קיר DIY בעקבות הרובוט: 9 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

במדריך זה נסביר כיצד לתכנן מערכת זיהוי ומניעת מכשולים באמצעות GreenPAK ™ יחד עם כמה חיישנים חיצוניים קוליים ואינפרא אדומים (IR). עיצוב זה יציג כמה נושאים הנדרשים למערכות רובוטיות אוטונומיות וחכמות מלאכותיות.

להלן תיארנו את השלבים הדרושים כדי להבין כיצד הפתרון תוכנת ליצירת קיר בעקבות רובוט. עם זאת, אם אתה רק רוצה לקבל את תוצאת התכנות, הורד את תוכנת GreenPAK כדי לצפות בקובץ העיצוב GreenPAK שכבר הושלם. חבר את ערכת הפיתוח של GreenPAK למחשב שלך והקש על התוכנית כדי ליצור את הרובוט העוקב אחרי הקיר.

שלב 1: הצהרת בעיות

לאחרונה התחדש העניין בבינה מלאכותית, וחלק גדול מהעניין מכוון למכונות אוטונומיות וחכמות לחלוטין. רובוטים כאלה יכולים למזער את אחריות האדם ולהרחיב את האוטומציה לתחומים כמו שירותים אזרחיים והגנה. חוקרי AI מנסים להפוך שירותים כמו כיבוי אש, טיפול רפואי, ניהול אסונות וחובות הצלת חיים באמצעות כלי רכב רובוטיים אוטונומיים. אתגר אחד שעליו להתגבר על רכבים אלה הוא כיצד לזהות ולהימנע ממכשולים כמו הריסות, אש, מלכודות וכו '.

שלב 2: פרטי יישום

במדריך זה נשתמש בחיישן אולטראסוני, זוג חיישני זיהוי מכשולים IR, מעגל נהג מנוע (L298N), ארבעה מנועי DC, גלגלים, שלד מכונית בעל 4 גלגלים ושבב GreenPAK SLG46620V.

סיכת פלט דיגיטלית של בקר GreenPAK משמשת להפעלת החיישן הקולי (aka sonar), וסיכת קלט דיגיטלית משמשת לאיסוף ההד המתקבל מהמכשולים קדימה לניתוח. הפלט של חיישן זיהוי המכשולים ה- IR נצפה גם הוא. לאחר יישום מערכת תנאים, אם מכשול קרוב מדי, המנועים (המחוברים לכל אחד מ -4 הגלגלים) מותאמים כדי להימנע מהתנגשות.

שלב 3: הסבר

הרובוט להימנע ממכשולים אוטונומיים חייב להיות מסוגל הן לזהות מכשולים והן להימנע מהתנגשויות. תכנון רובוט כזה דורש שילוב של חיישנים שונים, כגון חיישני בליטה, חיישני אינפרא אדום, חיישנים אולטראסוניים וכו 'על ידי הרכבת חיישנים אלה על הרובוט, הוא יכול לקבל מידע על האזור שמסביב. חיישן קולי מתאים לאיתור מכשולים עבור רובוט אוטונומי הנמצא באיטיות, מכיוון שיש לו עלות נמוכה וטווח גבוה יחסית.

חיישן קולי מזהה אובייקטים על ידי פליטת פרץ אולטרסוני קצר ואז האזנה להד. תחת שליטה של מיקרו -בקר מארח, החיישן פולט דופק קצר של 40 קילוהרץ. דופק זה עובר באוויר עד שהוא פוגע באובייקט ואז מוחזר בחזרה לחיישן. החיישן מספק אות פלט למארח המסתיים עם זיהוי ההד. בדרך זו, רוחב הדופק המוחזר משמש לחישוב המרחק לאובייקט.

רכב רובוטי להימנעות מכשולים זה משתמש בחיישן אולטרסוני כדי לזהות עצמים הנמצאים בדרכו. המנועים מחוברים באמצעות IC נהג מנוע ל- GreenPAK. החיישן הקולי מחובר לחלקו הקדמי של הרובוט, ושני חיישני זיהוי מכשולי ה- IR מחוברים בצד שמאל וימין של הרובוט כדי לזהות מכשולים צדדיים.

כשהרובוט נע במסלול הרצוי, החיישן האולטראסוני משדר ברציפות גלי אולטרסאונד. בכל פעם שמכשול נמצא מול הרובוט, הגלים האולטראסוניים מוחזרים לאחור מהמכשול, ומידע זה מועבר ל- GreenPAK. במקביל, חיישני ה- IR פולטים ומקבלים גלי IR. לאחר פרשנות הכניסות מחיישני האולטראסוני והחיישן, ה- GreenPAK שולט במנועים לכל אחד מארבעת הגלגלים.

