Tạo Robot tự cân bằng Arduino được điều khiển từ xa: B-robot EVO: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Bởi jjrobotsjjrobots

Giới thiệu: Chúng tôi yêu thích robot, DIY và khoa học vui nhộn. JJROBOTS nhằm mục đích đưa các dự án robot mở đến gần hơn với mọi người bằng cách cung cấp phần cứng, tài liệu tốt, hướng dẫn xây dựng + mã, thông tin "cách nó hoạt động"… Thông tin thêm về jjrobots »

-------------------------------------------------

CẬP NHẬT: có một phiên bản mới và cải tiến của robot này ở đây: B-robot EVO, với các tính năng mới

-------------------------------------------------

Làm thế nào nó hoạt động?

B-ROBOT EVO là một robot arduino tự cân bằng được điều khiển từ xa được tạo ra với các bộ phận in 3D. Chỉ với hai bánh xe, B-ROBOT có thể giữ thăng bằng mọi lúc bằng cách sử dụng các cảm biến bên trong và điều khiển động cơ. Bạn có thể điều khiển Robot của mình, khiến nó di chuyển hoặc xoay tròn, bằng cách gửi lệnh qua Điện thoại thông minh, Máy tính bảng hoặc PC trong khi nó vẫn giữ thăng bằng.

Robot tự cân bằng này đọc các cảm biến quán tính (gia tốc kế và con quay hồi chuyển tích hợp trên chip MPU6000) 200 lần mỗi giây. Anh ta tính toán thái độ của mình (góc đối với đường chân trời) và so sánh góc này với góc mục tiêu (0º nếu anh ta muốn duy trì sự cân bằng mà không di chuyển, hoặc một góc dương hoặc âm nếu anh ta muốn tiến lên hoặc lùi lại). Bằng cách sử dụng chênh lệch giữa góc mục tiêu (giả sử là 0º) và góc thực tế (giả sử là 3º), anh ấy điều khiển Hệ thống điều khiển để gửi các lệnh phù hợp đến các động cơ để duy trì sự cân bằng của mình. Các lệnh cho động cơ là gia tốc. Ví dụ, nếu rô bốt nghiêng về phía trước (góc của rô bốt là 3º) thì anh ta sẽ gửi lệnh cho động cơ tăng tốc về phía trước cho đến khi góc này giảm xuống 0 để bảo toàn sự cân bằng.

Bước 1: Tìm hiểu sâu hơn một chút…

Vấn đề vật lý mà B-ROBOT giải quyết được gọi là Con lắc ngược. Đây cũng là cơ chế bạn cần để giữ thăng bằng một chiếc ô phía trên tay. Điểm trục nằm dưới khối tâm của vật. Thông tin thêm về Con lắc ngược tại đây. Giải pháp toán học cho vấn đề này không dễ dàng nhưng chúng tôi không cần phải hiểu nó để giải quyết vấn đề cân bằng của rô bốt của chúng tôi. Những gì chúng ta cần biết là phải làm như thế nào để khôi phục sự cân bằng của robot để chúng ta có thể triển khai Thuật toán điều khiển để giải quyết vấn đề.

Hệ thống điều khiển rất hữu ích trong Robotics (tự động hóa trong công nghiệp). Về cơ bản, nó là một mã nhận thông tin từ các cảm biến và lệnh mục tiêu làm đầu vào và tạo ra tín hiệu đầu ra để điều khiển các cơ cấu chấp hành của Robot (động cơ trong ví dụ của chúng ta) nhằm điều chỉnh hệ thống. Chúng tôi đang sử dụng bộ điều khiển PID (Tỷ lệ + Đạo hàm + Tích phân). Loại điều khiển này có 3 hằng số để điều chỉnh kP, kD, kI. Từ Wikipedia: “Bộ điều khiển PID tính toán giá trị" lỗi "là sự khác biệt giữa [Đầu vào] đo được và điểm đặt mong muốn. Bộ điều khiển cố gắng giảm thiểu lỗi bằng cách điều chỉnh [một Đầu ra].” Vì vậy, bạn cho PID biết cần đo gì (“Đầu vào”), nơi bạn muốn đo lường đó (“Điểm đặt”,) và biến bạn muốn điều chỉnh để điều đó xảy ra (“Đầu ra”.)

Sau đó PID sẽ điều chỉnh đầu ra để cố gắng làm cho đầu vào bằng với điểm đặt. Để tham khảo, một bồn chứa nước chúng ta muốn lấp đầy đến một mức, Đầu vào, Điểm đặt và Đầu ra sẽ là mức theo cảm biến mức nước, mức nước mong muốn và nước được bơm vào bồn. kP là phần Tỷ lệ và là phần chính của điều khiển, phần này tỷ lệ với sai số. kD là phần Đạo hàm và được áp dụng cho đạo hàm của sai số. Phần này phụ thuộc vào động lực học của hệ thống (phụ thuộc vào rô bốt, động cơ có trọng lượng, hệ thống trơ…). Điều cuối cùng, kI được áp dụng cho tích phân của lỗi và được sử dụng để giảm các lỗi ổn định, nó giống như một phần cắt trên đầu ra cuối cùng (hãy nghĩ đến các nút cắt trên vô lăng xe RC để làm cho xe đi thẳng hoàn toàn, kI loại bỏ phần bù giữa mục tiêu yêu cầu và giá trị thực).

Trên B-ROBOT, lệnh lái từ người dùng được thêm vào đầu ra động cơ (một động cơ có dấu dương và động cơ còn lại có dấu âm). Ví dụ, nếu người dùng gửi lệnh lái 6 để quay sang phải (từ -10 đến 10), chúng ta cần thêm 6 vào giá trị động cơ bên trái và trừ 6 cho động cơ bên phải. Nếu rô bốt không tiến hoặc lùi, kết quả của lệnh lái là rô bốt quay

Bước 2: Điều gì về Điều khiển từ xa?

"loading =" lười biếng"