DIY պատ ՝ հետևելով ռոբոտին. 9 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Այս Ուղեցույցում մենք կբացատրենք, թե ինչպես կարելի է նախագծել խոչընդոտների հայտնաբերման և խուսափման համակարգ ՝ օգտագործելով GreenPAK ™ ՝ մի քանի արտաքին ուլտրաձայնային և ինֆրակարմիր (IR) տվիչների հետ միասին: Այս դիզայնը կներկայացնի որոշ թեմաներ, որոնք պահանջվում են ինքնավար և արհեստականորեն խելացի ռոբոտային համակարգերի համար:

Ստորև մենք նկարագրեցինք այն քայլերը, որոնք անհրաժեշտ են հասկանալու համար, թե ինչպես է լուծումը ծրագրավորվել ՝ պատին հետևող ռոբոտին ստեղծելու համար: Այնուամենայնիվ, եթե դուք պարզապես ցանկանում եք ստանալ ծրագրավորման արդյունքը, ներբեռնեք GreenPAK ծրագիրը ՝ արդեն ավարտված GreenPAK դիզայնի ֆայլը դիտելու համար: Միացրեք GreenPAK զարգացման հավաքածուն ձեր համակարգչին և հարվածեք ծրագրին ՝ պատը հետևող ռոբոտին ստեղծելու համար:

Քայլ 1: Խնդրի հայտարարություն

Վերջերս արհեստական ինտելեկտի նկատմամբ հետաքրքրությունը վերականգնվել է, և այդ հետաքրքրության մեծ մասն ուղղված է լիովին ինքնավար և խելացի մեքենաներին: Նման ռոբոտները կարող են նվազագույնի հասցնել մարդու պատասխանատվությունը և ավտոմատացումը տարածել քաղաքացիական ծառայությունների և պաշտպանության ոլորտների վրա: Արհեստական ինտելեկտի հետազոտողները փորձում են ավտոմատացնել ռոբոտային մեքենաների միջոցով հրդեհաշիջման, բժշկական օգնության, աղետների կառավարման և փրկարարական աշխատանքների ավտոմատացման ծառայությունները: Այս մեքենաները պետք է հաղթահարեն այն խնդիրը, թե ինչպես հաջողությամբ հայտնաբերել և խուսափել խոչընդոտներից, ինչպիսիք են փլատակները, հրդեհը, որոգայթները և այլն:

Քայլ 2: Իրականացման մանրամասներ

Այս հրահանգում մենք կօգտագործենք ուլտրաձայնային տվիչ, զույգ IR խոչընդոտների հայտնաբերման սենսորներ, շարժիչով շարժիչի միացում (L298N), չորս DC շարժիչ, անիվներ, 4 անիվի մեքենայի կմախք և GreenPAK SLG46620V չիպ:

GreenPAK վերահսկիչի թվային ելքային քորոցն օգտագործվում է ուլտրաձայնային սենսոր (միաժամանակ սոնար) գործարկելու համար, իսկ թվային մուտքային քորոց ՝ վերլուծության համար առաջիկա խոչընդոտներից ստացված արձագանքը հավաքելու համար: Նաև դիտվում է IR խոչընդոտների հայտնաբերման տվիչի ելքը: Մի շարք պայմաններ կիրառելուց հետո, եթե խոչընդոտը շատ մոտ է, շարժիչները (միացված են 4 անիվներից յուրաքանչյուրին) կարգավորվում են բախումից խուսափելու համար:

Քայլ 3: Բացատրություն

Խոչընդոտներից խուսափող ինքնավար ռոբոտը պետք է կարողանա և՛ խոչընդոտներ հայտնաբերել, և՛ բախումներից խուսափել: Նման ռոբոտի ձևավորումը պահանջում է տարբեր սենսորների ինտեգրում, ինչպիսիք են հարվածների, ինֆրակարմիր տվիչների, ուլտրաձայնային տվիչների և այլն: Ուլտրաձայնային տվիչը հարմար է դանդաղ շարժվող ինքնավար ռոբոտի խոչընդոտների հայտնաբերման համար, քանի որ այն ունի ցածր գին և համեմատաբար բարձր տիրույթ:

