Jenga Robot yako ya Turtlebot !: Hatua 7

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:51

BONYEZA:

Habari zaidi zinazohusiana na programu na udhibiti zinapatikana kwenye kiunga hiki:

hackaday.io/project/167074- kujenga-your-own-turtlebot-3-backbone

Kiunga cha moja kwa moja kwa nambari ni:

github.com/MattMgn/foxbot_core

Kwa nini mradi huu?

Turtlebot 3 ni jukwaa kamili la kuingia kwenye umeme, roboti na hata AI! Ninakupendekeza ujenge turtlebot yako hatua kwa hatua na vifaa vya bei rahisi bila huduma za dhabihu na utendaji. Ukiwa na jambo moja akilini: kuweka bora kutoka kwa roboti ya kwanza, ujazo wake, unyenyekevu na idadi kubwa ya vifurushi vya urambazaji wa uhuru na AI kutoka kwa jamii ya chanzo wazi.

Mradi huu ni fursa kwa Kompyuta kupata maoni ya vifaa vya elektroniki, ufundi na sayansi ya kompyuta, na kwa walio na uzoefu zaidi kupata jukwaa lenye nguvu la kujaribu na kukuza algorithms za akili za bandia.

Nini utagundua katika mradi huu?

Uko karibu kugundua ni sehemu gani muhimu za kiufundi na za elektroniki lazima zihifadhiwe kutoka kwa bot ya asili ili kuhakikisha utangamano kamili.

Mchakato mzima wa ujengaji utaelezewa kwa kina: kutoka kwa uchapishaji wa sehemu za 3D, kukusanyika na vifaa kadhaa, kutengeneza na kuunganisha umeme ili hatimaye nambari iandike Arduino. Mafundisho haya yatahitimishwa kwa mfano wa 'ulimwengu wa hello' kukujulisha na ROS. Ikiwa chochote kinaonekana kuwa wazi, jisikie huru kuuliza swali!

Vifaa

Umeme:

1 x Kompyuta moja ya Bodi ya kuendesha ROS, inaweza kuwa Raspberry Pi au Jetson Nano kwa mfano

1 x Arduino KUTOKA, unaweza pia kutumia UNO au MEGA

1 x Proto-board inayofaa Arduino DUE pin-out inapatikana hapa

Motors 2 x 12V DC zilizo na encoders (chaguo 100 RPM)

1 x L298N dereva wa gari

Mdhibiti wa 2 x 5V

1 x Battery (3S / 4S LiPo betri kwa mfano)

2 x ON / ZIMA swichi

2 x LED

2 x 470kOhm Resistors

3 x 4 pini viunganisho vya JST

1 x USB cable (angalau moja kati ya SBC na Arduino)

Sensorer:

1 x sensa ya sasa (hiari)

1 x 9 Digrii za Uhuru IMU (hiari)

1 x LIDAR (hiari)

Chassis:

Sahani 16 za Turtlebot za msimu (ambazo zinaweza pia kuchapishwa 3D)

2 x Magurudumu kipenyo cha 65mm (chaguo la upana wa 6mm)

Spacers 4 x 30mm (hiari)

Kuingiza 20 x M3 (hiari)

Wengine:

Waya

Screws M2.5 na M3 na kuingiza

Printa ya 3D au mtu anayeweza kukuchapishia sehemu hizo

Kuchimba mkono na seti bits ya kuchimba kama hii

Hatua ya 1: Maelezo

Roboti hii ni gari rahisi ya utofautishaji inayotumia magurudumu 2 yaliyowekwa moja kwa moja kwenye gari lao na roller roller ambayo imewekwa nyuma kuzuia roboti kuanguka. Roboti imegawanywa katika tabaka mbili:

Tabaka la Chini: pamoja na kikundi cha kusukuma (betri, mdhibiti wa magari na motors), na umeme wa kiwango cha chini: Arduino microcontroller, mdhibiti wa voltage, swichi…

Tabaka la Juu: na elektroniki ya "kiwango cha juu" ambayo ni Kompyuta ya Bodi Moja na LIDAR

Tabaka hizo zinaunganishwa na sehemu zilizochapishwa na visu ili kuhakikisha uimara wa muundo.

