DIY хана дагах робот: 9 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:01

Энэхүү зааварт бид GreenPAK ™ ашиглан хэд хэдэн гадны хэт авианы болон хэт улаан туяаны (IR) мэдрэгч ашиглан саад бэрхшээл илрүүлэх, зайлсхийх системийг хэрхэн зохион бүтээх талаар тайлбарлах болно. Энэхүү загвар нь бие даасан болон хиймэл оюун ухаантай робот системд шаардлагатай зарим сэдвүүдийг танилцуулах болно.

Доороос бид роботын араас ханыг бий болгох шийдлийг хэрхэн програмчилсан болохыг ойлгоход шаардлагатай алхамуудыг тайлбарласан болно. Гэсэн хэдий ч хэрэв та програмчлалын үр дүнг авахыг хүсч байвал GreenPAK програмыг татаж аваад аль хэдийн дууссан GreenPAK дизайны файлыг үзнэ үү. GreenPAK Хөгжүүлэлтийн иж бүрдлийг компьютерт холбоод, ханыг дагаж робот бүтээхийн тулд програмыг дарна уу.

Алхам 1: Асуудлын мэдэгдэл

Сүүлийн үед хиймэл оюун ухааны сонирхол нэмэгдсэн бөгөөд ихэнх сонирхол нь бүрэн бие даасан, ухаалаг машинд зориулагдсан болно. Ийм робот нь хүний хариуцлагыг бууруулж, автоматжуулалтыг төрийн үйлчилгээ, батлан хамгаалах зэрэг салбарт өргөжүүлж чаддаг. Хиймэл оюун ухааны судлаачид гал унтраах, эмнэлгийн тусламж үзүүлэх, гамшгийн менежмент, аврах үүргийг бие даасан робот машинаар дамжуулан автоматжуулахыг оролдож байна. Эдгээр машиныг даван туулах ёстой нэг бэрхшээл бол нуранги, гал түймэр, уналт гэх мэт саад тотгорыг хэрхэн амжилттай илрүүлж, зайлсхийх явдал юм.

Алхам 2: Хэрэгжүүлэх дэлгэрэнгүй

Энэхүү зааварт бид хэт авианы мэдрэгч, хэт улаан туяаны саадыг илрүүлэх мэдрэгч, мотор жолоочийн хэлхээ (L298N), дөрвөн тогтмол гүйдлийн мотор, дугуй, 4 дугуйгаар хөтлөгчтэй машины араг яс, GreenPAK SLG46620V чипийг ашиглах болно.

GreenPAK хянагчийн дижитал гаралтын зүү нь хэт авианы мэдрэгчийг (aka sonar) ажиллуулахад ашигладаг бөгөөд анализ хийх зорилгоор гарч буй цуурайг цуглуулахын тулд дижитал оролтын зүүг ашигладаг. IR саадыг илрүүлэх мэдрэгчийн гаралтыг бас ажиглаж байна. Тодорхой нөхцлийг хэрэглэсний дараа хэрэв саад бэрхшээл хэт ойр байвал хөдөлгүүрийг (4 дугуй тус бүрт холбосон) мөргөлдөхгүйн тулд тохируулна.

Алхам 3: Тайлбар

Саад бэрхшээлээс зайлсхийх бие даасан робот нь саадыг илрүүлэх, мөргөлдөхөөс зайлсхийх чадвартай байх ёстой. Ийм роботыг зохион бүтээхдээ овойлт мэдрэгч, хэт улаан туяаны мэдрэгч, хэт авианы мэдрэгч гэх мэт өөр өөр мэдрэгчийг нэгтгэх шаардлагатай байдаг. Эдгээр мэдрэгчийг робот дээр суурилуулснаар эргэн тойрныхоо талаар мэдээлэл авах боломжтой болно. Хэт авианы мэдрэгч нь удаан хөдөлдөг бие даасан роботын хувьд саад бэрхшээлийг илрүүлэхэд тохиромжтой, учир нь энэ нь хямд өртөгтэй, харьцангуй өндөр зайтай байдаг.

