Robotic Rover: 10 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Xin chào, tôi là Proxy303, một chuyên gia về rô bốt. Trong hướng dẫn này, tôi sẽ dạy bạn cách chế tạo rô bốt của riêng bạn giống như rô bốt của tôi.

Tôi không nói về một trong những chiếc ô tô điều khiển từ xa được tôn vinh quá mức mà mọi người gọi là rô bốt. Một trong những định nghĩa về robot là nó không thể điều khiển từ xa. Robot bạn sẽ chế tạo hôm nay là robot do bạn chế tạo, lắp dây và lập trình. Sau đó, nó tự trị. Điều đó có nghĩa là nó không được kiểm soát bên ngoài. Nó tự kiểm soát. Sau khi được xây dựng và lập trình, robot tự làm mọi thứ khác.

Có năm thành phần chính của bất kỳ rô bốt nào:

• Khung gầm, là phần thân của rô bốt của bạn. Bạn có thể mua những sản phẩm này đã được lắp ráp sẵn trực tuyến hoặc bạn có thể tự làm từ một bộ hoặc từ đầu.
• Một bộ điều khiển vi mô, là "bộ não" của robot của bạn. Đây là một mạch đa năng có thể được lập trình để làm khá nhiều thứ.
• Một số động cơ cho phép robot của bạn di chuyển. Bạn không thể điều khiển động cơ một cách hiệu quả trực tiếp bằng bộ điều khiển vi mô, vì vậy bạn cần…
• Trình điều khiển động cơ, cho phép bạn điều khiển động cơ điện áp cao hơn với tín hiệu logic điện áp thấp.
• Một nguồn điện, cung cấp năng lượng cho mọi thứ. Đối với rô bốt di động hoặc rô bốt di chuyển xung quanh, hãy sử dụng pin. Nếu không, bạn có thể sử dụng mô-đun cấp nguồn, giống như mô-đun từ máy tính.

Quân nhu

Bạn sẽ cần:

• Khung robot (tôi đề xuất Actobotics Runt Rover Whippersnapper, vì nó có rất nhiều khía cạnh tốt, như giá gắn bộ điều khiển vi mô đa năng, hoặc giá gắn cảm biến, hoặc thực tế là mọi thứ đều khớp với nhau.) Bất kỳ vật liệu nào cũng hoạt động, vì vậy hãy thử nhựa, gỗ, hoặc thậm chí cả bìa cứng. Hãy cẩn thận khi sử dụng kim loại, vì nó có thể làm chập các mối hàn dưới bảng mạch, nhưng nếu bạn biết mình đang làm gì, hãy tiếp tục và thử. Khung rô-bốt có thể khá đắt, có thể từ 15 đến vài trăm đô la.
• Bộ điều khiển vi mô (tôi đã sử dụng Arduino Mega 2560, nhưng Raspberry Pi cũng hoạt động tốt.) Bạn có thể mua chúng tại các cửa hàng điện tử, cửa hàng bán đồ chơi, trực tuyến hoặc bất kỳ nơi nào khác bán các bộ phận của robot. Mặc dù chúng là một trong những bộ phận quan trọng nhất của robot, nhưng chúng thực sự khá rẻ, khoảng 10-40 đô la.
• Một trình điều khiển động cơ (Tôi đã sử dụng trình điều khiển động cơ kép L298N) Những thứ này có thể khá đắt tiền, vì vậy hãy xử lý cẩn thận. Những chàng trai hư này được thiết kế để bơm nhiều năng lượng vào động cơ, và do đó chúng nóng lên rất nhiều. Đảm bảo rằng cái bạn mua có một bộ tản nhiệt hoặc nếu nó không có, hãy dán một cái vào. Bạn chắc chắn không muốn bộ điều khiển động cơ quá nóng và bị hỏng, khiến bạn mất từ 20 đến vài trăm đô la cho một chiếc mới.
• Một vài dây breadboard. Không cần giải thích nhiều ở đây, bởi vì bạn có thể tìm thấy những thứ này ở bất cứ đâu.
• Một số dây M-F DuPont. Thay vì dây breadboard, có "kim" bằng kim loại ở cả hai đầu, chúng có "kim" ở một đầu và ổ cắm ở đầu kia.
• Một số ít các vít lắp. Một lần nữa, không cần giải thích nhiều. Nhận vít đầu Phillips nhỏ, kích thước tiêu chuẩn.
• Nguồn điện chính để cung cấp năng lượng cho bộ điều khiển vi mô (Bạn có thể tìm thấy các loại pin lithium-ion có thể sạc lại khá rẻ trên mạng. Tôi thường sử dụng bộ sạc dự phòng để sạc điện thoại.)
• Nguồn động cơ (6 pin AA sẽ hoạt động tốt cho việc này, nhưng bạn có thể sử dụng nguồn điện khác nếu muốn. ĐỪNG sử dụng pin 9V; chúng chỉ đơn giản là không có dòng điện cho việc này. Giữ lưu ý rằng chúng được thiết kế để chạy máy dò khói chứ không phải rô bốt.) Nếu có thể, hãy cố gắng lấy nguồn điện có thể sạc lại. Nó đắt hơn một chút lúc đầu, nhưng hãy tin tôi. Nếu bạn sử dụng pin sử dụng một lần, bạn sẽ thấy mình sử dụng chúng rất nhanh và chi phí của nhiều loại pin đó nhanh chóng vượt quá chi phí của một số loại có thể sạc lại được.