Mpangilio wa elektroniki

Mpangilio unaweza kuonekana kuwa mbaya. Ni mchoro wa skimu na hauwakilishi waya zote, viunganishi na bodi ya proto lakini inaweza kusomwa kama ifuatavyo:

Batri ya 3S Litihum Ion Polymer na uwezo wa 3000mAh huwezesha mzunguko wa kwanza, inapeana bodi ya mtawala wa magari (L298N) na mdhibiti wa kwanza wa 5V wa encoders za magari na Arduino. Mzunguko huu umewezeshwa kupitia ubadilishaji na LED inayoonyesha hali yake ya ON / OFF.

Betri hiyo hiyo inawezesha mzunguko wa pili, voltage ya pembejeo hubadilishwa kuwa 5V kuwezesha Kompyuta ya Bodi Moja. Hapa pia, mzunguko umewezeshwa kupitia swichi na LED.

Sensorer za ziada kama LIDAR au kamera inaweza kuongezwa moja kwa moja kwenye Raspberry Pi kupitia USB au bandari ya CSI.

Ubunifu wa mitambo

Sura ya roboti imeundwa na sehemu 16 zinazofanana ambazo ziliunda safu 2 za mraba (28cm upana). Mashimo mengi huruhusu kuweka sehemu za ziada popote utakapohitaji na kutoa muundo kamili wa msimu. Kwa mradi huu, niliamua kupata sahani asili za TurtleBot3 lakini unaweza pia kuzichapisha 3D kwani muundo wao ni chanzo wazi.

Hatua ya 2: Mkutano wa Kuzuia Magari

Kuandaa magari

Hatua ya kwanza ni kuongeza mkanda mnene wa povu 1mm kuzunguka kila motor kuzuia mitetemo na kelele wakati motor itazunguka.

Sehemu zilizochapishwa

Mmiliki wa gari husababisha sehemu mbili ambazo hushika gari kama makamu. Screws 4 zimepatikana kwa kubana motor kwenye mmiliki.

Kila mmiliki anajumuisha mashimo kadhaa ambayo huingiza kuingiza M3 kuwekwa kwenye muundo. Kuna mashimo mengi kuliko inavyohitajika, mashimo ya ziada yanaweza kutumiwa kuweka sehemu ya ziada.

Mipangilio ya printa ya 3D: sehemu zote zimechapishwa na vigezo vifuatavyo

• Pua ya kipenyo cha 0.4mm
• Kujaza nyenzo 15%
• Safu ya urefu wa 0.2 mm

Gurudumu

Magurudumu yaliyochaguliwa yanafunikwa na mpira ili kuongeza kujitoa na kuhakikisha hali ya kutembeza bila malipo. Bofya la kubana hudumisha gurudumu lililowekwa kwenye shimoni la gari. Kipenyo cha gurudumu kinapaswa kuwa kubwa vya kutosha kuvuka hatua ndogo na kasoro ya ardhi (magurudumu hayo ni kipenyo cha 65mm).

Kurekebisha

Unapomaliza na kizuizi kimoja cha gari, kurudia shughuli zilizopita na kisha uzirekebishe kwenye safu na visu za M3.

Hatua ya 3: Swichi na Maandalizi ya Cable

Uandaaji wa kebo ya magari

Kwa ujumla, encoder ya gari huja na kebo ikiwa ni pamoja na upande mmoja kontakt 6pin inayounganisha nyuma ya PCB ya encoder, na waya za uchi upande mwingine.

Una uwezekano wa kuziuza moja kwa moja kwenye bodi yako ya proto au hata Arduino yako, lakini ninakushauri utumie vichwa vya pini vya kike na viungio vya JST-XH badala yake. Kwa hivyo unaweza kuziba / kuziunganisha kwenye bodi yako ya proto na kufanya mkutano wako uwe rahisi.

