Rover robotico: 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Ciao, sono Proxy303, uno specialista di robotica. In questo tutorial, ti insegnerò come costruire il tuo robot come uno dei miei.

Non sto parlando di una di quelle auto telecomandate eccessivamente glorificate che la gente chiama robot. Una delle definizioni stesse di un robot è che non può essere telecomandato. Il robot che costruirai oggi è uno che costruisci, cabli e programmi. Allora è autonomo. Ciò significa che non è controllato dall'esterno. Si controlla da solo. Dopo che è stato costruito e programmato, il robot fa tutto il resto da solo.

Ci sono cinque componenti principali di qualsiasi robot:

• Un telaio, che è il corpo del tuo robot. Puoi acquistarli online pre-assemblati, oppure puoi crearne uno tuo da un kit o da zero.
• Un microcontrollore, che è il "cervello" del tuo robot. Questo è un circuito versatile che può essere programmato per fare praticamente qualsiasi cosa.
• Alcuni motori, che consentono al tuo robot di muoversi. Non è possibile controllare efficacemente i motori direttamente con un microcontrollore, quindi è necessario…
• Un driver del motore, che consente di controllare un motore ad alta tensione con un segnale logico a bassa tensione.
• Una fonte di energia, che alimenta tutto. Per i robot portatili o che si muovono, usa le batterie. Altrimenti, potresti usare un modulo di alimentazione, come quello di un computer.

Forniture

Avrai bisogno:

• Un telaio per robot (suggerisco l'Actobotics Runt Rover Whippersnapper, perché ha tanti aspetti positivi, come un supporto universale per microcontrollore, o supporti per sensori, o il fatto che tutto si incastri insieme.) Qualsiasi materiale funziona, quindi prova la plastica, legno o persino cartone. Fai attenzione quando usi il metallo, poiché potrebbe cortocircuitare i giunti di saldatura sotto i circuiti stampati, ma se sai cosa stai facendo, allora provalo. Il telaio del robot può essere piuttosto costoso, costando da 15 a poche centinaia di dollari.
• Un microcontrollore (ho usato un Arduino Mega 2560, ma anche un Raspberry Pi funziona bene.) Questi possono essere acquistati nei negozi di elettronica, nei negozi di hobbisti, online o in qualsiasi altro luogo che venda parti di robot. Sebbene siano una delle parti più importanti di un robot, in realtà sono piuttosto economici, essendo tra i 10 ei 40 dollari.
• Un driver per motore (ho usato il driver per doppio motore L298N) Questi possono essere piuttosto costosi, quindi tratta il tuo con attenzione. Questi ragazzacci sono progettati per pompare molta potenza nei motori e quindi si scaldano molto. Assicurati che quello che acquisti abbia un dissipatore di calore o, in caso contrario, attaccane uno. Certamente non vuoi che il driver del motore si surriscaldi e si rompa, costando da 20 a poche centinaia di dollari per uno nuovo.
• Alcuni fili della breadboard. Non sono necessarie molte spiegazioni qui, perché puoi trovarli praticamente ovunque.
• Alcuni cavi M-F DuPont. Piuttosto che i fili della breadboard, che hanno "aghi" metallici su entrambe le estremità, questi hanno un "ago" su un'estremità e una presa sull'altra estremità.
• Una manciata di viti di montaggio. Ancora una volta, non sono necessarie molte spiegazioni. Procurati piccole viti a croce Phillips, di dimensioni standard.
• Una fonte di alimentazione primaria per alimentare il microcontrollore (Puoi trovare batterie ricaricabili agli ioni di litio piuttosto economiche online. Di solito uso i power bank usati per caricare i telefoni.)
• Una fonte di alimentazione del motore (6 batterie AA andranno benissimo per questo, ma potresti usare un'altra fonte di alimentazione se lo desideri. NON usare una batteria da 9 V; semplicemente non hanno la corrente per questo genere di cose. Tieni in mente che sono progettati per far funzionare rilevatori di fumo, non robot.) Se possibile, prova a procurarti una fonte di alimentazione ricaricabile. All'inizio è un po' più costoso, ma credetemi. Se usi batterie monouso, ti ritroverai a consumarle molto rapidamente e il costo di così tante batterie supera rapidamente il costo di alcune ricaricabili.

Potresti volere:

• Un sensore a ultrasuoni. Consente al tuo robot di vedere gli oggetti davanti a sé.
• Alcuni servomotori. Piuttosto che girare costantemente, questi utili motori possono essere programmati per spostarsi a un'angolazione specifica e rimanere lì.
• Una manciata di LED. Nessuna spiegazione richiesta. Metti al potere, si accendono. Semplice.
• O qualsiasi altro allegato. Perché non aggiungere un braccio robotico? O qualche altro sensore?