Хэт авианы мэдрэгч нь богино хэт авианы тэсрэлт гаргаж, дараа нь цуурайг сонсох замаар объектуудыг илрүүлдэг. Микроконтроллерийн хяналтан дор мэдрэгч нь 40 кГц -ийн богино импульс гаргадаг. Энэхүү импульс нь агаараар дамжин объект руу цохиулж, дараа нь мэдрэгч рүү тусдаг. Мэдрэгч нь цуурай илрэх үед зогсдог гаралтын дохиог хост руу өгдөг. Ийнхүү буцсан импульсийн өргөнийг объект хүртэлх зайг тооцоолоход ашигладаг.

Энэхүү саад тотгороос зайлсхийх робот машин нь хэт авианы мэдрэгч ашиглан зам дээрх объектуудыг илрүүлдэг. Моторуудыг IC мотор драйвераар GreenPAK руу холбодог. Хэт авианы мэдрэгчийг роботын урд талд байрлуулсан бөгөөд IR саадыг илрүүлэх хоёр мэдрэгчийг роботын зүүн ба баруун талд байрлуулж хажуугийн саадыг илрүүлдэг.

Робот хүссэн замаараа хөдлөхөд хэт авианы мэдрэгч хэт авианы долгионыг тасралтгүй дамжуулдаг. Роботын урд ямар нэгэн саад бэрхшээл тулгарах үед хэт авианы долгион нь сааднаас тусч, энэ мэдээллийг GreenPAK -д дамжуулдаг. Үүний зэрэгцээ IR мэдрэгч нь IR долгион ялгаруулж, хүлээн авдаг. Хэт авианы болон IR мэдрэгчийн оролтыг тайлбарласны дараа GreenPAK нь дөрвөн дугуй тус бүрийн хөдөлгүүрийг хянадаг.

Алхам 4: Алгоритмын тодорхойлолт

Эхлэх үед дөрвөн мотор нэгэн зэрэг асдаг бөгөөд энэ нь роботыг урагшлуулахад хүргэдэг. Дараа нь хэт авианы мэдрэгч нь роботын урд талын импульсийг тогтмол давтамжтайгаар илгээдэг. Хэрэв саад тотгор байгаа бол дууны импульсийг тусгаж, мэдрэгчээр илрүүлдэг. Импульсийн тусгал нь саад бэрхшээлийн физик байдлаас хамаарна: хэрэв энэ нь жигд бус хэлбэртэй байвал туссан импульс бага байх болно; хэрэв энэ нь жигд байвал дамжуулсан импульсийн ихэнх хэсгийг тусгах болно. Мөн тусгал нь саад бэрхшээлийн чиглэлээс хамаарна. Хэрэв энэ нь бага зэрэг хазайсан эсвэл мэдрэгчтэй зэрэгцүүлэн байрлуулсан бол ихэнх дууны долгион тусгалгүй өнгөрөх болно.

Роботын урд талд ямар нэгэн саад тотгор илрэх үед IR мэдрэгчийн хажуугийн гаралтыг ажиглана. Хэрэв баруун талд ямар нэгэн саад тотгор илэрсэн бол роботын зүүн талын дугуйг хааж, зүүн тийш эргүүлэхэд хүргэдэг. Хэрэв саад тотгор илрээгүй бол алгоритм давтагдана. Урсгалын диаграммыг Зураг 2 -т үзүүлэв.

Алхам 5: Хэт авианы мэдрэгч HC-SR04

Хэт авианы мэдрэгч нь дууны долгион ашиглан объект хүртэлх зайг хэмжих төхөөрөмж юм. Энэ нь тодорхой давтамжтай дууны долгионыг илгээж, энэ дууны долгионыг эргэж ирэхийг сонсох замаар зайг хэмждэг. Үүсгэж буй дууны долгион ба эргэж буй дууны долгионы хоорондох хугацааг тэмдэглэснээр дуу авианы мэдрэгч болон объект хоорондын зайг тооцоолох боломжтой болно. Дуу нь агаараар ойролцоогоор 344 м/с (1129 фут/сек) хурдтай явдаг тул та Формула 1 -ийг ашиглан объект хүртэлх зайг тооцоолж болно.