Vidokezo: unaweza kuongeza sufu inayopanuka ya mikono karibu na waya na vipande vyako vya bomba karibu na viunganisho, kwa kufanya hivyo utapata kebo 'safi'.

Kubadili na LED

Ili kuwezesha nyaya mbili za umeme, andaa nyaya 2 za LED na swichi: mwanzoni tengeneza kontena la 470kOhm kwenye moja ya pini ya LED, kisha uunganishe LED kwenye pini ya kubadili. Hapa pia, unaweza kutumia kipande cha bomba la kushuka ili kuficha kontena ndani. Kuwa mwangalifu kutengenezea LED katika mwelekeo sahihi! Rudia operesheni hii kupata nyaya mbili za kubadili / kuongozwa.

Mkutano

Unganisha nyaya zilizotengenezwa hapo awali kwenye sehemu inayofanana ya 3D iliyochapishwa. Tumia nati kudumisha ubadilishaji, LEDs hazihitaji gundi, tu nguvu ya kutosha kuitosha kwenye shimo.

Hatua ya 4: Bodi za elektroniki Wiring

Mpangilio wa bodi

Bodi ya proto inayofaa mpangilio wa bodi ya Arduino hutumiwa kupunguza idadi ya waya. Juu ya bodi ya proto, L298N imewekwa na kichwa cha kike cha Dupont (Dupont ni 'Arduino kama' vichwa).

Maandalizi ya L298N

Hapo awali, bodi ya L298N haiji na kichwa cha kiume kinachofanana cha Dupont, unahitaji kuongeza safu 9 za pini chini ya ubao. Unahitaji kugundua mashimo 9 na kipenyo cha 1mm kidogo sawa na mashimo yaliyopo kama unaweza kuona kwenye picha. Kisha unganisha pini zinazolingana za safu 2 na vifaa vya kutengeneza na waya mfupi.

L298N siri-nje

L298N inajumuisha vituo 2 vinavyoruhusu kudhibiti kasi na mwelekeo:

mwelekeo kupitia matokeo 2 ya dijiti, inayoitwa IN1, IN2 kwa idhaa ya kwanza, na IN3 na IN4 kwa pili

kuharakisha matokeo 1 ya dijiti, inayoitwa ENA kwa idhaa ya kwanza na ENB ya pili

Nilichagua pini ifuatayo na Arduino:

motor kushoto: IN1 kwenye pini 3, IN2 kwenye pini 4, ENA kwenye pini 2

motor ya kulia: IN3 kwenye pini 5, IN4 kwenye pin 6, ENB kwenye pin 7

Mdhibiti wa 5V

Hata kama l298N kawaida inaweza kutoa 5V, bado ninaongeza kidhibiti kidogo. Inatoa nguvu kwa Arduino kupitia bandari ya VIN na encoders 2 kwenye motors. Unaweza kuruka hatua hii kwa kutumia moja kwa moja mdhibiti wa L298N 5V uliojengwa.

Viunganishi vya JST na Encoder pin-out

Tumia pini 4 za adapta za kontakt za kike za JST-XH, kila kiunganishi kimeunganishwa na:

• 5V kutoka kwa mdhibiti
• Uwanja
• bandari mbili za kuingiza dijiti (kwa mfano: 34 na 38 kwa kisimbuzi cha kulia na 26 na 30 kwa kushoto)

Ziada I2C

Kama unavyoweza kugundua, kuna kontakt ya ziada ya 4pin JST kwenye bodi ya proto. Inatumika kwa kuunganisha kifaa cha I2C kama IMU, unaweza kufanya vivyo hivyo na hata kuongeza bandari yako mwenyewe.