שלב 4: תיאור אלגוריתם

בעת ההפעלה, ארבעת המנועים מופעלים בו זמנית וגורמים לרובוט להתקדם. לאחר מכן, החיישן הקולי שולח פולסים מחזית הרובוט במרווחי זמן קבועים. אם קיים מכשול, פעימות הקול משתקפות ומזוהות על ידי החיישן. השתקפות הפולסים תלויה במצב הפיזי של המכשול: אם צורתו אינה סדירה, הפולסים המוחזרים יהיו פחותים; אם הוא אחיד, אז רוב הפעימות המועברות יבואו לידי ביטוי. ההשתקפות תלויה גם בכיוון המכשול. אם הוא מוטה מעט, או ממוקם במקביל לחיישן, אז רוב גלי הקול יעברו ללא שיקוף.

כאשר מזוהה מכשול מול הרובוט, אז תפוקות הצד מחיישני ה- IR נצפות. אם מתגלה מכשול בצד ימין, צמיגי הצד השמאלי של הרובוט מושבתים, מה שגורם לו לפנות לכיוון שמאל, ולהיפך. אם מכשול לא מזוהה, האלגוריתם חוזר על עצמו. תרשים הזרימה מוצג באיור 2.

שלב 5: חיישן אולטרסאונד HC-SR04

חיישן קולי הוא מכשיר שיכול למדוד את המרחק לאובייקט באמצעות גלי קול. הוא מודד מרחק על ידי שליחת גל קול בתדר ספציפי והאזנה לגל הקול ההוא שיחזור אחורה. על ידי רישום הזמן שחלף בין גל הקול שנוצר לבין גל הקול החוזר אחורה, אפשר לחשב את המרחק בין חיישן הסונאר לאובייקט. צליל עובר באוויר במהירות של כ- 344 מ '/שניות, כך שתוכל לחשב את המרחק לאובייקט באמצעות פורמולה 1.

חיישן האולטרסוני HC-SR04 מורכב מארבעה סיכות: Vdd, GND, Trigger ו- Echo. בכל פעם שדופק מהבקר מופעל על סיכה ההדק, החיישן פולט גל אולטרסאונד מ"רמקול ". גלים המוחזרים מזוהים על ידי "המקלט", ומועברים חזרה לבקר באמצעות סיכת הד. ככל שהמרחק בין החיישן למכשול ארוך יותר, כך הדופק בסיכת ההד יהיה ארוך יותר. הדופק נשאר דולק למשך הזמן שלוקח לדופק הסונאר לעבור מהחיישן ולחזור חזרה, מחולק לשניים. כאשר הסונאר מופעל, טיימר פנימי מתחיל ונמשך עד לזיהוי הגל המוחזר. הזמן הזה מחולק אז לשניים מכיוון שהזמן בפועל שלקח לגל הקול להגיע למכשול היה חצי מהזמן בו הפעיל הטיימר.

פעולתו של החיישן האולטראסוני מוצגת באיור 4.

על מנת ליצור את הדופק הקולי, עליך להגדיר את ההדק למצב HIGH למשך 10μs. זה ישלח פרץ קולי של 8 מחזורים, שישקף מכל מכשול מול המכשיר ויתקבל על ידי החיישן. סיכת הד יפיק את הזמן (במיקרו שניות) שגל הקול עבר.

שלב 6: מודול חיישן זיהוי מכשולים אינפרא אדום

בדומה לחיישן האולטרסאונד, התפיסה הבסיסית של זיהוי מכשולים אינפרא אדום (IR) היא העברת אות IR (בצורה של קרינה) והתבוננות בהשתקפותו. מודול חיישן ה- IR מוצג באיור 6.

מאפיינים

• על לוח המעגלים יש נורית מחוון מכשולים
• אות פלט דיגיטלי
• מרחק גילוי: 2 ~ 30 ס"מ
• זווית זיהוי: 35 °
• שבב השוואה: LM393
• טווח מרחק זיהוי מתכוונן באמצעות פוטנציומטר:

○ עם כיוון השעון: הגדל את מרחק הזיהוי

○ נגד כיוון השעון: הפחת את מרחק הזיהוי

מפרטים

• מתח עבודה: 3 - 5 V DC
• סוג פלט: פלט מיתוג דיגיטלי (0 ו -1)
• חורי בורג 3 מ"מ להתקנה קלה
• גודל הלוח: 3.2 x 1.4 ס"מ

תיאור מחוון הבקרה המתואר בטבלה 1.