HC-SR04 хэт авианы мэдрэгч нь Vdd, GND, Trigger, Echo гэсэн дөрвөн голтой. Триггерийн зүү дээр хянагчийн импульсийг хийх бүрт мэдрэгч нь "чанга яригчаас" хэт авианы долгион ялгаруулдаг. Цацруулсан долгионыг "хүлээн авагч" илрүүлж, цуурай зүүгээр хянагч руу буцааж дамжуулдаг. Мэдрэгч ба саадны хоорондох зай хэдий чинээ урт байх тусам цуурай зүү дээрх импульс урт байх болно. Судасны цохилтыг мэдрэгчээс хөдөлгөж буцааж хоёр хувааж авахад лугшилт хэвээр байх болно. Сонарыг асаахад дотоод таймер ажиллаж, тусгасан долгион илрэх хүртэл үргэлжилнэ. Дараа нь дууны долгион сааданд хүрэхэд зарцуулсан бодит цаг нь таймер асаалттай байсан хугацааны хагасыг эзэлдэг тул энэ хугацааг хоёр хуваадаг.

Хэт авианы мэдрэгчийн ажиллагааг Зураг 4 -т үзүүлэв.

Хэт авианы импульс үүсгэхийн тулд та Trigger -ийг 10μs -ийн өндөр төлөвт тохируулах хэрэгтэй. Энэ нь 8 мөчлөгийн дууны тэсрэлтийг илгээх бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийн урд талын аливаа саад бэрхшээлийг тусгаж, мэдрэгч хүлээн авах болно. Цуурай зүү нь дууны долгион өнгөрөх хугацааг (микросекундээр) гаргадаг.

Алхам 6: Хэт улаан туяаны саад илрүүлэх мэдрэгчийн модуль

Хэт авианы мэдрэгчийн нэгэн адил хэт улаан туяаны (IR) саадыг илрүүлэх үндсэн ойлголт нь IR дохиог (цацраг туяа хэлбэрээр) дамжуулж, түүний тусгалыг ажиглах явдал юм. IR мэдрэгчийн модулийг Зураг 6 -д үзүүлэв.

Онцлог шинж чанарууд

• Хэлхээний самбар дээр саадыг илтгэх гэрэл байна
• Дижитал гаралтын дохио
• Илрүүлэх зай: 2 ~ 30 см
• Илрүүлэх өнцөг: 35 °
• Харьцуулах чип: LM393
• Потенциометрээр илрүүлэх зайг тохируулах боломжтой:

○ Цагийн зүүний дагуу: Илрүүлэх зайг нэмэгдүүлэх

○ Цагийн зүүний эсрэг: Илрүүлэх зайг багасгах

Үзүүлэлтүүд

• Ажлын хүчдэл: 3-5 В тогтмол гүйдэл
• Гаралтын төрөл: Дижитал шилжих гаралт (0 ба 1)
• 3 мм -ийн шурагны нүхийг хялбархан угсарна
• Самбарын хэмжээ: 3.2 x 1.4 см

Хяналтын индикаторын тайлбарыг Хүснэгт 1 -д тайлбарласан болно.

Алхам 7: Мотор жолоочийн хэлхээ L298N

Мотор жолоочийн хэлхээ буюу H-Bridge нь DC хөдөлгүүрийн хурд, чиглэлийг хянахад ашиглагддаг. Энэ нь тусдаа тогтмол гүйдлийн тэжээлийн эх үүсвэрт холбогдсон байх ёстой хоёр оролттой (мотор нь хүнд гүйдэл авдаг, хянагчаас шууд нийлүүлэх боломжгүй), мотор бүрийн хоёр гаралтын багц (эерэг ба сөрөг), тус бүрдээ хоёр идэвхжүүлэгч тээглүүртэй. гаралтын багц, моторын гаралт бүрийн чиглэлийг хянах хоёр багц тээглүүр (мотор тус бүрт хоёр голтой). Хэрэв хамгийн зүүн талын хоёр тээглүүрт логын түвшинг нэг зүүгээр нь НӨГӨӨ, нөгөөийг нь LOW гэж өгвөл зүүн гаралттай холбогдсон мотор нэг чиглэлд эргэх бөгөөд хэрэв логикийн дарааллыг буцаах юм бол (LOW ба HIGH) хөдөлгүүр эргэх болно. эсрэг чиглэлд. Энэ нь хамгийн баруун талын тээглүүр ба баруун гаралтын моторт хамаарна. Хэрэв хос хос зүү хоёуланд нь логик түвшинг ӨНДӨР буюу ДООД өгвөл хөдөлгүүрүүд зогсох болно.