Hatua ya 5: Kikundi cha Magari na Arduino kwenye safu ya chini

Vipimo vya kuzuia magari

Mara safu ya chini imekusanywa na sahani 8 za Turtlebot, tumia tu screws 4 M3 moja kwa moja kwenye uingizaji ili kudumisha vizuizi vya magari. Basi unaweza kuziba waya za umeme kwa matokeo ya L298N na nyaya zilizotengenezwa hapo awali kwa viunganisho vya bodi ya proto-board JST.

Usambazaji wa nguvu

Usambazaji wa nguvu hugunduliwa tu na kizuizi cha kizuizi. Kwa upande mmoja wa kizuizi, kebo iliyo na kuziba ya kike ya XT60 imefungwa ili kuunganishwa na betri ya LiPo. Kwa upande mwingine, nyaya zetu mbili za LED / swichi zilizouzwa hapo awali zimepigwa. Kwa hivyo kila mzunguko (Magari na Arduino) inaweza kuwezeshwa na ubadilishaji wake na LED inayofanana ya kijani.

Usimamizi wa kebo

Haraka itabidi ushughulikie nyaya nyingi! Ili kupunguza hali ya fujo, unaweza kutumia 'meza' iliyochapishwa hapo awali ya 3D. Juu ya meza, endelea bodi zako za elektroniki na mkanda wa pande mbili, na chini ya meza acha waya zitiririke kwa uhuru.

Kudumisha betri

Ili kuzuia kutolewa kwa betri wakati wa kuendesha roboti yako, unaweza kutumia tu bendi ya elastic ya nywele.

Mpiga roller

Sio mpiga roller lakini nusu tufe rahisi iliyowekwa na visu 4 kwenye safu ya chini. Inatosha kuhakikisha utulivu wa roboti.

Hatua ya 6: Kompyuta na Bodi moja ya Bodi moja kwenye Tabaka la Juu

Ni Kompyuta gani ya Bodi moja ya kuchagua?

Sihitaji kukuonyesha Raspberry Pi maarufu, idadi yake ya kesi za utumiaji huzidi uwanja wa roboti. Lakini kuna mpinzani mwenye nguvu zaidi kwa Raspberry Pi ambayo unaweza kupuuza. Kwa kweli, Jetson Nano kutoka Nvidia anapachika kadi ya picha yenye nguvu ya msingi wa 128 pamoja na processor yake. Kadi hii ya kielelezo imekuzwa ili kuharakisha kazi ghali za kihesabu kama vile usindikaji wa picha au inference ya mtandao wa neva.

Kwa mradi huu nilichagua Jetson Nano na unaweza kupata sehemu inayofanana ya 3D kati ya faili zilizoambatanishwa, lakini ikiwa unataka kwenda na Raspberry Pi kuna kesi nyingi zinazoweza kuchapishwa hapa.

Mdhibiti wa 5V

Bodi yoyote uliyoamua kuleta kwenye roboti yako, unahitaji mdhibiti wa 5V. Raspberry Pi 4 ya hivi karibuni inahitaji upeo wa 1.25A lakini Jetson Nano inahitaji hadi 3A juu ya mafadhaiko kwa hivyo nilichagua Pololu 5V 6A kuwa na akiba ya nguvu ya vifaa vya baadaye (sensorer, taa, stepper…), lakini 5V 2A yoyote ya bei rahisi inapaswa kufanya kazi. Jetson hutumia pipa la DC 5.5mm na Pi USB ndogo, chukua kebo inayolingana na kuiunganisha kwa pato la mdhibiti.

Mpangilio wa LIDAR

LIDAR iliyotumiwa hapa ni LDS-01, kuna nyingine 2D LIDAR ambazo zinaweza kutumika kama RPLidar A1 / A2 / A3, YDLidar X4 / G4 au hata Hokuyo LIDARs. Mahitaji pekee ni kwamba inahitaji kuingizwa kupitia USB na kuwekwa katikati ya muundo. Kwa kweli ikiwa LIDAR haina msingi mzuri, ramani iliyoundwa na algorithm ya SLAM inaweza kuhamisha nafasi inayokadiriwa ya kuta na vizuizi kutoka kwa nafasi yao halisi. Pia ikiwa vizuizi vyovyote kutoka kwa roboti vinavuka boriti ya laser, itapunguza anuwai na uwanja wa maoni.

