dem Motortreiber oder dem Mikrocontroller vor. Herstellungsfehler können dazu führen, dass sich die Systeme nicht einschalten. Ersetzen Sie in diesem Fall den Mikrocontroller oder den Motortreiber. Dies ist der letzte Ausweg, denn Mikrocontroller und insbesondere Motortreiber können manchmal ziemlich teuer sein.

Der Roboter schaltet sich ein, bewegt sich aber nicht

Wenn Sie bestätigt haben, dass der Roboter eingeschaltet ist, sich aber überhaupt nicht bewegt, dann:

• Die Stromquelle des Motors kann schwach oder leer sein. Ersetzen Sie die Batterie. Meiner Erfahrung nach gehen diese Batterien ziemlich schnell aus, weil es viel Strom braucht, um Motoren zu betreiben.
• Möglicherweise liegt ein Verkabelungsproblem vor. Sehen Sie sich den Abschnitt oben an und prüfen Sie, ob die Drähte verlegt oder gebrochen sind.
• Die Motoren können kurzgeschlossen oder durchgebrannt sein. Dies ist ziemlich häufig, es lohnt sich also, danach zu suchen. Versorgen Sie die Motoren direkt mit Strom und prüfen Sie, ob sie sich bewegen.
• Der Motortreiber kann beschädigt werden. Spannung an den Ausgängen prüfen. Wenn das Licht am Treiber aus ist, ist dies ein klares Zeichen für ein defektes Gerät. ÜBERPRÜFEN SIE ALLES ANDERE! Abgesehen vom Chassis ist der Motortreiber normalerweise das teuerste Teil eines Roboters.
• Möglicherweise liegt ein Programmierproblem vor. Für mich ist das das häufigste Problem. In der Sprache von C, bei der die Groß-/Kleinschreibung beachtet wird (die in Arduino verwendet wird), kann ein einziger Fehler Ihr gesamtes Programm ruinieren. Python (die Sprache des Raspberry Pi) kann auch einige Probleme haben.
• Der Mikrocontroller kann beschädigt werden. Manchmal erreicht das Logiksignal nicht einmal den Motortreiber (es gibt einen Grund, nicht direkt auf einen schlechten Treiber zu schließen). In diesem Fall einfach ersetzen.

Der Roboter schaltet sich ein, bewegt sich aber auf ungewöhnliche Weise

Wenn sich der Roboter einschaltet, sich aber unbeabsichtigt bewegt (z. B. Kreise dreht, wenn er vorwärts gehen sollte), dann:

• Vermutlich liegt ein Verkabelungsproblem vor. ÜBERPRÜFEN SIE DIES ZUERST! Haben Sie daran gedacht, eine Seite verkehrt herum zu verdrahten?
• Möglicherweise liegt ein Programmierfehler vor. Überprüfen Sie Ihren Code auf Probleme.
• Manchmal kann ein beschädigter Mikrocontroller verrückt spielen und wiederholt zufällige Signale senden. Wenn ein Mikrocontroller dies tut, versuchen Sie nicht, es zu reparieren. Es ist ein klares Zeichen für einen Chip, der irreparabel beschädigt ist, also machen Sie einfach weiter und ersetzen Sie das Ganze. Vertrauen Sie mir, diese Chips werden von Robotern in einem Labor hergestellt. Sie können einfach nicht von Menschen repariert werden.
• Ein Motor kann beschädigt werden. Wenn ein Motor nicht läuft oder mit einer geringeren Geschwindigkeit läuft, "driftet" der Roboter langsam zur Seite, während er sich bewegt. Es gibt drei Möglichkeiten, dies zu lösen. Wenn Sie können, erhöhen Sie einfach die Spannung für diesen bestimmten Motor, um ihn auf die gleiche Geschwindigkeit wie alle anderen zu bringen. Wenn nicht, versuchen Sie, Widerstände an allen Motoren außer dem beschädigten anzubringen. Dies verlangsamt die anderen Motoren auf die Geschwindigkeit des beschädigten. Schließlich könntest du es einfach ersetzen. Robotergetriebemotoren sind in der Regel ziemlich billig, normalerweise bei 2-3 Dollar. Vergleichen Sie das mit einem Motortreiber, der zwischen 10-200 Dollar liegen kann.

Wenn der Roboter nicht auf Sensoren reagiert

Wenn sich der Roboter einschaltet und sich normal bewegt, aber nicht auf Sensoren "hört" oder nicht richtig reagiert, ist es fast immer eines von zwei Dingen.

• Vermutlich liegt ein Programmierfehler vor. Sensoren müssen sorgfältig kalibriert und programmiert werden. Ich habe einmal einen Roboter unkontrolliert herumwirbeln lassen, nur um festzustellen, dass ich ihn versehentlich so eingestellt habe, dass er sich dreht, wenn er etwas innerhalb von 100 Metern statt 100 Zentimetern sieht. Es sah ständig die Wände und ließ es sich ständig drehen.
• Das andere häufigste Problem ist eine schlechte Verkabelung. Schon ein fehlender Draht kann den Sensor funktionsunfähig machen.

Weitere Hilfe finden Sie in den obigen Abschnitten oder googeln Sie das spezifische Problem, das Sie haben. Sie können mich auch unter [email protected] kontaktieren, wenn Sie Fragen haben.

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