Энэхүү хоёр чиглэлтэй моторт драйвер нь маш алдартай L298 Dual H-Bridge Motor Driver IC дээр суурилсан болно. Энэхүү модуль нь хоёр моторыг хоёр чиглэлд хялбар, бие даан удирдах боломжийг олгодог. Энэ нь хяналтын стандарт логик дохиог ашигладаг бөгөөд хоёр фазын шатлалт мотор, дөрвөн фазын шаталсан мотор, хоёр фазын тогтмол гүйдлийн хөдөлгүүрийг жолооддог. Энэ нь шүүлтүүр конденсатор ба чөлөөт эргэлтийн диодтой бөгөөд индуктив ачааллын урвуу гүйдлийн нөлөөгөөр хэлхээн дэх төхөөрөмжүүдийг гэмтээхээс хамгаалж найдвартай байдлыг нэмэгдүүлдэг. L298 нь жолоочийн хүчдэл 5-35 В, логик түвшин 5 В байна.

Мотор жолоочийн үүргийг Хүснэгт 2 -т тайлбарласан болно.

Хэт авианы мэдрэгч, мотор драйвер, GPAK чип хоорондын холболтыг харуулсан блок диаграммыг Зураг 8 -д үзүүлэв.

Алхам 8: GreenPAK дизайн

Матриц 0 -д мэдрэгчийн гох оролтыг CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0, осциллятор ашиглан үүсгэсэн. Хэт авианы мэдрэгчийн цуурай зүүний оролтыг Pin3 ашиглан уншдаг. 3 битийн LUT0 дээр гурван оролт ашиглагддаг: нэг нь цуурай, нөгөө нь өдөөгч, гурав дахь нь триггер оролт нь бидний 30-аар хойшлогддог. Энэхүү хайлтын хүснэгтийн гаралтыг матриц 1-д ашигладаг. IR мэдрэгчийн гаралтыг мөн матриц 0-д авдаг.

Матриц 1 -д P1 ба P6 портууд нь OR'd бөгөөд мотор драйверын Pin1 -д хавсаргасан Pin17 -тэй холбогддог. Pin18 нь үргэлж LOW логиктой бөгөөд мотор драйверын Pin2 -тэй холбогддог. Үүний нэгэн адил, P2 ба P7 портууд нь OR -тэй бөгөөд мотор драйверын хэлхээний P3 -т залгагдсан GreenPAK -ийн Pin20 -тэй холбогддог. Pin19 нь мотор драйверын Pin4 -тэй холбогдсон бөгөөд үргэлж LOW логик байдалд байдаг.

Цуурай зүү нь өндөр байх үед энэ нь роботын урд ямар нэгэн объект байна гэсэн үг юм. Дараа нь робот нь IR мэдрэгчээс зүүн ба баруун талын саад бэрхшээлийг шалгадаг. Хэрэв роботын баруун талд ямар нэгэн саад бэрхшээл байгаа бол тэр зүүн тийш эргэж, хэрэв зүүн талд нь саад байгаа бол баруун тийш эргэх болно. Ийм байдлаар робот саад бэрхшээлээс зайлсхийж, мөргөлдөхгүйгээр хөдөлдөг.

Дүгнэлт

Энэхүү зааварчилгаанд бид гол хяналтын элемент болгон GreenPAK SLG46620V -ийг ашиглан саад бэрхшээл илрүүлэх, зайлсхийх энгийн автомат машин бүтээв. Нэмэлт хэлхээний тусламжтайгаар энэ загварыг тодорхой цэг рүү хүрэх зам, лабиринт шийдвэрлэх алгоритм, алгоритмыг дагаж мөрдөх гэх мэт бусад ажлыг гүйцэтгэх зорилгоор сайжруулж болно.

Алхам 9: Тоног төхөөрөмжийн зураг