Kuweka LIDAR

LIDAR imewekwa kwenye sehemu iliyochapishwa ya 3D inayofuata umbo lake, sehemu yenyewe inashikilia kwenye sahani ya mstatili (haswa kwenye plywood kwenye picha lakini inaweza kuchapishwa 3D pia). Halafu sehemu ya adapta inaruhusu mkusanyiko urekebishwe kwenye sahani ya juu ya turtlebot na spacers za nailoni.

Kamera kama sensa ya ziada au uingizwaji wa LIDAR

Ikiwa hautaki kutumia pesa nyingi kwenye LIDAR (ambayo inagharimu karibu $ 100), nenda kwa kamera: pia kuna algorithms za SLAM zinazoendesha tu na kamera ya RGB ya monoksi. SBC zote zinakubali kamera ya USB au CSI.

Kwa kuongezea kamera itakuruhusu kuendesha maono ya kompyuta na maandishi ya kugundua kitu!

Mkutano

Kabla ya kufunga roboti, pitisha nyaya kupitia mashimo makubwa kwenye bamba la juu:

• kebo inayolingana kutoka kwa mdhibiti wa 5V hadi SBC yako
• kebo ya USB kutoka Bandari ya Programu ya Arduino DUE (iliyo karibu zaidi na pipa la DC) hadi bandari ya USB ya SBC yako

Kisha shikilia sahani ya juu kwa nafasi na dazeni za screws. Roboti yako sasa iko tayari kusanifiwa, UMEFANYA VEMA!

Hatua ya 7: Ifanye Isogeze

Jumuisha Arduino

Fungua IDE yako ya Arduino uipendayo, na uingize folda ya mradi inayoitwa own_turtlebot_core, kisha uchague bodi yako na bandari inayofanana, unaweza kutaja mafunzo haya bora.

Rekebisha mipangilio ya Msingi

Mradi huo umeundwa na faili mbili, na moja inahitaji kubadilishwa kwa roboti yako. Basi wacha tufungue own_turtlebot_config.h, na tugundue ni mistari ipi inayohitaji umakini wetu:

#fafanua ARDUINO_DUE // ** TOA MAONI MZURI HUU IKIWA HAUJATUMIA SANA **

Inapaswa kutumiwa tu na Arduino DUE, ikiwa sio maoni mstari huo.

#fafanua RATE_CONTROLLER_KP 130.0 // ** TUNE THAMANI HII **

#fafanua RATE_CONTROLLER_KD 5000000000000.0 // ** FUNGA THAMANI HII ** #fasili RATE_CONTROLLER_KI 0.00005 // ** FUNGA THAMANI HII **

Vigezo hivyo 3 vinahusiana na faida ya mtawala ya kiwango inayotumiwa na PID kudumisha kasi inayotaka. Kulingana na voltage ya betri, wingi wa roboti, kipenyo cha gurudumu na gia ya mitambo ya motor yako, utahitaji kurekebisha maadili yao. PID ni mtawala wa kawaida na hautaelezewa hapa lakini kiunga hiki kinapaswa kukupa pembejeo za kutosha kujipanga mwenyewe.

/ * Fafanua pini * /

// motor A (kulia) const byte motorRightEncoderPinA = 38; // ** BADILISHA NA Nambari yako ya siri NB ** const byte motorRightEncoderPinB = 34; // ** BADILISHA NA Nambari yako ya siri NB ** const byte enMotorRight = 2; // ** BADILISHA NA PIN YAKO NB ** const byte in1MotorRight = 4; // ** BADILISHA NA PIN YAKO NB ** const byte in2MotorRight = 3; // ** BADILISHA NA Nambari yako ya siri NB ** // motor B (kushoto) const byte motorLeftEncoderPinA = 26; // ** BADILISHA NA Nambari yako ya siri NB ** const byte motorLeftEncoderPinB = 30; // ** BADILISHA NA Nambari yako ya siri NB ** const byte enMotorLeft = 7; // ** BADILISHA NA PIN YAKO NB ** const byte in1MotorLeft = 6; // ** BADILISHA NA PIN YAKO NB ** const byte in2MotorLeft = 5; // ** REKEBISHA NA PIN YAKO NB **

