Ukuta wa DIY Kufuatia Robot: Hatua 9

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

Katika Agizo hili, tutaelezea jinsi ya kuunda mfumo wa kugundua na kuzuia kikwazo kutumia GreenPAK ™ pamoja na sensorer chache za nje za ultrasonic na infrared (IR). Ubunifu huu utaleta mada kadhaa ambazo zinahitajika kwa mifumo ya roboti ya uhuru na bandia.

Hapo chini tulielezea hatua zinazohitajika kuelewa jinsi suluhisho limepangwa kuunda ukuta unaofuata roboti. Walakini, ikiwa unataka tu kupata matokeo ya programu, pakua programu ya GreenPAK ili kuona Faili ya Ubunifu wa GreenPAK iliyokamilishwa tayari. Chomeka GreenPAK Development Kit kwenye kompyuta yako na hit program ili kuunda ukuta kufuatia robot.

Hatua ya 1: Taarifa ya Shida

Hivi karibuni kumekuwa na hamu mpya ya ujasusi wa bandia, na mengi ya maslahi hayo yanaelekezwa kwa mashine zinazojitegemea na zenye akili. Roboti kama hizo zinaweza kupunguza dhima ya kibinadamu na kupanua kiotomatiki kwenye uwanja kama huduma za umma na ulinzi. Watafiti wa AI wanajaribu kugeuza huduma kama kuzima moto, huduma ya matibabu, usimamizi wa majanga, na majukumu ya kuokoa maisha kupitia magari ya roboti ya uhuru. Changamoto moja ambayo gari hizi lazima zishinde ni jinsi ya kugundua na kuepuka vizuizi kama kifusi, moto, mitego, n.k.

Hatua ya 2: Maelezo ya Utekelezaji

Katika hii Inayoweza kufundishwa, tutatumia sensorer ya ultrasonic, jozi ya sensorer za kugundua vizuizi vya IR, mzunguko wa dereva wa gari (L298N), motors nne za DC, magurudumu, mifupa ya magurudumu 4 ya gari, na Chip ya GreenPAK SLG46620V.

Pini ya pato la dijiti ya mtawala wa GreenPAK hutumiwa kuchochea sensor ya ultrasonic (aka sonar), na pini ya kuingiza dijiti hutumiwa kukusanya mwangwi wa matokeo kutoka kwa vizuizi vilivyo mbele ya uchambuzi. Pato la sensorer ya kugundua kikwazo cha IR pia huzingatiwa. Baada ya kutumia hali kadhaa, ikiwa kikwazo kiko karibu sana, motors (iliyounganishwa na kila moja ya magurudumu 4) hubadilishwa ili kuzuia mgongano.

Hatua ya 3: Ufafanuzi

Roboti ya kujiepusha na kikwazo lazima iwe na uwezo wa kugundua vizuizi na kuzuia migongano. Ubunifu wa roboti kama hiyo unahitaji ujumuishaji wa sensorer anuwai, kama sensorer mapema, sensorer za infrared, sensorer za ultrasonic, n.k Kwa kuweka sensorer hizi kwenye roboti, inaweza kupata habari kuhusu eneo linalozunguka. Sensorer ya ultrasonic inafaa kwa kugundua kikwazo kwa roboti ya uhuru inayotembea polepole, kwani ina gharama ya chini na anuwai kubwa.

Sensor ya ultrasonic hugundua vitu kwa kutoa kupasuka kwa muda mfupi na kisha kusikiliza mwangwi. Chini ya udhibiti wa microcontroller mwenyeji, sensor hutoa mpigo mfupi wa 40 kHz. Mapigo haya husafiri kwa njia ya hewa hadi itakapogonga kitu na kisha inaonyeshwa tena kwenye sensa. Sensor hutoa ishara ya pato kwa mwenyeji anayekoma wakati mwangwi unagunduliwa. Kwa njia hii, upana wa kunde uliorejeshwa hutumiwa kuhesabu umbali wa kitu.

Gari ya roboti ya kuzuia kikwazo hutumia sensor ya ultrasonic kugundua vitu kwenye njia yake. Motors zimeunganishwa kupitia dereva wa gari IC hadi GreenPAK. Sensorer ya ultrasonic imeambatanishwa mbele ya roboti, na sensorer mbili za kugundua vizuizi vya IR zimeunganishwa kwenye pande za kushoto na kulia za roboti ili kugundua vizuizi vya upande.

Wakati roboti inapita kwenye njia inayotakiwa, sensa ya ultrasonic inaendelea kusambaza mawimbi ya ultrasonic. Wakati wowote kikwazo kiko mbele ya roboti, mawimbi ya ultrasonic huonyeshwa nyuma kutoka kwa kikwazo, na habari hiyo hupitishwa kwa GreenPAK. Wakati huo huo, sensorer za IR zinatoa na kupokea mawimbi ya IR. Baada ya kutafsiri pembejeo kutoka kwa sensorer za ultrasonic na IR, GreenPAK inadhibiti motors kwa kila moja ya magurudumu manne.

