Robot Line Follower per l'insegnamento degli algoritmi di controllo: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ho progettato questo robot line follower alcuni anni fa quando ero un insegnante di robotica. L'obiettivo di questo progetto era insegnare ai miei studenti come codificare un robot che segue la linea per una competizione e anche confrontare tra If/Else e il controllo PID. E non ultimo, come la meccanica e la lunghezza del robot influiscano su questi algoritmi di controllo. L'obiettivo era renderlo più veloce e affidabile.

L'ho realizzato per essere programmato con l'IDE Arduino, ma è anche possibile utilizzare l'IDE di sviluppo che preferisci. Ha un potente PIC32 con un bootloader USB, quindi non hai bisogno di un programmatore. Ha anche un interruttore ON/OFF, un pulsante di reset e un pulsante di avvio/programma. I LED sono collegati al segnale PWM dei motori, così puoi vedere facilmente la potenza che stai applicando.

Il robot è completamente modulare per la sperimentazione e facile da riparare in caso di incidente con esso. Ciò rende questo robot lo strumento perfetto per imparare a programmare in modo molto divertente. I miei studenti lo usavano da molto tempo e ogni volta imparavano qualcosa di nuovo, persino il controllo PID. Per non parlare del fatto che la barra del sensore utilizza un algoritmo per restituire un valore intero, negativo il robot è a sinistra, positivo a destra e cero è al centro della linea.

Forniture

2x 6V Micro motoriduttori in metallo con staffe di supporto estese (qualsiasi rapporto di trasmissione va bene, i miei sono 10:1)

1x scheda sensore di linea

1x unità di controllo principale

1x 20 tramite cavo piatto, distanza 1 mm. Il mio è lungo 20 cm.

1x linker acrilico (tagliato in acrilico trasparente da 3 mm)

1x sfera caster 1/8 (la mia è in metallo)

2x Ruota in gomma, diametro 3 cm.

1x batteria Lipo. Puoi alimentare il robot fino a 10v, ma tieni presente che i motori sono classificati per 6v.

Alcune viti e dadi M2 per fissare tutto insieme.

Se desideri creare il tuo, i file di progettazione, gli schemi e tutto ciò che serve per costruirlo sono allegati al passaggio successivo.

Passaggio 1: l'hardware

Come puoi vedere nelle immagini, tutti i componenti sono SMD, è l'occasione perfetta per esercitare le tue abilità di saldatura. Questo robot è stato saldato da 3 dei miei studenti, quindi puoi farlo senza problemi. Tutti i file di progettazione sono allegati, puoi vedere i file con EAGLE. I Gerber sono inclusi anche se si desidera collegare le schede al proprio produttore di PCB preferito.

Le due tavole sono unite insieme con un pezzo acrilico, è incluso anche il modello tagliato al laser. Ho usato viti e dadi M2 per tenerlo in posizione. Anche il lanciatore di palline è posizionato qui. E se fai schiantare il robot, l'acrilico si rompe e protegge le schede dai danni, ideale per i test! Il cavo piatto viene utilizzato per effettuare il collegamento tra la CPU e la scheda del sensore. I motori si collegano facilmente tramite cavi alla scheda CPU.

Nota: il PIC utilizza un firmware personalizzato, è una versione modificata del firmware originale DP32. Puoi scaricare il firmware qui. Una connessione ICSP è inclusa nella parte inferiore della scheda CPU.

Passaggio 2: il software

Consiglio di utilizzare l'IDE Arduino per programmare il robot. Come ti ho detto prima, questo line follower è basato sul PIC32MX250 e lo rende compatibile con il chipKIT DP32. Hai solo bisogno di installare il pacchetto chipKIT sul gestore pacchetti sull'IDE Arduino e sei pronto per partire. Inoltre puoi programmarlo su MPLAB o sull'IDE che desideri, ma puoi imparare le basi su Arduino.

Il resto è come programmare qualsiasi altra scheda Arduino. Collega il robot al computer con un cavo micro USB e premi il pulsante del programma subito dopo aver premuto reset. Quindi invia lo schizzo con il pulsante di caricamento nell'IDE.

Ho incluso 3 schizzi in questo tutorial. Il primo testa l'array di sensori, il secondo è un follower di linea If/Else e l'ultimo è un follower di linea PID. Tutto funziona già, tuttavia sarà necessario regolare alcuni valori se si modifica il design. E sentiti anche libero di fare il tuo! Esistono modi migliori per eseguire l'algoritmo line follower, la sperimentazione è la chiave del successo.

Fase 3: Sperimentare

Questa è davvero la parte più importante, dovresti provare tutte le possibilità e trovare quella che funziona per te.

Sentiti libero di sperimentare ruote e materiali di diverso diametro. Modificare la lunghezza del robot modificando il giunto acrilico. Utilizzare un'altra batteria, anche con un voltaggio diverso. Può anche essere più piccolo o più grande. Forse un altro rapporto di trasmissione per i motori.

Modifica il software per utilizzare meno sensori o anche provare altri algoritmi, puoi essere sorpreso di quanto possono cambiare le prestazioni. O perché no, se sei un utente esperto fallo con MPLAB.

Il cielo è il limite!

Come ulteriore consiglio… L'ottimizzazione dei guadagni PID è un viaggio affascinante in cui è possibile apprendere gli effetti sul robot quando si segue la linea con diversi valori di Kp, Kd e Ki. Ore e ore di apprendimento garantite!!! I bambini non noteranno che stanno effettivamente usando la matematica per eseguire tutte le attività richieste.

Spero che ti piaccia questo istruibile, se hai bisogno di qualcosa chiedimi nei commenti. Grazie per la lettura:)