Passaggio 1: costruisci il telaio del robot

Assemblare il telaio del robot che hai acquistato. Assicurati che tutto sia assemblato correttamente.

Con Runt Rover Whippersnapper, tutto si incastra. Se il tuo telaio è tenuto insieme da viti, assicurati che siano ben serrate e che il tuo robot sia robusto. Fidati di me, non c'è niente di peggio che il tuo progetto cada a pezzi su di te - a volte letteralmente! Inoltre, assicurati che ci sia spazio all'interno del telaio. Immagina di acquistare tutto, spendendo più di 70 dollari, solo per scoprire che uno dei tuoi componenti principali non si adatta al bot!

Inoltre, assicurati che i motori siano collegati correttamente e possano girare liberamente. A volte, un pezzo del telaio che sporge può bloccare i motori, quindi assicurati che non ci sia nulla che possa impedire ai motori di girare.

Passaggio 2: cablaggio di base

Collegare tra loro, in parallelo, i motori del lato sinistro. Fai lo stesso per i motori giusti. Assicurati che i fili rossi del lato sinistro siano raggruppati con i fili neri del lato sinistro e lo stesso per il lato destro. Collegare un filo rosso a entrambi i fili ROSSI del lato destro. Collega un altro filo rosso a entrambi i fili NERI del lato sinistro (lo so, sembra indietro sul lato sinistro, ma questo serve per tenere conto del fatto che i motori sul lato opposto girano nella direzione opposta). Ripeti per i fili neri. Assicurati di tenere i fili per i lati raggruppati insieme. Inoltre, assicurati che i motori sul lato SINISTRO siano invertiti rispetto a come lo faresti normalmente.

Passaggio 3: collegare il driver del motore

Prima di utilizzare un driver per motore, DEVI sapere come funziona. SE LO COLLEGA IN MODO SBAGLIATO PUOI DISTRUGGERE IL MICRO-CONTROLLER E/O IL MOTORIDUTTORE!

Un driver del motore è un tipo di controller di circuito isolato, il che significa che non esiste alcun collegamento fisico tra l'area di potenza del motore e l'area di controllo logico. I più buoni sono progettati per evitare qualsiasi dispersione elettrica nel microcontrollore (che potrebbe danneggiarlo o distruggerlo). Inoltre, i più buoni di solito costano almeno $ 15, quindi se ne trovi uno da $ 2 online, non comprarlo! Personalmente ne ho trovato uno del genere e, proprio come esperimento, ci ho attaccato un dissipatore di calore e l'ho collegato. Il venditore ha detto che il driver è stato valutato per 12V. L'ho collegato a 9V e ha iniziato a fumare. Risulta, il chip che hanno usato è stato valutato solo per 3V!

Un driver del motore ha 2 aree di ingresso: gli ingressi di potenza e gli ingressi logici. Ha anche due aree di output: i lati destro e sinistro. Ecco tutti i pin e cosa fanno:

• Gli ingressi logici:

  • Questi prendono un segnale logico 3.3v e lo usano per controllare i motori. Non collegare mai un'alta tensione a questi pin.
  • Collegarli alle uscite logiche digitali del microcontrollore.

• Gli ingressi di potenza:

  • Il pin Power In, utilizzato per alimentare i motori. La quantità di potenza che inserisci qui è la quantità di potenza che il driver pomperà nei motori.
  • Il pin GND, utilizzato come collegamento di terra comune. Utilizzato sia per la potenza che come ritorno per gli ingressi logici. Il pin GND è solitamente cablato con diodi, al fine di prevenire dispersioni elettriche nei pin logici e di alimentazione.
  • Il pin 5V, utilizzato per alimentare alcuni tipi di motori. USCITA 5 volt, quindi non confonderlo con un ingresso di alimentazione. Tutto ciò che serve è un'esplosione di potenza nel pin sbagliato del tuo microcontrollore per distruggerlo silenziosamente e istantaneamente.

• Le uscite:

  • 1A e 1B, per un motore o gruppo di motori.
  • 2A e 2B, per l'altro motore o gruppo di essi.

Un driver del motore consente di controllare un motore ad alta tensione con un segnale logico a bassa tensione. Il motivo per cui ci sono due ingressi per motore è che puoi anche controllare la direzione.

Collega le uscite 1A e 1B del driver del motore ai motori di destra. Collega le uscite 2A e 2B ai motori di sinistra (ricorda! INDIETRO!)

Installa la batteria del motore da qualche parte all'interno del telaio del tuo robot e collegala all'ingresso di alimentazione del driver del motore, con + all'ingresso di alimentazione e - a GND.

Se stai usando un modulo preassemblato, allora sei a posto.