Hatua ya 4: Maelezo ya Algorithm

Wakati wa kuanza, motors nne zinawashwa wakati huo huo, na kusababisha robot kusonga mbele. Ifuatayo, sensor ya ultrasonic hutuma kunde kutoka mbele ya robot mara kwa mara. Ikiwa kikwazo kipo, kunde za sauti zinaonyeshwa na hugunduliwa na sensorer. Mwangaza wa kunde hutegemea hali ya kikwazo: ikiwa ina sura isiyo ya kawaida, kunde zilizoonyeshwa zitakuwa chache; ikiwa ni sare, basi kunde nyingi zinazoambukizwa zitaonyeshwa. Tafakari pia inategemea mwelekeo wa kikwazo. Ikiwa imeinama kidogo, au imewekwa sambamba na sensa, basi mawimbi mengi ya sauti yatapita bila kuonyeshwa.

Kizuizi kinapogunduliwa mbele ya roboti, basi matokeo ya kando kutoka kwa sensorer za IR huzingatiwa. Ikiwa kikwazo hugunduliwa upande wa kulia, matairi ya upande wa kushoto wa roboti yamelemazwa, na kusababisha kugeukia upande wa kushoto, na kinyume chake. Ikiwa kikwazo haipatikani, basi algorithm inarudiwa. Mchoro wa mtiririko umeonyeshwa kwenye Kielelezo 2.

Hatua ya 5: Sensor ya Ultrasonic HC-SR04

Sensorer ya ultrasonic ni kifaa kinachoweza kupima umbali wa kitu kwa kutumia mawimbi ya sauti. Inapima umbali kwa kutuma wimbi la sauti kwa masafa maalum na kusikiliza kwa wimbi hilo la sauti kurudi nyuma. Kwa kurekodi wakati uliopita kati ya wimbi la sauti linalozalishwa na wimbi la sauti linarudi nyuma, inawezekana kuhesabu umbali kati ya sensa ya sonar na kitu. Sauti husafiri kwa njia ya hewa karibu 344 m / s (1129 ft / s), kwa hivyo unaweza kuhesabu umbali wa kitu ukitumia Mfumo 1.

Sensor ya ultrasonic ya HC-SR04 ina pini nne: Vdd, GND, Trigger, na Echo. Wakati wowote mapigo kutoka kwa mtawala yanatumiwa kwenye pini ya Trigger, sensa hutoa wimbi la ultrasound kutoka kwa "spika." Mawimbi yaliyoonyeshwa hugunduliwa na "mpokeaji," na hupitishwa kwa mdhibiti kupitia pini ya Echo. Umbali kati ya sensa na kikwazo ni mrefu, mapigo kwenye pini ya Echo yatakuwa ndefu zaidi. Mapigo hubaki kwa muda ambao inachukua mapigo ya sonar kusafiri kutoka kwa sensa na kurudi nyuma, imegawanywa na mbili. Wakati sonar inasababishwa, kipima muda cha ndani huanza na kuendelea hadi wimbi linaloonekana lilipogunduliwa. Wakati huu basi umegawanywa na mbili kwa sababu wakati halisi ilichukua wimbi la sauti kufikia kikwazo ilikuwa nusu ya wakati ambao kipima muda kilikuwa.

Uendeshaji wa sensor ya ultrasonic imeonyeshwa kwenye Mchoro 4.

Ili kuzalisha mapigo ya ultrasonic, unahitaji kuweka Trigger kwa hali ya juu kwa 10μs. Hiyo itatuma kupasuka kwa sonic ya mzunguko wa 8, ambayo itaonyesha kikwazo chochote mbele ya kifaa na kupokelewa na sensa. Pini ya Echo itatoa wakati (katika microseconds) ambayo wimbi la sauti lilisafiri.

Hatua ya 6: Moduli ya Sensor ya Kugundua Kizuizi cha infrared

Kama sensa ya ultrasound, dhana ya kimsingi ya kugundua kikwazo cha infrared (IR) ni kusambaza ishara ya IR (kwa njia ya mionzi) na kutazama utafakari wake. Moduli ya sensorer ya IR imeonyeshwa kwenye Mchoro 6.

Vipengele

• Kuna taa ya kiashiria cha kikwazo kwenye bodi ya mzunguko
• Ishara ya pato la dijiti
• Umbali wa kugundua: 2 ~ 30 cm
• Angle ya Kugundua: 35 °
• Chip ya kulinganisha: LM393
• Masafa ya kugundua yanayoweza kubadilika kupitia potentiometer:

Wise Saa ya saa: Ongeza umbali wa kugundua

○ kinyume cha saa: Punguza umbali wa kugundua

Ufafanuzi

• Voltage ya kufanya kazi: 3 - 5 V DC
• Aina ya pato: Pato la ubadilishaji wa dijiti (0 na 1)
• Mashimo ya milimita 3 kwa uwekaji rahisi
• Ukubwa wa bodi: 3.2 x 1.4 cm

Maelezo ya Kiashiria cha Udhibiti yaliyoelezewa katika Jedwali 1.