Bạn có thể muốn:

• Một cảm biến siêu âm. Cho phép robot của bạn nhìn thấy các vật thể ở phía trước nó.
• Một số động cơ servo. Thay vì quay liên tục, những động cơ hữu ích này có thể được lập trình để di chuyển đến một góc cụ thể và ở đó.
• Một số ít đèn LED. Không cần giải thích. Bạn đặt điện vào, chúng sáng lên. Đơn giản.
• Hoặc bất kỳ tệp đính kèm nào khác. Tại sao không thêm một cánh tay robot? Hoặc một số cảm biến khác?

Bước 1: Xây dựng khung gầm robot

Lắp ráp khung robot bạn đã mua. Đảm bảo mọi thứ được lắp ráp đúng cách.

Với Runt Rover Whippersnapper, mọi thứ chỉ hòa vào nhau. Nếu khung máy của bạn được giữ với nhau bằng vít, thì hãy đảm bảo rằng chúng chặt chẽ và bot của bạn chắc chắn. Tin tôi đi, không có gì tệ hơn khi dự án của bạn đổ bể vì bạn - đôi khi theo đúng nghĩa đen! Ngoài ra, hãy đảm bảo rằng có chỗ bên trong khung máy. Hãy tưởng tượng mua tất cả mọi thứ, chi hơn 70 đô la, chỉ để thấy rằng một trong những thành phần chính của bạn không vừa với bot!

Ngoài ra, hãy đảm bảo rằng các động cơ được gắn đúng cách và có thể quay tự do. Đôi khi, một phần của khung xe nhô ra có thể chặn các động cơ, vì vậy hãy đảm bảo rằng không có gì có thể ngăn động cơ quay.

Bước 2: Đi dây cơ bản

Kết nối song song các động cơ bên trái với nhau. Làm tương tự đối với các động cơ phù hợp. Đảm bảo rằng các dây màu đỏ bên trái được nhóm với các dây đen bên trái và tương tự đối với bên phải. Kết nối dây màu đỏ với cả hai dây màu ĐỎ của phía bên phải. Kết nối một dây màu đỏ khác với cả hai dây ĐEN của phía bên trái (tôi biết, nó có vẻ ngược ở phía bên trái, nhưng điều này là để phù hợp với thực tế là các động cơ phía đối diện quay theo hướng ngược lại.) Lặp lại cho các dây màu đen. Đảm bảo giữ các dây cho các bên được nhóm lại với nhau. Ngoài ra, hãy đảm bảo rằng các động cơ bên TRÁI được đảo ngược so với cách bạn đấu dây bình thường.