Se stai solo usando un circuito integrato, assicurati che sia cablato correttamente e assicurati di metterci un dissipatore di calore! Questi chip si scaldano molto, motivo per cui la maggior parte dei buoni driver ha dissipatori di calore.

Passaggio 4: collegare il microcontrollore

Collega il tuo microcontrollore al robot. Ho usato Arduino Uno Rev3. Collegare quattro uscite digitali del microcontrollore all'ingresso logico del driver del motore. Collegare il pin di terra del microcontrollore allo slot GND del driver del motore. Non collegare il pin 5V sul driver del motore al microcontrollore! Questo viene utilizzato per alimentare alcuni tipi di motori, non come ingresso di alimentazione e certamente non per un microcontrollore. Se lo fai, potresti danneggiare il microcontrollore. Dovresti collegare solo i pin logici e il pin di terra comune sul driver del motore al microcontrollore.

Queste connessioni vengono utilizzate per controllare i motori, utilizzando gli ingressi logici del driver.

Passaggio 5: assicurati che sia tutto a posto

Torna indietro e assicurati che sia tutto a posto. Controllare il cablaggio, assicurarsi che i motori di sinistra siano collegati all'indietro, assicurarsi che l'uscita 5V sul microcontrollore non sia collegata all'uscita 5V sul driver del motore e verificare la presenza di altri problemi. Assicurati che tutte le viti siano serrate, i cavi siano collegati, i motori non siano bloccati e nessun cavo sia rotto.

Se tutto va bene, vai al passaggio successivo.

Passaggio 6: installare la batteria

Inserire le batterie nel telaio del robot. Se cadono, potrebbero rallentare o arrestare il robot, quindi assicurati di fissarli all'interno del telaio. Usa una staffa di montaggio, della colla o semplicemente fissali con del nastro adesivo se hai intenzione di rimuoverli spesso. Inoltre, assicurati che i collegamenti della batteria siano buoni. Una volta avevo un robot che si rifiutava di muoversi e giravo in tondo per ore, controllando la mia programmazione, ricablando i motori e non riuscendo a trovare il problema. Ho anche finito per acquistare un nuovo microcontrollore, solo per scoprire che uno dei fili della batteria del mio motore si era allentato all'interno del telaio. Questo è un perfetto esempio del perché dovresti sempre verificare la presenza di altri problemi prima di sostituire una parte!

Passaggio 7: allega tutto

Utilizzare piccole viti di montaggio per fissare saldamente tutto. Avvitare il driver del motore e il microcontrollore sul telaio del robot e assicurarsi che i motori siano fissati. Assicurati che anche la breadboard sia fissata saldamente.

Usa fascette o piccoli pezzi di nastro adesivo per organizzare i fili. Non è necessario farlo, ma sicuramente migliora l'aspetto del robot e rende più facile tenere traccia di quali fili vanno a cosa. Inoltre, se non hai fascette o hai bisogno di sostituire facilmente i fili, puoi raggrupparli per colore. Ad esempio, è possibile utilizzare cavi verdi dal microcontrollore al driver del motore, cavi rossi per l'alimentazione, cavi neri per GND e cavi blu dal driver del motore ai motori.

Passaggio 8: programma

Collega il microcontrollore a un computer e programmalo. Inizia in modo semplice e non sopraffarti. Inizia con qualcosa di semplice come far avanzare il robot. Puoi farlo girare? Tornare indietro? Girare in tondo? Attenzione, la programmazione richiede molta pazienza e di solito richiede più tempo. Fare riferimento al grafico sopra.

Tocca a voi!

Passaggio 9: allegati

Ora che hai impostato un semplice robot, è il momento di aggiungere alcune funzionalità extra. Collega un sensore a ultrasuoni per consentire al robot di evitare gli ostacoli. O un servomotore, con qualcosa di interessante in cima. O alcuni LED lampeggianti per illuminare il bot. Ricorda, è il tuo robot, quindi tocca a te!

Passaggio 10: hai finito

Congratulazioni! Ora hai un robot funzionante! Per favore posta nei commenti se l'hai costruito e quali allegati hai aggiunto.