Kizuizi hiki kinafafanua pinout kati ya L298N na Arduino, rekebisha tu nambari ya siri ili ilingane na yako. Unapomaliza na faili ya usanidi, andika na upakie nambari!

Sakinisha na usanidi ROS

Mara tu unapofikia hatua hii, maagizo ni sawa kabisa na yale yaliyoelezewa kwenye mwongozo bora wa TurtleBot3, unahitaji kufuata kwa uangalifu

TurtleBot 3 iliyofanywa vizuri sasa ni yako na unaweza kuendesha vifurushi vyote na mafunzo na ROS.

Sawa lakini ROS ni nini?

ROS inasimama kwa Mfumo wa Uendeshaji wa Roboti, inaweza kuonekana kuwa ngumu sana mwanzoni lakini sivyo, fikiria njia ya mawasiliano kati ya vifaa (sensorer na watendaji) na programu (algorithms kwa urambazaji, udhibiti, maono ya kompyuta…). Kwa mfano, unaweza kubadilisha kwa urahisi LIDAR yako ya sasa na mtindo mwingine bila kuvunja usanidi wako, kwa sababu kila LIDAR inachapisha ujumbe huo huo wa LaserScan. ROS hutumiwa sana ni roboti, Tumia mfano wako wa kwanza

Sawa ya 'hello' ya ROS inajumuisha kufanya kazi kwa njia ya roboti yako kupitia kompyuta ya mbali. Unachotaka kufanya ni kutuma maagizo ya kasi ili kufanya motors izunguke, amri zinafuata bomba hili:

• nodi ya turtlebot_teleop, inayoendesha kwenye kompyuta ya mbali, chapisha mada ya "/ cmd_vel" pamoja na ujumbe wa Twist
• ujumbe huu unapelekwa kupitia mtandao wa ujumbe wa ROS kwa SBC
• node ya serial inaruhusu "/ cmd_vel" kupokewa kwenye Arduino
• Arduino anasoma ujumbe na kuweka kiwango cha angular kwa kila motor ili kufanana na kasi inayotakiwa na kasi ya angular ya roboti

Operesheni hii ni rahisi na inaweza kupatikana kwa kuendesha laini za amri zilizoorodheshwa hapo juu! Ikiwa unataka maelezo ya kina angalia tu video.

[SBC]

kasino

[SBC]

rosrun rosserial_python serial_node.py _port: = / dev / ttyACM0 _baud: = 115200

[Kompyuta ya mbali]

kuuza nje TURTLEBOT3_MODEL = $ {TB3_MODEL}

kuzindua turtlebot3_teleop turtlebot3_teleop_key.zindua

Ili kwenda mbali zaidi

Unahitaji kujua jambo la mwisho kabla ya kujaribu mifano yote rasmi, katika mwongozo kila wakati unakabiliwa na amri hii:

kuzindua turtlebot3_bringup turtlebot3_robot.zindua

unahitaji kutumia amri hii kwenye SBC yako badala yake:

rosrun rosserial_python serial_node.py _port: = / dev / ttyACM0 _baud: = 115200

Na ikiwa una LIDAR tumia amri inayohusiana kwenye SBC yako, kwa upande wangu ninaendesha LDS01 na laini iliyo hapo chini:

kuzindua hls_lfcd_lds_driver hlds_laser.zindua

Na hiyo ni yote, umeunda turtlebot yako mwenyewe dhahiri:) Uko tayari kugundua uwezo mzuri wa ROS, na kuweka alama ya maono na algorithms za ujifunzaji wa mashine.