Bước 3: Kết nối Trình điều khiển động cơ

Trước khi bạn sử dụng một trình điều khiển động cơ, bạn CẦN phải biết nó hoạt động như thế nào. NẾU BẠN KẾT NỐI SAI, BẠN CÓ THỂ HỎI BỘ ĐIỀU KHIỂN VI MÔ VÀ / HOẶC BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ!

Trình điều khiển động cơ là một loại bộ điều khiển mạch cách ly, có nghĩa là không có kết nối vật lý giữa vùng công suất động cơ và vùng điều khiển logic. Hầu hết những cái tốt được thiết kế để tránh bất kỳ sự rò rỉ điện nào vào bộ điều khiển vi mô (có thể làm hỏng hoặc phá hủy nó.) Ngoài ra, hầu hết những cái tốt thường có giá ít nhất là 15 đô la, vì vậy nếu bạn phát hiện một chiếc 2 đô la trực tuyến, đừng mua nó! Cá nhân tôi đã tìm thấy một chiếc như vậy, và chỉ như một cuộc kiểm tra, tôi đã dán một tấm tản nhiệt vào nó và nối nó lên. Người bán cho biết trình điều khiển được đánh giá cho 12V. Tôi kết nối nó với 9V, và nó bắt đầu hút. Hóa ra, con chip họ sử dụng chỉ được đánh giá 3V!

Một trình điều khiển động cơ có 2 khu vực đầu vào: Đầu vào nguồn và đầu vào logic. Nó cũng có hai khu vực đầu ra: bên phải và bên trái. Dưới đây là tất cả các ghim và những gì chúng làm:

• Các đầu vào logic:

  • Chúng lấy tín hiệu logic 3.3v và sử dụng nó để điều khiển động cơ. Không bao giờ kết nối điện áp cao với các chân này.
  • Kết nối chúng với các đầu ra logic kỹ thuật số trên bộ điều khiển vi mô.

• Các đầu vào nguồn:

  • Pin Nguồn vào, được sử dụng để cấp nguồn cho động cơ. Lượng điện bạn đưa vào ở đây là lượng điện mà trình điều khiển sẽ bơm vào động cơ.
  • Chân GND, được sử dụng như một kết nối nối đất chung. Được sử dụng cả cho nguồn và như trở lại cho các đầu vào logic. Chân GND thường được nối dây với điốt, để ngăn rò rỉ điện vào chân logic và chân nguồn.
  • Chân 5V, được sử dụng để cấp nguồn cho một số loại động cơ. Nó ĐẦU RA 5 volt, vì vậy đừng nhầm nó với một đầu vào điện. Tất cả những gì chỉ cần một lần bật nguồn vào sai chân cắm trên bộ điều khiển vi mô của bạn để phá hủy nó một cách âm thầm và ngay lập tức.

• Kết quả đầu ra:

  • 1A và 1B, cho một động cơ hoặc một bộ động cơ.
  • 2A và 2B, đối với động cơ hoặc bộ khác của chúng.

Trình điều khiển động cơ cho phép bạn điều khiển động cơ điện áp cao với tín hiệu logic điện áp thấp. Lý do có hai đầu vào cho mỗi động cơ là để bạn cũng có thể điều khiển hướng.

Kết nối đầu ra 1A và 1B của trình điều khiển động cơ của bạn với động cơ bên phải. Kết nối đầu ra 2A và 2B với động cơ bên trái (Hãy nhớ! PHẦN THƯỞNG!)

Lắp pin động cơ vào đâu đó bên trong khung rô-bốt của bạn và kết nối nó với đầu vào nguồn của trình điều khiển động cơ của bạn, với đầu vào + với nguồn và - với GND.

Nếu bạn đang sử dụng một mô-đun được lắp ráp sẵn, thì bạn đã tốt.

Nếu bạn chỉ đang sử dụng một vi mạch, hãy đảm bảo rằng nó được nối dây đúng cách và hãy chắc chắn đặt một bộ tản nhiệt vào nó! Những con chip này nóng lên rất nhiều, đó là lý do tại sao hầu hết các trình điều khiển tốt đều có tản nhiệt.