שלב 7: מעגל נהג מנוע L298N

מעגל נהג המנוע, או H-Bridge, משמש לשליטה על המהירות והכיוון של מנועי DC. יש לו שני כניסות שחייבות להיות מחוברות למקור מתח DC נפרד (מנועים שואבים זרם כבד ואי אפשר לספק אותם ישירות מהבקר), שתי מערכות יציאות לכל מנוע (חיובי ושלילי), שני סיכות הפעלה לכל אחת סט יציאות, ושתי מערכות סיכות לבקרת הכיוון של כל שקע מנוע (שני סיכות לכל מנוע). אם לשני הסיכות השמאליות ביותר ניתנות רמות לוגיות HIGH עבור סיכה אחת ו- LOW עבור השנייה, המנוע המחובר לשקע השמאלי יסתובב בכיוון אחד, ואם רצף ההיגיון יהיה הפוך (LOW ו- HIGH) המנועים יסתובבו בכיוון ההפוך. אותו דבר לגבי הפינים הימניים ביותר ומנוע השקע הימני. אם לשתי הסיכות בזוג ניתנות רמות לוגיות HIGH או LOW, המנועים יפסיקו.

נהג מנוע דו-כיווני זה מבוסס על ה- L298 כפול H-Bridge נהג מנוע פופולרי מאוד. מודול זה מאפשר לך לשלוט בקלות ובעצמאות בשני מנועים לשני הכיוונים. הוא משתמש באותות ההיגיון הסטנדרטיים לשליטה, והוא יכול להניע מנועי צעד דו-פאזיים, מנועי צעד ארבעה פאזיים ומנועי DC דו-פאזיים. יש לו קבל מסנן ודיודה מהירה המגנה על התקנים במעגל מפני פגיעה בזרם הפוך של עומס אינדוקטיבי, המשפרים את האמינות. ל- L298 מתח נהג של 5-35 וולט ורמת לוגיקה של 5 וולט.

תפקודו של נהג המנוע מתואר בטבלה 2.

תרשים החסימה המציג את החיבורים בין החיישן האולטראסוני, נהג המנוע ושבב ה- GPAK מוצג באיור 8.

שלב 8: עיצוב GreenPAK

במטריקס 0, קלט ההדק של החיישן נוצר באמצעות CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 והמתנד. קלט סיכת ההד של החיישן הקולי נקרא באמצעות Pin3. שלוש כניסות מוחלות ב- LUT0 של 3 סיביות: אחת מהד, אחרת מהטריגר ושלישית היא קלט ההדק שעוכב ב -30 מאיתנו. הפלט מטבלת חיפוש זו משמש במטריצה 1. הפלט מחיישני ה- IR נלקח גם במטריקס 0.

במטריקס 1, יציאות P1 ו- P6 אוורדות יחד ומחוברות ל- Pin17, המחובר ל- Pin1 של נהג המנוע. Pin18 תמיד נמצא בהיגיון LOW ומחובר ל- Pin2 של נהג המנוע. באופן דומה, יציאות P2 ו- P7 מחוברות יחד ומחוברות ל- Pin20 של GreenPAK, המחובר ל- P3 במעגל נהג המנוע. Pin19 מחובר ל- Pin4 של נהג המנוע ותמיד נמצא בהיגיון LOW.

כאשר סיכת ההד גבוהה, המשמעות היא שחפץ נמצא מול הרובוט. לאחר מכן הרובוט בודק אם יש מכשולים שמאל וימין מחיישני ה- IR. אם מכשול קיים גם בצד ימין של הרובוט, אז הוא פונה שמאלה, ואם מכשול נמצא בצד שמאל, אז הוא פונה ימינה. בדרך זו, הרובוט נמנע ממכשולים ונע ללא התנגשות.

סיכום

במדריך זה, יצרנו מכשיר אוטומטי פשוט לגילוי מכשולים והימנעות באמצעות GreenPAK SLG46620V כרכיב השליטה העיקרי. עם כמה מעגלים נוספים, ניתן לשפר עיצוב זה לביצוע משימות אחרות כגון מציאת נתיב לנקודה מסוימת, אלגוריתם לפתרון מבוך, קו בעקבות אלגוריתם וכו '.

שלב 9: תמונות חומרה