Arduino Line Follower Wallrides Klaslokaal Whiteboard - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

De lijn op de grond volgen is te saai!

We hebben geprobeerd om lijnvolgers vanuit een andere hoek te bekijken en ze naar een ander vlak te brengen - naar het schoolbord.

Kijk wat er van kwam!

Stap 1: Wat heb je nodig?

Voor één racerobot:

Mechanica:

1 x 2WD miniQ Robot-chassis; Het is een multifunctioneel platform voor het maken van eenvoudige tweewielige robots

2 x 6V Micro motorreductor met de 1:150 overbrengingsverhouding; Motorreductoren die bij het miniQ-robotplatform worden geleverd, hebben een overbrengingsverhouding van 1:50 en zijn te snel. Ze moeten worden vervangen door sterkere motoren, bijvoorbeeld met een overbrengingsverhouding van 1:150 of hoger. Hoe hoger de overbrengingsverhouding, hoe langzamer de robot op het whiteboard rijdt, maar hoe kleiner de kans dat de wielen slippen

4 x Neodymium-magneet; Je hebt kleine magneten met een dikte van 3 mm nodig met een diameter van 12 mm (voor degenen met een ronde vorm) of met de 12 mm-zijde (voor degenen met een vierkante vorm). Ook moeten magneten een gat hebben voor de machineschroef met een verzonken kop, meestal voor de M3-schroef. Soms specificeren fabrikanten de sterkte van de magneetkoppeling. Het moet in het bereik van 2 kg tot 2,4 kg zijn

Elektronica:

1 x Arduino UNO; De boordcomputer. Het meest populaire prototypeplatform

1 x Octoliner-module; Ogen en koplampen van je racebot. Octoliner is een cool line-sensor bestaande uit 8 afzonderlijke infraroodsensoren die worden aangestuurd via een I2C-interface

1 x Motorschild; Vrijwel elke module past bij jou. Ik gebruikte deze analoge op basis van de L298p-chip

1 x 2-cellige 7,4 V LiPo-batterij; Het kan een grote stroom geven die motoren nodig hebben om de aantrekkingskracht van de magneten te overwinnen. De 2-cel batterij heeft een spanning in het bereik van 7,4V tot 8,4V. Het is genoeg voor 6V-motoren en de ingebouwde spanningsregelaar op het Arduino-bord. Elke capaciteit kan worden geselecteerd. Hoe ruim de batterij, hoe langer de robot rijdt, maar houd er rekening mee dat een te ruime batterij zwaar kan zijn. De capaciteit in het bereik van 800mAh tot 1300mAh is optimaal

Diversen:

4 x mannelijke-vrouwelijke draad;

4 x M3-afstandhouder of man-vrouw afstandhouder met een lengte van 10 mm;

3 x M3-afstandhouder of man-vrouw afstandhouder met een lengte van 25 mm of meer;

4 x M3x8 platverzonken schroef;

1 x M3 nylon schroef;

1 x M3 Nylon zeskantmoer;

Alle M3-schroeven en zeskantmoeren

Voor een klaslokaal:

Magnetisch whiteboard voor aan de muur;

Dikke zwarte magnetische Board markers;

Speciale LiPo acculader of meerdere laders als je veel robots wilt maken en apart wilt opladen

Stap 2: Hoe te monteren? Chassis monteren

Eerst moet u het miniQ-chassisplatform monteren en de motoren uit de set vooraf vervangen door krachtigere exemplaren met een overbrengingsverhouding van 1:150. Vergeet niet de draden aan de motorcontacten te solderen!

Stap 3: Hoe te monteren? Magneten installeren

Installeer de magneten op het miniQ-platform. Gebruik M3x10 afstandhouders, M3x8 of M3x6 platverzonken schroeven en M3 moeren. De benodigde montagegaten zijn weergegeven in de afbeelding.

Dat is belangrijk!

De lengte van de afstandhouders moet precies 10 mm zijn. Test na het installeren van de magneten het platform op het whiteboard. Alle vier de magneten moeten zich naast het magneetbord bevinden en de rubberen banden op de wielen van het miniQ-platform moeten voorgeladen zijn en enige wrijving met het bordoppervlak bieden.

Beweeg de robot handmatig over het bord. Tijdens de rit mogen de magneten niet van het bord komen. Als er een magneet losraakt, betekent dit dat de rubberen banden op de wielen maximaal worden belast. Vergroot in dit geval de afstand van 10 mm van alle afstandhouders met 1 of 2 mm door een paar M3-ringen toe te voegen en probeer het opnieuw.

Stap 4: Hoe te monteren? Elektronica toevoegen

Monteer het Arduino UNO-bord op het platform met behulp van M3x25 afstandhouders, M3-schroeven en M3-moeren. Gebruik geen korte afstandhouders, laat wat ruimte onder het Arduino-bord voor draden en batterij.

Installeer het motorschild op het Arduino UNO-bord.

Installeer de Octoliner-module. Druk het tegen het platform met behulp van een nylon M3-schroef en moer.

Dat is belangrijk!

Gebruik geen metalen bevestigingsmiddelen om de Octoliner te monteren. Sommige montagegaten op het breakout-bord zijn gesoldeerd en gebruikt als IO-pinnen. Gebruik een kunststof sluiting, bijvoorbeeld nylon, om kortsluiting te voorkomen.