Bước 4: Gắn bộ điều khiển Micro

Gắn bộ điều khiển vi mô của bạn vào rô bốt. Tôi đã sử dụng Arduino Uno Rev3. Kết nối bốn đầu ra kỹ thuật số của bộ điều khiển vi mô với đầu vào logic của trình điều khiển động cơ. Kết nối chân nối đất của bộ điều khiển vi mô với khe cắm GND của trình điều khiển động cơ. Không kết nối chân 5V trên trình điều khiển động cơ với bộ điều khiển vi mô! Điều này được sử dụng để cấp nguồn cho một số loại động cơ nhất định, không phải như một đầu vào điện và chắc chắn không phải cho bộ điều khiển vi mô. Nếu bạn làm điều này, bạn có thể làm hỏng bộ điều khiển vi mô. Bạn chỉ nên kết nối các chân logic và chân nối đất chung trên trình điều khiển động cơ với bộ điều khiển vi mô.

Các kết nối này được sử dụng để điều khiển động cơ, sử dụng các đầu vào logic của trình điều khiển.

Bước 5: Đảm bảo mọi thứ đều tốt

Quay lại và đảm bảo rằng mọi thứ đều tốt. Kiểm tra hệ thống dây điện của bạn, đảm bảo rằng các động cơ bên trái được kết nối ngược, đảm bảo đầu ra 5V của bạn trên bộ điều khiển vi mô không được kết nối với đầu ra 5V trên trình điều khiển động cơ và kiểm tra bất kỳ vấn đề nào khác. Hãy chắc chắn rằng tất cả các vít của bạn đã được vặn chặt, dây của bạn đã được cắm vào, động cơ của bạn không bị tắc và không có dây nào bị đứt.

Nếu mọi thứ đều tốt, thì hãy chuyển sang bước tiếp theo.

Bước 6: Lắp pin

Lắp pin vào khung robot. Nếu chúng rơi ra ngoài, chúng có thể làm chậm hoặc dừng robot của bạn, vì vậy hãy đảm bảo cố định chúng bên trong khung. Sử dụng giá treo, một ít keo dán hoặc chỉ cần dán chúng vào vị trí nếu bạn định lấy chúng ra thường xuyên. Ngoài ra, hãy đảm bảo kết nối pin của bạn tốt. Tôi đã từng có một con rô bốt không chịu di chuyển và tôi đã đi vòng quanh hàng giờ đồng hồ, kiểm tra chương trình của mình, tua lại các động cơ và không thể tìm ra vấn đề. Tôi thậm chí đã mua một bộ điều khiển vi mô mới, chỉ để thấy rằng một trong những dây dẫn đến pin động cơ của tôi đã bị lỏng bên trong khung máy. Đây là một ví dụ hoàn hảo tại sao bạn nên luôn kiểm tra các vấn đề khác trước khi thay thế một bộ phận!

Bước 7: Đính kèm mọi thứ

Sử dụng các vít lắp nhỏ để gắn mọi thứ một cách chắc chắn. Vặn bộ điều khiển động cơ và bộ điều khiển vi mô vào khung rô-bốt và đảm bảo rằng các động cơ được an toàn. Đảm bảo rằng breadboard cũng được gắn chắc chắn.

Sử dụng dây buộc zip hoặc các miếng băng dính nhỏ để sắp xếp các dây của bạn. Bạn không cần phải làm điều này, nhưng nó chắc chắn làm cho rô bốt trông đẹp hơn và giúp bạn dễ dàng theo dõi dây nào đi đến cái gì. Ngoài ra, nếu bạn không có dây buộc hoặc cần thay dây dễ dàng, bạn có thể nhóm chúng theo màu sắc. Ví dụ: bạn có thể sử dụng dây màu xanh lá cây từ bộ điều khiển vi mô đến trình điều khiển động cơ, dây màu đỏ cho nguồn, dây màu đen cho GND và dây màu xanh lam từ trình điều khiển động cơ đến động cơ.