Se qualcosa va storto, fare riferimento alla guida alla risoluzione dei problemi di seguito:

Il robot non si accende per niente

Sai che il robot è acceso perché la maggior parte dei driver del motore e dei microcontrollori ha luci che indicano che sono accesi. Se non si accendono, allora:

• La batteria principale potrebbe essere scarica o scarica. Se stai utilizzando una batteria ricaricabile, ricaricala. Se utilizzi una batteria normale, sostituiscila.
• I fili potrebbero essere collegati male. Controlla le tue connessioni. Un singolo cavo fuori posto può interrompere l'alimentazione dell'intero robot.
• I fili potrebbero essere rotti. Sembra qualcosa che non ti aspetteresti di trovare, ma ho scoperto che i fili rotti sono in realtà piuttosto comuni. Cerca un isolamento rotto o sfilacciato, piccoli "aghi" di metallo che sporgono dalle prese dei cavi (quando il perno all'estremità del cavo si stacca e si blocca) o i fili divisi.
• Potrebbe esserci un problema con il driver del motore o il microcontrollore. I difetti di fabbricazione possono impedire l'accensione dei sistemi. In tal caso, sostituire il microcontrollore o il driver del motore. Questa è l'ultima risorsa, perché i microcontrollori e in particolare i driver dei motori a volte possono essere piuttosto costosi.

Il robot si accende ma non si muove

Se hai confermato che il robot è acceso, ma non si muove affatto, allora:

• La fonte di alimentazione del motore potrebbe essere bassa o vuota. Sostituire la batteria. Nella mia esperienza, queste batterie si esauriscono abbastanza velocemente, perché ci vuole molta corrente per far funzionare i motori.
• Potrebbe esserci un problema di cablaggio. Guarda la sezione sopra e controlla se ci sono fili fuori posto o rotti.
• I motori potrebbero essere in cortocircuito o bruciati. Questo è abbastanza comune, quindi vale la pena cercarlo. Applicare l'alimentazione diretta ai motori e vedere se si muovono.
• Il driver del motore potrebbe essere danneggiato. Verificare la tensione alle uscite. Se la spia sul driver è spenta, è un chiaro segno di un'unità difettosa. ASSICURARSI DI CONTROLLARE TUTTO IL RESTO! A parte il telaio, il driver del motore è in genere il pezzo più costoso di un robot.
• Potrebbe esserci un problema di programmazione. Per me questo è il problema più comune. Nel linguaggio C con distinzione tra maiuscole e minuscole (usato in Arduino), un singolo errore può rovinare l'intero programma. Anche Python (il linguaggio del Raspberry Pi) può avere alcuni problemi.
• Il microcontrollore potrebbe essere danneggiato. A volte, il segnale logico non raggiunge nemmeno il driver del motore (c'è un motivo per non saltare direttamente alla conclusione di un cattivo driver). In tal caso, basta sostituirlo.

Il robot si accende ma si muove in modo anomalo

Se il robot si accende, ma inizia a muoversi in modo non intenzionale (ad esempio, gira in tondo quando dovrebbe andare avanti), allora:

• Probabilmente c'è un problema di cablaggio. VERIFICA PRIMA QUESTO! Ti sei ricordato di cablare un lato invertito?
• Potrebbe esserci un errore di programmazione. Controlla il tuo codice per problemi.
• A volte, un microcontrollore danneggiato può impazzire, inviando ripetutamente segnali casuali. Se un microcontrollore fa questo, non preoccuparti di provare a risolverlo. È un chiaro segno di un chip danneggiato in modo irreparabile, quindi vai avanti e sostituisci il tutto. Credimi, quei chip sono fatti da robot in un laboratorio. Semplicemente non possono essere riparati dagli umani.
• Un motore potrebbe essere danneggiato. Se un motore non è in funzione o funziona a una velocità inferiore, il robot si "sposterà" lentamente su un lato mentre si muove. Ci sono tre modi per risolverlo. Se puoi, aumenta la tensione a quel motore specifico per portarlo alla stessa velocità di tutti gli altri. In caso contrario, prova a posizionare i resistori su tutti i motori tranne quello danneggiato. Questo rallenta gli altri motori alla velocità di quello danneggiato. Alla fine, potresti semplicemente sostituirlo. I motoriduttori dei robot tendono ad essere piuttosto economici, di solito a 2-3 dollari. Confrontalo con un automobilista, che può essere ovunque tra i 10-200 dollari.

Se il robot non risponde ai sensori

Se il robot si accende e si muove in modo normale, ma non "ascolta" i sensori o non risponde nel modo giusto, è quasi sempre una delle due cose.

• Probabilmente c'è un errore di programmazione. I sensori devono essere accuratamente calibrati e programmati. Una volta ho fatto girare un robot in modo incontrollabile, solo per scoprire che l'ho impostato accidentalmente per girare quando vede qualcosa entro 100 metri invece di 100 centimetri. Vedeva costantemente i muri, facendolo girare costantemente.
• L'altro problema più comune è il cablaggio difettoso. Anche un filo mancante può rendere il sensore non funzionante.

Per qualsiasi altro aiuto, consulta le sezioni precedenti o cerca su Google il problema specifico che hai. Inoltre, puoi contattarmi all'indirizzo [email protected] se hai domande.

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