Mida on vaja oma autonoomse roboti ehitamiseks

Kas olete kunagi tahtnud oma roboti ehitada? See pole nii keeruline, kui võite arvata, kas komplekti või standardsete elektrooniliste komponentide massi abil.

Peamine takistus on navigeeriva hulga valikuvõimaluste leidmine ratastega roboti ehitamiseks, sealhulgas selle mikrokontroller, šassii, mootorid ja andurid. Lihtsaim võimalus on osta täielik robotikomplekt, kuid kui soovite luua eritellimusel valmistatud roboti, tutvustame teid samm-sammult peamiste valikute kaudu.

1. Mikrokontroller / SBC

Teie robot vajab kõigi oma funktsioonide, sealhulgas liikumise juhtimiseks elektroonilist aju. Kaks kõige populaarsemat valikut on Raspberry Pi ja Arduino.

Raspberry Pi on üheplaadiline arvuti (SBC), millel on Arm mikroprotsessor ja mis suudab käitada kogu Linuxi operatsioonisüsteemi. Robotite ehitamise peamine eelis on see võimsam kui mikrokontroller nagu Arduino, mis võimaldab teil käitada keerukamaid programme. See sobib ideaalselt näotuvastuse ja muude tehisintellektide jaoks, nii et saate luua tõeliselt nutika roboti.

Teine eelis on see, et saate seda programmeerida peaaegu igas keeles. Üks Pythoni robootika populaarseimaid, mis on kodeerimise algajate jaoks vähem hirmutav kui C.

Arduino on aga ideaalne lihtsamateks robootikaprojektideks. Lisaks sellele, et see on tavaliselt odavam, kulutab see vähem energiat, seega võtab kaasaskantava toitepanga või aku tühjendamine kauem aega.

Kui tavaliselt on see programmeeritud C-s, kasutades arvutis Arduino IDE, on võimalik kasutada a graafiline IDE kutsus Xdu Arduino robotite juhtimiseks.

Robootikasse sobivad ka muud mikrokontrollerid, sealhulgas Teensy, BeagleBone, micro: bit ja Raspberry Pi Pico.

2. Šassii

Ratastega roboti jaoks vajate šassii selle kere moodustamiseks, elektroonika paigutamiseks ja mootorite kinnitamiseks (sulgude abil).

Neid on arvukalt šassiikomplektid saadaval erinevates suurustes ja materjalides, tavaliselt kahe- või neljarattalistele robotitele - mõnikord ka kuuele rattale. Enamik neist on lihtsad platvormid elektroonika ja mootorite paigaldamiseks; kallimad võimalused võivad hõlmata vedrustussüsteemi.

Teise võimalusena saate oma enda valmistatud šassiid valmistada materjalidest nagu plast, metall, puit, Lego tellised või isegi papp. Oluline kaalutlus on see, kui vastupidavaks soovite oma roboti. Kui peate hakkama saama keeruka maastikuga, soovite vastupidavamat šassii.

3. Mootorid

Roboti liikuma panemiseks vajate mootoreid. Ratastega roboti jaoks on need tavalised alalisvoolumootorid, mis - erinevalt servo- või sammumootoritest - pöörlevad vabalt suurel kiirusel.

Mõnel mootoril on sisseehitatud käigukast, mis suurendab pöördemomenti ja juhib suuremaid koormusi. Kontrollige ülekande (või kiiruse vähendamise) suhet: mida suurem see on, seda suurem on pöördemoment ja madalam kiirus. Algajate projektide puhul on soovitatav kasutada suuremaid suhteid.

Kui vajate mootori kiiruse täpset lugemist ja juhtimist, on võimalus lisada ka a magnetiline või optiline kiiruseandur igale mootori võllile, mis edastab andmed teie seadmesse mikrokontroller.

Iga mootori kiirust kontrollib tavaliselt PWM (impulsi laiuse modulatsioon), mis hõlmab digitaalsete sisse-välja-impulsside voo saatmist: mida rohkem tsüklis on impulsse, seda kiiremini see pöörleb.

4. Mootorijuht

Te ei saa alalisvoolumootoreid otse ühendada üheplaadiga arvuti või mikrokontrolleri plaadiga, kuna viimane ei suuda mootorite jaoks piisavalt voolu anda ja võite plaati kahjustada.

Selle asemel on vaja mootori draiverit / kontrolleriplaati, mis on ühendatud mootorite ja mikrokontrolleri ning ka toiteallikaga. Odavate juhtplaatide aluseks on sageli kahekanaliline H-silla kiip L298N või DRV8833. Kanalite arv määrab, mitu mootorit saab iseseisvalt juhtida, seega vajate 4WD või 6WD jaoks rohkem kanaleid (ja draivereid).

