Linienfolger-Roboter zum Lehren von Steuerungsalgorithmen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Ich habe diesen Linienfolger-Roboter vor einigen Jahren entworfen, als ich Robotiklehrer war. Das Ziel dieses Projekts war es, meinen Schülern beizubringen, einen linienfolgenden Roboter für einen Wettbewerb zu codieren und auch zwischen If / Else und PID-Steuerung zu vergleichen. Und nicht zuletzt, wie sich die Mechanik und die Länge des Roboters auf diese Regelalgorithmen auswirkt. Das Ziel war, es schneller und zuverlässiger zu machen.

Ich habe es mit der Arduino IDE programmiert, aber es ist auch möglich, die von Ihnen bevorzugte Entwicklungs-IDE zu verwenden. Es verfügt über einen leistungsstarken PIC32 mit einem USB-Bootloader, sodass Sie keinen Programmierer benötigen. Außerdem verfügt es über einen EIN/AUS-Schalter, einen Reset- und einen Start-/Programm-Knopf. Die LEDs sind mit dem PWM-Signal des Motors verbunden, sodass Sie die Leistung, die Sie anwenden, leicht sehen können.

Der Roboter ist komplett modular zum Experimentieren und leicht zu reparieren, falls Sie einen Unfall damit haben. Das macht diesen Roboter zum perfekten Werkzeug, um auf spielerische Weise Programmieren zu lernen. Meine Schüler hatten es lange benutzt und jedes Mal etwas Neues gelernt, sogar die PID-Regelung. Ganz zu schweigen davon, dass die Sensorleiste einen Algorithmus verwendet, um einen ganzzahligen Wert zurückzugeben, bei dem der Roboter links, positiv rechts und Null in der Mitte der Linie ist.

Lieferungen

2x 6V Micro-Metallgetriebemotoren mit verlängerten Stützhalterungen (Jedes Übersetzungsverhältnis ist ok, meine sind 10:1)

1x Zeilensensorplatine

1x Hauptsteuergerät

1x 20 über Flachdraht, 1mm Abstand. Meine ist 20cm lang.

1x Acryl-Linker (in 3mm klarem Acryl geschnitten)

1x 1/8 Caster Ball (meine ist Metall)

2x Gummirad, 3 cm Durchmesser.

1x Lipo-Akku. Sie können den Roboter mit bis zu 10 V versorgen, aber denken Sie daran, dass die Motoren für 6 V ausgelegt sind.

Einige M2 Schrauben und Muttern um alles zusammen zu befestigen.

Wenn Sie Ihre eigenen Designdateien, Schaltpläne und alles zum Bauen erstellen möchten, sind im nächsten Schritt beigefügt.

Schritt 1: Die Hardware

Wie Sie auf den Bildern sehen können, sind alle Komponenten SMD, die perfekte Gelegenheit, Ihre Lötfähigkeiten zu üben. Dieser Roboter wurde von 3 meiner Schüler gelötet, so dass Sie es ohne Probleme tun können. Alle Designdateien sind angehängt, Sie können die Dateien mit EAGLE sehen. Gerber sind auch enthalten, wenn Sie die Platinen zu Ihrem bevorzugten PCB-Hersteller bringen möchten.

Die beiden Bretter werden mit einem Acrylteil zusammengefügt, das lasergeschnittene Muster ist auch dabei. Ich habe M2-Schrauben und Muttern verwendet, um es an Ort und Stelle zu halten. Hier wird auch die Kugelrolle platziert. Und wenn Sie den Roboter abstürzen, bricht das Acryl und schützt die Platten vor Beschädigungen, ideal zum Testen! Der Flachdraht wird verwendet, um die Verbindung zwischen der CPU und der Sensorplatine herzustellen. Die Motoren werden einfach mit Drähten an die CPU-Platine angeschlossen.

Hinweis: Der PIC verwendet eine benutzerdefinierte Firmware, ist eine modifizierte Version der DP32-Originalfirmware. Die Firmware erhalten Sie hier. An der Unterseite der CPU-Platine befindet sich ein ICSP-Anschluss.

Schritt 2: Die Software

Ich empfehle, die Arduino IDE zu verwenden, um den Roboter zu programmieren. Wie ich Ihnen bereits sagte, basiert dieser Line Follower auf dem PIC32MX250 und macht ihn mit dem chipKIT DP32 kompatibel. Sie müssen nur das chipKIT-Paket im Paketmanager der Arduino IDE installieren und schon können Sie loslegen. Sie können es auch auf MPLAB oder der gewünschten IDE programmieren, aber Sie können die Basis auf Arduino erlernen.

Der Rest ist wie das Programmieren eines anderen Arduino-Boards. Schließen Sie den Roboter mit einem Micro-USB-Kabel an Ihren Computer an und drücken Sie sofort nach dem Drücken von Reset die Programmtaste. Senden Sie dann die Skizze mit dem Upload-Button in der IDE.

Ich habe 3 Skizzen in diesem Tutorial enthalten. Der erste testet das Sensorarray, der zweite ist ein If/Else-Line-Follower und der letzte ist ein PID-Line-Follower. Alles funktioniert bereits, Sie müssen jedoch einige Werte anpassen, wenn Sie das Design ändern. Und fühlen Sie sich auch frei, Ihre eigenen zu machen! Es gibt bessere Möglichkeiten, den Line-Follower-Algorithmus auszuführen, Experimentieren ist der Schlüssel zum Erfolg.

Schritt 3: Experimentieren

Dies ist wirklich der wichtigste Teil, Sie sollten alle Möglichkeiten ausprobieren und diejenige finden, die für Sie funktioniert.

Fühlen Sie sich frei, mit Rädern und Materialien mit verschiedenen Durchmessern zu experimentieren. Ändern Sie die Länge des Roboters, indem Sie die Acrylverbindung ändern. Verwenden Sie eine andere Batterie, auch mit einer anderen Spannung. Es kann auch kleiner oder größer sein. Vielleicht ein anderes Übersetzungsverhältnis für die Motoren.

Ändern Sie die Software, um weniger Sensoren zu verwenden, oder probieren Sie sogar andere Algorithmen aus. Sie können überrascht sein, wie sehr sich die Leistung ändern kann. Oder warum nicht, wenn Sie ein fortgeschrittener Benutzer sind, tun Sie es mit MPLAB.

Der Himmel ist die Grenze!

Als zusätzlicher Tipp… Die Abstimmung der PID-Verstärkungen ist eine faszinierende Reise, bei der Sie die Auswirkungen auf den Roboter lernen können, wenn Sie der Linie mit verschiedenen Werten von Kp, Kd und Ki folgen. Stundenlanges Lernen garantiert!!! Die Kinder werden nicht bemerken, dass sie tatsächlich Mathematik verwenden, um alle erforderlichen Aufgaben zu erledigen.

Ich hoffe, Sie genießen dieses instructable, wenn Sie etwas brauchen, fragen Sie mich in den Kommentaren. Danke fürs Lesen:)