Ուլտրաձայնային տվիչը հայտնաբերում է առարկաները ՝ արձակելով կարճ ուլտրաձայնային պայթյուն, այնուհետև ականջ դնելով արձագանքին: Հյուրընկալող միկրոկառավարիչի հսկողության ներքո սենսորը թողարկում է կարճ 40 կՀց հաճախական զարկերակ: Այս զարկերակն անցնում է օդի միջով, մինչև այն չի հարվածում առարկային, այնուհետև հետադարձվում դեպի սենսորը: Սենսորը տրամադրում է ելքային ազդանշան հյուրընկալողին, որն ավարտվում է, երբ արձագանքը հայտնաբերվում է: Այս կերպ, վերադարձված զարկերակի լայնությունը օգտագործվում է օբյեկտից հեռավորությունը հաշվարկելու համար:

Այս խոչընդոտներից խուսափող ռոբոտային մեքենան օգտագործում է ուլտրաձայնային տվիչ `իր ճանապարհին գտնվող օբյեկտները հայտնաբերելու համար: Շարժիչները շարժիչի վարորդի IC- ի միջոցով միացված են GreenPAK- ին: Ուլտրաձայնային սենսորը ամրացված է ռոբոտի առջևի մասում, իսկ IR խոչընդոտների հայտնաբերման երկու սենսորները ամրացված են ռոբոտի ձախ և աջ կողմերում `կողային խոչընդոտները հայտնաբերելու համար:

Երբ ռոբոտը շարժվում է ցանկալի ճանապարհով, ուլտրաձայնային տվիչը շարունակաբար փոխանցում է ուլտրաձայնային ալիքներ: Ամեն անգամ, երբ խոչընդոտը ռոբոտի առջև է, ուլտրաձայնային ալիքները հետ են արտացոլվում արգելքից, և այդ տեղեկատվությունը փոխանցվում է GreenPAK- ին: Միաժամանակ, IR սենսորները արտանետում և ընդունում են IR ալիքներ: Ուլտրաձայնային և IR սենսորների մուտքերը մեկնաբանելուց հետո GreenPAK- ը վերահսկում է չորս անիվներից յուրաքանչյուրի շարժիչները:

Քայլ 4: Ալգորիթմի նկարագրություն

Գործարկման ժամանակ չորս շարժիչները միացված են միաժամանակ, ինչը ստիպում է ռոբոտին առաջ շարժվել: Հաջորդը, ուլտրաձայնային սենսորը ռոբոտի առջևից պարբերաբար իմպուլսներ է ուղարկում: Եթե խոչընդոտ կա, ձայնային ազդակները արտացոլվում են և հայտնաբերվում սենսորի կողմից: Իմպուլսների արտացոլումը կախված է խոչընդոտի ֆիզիկական վիճակից. եթե այն միատեսակ է, ապա փոխանցվող իմպուլսների մեծ մասը կարտացոլվի: Արտացոլումը կախված է նաև խոչընդոտի ուղղությունից: Եթե այն փոքր -ինչ թեքված է, կամ տեղադրված է սենսորին զուգահեռ, ապա ձայնային ալիքների մեծ մասը կանցնի չանդրադարձված:

Երբ խոչընդոտ է հայտնաբերվում ռոբոտի առջև, ապա դիտվում են IR սենսորների կողային ելքերը: Եթե աջ կողմում որևէ խոչընդոտ է հայտնաբերվում, ռոբոտի ձախ կողմի անվադողերն անջատված են, ինչի արդյունքում այն թեքվում է դեպի ձախ և հակառակը: Եթե խոչընդոտ չի հայտնաբերվում, ապա ալգորիթմը կրկնվում է: Հոսքի դիագրամը ներկայացված է Նկար 2 -ում:

Քայլ 5. Ուլտրաձայնային տվիչ HC-SR04

Ուլտրաձայնային տվիչը մի սարք է, որը կարող է չափել հեռավորությունը առարկայից ՝ օգտագործելով ձայնային ալիքներ: Այն չափում է հեռավորությունը ՝ որոշակի հաճախականությամբ ձայնային ալիք ուղարկելով և լսելով, որ այդ ձայնային ալիքը հետ գա: Ձայնավոր ալիքի և հետ վերադարձվող ձայնային ալիքի միջև ընկած ժամանակի գրանցմամբ հնարավոր է հաշվարկել սոնարային տվիչի և առարկայի միջև հեռավորությունը: Ձայնը օդում անցնում է մոտ 344 մ/վ արագությամբ (1129 ֆտ/վրկ), այնպես որ կարող եք հաշվարկել բանաձևի հեռավորությունը ՝ օգտագործելով Ֆորմուլա 1 -ը:

HC-SR04 ուլտրաձայնային տվիչը բաղկացած է չորս կապից ՝ Vdd, GND, Trigger և Echo: Ամեն անգամ, երբ վերահսկիչից զարկերակը կիրառվում է Trigger pin- ի վրա, սենսորը «բարձրախոսից» ուլտրաձայնային ալիք է արձակում: Արտացոլված ալիքները հայտնաբերվում են «ընդունիչի» կողմից և Echo կապի միջոցով հետ են փոխանցվում վերահսկիչին: Որքան երկար լինի սենսորի և խոչընդոտի միջև հեռավորությունը, այնքան ավելի երկար կլինի Echo քորոցի զարկերակը: Theարկերակը մնում է այն ժամանակ, երբ սոնարային իմպուլսը տևում է սենսորից և հետ վերադառնալու համար ՝ բաժանված երկուսի: Երբ սոնարը գործարկվում է, ներքին ժամաչափը սկսվում և շարունակվում է մինչև արտացոլված ալիքի հայտնաբերումը: Այս ժամանակը այնուհետև բաժանվում է երկուսի, քանի որ ձայնային ալիքին խոչընդոտին հասնելու իրական ժամանակը ժամանակաչափի միացված ժամանակի կեսն էր:

Ուլտրաձայնային տվիչի աշխատանքը պատկերված է Նկար 4 -ում:

Ուլտրաձայնային զարկերակի առաջացման համար դուք պետք է ձգանը դնեք բարձր մակարդակի վրա 10μs: Դա կուղարկի 8 ցիկլի ձայնային պայթյուն, որը կանդրադառնա սարքի առջև կանգնած ցանկացած խոչընդոտից և կստանա սենսորը: Echo քորոցը կհանգեցնի ձայնային ալիքի անցած ժամանակը (միկրովայրկյաններով):

Քայլ 6. Ինֆրակարմիր խոչընդոտների հայտնաբերման սենսորային մոդուլ

Ուլտրաձայնային տվիչի նման, ինֆրակարմիր (IR) խոչընդոտների հայտնաբերման հիմնական հայեցակարգը IR ազդանշանի փոխանցումն է (ճառագայթման տեսքով) և դրա արտացոլումը դիտելը: IR սենսորային մոդուլը ներկայացված է Նկար 6 -ում:

Հատկություններ

• Տախտակի վրա կա խոչընդոտի ցուցիչ
• Թվային ելքային ազդանշան
• Հայտնաբերման հեռավորությունը `2 ~ 30 սմ
• Հայտնաբերման անկյուն ՝ 35 °
• Համեմատական չիպ `LM393
• Կարգավորելի հայտնաբերման հեռավորության տիրույթը պոտենցիոմետրի միջոցով.

○ ockամացույցի սլաքի ուղղությամբ. Բարձրացրեք հայտնաբերման հեռավորությունը

○ ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ. Նվազեցրեք հայտնաբերման հեռավորությունը

Տեխնիկական պայմաններ

• Աշխատանքային լարումը `3 - 5 V DC
• Ելքի տեսակը. Թվային անջատիչ ելք (0 և 1)
• 3 մմ պտուտակով անցքեր `հեշտ տեղադրման համար
• Տախտակի չափը `3,2 x 1,4 սմ

Վերահսկիչ ցուցիչի նկարագրությունը նկարագրված է Աղյուսակ 1 -ում:

Քայլ 7: L298N շարժիչային շարժիչի միացում

Շարժիչի վարորդի սխեման կամ H-Bridge- ը օգտագործվում է DC շարժիչների արագությունն ու ուղղությունը վերահսկելու համար: Այն ունի երկու մուտք, որոնք պետք է միացված լինեն առանձին հոսանքի աղբյուրին (շարժիչները քաշում են ծանր հոսանք և չեն կարող մատակարարվել անմիջապես վերահսկիչից), յուրաքանչյուր շարժիչի համար երկու ելք (դրական և բացասական), յուրաքանչյուրի համար `երկու միացման պին: ելքերի հավաքածու, և երկու շարասյուն կապում յուրաքանչյուր շարժիչի ելքի ուղղության կառավարման համար (երկու կապում յուրաքանչյուր շարժիչի համար): Եթե ձախ երկու պիներին տրված են տրամաբանական մակարդակներ բարձր ՝ մի քորոցի համար LOW, իսկ մյուսի համար ՝ LOW, ձախ վարդակին միացված շարժիչը կշրջվի մեկ ուղղությամբ, և եթե տրամաբանության հաջորդականությունը հակադարձվի (LOW և HIGH), շարժիչները կշրջվեն: հակառակ ուղղությամբ: Նույնը վերաբերում է աջակողմյան կապումներին և աջ ելքի շարժիչին: Եթե զույգի երկու կապում տրված են տրամաբանական մակարդակներ ԲԱՐՁՐ կամ OWԱOWՐ, շարժիչները կդադարեն:

Այս երկշարժիչ շարժիչի վարորդը հիմնված է շատ հայտնի L298 Dual H-Bridge Motor Driver IC- ի վրա: Այս մոդուլը թույլ է տալիս հեշտությամբ և ինքնուրույն վերահսկել երկու շարժիչ երկու ուղղություններով: Այն օգտագործում է ստանդարտ տրամաբանական ազդանշաններ ՝ վերահսկման համար, և այն կարող է վարել երկաֆազ սլաքային շարժիչներ, քառաֆազ սլաքային շարժիչներ և երկաֆազ DC շարժիչներ: Այն ունի ֆիլտրի կոնդենսատոր և ազատ շարժիչ դիոդ, որը պաշտպանում է շրջանի սարքերը ինդուկտիվ բեռի հակառակ հոսանքից վնասվելուց ՝ բարձրացնելով հուսալիությունը: L298- ի վարորդի լարումը 5-35 Վ է, տրամաբանական մակարդակը `5 Վ:

Շարժիչի վարորդի գործառույթը նկարագրված է Աղյուսակ 2 -ում:

Բլոկ -դիագրամը, որը ցույց է տալիս կապերը ուլտրաձայնային տվիչի, շարժիչի վարորդի և GPAK չիպի միջև, ներկայացված է Նկար 8 -ում:

Քայլ 8. GreenPAK ձևավորում

Մատրիցա 0 -ում սենսորի ձգան մուտքը գեներացվել է CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 և տատանումների միջոցով: Ուլտրաձայնային տվիչի Echo քորոցից մուտքագրումը կարդացվում է Pin3- ի միջոցով: Երեք մուտք 3-բիթանոց LUT0- ում կիրառվում է. Մեկը ՝ Echo- ից, մյուսը ՝ Trigger- ից, և երրորդը, որ Trigger- ի մուտքն ուշանում է 30-ով: Այս որոնման աղյուսակի ելքը օգտագործվում է Մատրիցա 1-ում: IR սենսորների ելքը նույնպես վերցված է Մատրիցա 0-ում:

Մատրիցա 1 -ում P1 և P6 նավահանգիստները OR’d են միասին և միացված են Pin17- ին, որը կցված է շարժիչի վարորդի Pin1- ին: Pin18- ը միշտ տրամաբանական ցածր է և միացված է շարժիչի վարորդի Pin2- ին: Նմանապես, P2 և P7 նավահանգիստները OR'd են միասին և միացված են GreenPAK- ի Pin20- ին, որը կցված է շարժիչի վարորդի սխեմայի P3- ին: Pin19- ը միացված է շարժիչի վարորդի Pin4- ին և միշտ գտնվում է տրամաբանական ցածր մակարդակի վրա:

Երբ Echo քորոցը բարձր է, նշանակում է, որ օբյեկտը գտնվում է ռոբոտի դիմաց: Այնուհետեւ ռոբոտը ստուգում է IR սենսորների ձախ եւ աջ խոչընդոտների առկայությունը: Եթե խոչընդոտ կա նաև ռոբոտի աջ կողմում, ապա այն թեքվում է ձախ, իսկ եթե խոչընդոտ կա ձախ կողմում, ապա այն թեքվում է աջ: Այս կերպ ռոբոտը խուսափում է խոչընդոտներից եւ շարժվում առանց բախման:

Եզրակացություն

Այս Ուղեցույցում մենք ստեղծեցինք խոչընդոտների հայտնաբերման և խուսափման պարզ մեքենա ՝ օգտագործելով GreenPAK SLG46620V- ը որպես հիմնական վերահսկիչ տարր: Որոշ լրացուցիչ սխեմաներով այս դիզայնը կարող է բարելավվել ՝ այլ առաջադրանքներ կատարելու համար, ինչպիսիք են ՝ որոշակի կետ տանող ուղու որոնումը, լաբիրինթոս լուծման ալգորիթմը, ալգորիթմին հաջորդող տողը և այլն:

Քայլ 9: Սարքավորումների նկարներ