Bước 8: Chương trình

Kết nối bộ điều khiển vi mô với máy tính và lập trình nó. Bắt đầu đơn giản, và đừng làm bản thân bị choáng ngợp. Bắt đầu bằng một việc đơn giản như làm cho rô bốt tiến về phía trước. Bạn có thể làm cho nó biến? Đi lùi? Quay trong vòng tròn? Hãy lưu ý, việc lập trình đòi hỏi rất nhiều kiên nhẫn và thường mất nhiều thời gian nhất. Tham khảo đồ thị trên.

Tuỳ bạn!

Bước 9: Tệp đính kèm

Bây giờ bạn đã thiết lập một robot đơn giản, đã đến lúc thêm một số tính năng bổ sung. Gắn cảm biến siêu âm để cho phép robot tránh chướng ngại vật. Hoặc một động cơ servo, với thứ gì đó mát mẻ ở trên. Hoặc một số đèn LED nhấp nháy để làm sáng bot. Hãy nhớ rằng, đó là rô-bốt của bạn, vì vậy tùy thuộc vào bạn!

Bước 10: Bạn đã hoàn tất

Chúc mừng! Bây giờ bạn có một robot đang hoạt động! Vui lòng đăng nhận xét nếu bạn đã xây dựng nó và bạn đã thêm các tệp đính kèm nào.

Nếu có gì sai, vui lòng tham khảo trợ giúp khắc phục sự cố bên dưới:

Robot hoàn toàn không bật

Bạn biết rằng rô bốt đang bật vì hầu hết các trình điều khiển động cơ và bộ điều khiển vi mô đều có đèn cho biết chúng đang bật. Nếu chúng không bật, thì:

• Pin chính có thể sắp hết hoặc cạn kiệt. Nếu bạn đang sử dụng pin có thể sạc lại được, hãy sạc đầy pin. Nếu bạn đang sử dụng pin thông thường, hãy thay pin mới.
• Các dây có thể được kết nối sai. Kiểm tra kết nối của bạn. Chỉ một dây điện đặt sai vị trí có thể cắt điện cho toàn bộ robot.
• Các dây có thể bị đứt. Nó có vẻ như là thứ mà bạn sẽ không mong đợi để tìm thấy, nhưng tôi nhận thấy rằng những sợi dây bị đứt thực sự khá phổ biến. Tìm cách điện bị hỏng hoặc sờn, "kim" nhỏ bằng kim loại thò ra khỏi ổ cắm dây (khi chốt ở cuối dây bị bung ra và bị kẹt) hoặc dây bị tách ra.
• Có thể có sự cố với trình điều khiển động cơ hoặc bộ điều khiển vi mô. Các lỗi sản xuất có thể khiến hệ thống không bật. Trong trường hợp đó, hãy thay thế bộ điều khiển vi mô hoặc trình điều khiển động cơ. Đây là biện pháp cuối cùng, bởi vì các bộ điều khiển vi mô và đặc biệt là trình điều khiển động cơ đôi khi có thể khá đắt tiền.

Robot bật nhưng không di chuyển

Nếu bạn đã xác nhận rằng rô bốt đang bật, nhưng nó không di chuyển gì cả, thì:

• Nguồn điện động cơ có thể thấp hoặc trống. Thay pin. Theo kinh nghiệm của tôi, những loại pin này hết khá nhanh, bởi vì nó cần rất nhiều dòng điện để chạy động cơ.
• Có thể có vấn đề về hệ thống dây điện. Nhìn vào phần trên và kiểm tra các dây bị đặt sai vị trí hoặc bị đứt.
• Động cơ có thể bị chập hoặc cháy. Điều này là khá phổ biến, vì vậy nó đáng để tìm kiếm. Sử dụng nguồn điện trực tiếp cho các động cơ và xem chúng có chuyển động hay không.
• Trình điều khiển động cơ có thể bị hỏng. Kiểm tra điện áp ở đầu ra. Nếu đèn trên trình điều khiển tắt, đó là dấu hiệu rõ ràng của một bộ phận bị lỗi. CHẮC CHẮN KIỂM TRA MỌI THỨ! Ngoài khung xe, bộ điều khiển động cơ thường là phần đắt nhất của robot.
• Có thể có sự cố lập trình. Đối với tôi, đây là vấn đề phổ biến nhất. Trong ngôn ngữ phân biệt chữ hoa chữ thường của C (được sử dụng trong Arduino), một sai sót có thể làm hỏng toàn bộ chương trình của bạn. Python (ngôn ngữ của Raspberry Pi) cũng có thể có một số vấn đề.
• Bộ điều khiển vi mô có thể bị hỏng. Đôi khi, tín hiệu logic thậm chí không đến được trình điều khiển động cơ (có lý do để không chuyển ngay đến kết luận về trình điều khiển tồi). Trong trường hợp đó, chỉ cần thay thế nó.