Hatua ya 7: Mzunguko wa Dereva wa Magari L298N

Mzunguko wa dereva wa gari, au H-Bridge, hutumiwa kudhibiti kasi na mwelekeo wa motors DC. Ina viingilio viwili ambavyo vinapaswa kushikamana na chanzo tofauti cha umeme cha DC (motors huchota sasa nzito, na haiwezi kutolewa moja kwa moja kutoka kwa mtawala), seti mbili za matokeo kwa kila motor (chanya na hasi), mbili zinawasha pini kwa kila moja seti ya matokeo, na seti mbili za pini kwa udhibiti wa mwelekeo wa kila duka la magari (pini mbili kwa kila motor). Ikiwa pini mbili za kushoto zimepewa viwango vya mantiki JUU kwa pini moja na LOW kwa nyingine, motor iliyounganishwa na duka la kushoto itazunguka kwa mwelekeo mmoja, na ikiwa mlolongo wa mantiki umegeuzwa (LOW na HIGH), motors zitazunguka katika mwelekeo kinyume. Vile vile hutumika kwa pini za kulia na gari la kulia. Ikiwa pini zote mbili katika jozi zimepewa viwango vya mantiki juu au chini, motors zitasimama.

Dereva huyu anayeongoza pande mbili ni msingi wa L298 Dual H-Bridge Motor Dereva maarufu wa IC. Moduli hii hukuruhusu kudhibiti na kwa urahisi motors mbili kwa pande zote mbili. Inatumia ishara za mantiki za kawaida kwa udhibiti, na inaweza kuendesha motors za stepper za awamu mbili, motors za stepper ya awamu nne, na motors DC za awamu mbili. Inayo kichungi capacitor na diode ya freewheeling ambayo inalinda vifaa kwenye mzunguko kutokana na kuharibiwa na mkondo wa nyuma wa mzigo unaoshawishi, na kuongeza kuegemea. L298 ina voltage ya dereva ya 5-35 V na kiwango cha mantiki cha 5 V.

Kazi ya dereva inaelezewa katika Jedwali 2.

Mchoro wa kuzuia unaonyesha unganisho kati ya sensorer ya ultrasonic, dereva wa gari, na chip ya GPAK imeonyeshwa kwenye Kielelezo 8.

Hatua ya 8: Ubunifu wa GreenPAK

Katika Matrix 0, pembejeo ya sensorer ilitengenezwa kwa kutumia CNT0 / DLY0, CNT5 / DLY5, INV0, na oscillator. Uingizaji kutoka kwa pini ya sensor ya ultrasonic ya Echo inasomwa kwa kutumia Pin3. Pembejeo tatu zinatumika kwa 3-bit LUT0: moja kutoka Echo, nyingine kutoka kwa Kuchochea, na ya tatu ndio pembejeo ya Trigger iliyocheleweshwa na 30 sisi. Pato kutoka kwa meza hii ya kutazama hutumiwa katika Matrix 1. Pato kutoka kwa sensorer za IR pia huchukuliwa katika Matrix 0.

Katika Matrix 1, bandari P1 na P6 ni OR'd pamoja na kushikamana na Pin17, ambayo imeambatishwa na Pin1 ya dereva wa gari. Pin18 daima iko kwenye mantiki LOW na imeunganishwa na Pin2 ya dereva wa gari. Vivyo hivyo, bandari P2 na P7 ni OR'd pamoja na kushikamana na Pin20 ya GreenPAK, ambayo imeambatanishwa na P3 ya mzunguko wa dereva wa gari. Pin19 imeunganishwa na Pin4 ya dereva wa gari na huwa kwenye mantiki LOW.

Wakati pini ya Echo iko juu, inamaanisha kuwa kitu kiko mbele ya roboti. Kisha roboti huangalia vizuizi vya kushoto na kulia kutoka kwa sensorer za IR. Ikiwa kikwazo pia kipo upande wa kulia wa roboti, basi inageuka kushoto, na ikiwa kikwazo kipo upande wa kushoto, basi inageuka kulia. Kwa njia hii, roboti huepuka vizuizi na kusonga bila kugongana.

Hitimisho

Katika Agizo hili, tuliunda gari rahisi na rahisi ya kugundua kikwazo kwa kutumia GreenPAK SLG46620V kama nyenzo kuu ya kudhibiti. Na mizunguko ya ziada, muundo huu unaweza kuboreshwa kutekeleza majukumu mengine kama vile kutafuta njia ya hatua maalum, algorithm ya utatuzi wa maze, laini inayofuata algorithm, nk.

Hatua ya 9: Picha za vifaa