Ehkki elektroonikateadmistega inimestel on võimalik ehitada oma H-silla mootorijuht, on juhiplaati lihtsam osta. Raspberry Pi-le kinnitamiseks on saadaval palju HAT-sid ja spetsiaalne Arduino mootorikilp.

Mootorijuhi valimisel on võtmeteguriks tagada, et see suudaks toime tulla mootorite nõutava pingega, samuti nende pideva töövooluga. Kui te ei leia viimast mootorite tehnilistest andmetest, on see tavaliselt 20–25% madalam kui seiskumisvool. Autojuhi maksimaalne vool peaks olema umbes mootorite pidevvoolu kahekordne.

5. Rattad

Loomulikult on need ratastega roboti jaoks hädavajalikud! Lihtne kaherattaline robot on algajatele kõige lihtsam, tavaliselt on selle ees tasakaalustamiseks väike mootorita ratas, ratas või libisemine.

Neljarattaline robot on järgmine samm edasi, pakkudes täiendavat stabiilsust ja kontrolli. Kui soovite iga mootori / ratta sõltumatut juhtimist tõelise 4WD jaoks, vajate oma pardal kahte kahekanalilist mootorijuhi kiipi. Teise võimalusena võite kasutada ühte draiverit kahe kanali kahe mootori juhtimiseks tingimusel, et sellel on nende kõigi käsitsemiseks piisavalt maksimaalset voolumahtu.

Maastikul maastikul võite isegi minna kuni kuue rattani, kuid nende mahutamiseks vajate pikemat šassii. Lisahoiu tagamiseks võite lisada rööbastee rööbastee või isegi NASA reversi Perseverance marsruudil esitatava rokk-pöördvankrisüsteemi.

Ehkki on võimalik, et roolitavad rattad ja nende mootorid pöörlevad servode abil, on roboti juhtimiseks kõige tavalisem rataste juhtimine ühel küljel kiiremini kui teisel.

Veel üks huvitav võimalus on Mecanumi rataste kasutamine, mille spetsiaalsed rullid võimaldavad neil liikuda külgsuunas, kui nelja ratast pööratakse kindlas mustris. Suurepärane paralleelseks parkimiseks!

6. Võimsus

Kui robot oleks ühendatud vooluvõrku, oleks see veidi piirav, nii et vajate kaasaskantavat toiteallikat. On kaks peamist meetodit:

1. Mootorite ja elektroonika jaoks kasutage eraldi toiteallikaid.
2. Kasutage ühte toiteallikat, mis on ühendatud mõlemaga BEC-i (aku eemaldaja vooluahel) kaudu. Teie mootorijuhi pardal võib olla BEC.

Ükskõik mille valite, on võimalikeks toiteallikateks USB-toitepangad, akud (nt 4x AA) ja LiPo patareid. Lihtsalt veenduge, et toite õiget pinget ja voolutaset. Paljud mootoriplaadid pakuvad kaitset ülevoolu ja vastupidise polaarsuse eest.

7. Andurid

Kuigi robotit on võimalik programmeerida liikuma kindla mustri järgi või juhtida seda kaugseadmest käsitsi, võimaldab andurite lisamine tal autonoomselt tegutseda.

Ultraheli kaugusandur, näiteks HC-SR04, võimaldab robotil tajuda seina või muud takistust enda ees, et ta saaks teha kõrvalehoidvaid toiminguid.

Veel üks populaarne võimalus on saada robot põrandal olevale teele. Üks või mitu esiküljele paigaldatud infrapunajoont järgivat andurit võimaldavad tal tuvastada põrandal tumedat joont ja seda mööda juhtida.

Võite anda oma robotile isegi väikese kaamera lisamisega silmad. Pilte saab tõlgendada objektide või isegi nägude tuvastamiseks arvuti nägemisraamatukogu, näiteks OpenCV abil.

Ehitage oma autonoomne robot: edu

Nüüd on teil ülevaade oma ratastega roboti ehitamisest. Loodame, et see on inspireerinud teid tegema esimest katset robootika imelisse maailma. Kui olete oma esimese roboti ehitanud, võiksite teha mõne muu tüübi, näiteks jalgadega või robotkäega.

Teie seadme parim tume veebibrauser

Kas soovite pääseda pimedasse veebi? Peate kasutama tumedat veebibrauserit, mis viib teid sinna ja kaitseb ka teie privaatsust.

Loe edasi

Autori kohta