Robot bật nhưng di chuyển theo cách bất thường

Nếu rô bốt bật, nhưng bắt đầu di chuyển theo cách không mong muốn (ví dụ: đi theo vòng tròn khi nó nên đi về phía trước), thì:

• Có thể có một vấn đề dây điện. KIỂM TRA ĐIỀU NÀY ĐẦU TIÊN! Bạn có nhớ để dây một bên bị đảo ngược?
• Có thể có một lỗi lập trình. Kiểm tra mã của bạn để tìm các vấn đề.
• Đôi khi, một bộ điều khiển vi mô bị hỏng có thể phát điên, liên tục gửi các tín hiệu ngẫu nhiên. Nếu một bộ điều khiển vi mô làm được điều này, thì đừng bận tâm đến việc sửa chữa nó. Đó là một dấu hiệu rõ ràng của một con chip bị hỏng không thể sửa chữa, vì vậy hãy tiếp tục và thay thế toàn bộ. Tin tôi đi, những con chip đó được tạo ra bởi robot trong phòng thí nghiệm. Chúng chỉ đơn giản là không thể được sửa chữa bởi con người.
• Một động cơ có thể bị hỏng. Nếu một động cơ không chạy hoặc đang chạy với tốc độ chậm hơn, thì rô bốt sẽ từ từ "trôi" sang một bên khi nó di chuyển. Có ba cách để giải quyết vấn đề này. Nếu bạn có thể, chỉ cần tăng điện áp cho động cơ cụ thể đó để đưa nó lên cùng tốc độ với tất cả các động cơ khác. Nếu không, hãy thử đặt điện trở trên tất cả các động cơ ngoại trừ động cơ bị hỏng. Điều này làm chậm các động cơ khác bằng tốc độ của động cơ bị hỏng. Cuối cùng, bạn chỉ có thể thay thế nó. Động cơ bánh răng robot có xu hướng khá rẻ, thường ở mức 2-3 đô la. So sánh với một trình điều khiển động cơ, có thể ở bất kỳ đâu trong khoảng 10-200 đô la.

Nếu rô bốt không phản hồi với các cảm biến

Nếu robot bật và di chuyển theo cách bình thường, nhưng không "lắng nghe" cảm biến hoặc không phản hồi theo đúng cách, hầu như luôn luôn là một trong hai điều.

• Có thể có một lỗi lập trình. Các cảm biến phải được hiệu chỉnh và lập trình cẩn thận. Tôi đã từng có một con rô bốt quay xung quanh một cách không kiểm soát, chỉ để thấy rằng tôi đã vô tình đặt nó quay khi nó nhìn thấy thứ gì đó trong phạm vi 100 mét thay vì 100 cm. Nó liên tục nhìn thấy các bức tường, khiến nó liên tục quay.
• Vấn đề phổ biến nhất khác là hệ thống dây điện không tốt. Ngay cả một dây bị thiếu cũng có thể làm cho cảm biến không hoạt động.

Đối với bất kỳ trợ giúp nào khác, hãy xem các phần trên hoặc google vấn đề cụ thể mà bạn gặp phải. Ngoài ra, bạn có thể liên hệ với tôi tại [email protected] nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào.

Hãy bình luận về nó!