Stap 5: Hoe te monteren? Bedrading

Koppel alle elektronische componenten zoals weergegeven in het schema. De Octoliner-module is via 4 draden (GND, 5V, SDA, SCL) verbonden met de Arduino UNO. Sluit de motoren aan op de motorafscherming. De LiPo-batterij is gekoppeld aan de contactvlakken van de externe voeding op het motorschild en aan de VIN-pin op het Arduino-bord. In plaats van de VIN-pin te gebruiken, kunt u de 5,5 mm x 2,1 mm stekker op het bord gebruiken.

Dat is belangrijk!

Bij gebruik van de motorafscherming zijn geen draden nodig. Twee motorkanalen worden aangestuurd door 4 pinnen. 2 PWM-pinnen zijn verantwoordelijk voor de rotatiesnelheid en 2 DIR-pinnen voor de draairichting. Meestal zijn ze al gekoppeld aan specifieke Arduino Board-pinnen en kunnen hun indexnummers verschillen, afhankelijk van de fabrikant van het schild. Voor mijn motorschild zijn de nummers bijvoorbeeld D4 D5 (DIR en PWM voor het eerste kanaal) en D7 D6 (DIR en PWM voor het tweede kanaal). Voor het originele Arduino Motor-schild komen de pinnennummers overeen met D12 D3 (DIR en PWM voor het eerste kanaal) en D13 D11 (DIR en PWM voor het tweede kanaal).

Dat is belangrijk!

Hobby LiPo-batterijen hebben geen ompolingsbeveiliging! Per ongeluk kortsluiten van de positieve en negatieve contacten zal leiden tot permanente batterijstoring of brand.

Stap 6: Hoe te programmeren? XOD

Een programma maken voor zo'n racerobot is nog makkelijker dan hem in elkaar te zetten.

In al mijn projecten gebruik ik de visuele programmeeromgeving XOD waarmee ik Arduino-programma's grafisch kan maken zonder code te schrijven. Deze omgeving is ideaal voor het snel prototypen van apparaten of het leren van programmeeralgoritmen. Volg de XOD-documentatie-webpagina om meer te lezen.

Om deze robot te programmeren, hoeft u slechts één bibliotheek amperka/octoliner toe te voegen aan uw XOD-werkruimte. Het is noodzakelijk voor het werken met een achtkanaals lijnsensor.

Stap 7: Hoe te programmeren? Lapje

Het programma is gebaseerd op het principe van een PID-controllerwerking. Als je wilt weten wat de PID-controller is en hoe deze werkt, kun je een ander artikel over dit onderwerp lezen.

Bekijk de patch met het robotprogramma. Laten we eens kijken welke knooppunten erop aanwezig zijn en hoe het allemaal werkt.

octoliner-lijn

Het is een snelstartknooppunt uit de amperka/octoliner XOD-bibliotheek die de Octoliner-module vertegenwoordigt die de lijn volgt. Het geeft de "lijnvolgwaarde" weer die in het bereik van -1 tot 1 ligt. De 0-waarde geeft aan dat de lijn zich in de middenpositie bevindt ten opzichte van de infraroodsensoren op het Octoliner-bord (tussen CH3 en CH4). De -1 waarde komt overeen met de uiterst linkse positie (CH0) terwijl de 1 met de uiterst rechtse (CH1). On boot node initialiseert de optocoupler-sensoren en stelt hun standaard helderheids- en gevoeligheidsparameters in. De ingangen voor dit knooppunt zijn het I2C-adres van het apparaat (ADDR voor het Octoliner-bord is het 0x1A) en de updatesnelheid van de lijnvolgwaarde (UPD), ik heb het continu ingesteld.

De lijnvolgwaarden worden rechtstreeks naar het pid-controllerknooppunt gevoerd.

pid-controller

Dit knooppunt implementeert het werk van de PID-controller in XOD. De doelwaarde (TARG) ervoor is 0. Het is de toestand waarin de lijn zich precies in het midden onder de robot bevindt. Als de lijnvolgwaarde 0 is, reset de PID-regelaar via RST-pin. Als de lijnvolgwaarde anders is dan 0, converteert de PID-controller het met behulp van Kp, Ki, Kd-coëfficiënten naar de motorsnelheidswaarden. De coëfficiëntwaarden werden experimenteel geselecteerd en waren respectievelijk gelijk aan 1, 0,2 en 0,5. De update rate (UPD) van de PID-controller is ingesteld op continu.

De verwerkte waarde van de PID-regelaar wordt afgetrokken van de 1 en opgeteld bij de 1. Dit wordt gedaan om motoren te desynchroniseren, om ze in tegengestelde richting te laten draaien wanneer de lijn wegvalt. De 1-waarde in deze knooppunten vertegenwoordigt de maximale snelheid van de motoren. U kunt de snelheid verlagen door de lagere waarde in te voeren.

h-brug-dc-motor

Een paar van deze knooppunten zijn verantwoordelijk voor het aansturen van de linker- en rechterrobotmotoren. Stel hier de PWM- en DIR-pinwaarden in waarmee uw Motor Shield werkt.

Flash de patch en probeer je race-bot. Als u de montage-instructies precies volgt, hoeft u de patch niet te veranderen of de PID-controller aan te passen. De opgegeven instellingen zijn vrij optimaal.

Het afgewerkte programma is te vinden in de bibliotheek gabbapeople/whiteboard-races

Stap 8: Showcase en tips