Ուտրասոնիկ խուսափող ռոբոտ Arduino- ի միջոցով. 7 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:50

Այս ձեռնարկում ես ձեզ ցույց կտամ, թե ինչպես կատարել ձեր սեփական խոչընդոտը ՝ խուսափելով ռոբոտից: Մենք կօգտագործենք Arduino UNO տախտակը և ուլտրաձայնային տվիչ: Եթե ռոբոտը հայտնաբերում է իր առջևի առարկան, փոքր servo շարժիչի օգնությամբ, այն սկանավորում է ձախ և աջ տարածքը `շրջվելու լավագույն միջոցը գտնելու համար: Այն ունի նաև ծանուցման LED, ազդանշան, որը ազդանշան է տալիս առարկայի հայտնաբերման ժամանակ և ռոբոտի գործառույթը փոխելու կոճակ (կանգ է առնում/առաջ է շարժվում):

Դա շատ հեշտ է պատրաստել:

Քայլ 1: Ստեղծելու համար անհրաժեշտ բաներ:

Այս նախագծի համար ձեզ հարկավոր է

1. Arduino UNO (գնեք այն gearbest.com- ից)
2. Մինի տախտակ (գնեք այն gearbest.com- ից)
3. L298 շարժիչի վարորդի մոդուլ (գնեք այն gearbest.com- ից)
4. 2x DC շարժիչներ անիվներով HC-SR04 ուլտրաձայնային տվիչ (գնեք այն gearbest.com- ից)
5. Միկրո servo շարժիչ (գնեք այն gearbest.com- ից)
6. Կոճակ կարմիր LED220 Օմ ռեզիստոր 9 Վ մարտկոցի կրիչ (հոսանքի խցիկով կամ առանց դրա)
7. 8 spacers (տղամարդ-կին),
8. 8 ընկույզ և 8 պտուտակ ձեզ հարկավոր կլինի նաև մեկ մեծ (մետաղ)

թղթե ամրակ և ուլունք `հետևի հենարան անիվը պատրաստելու համար:

Ռոբոտների բազայի համար ես օգտագործեցի ակրիլային շղթա Aliexpress- ից: Կարող եք նաև օգտագործել փայտի կամ մետաղի կտոր (կամ երկու էլեկտրական ափսե):

Ամբողջ նախագծի արժեքը մոտ 20 $ է:

Գործիքներ. Հորատման մեքենա գերծանրքաշային սոսինձ անձնակազմի վարորդ տաք ատրճանակի սոսինձ (ըստ ցանկության) Հզորություն.

Մենք կօգտագործենք 9 Վ մարտկոց ՝ մեր ռոբոտին միացնելու համար, քանի որ այն փոքր է և էժան, բայց դա այնքան էլ հզոր չէ և դատարկ կլինի մոտ մեկ ժամ անց: Մտածեք, եթե ցանկանում եք օգտագործել վերալիցքավորվող մարտկոց (նվազագույնը 6 Վ, առավելագույնը 7 Վ), որն ավելի հզոր կլինի, բայց այն նաև ավելի թանկ և մեծ կլինի, քան 9 Վ մարտկոցը: Բաժանորդագրվեք Մեր YouTube ալիքը կտտացրեք այստեղ

Քայլ 2. Հայեցակարգերի հասկացում

Նպատակը ՝ ռոբոտին տեղյակ պահել իր առջև ծառացած խոչընդոտների մասին, որպեսզի նա կարողանա փոխել ուղղությունը և խուսափել դրանցից: Նախորդ հոդվածում մենք կատարեցինք ռոբոտի շարժը. Այժմ մենք նրան որոշակի ինքնավարություն կտանք:

Ուլտրաձայնային ցուցիչ

HC-SR04- ը մի շղթա է, որն ունակ է ուլտրաձայնային ալիքների միջոցով չափել մինչև 4 մետր հեռավորություն առարկաներից: Այն ուղարկում է պինգ (ինչպես սուզանավը) և չափում է ժամանակը (միկրովայրկյաններում) որևէ բան հետ ուղարկելու և ստանալու միջև: Այս ժամանակը այնուհետև բաժանվում է 2 -ի, քանի որ ալիքը շարժվում է այս ու այն կողմ: Եվ այնուհետ բաժանեք 29 -ի ՝ սանտիմետրերով (կամ 74 դյույմ) հեռավորություն ստանալու համար, քանի որ ձայնը սանտիմետրում (340 մ/վ) անցնում է 29,4 մկ: Սենսորը շատ ճշգրիտ է ~ 3 մմ հանդուրժողականությամբ և հեշտ է ինտեգրվել Arduino- ի հետ:

Ինտերֆեյսային ուլտրաձայնային տվիչ AVR միկրոկոնտրոլերի հետ

Autonomանկացած ինքնավար ռոբոտ պետք է ունենա խոչընդոտներից խուսափելու հնարավորություն և կցված լինի հեռավորության չափման տվիչ: IR հաղորդիչ զույգը կամ գորշ գույնի սենսորը կարող են հեշտությամբ աշխատել 1 սմ -10 սմ միջակայքում խոչընդոտների հայտնաբերման համար: IR հեռաչափի հեռաչափերը (օրինակ ՝ կտրուկ) կարող են չափել մինչև մոտակա խոչընդոտի հեռավորությունը մինչև 100 սմ հեռավորության վրա: Այնուամենայնիվ, IR սենսորները ազդում են արևի լույսից և լույսի այլ աղբյուրներից: IR հեռաչափի ցուցիչներն ունեն ավելի քիչ հեռավորություն և թանկ են այն բանի համար, ինչ անում է: Ուլտրաձայնային տվիչները (հայտնի են նաև որպես ուլտրաձայնային հարևանության սենսորներ կամ գեյքերի համար սոնար) կատարում են այս առաջադրանքները ողջամիտ գնով և բացառիկ ճշգրտությամբ: Միջակայքը 3 սմ -ից մինչև 350 սմ է ՝ ~ 3 մմ ճշգրտությամբ: Այս ուլտրաձայնային տվիչներից մեկը կապելով մեր ռոբոտի հետ, այն կարող է հանդես գալ ինչպես խոչընդոտներից խուսափողի, այնպես էլ հեռավորության չափման սենսորի դերում:

«Ուլտրաձայնային» ձայնը վերաբերում է այն ամենին, ինչ լսելի ձայնի հաճախականություններից բարձր է, և անվանականորեն ներառում է 20 000 Հց կամ 20 կՀց -ից բարձր բան: Ռոբոտաշինության համար օգտագործվող էժանագին ուլտրաձայնային տվիչները հիմնականում աշխատում են 40 կՀց -ից մինչև 250 կՀց միջակայքում, իսկ բժշկական սարքավորումներում օգտագործվողները ՝ մինչև 10 ՄՀց:

Քայլ 3: Անհրաժեշտ գործիքներ

1. Բազմաչափ
2. Breadboard
3. Ասեղ քթի տափակաբերան աքցան
4. Մետաղական մերկացուցիչ
5. Մետաղական կտրիչ
6. Սոսինձ ատրճանակ

Multimeter- ը իրականում պարզ սարք է, որն առաջին հերթին օգտագործվում է լարման և դիմադրության չափման և միացման փակ լինելու որոշման համար: Համակարգչային կոդի կարգաբերման նման, Multimeter- ն օգնում է ձեզ «կարգաբերել» ձեր էլեկտրոնային սխեմաները:

Շինանյութեր

Մեխանիկական շրջանակ պատրաստելու համար բարակ փայտի և/կամ պլեքսիգլասի մատչելի մատակարարումը շատ օգտակար է: Մետաղները, ինչպիսիք են ալյումինը և պողպատը, հաճախ սահմանափակվում են մեքենաների խանութ ունեցողներին, չնայած բարակ ալյումինը կարելի է կտրել մկրատով և թեքել ձեռքով: Մեխանիկական շրջանակները կարող են կառուցվել նույնիսկ տնային իրերից, ինչպիսիք են պլաստմասե տարաները:

Չնայած հնարավոր են այլ նյութեր, ինչպիսիք են պլաստմասսան (պլեքսիգլասից բացի) կամ ավելի էկզոտիկ նյութեր, ինչպիսիք են ապակեպլաստե և ածխածնային մանրաթելերը, դրանք չեն դիտարկվի այս ուղեցույցում: Մի քանի արտադրողներ նշել են, որ հոբբիստների մեծ մասի համար հեշտ չէ արտադրել իրենց մեխանիկական մասերը և ստեղծել են մոդուլային մեխանիկական մասեր: Այս գործում առաջատարը Lynxmotion- ն է, որն առաջարկում է ռոբոտային դիզայնի լայն տեսականի, ինչպես նաև այն մասերը, որոնք անհրաժեշտ են ձեր սեփական ռոբոտները պատրաստելու համար:

Ձեռքի գործիքներ

Անհրաժեշտ են տարբեր տեսակի և չափերի պտուտակահան և տափակաբերան աքցան (ներառյալ ոսկերիչների գործիքակազմը. Գայլիկոն (գերադասելի է փորված մամլիչ ուղիղ անցքերի համար) նույնպես կարևոր է: Շինանյութերը (կամ երթուղիչը) կտրելու համար ձեռքի սղոցը նույնպես կարևոր արժեք է: Եթե բյուջեն թույլ է տալիս, մի փոքր սեղանի սղոց ($ 200 միջակայք) հաստատ գործիք է, որը պետք է հաշվի առնել:

Առանց զոդման Breadboard

Առանց զոդման տախտակ թույլ է տալիս օպտիմալացնել ձեր դասավորությունը և հեշտությամբ միացնել բաղադրիչները: Առանց զոդման տախտակի հետ դուք պետք է ձեռք բերեք նախապես ձևավորված jumper մետաղալարերի հավաքածու, որը բաղկացած է նախապես կտրված և թեքված լարերից, որոնք նախատեսված են օգտագործել առանց զոդման տախտակի հետ: Սա շատ հեշտ է դարձնում կապերը:

Փոքր պտուտակահան հավաքածու

Այս փոքր պտուտակահաններն անհրաժեշտ են էլեկտրոնիկայի հետ աշխատելիս: Չափից շատ մի ստիպեք նրանց. Դրանց չափերը նրանց ավելի փխրուն են դարձնում:

Պտուտակահանների սովորական հավաքածու

Բոլոր արհեստանոցներին անհրաժեշտ է բազմափորձ գործիք կամ գործիքակազմ, որը ներառում է հարթ / Ֆիլիպս և պտուտակահան այլ գլուխներ:

Ասեղ քթի տափակաբերան աքցան

ասեղի քթի տափակաբերան աքսեսուարը աներևակայելի օգտակար է փոքր բաղադրիչների և մասերի հետ աշխատելիս և շատ էժան հավելում է ձեր գործիքների տուփին: Սրանք տարբերվում են սովորական տափակաբերան աքցաններից, քանի որ դրանք հասնում են մի կետի, որը կարող է մտնել փոքր տարածքներ:

Մետաղալարեր/կտրիչներ

Դուք պլանավորում եք կտրել ցանկացած լարեր, մետաղալարերը կխնայի ձեզ զգալի ժամանակ և ջանք: Մետաղական մերկացուցիչը, ճիշտ օգտագործման դեպքում, միայն կհեռացնի մալուխի մեկուսացումը և չի առաջացնի որևէ պտույտ և չի վնասի հաղորդիչներին: Մետաղապլաստիկի մյուս այլընտրանքը մկրատն է, չնայած վերջնական արդյունքը կարող է խառնաշփոթ լինել: Մկրատ, քանոն, գրիչ, մատիտ, Exacto դանակ (կամ ձեռքով կտրող այլ գործիք) Սրանք անհրաժեշտ են ցանկացած գրասենյակում:

Քայլ 4. AVR կոդավորման կանոններ

Ձայնի արագության հաշվարկ ՝ համեմատած ուլտրաձայնային տվիչների հետ

Քիչ մաթեմատիկա, բայց մի վախեցեք: Դա ավելի պարզ է, քան կարծում եք:

Չոր օդի ձայնի արագությունը սենյակային ջերմաստիճանում (~ 20 ° C) = 343 մետր/վայրկյան

Որպեսզի ձայնային ալիքը հարվածի և շրջի մոտակա օբյեկտ, \u003d 343/2 = 171,5 մ/, քանի որ էժանագին ուլտրաձայնային տվիչի առավելագույն հեռավորությունը 5 մ -ից ոչ ավելի է (երկկողմանի ուղևորություն), ավելի իմաստալից կլինի միավորները փոխեք սանտիմետրերի և միկրովայրկյանների:

1 մետր = 100 սանտիմետր 1 վայրկյան = 10^6 մկրկ = (վ/171.5) x (մ/100 սմ) x ((1x10^6)/վ) = (1/171.5) x (1/100) x (1000000/ 1) = 58.30903790087464 մեզ/սմ = 58.31 մեզ/սմ (կլորացնել երկնիշը `հաշվարկներն ավելի դյուրին դարձնելու համար)Հետևաբար, իմպուլսի ՝ օբյեկտ հասնելու և 1 սանտիմետր հետ վերադառնալու համար տևած ժամանակը կազմում է 58,31 միկրովայրկյան:

փոքր ֆոնը AVR ժամացույցի ցիկլերի վրա

Բոլորովին այլ գլուխ է պահանջվում AVR ժամացույցի ցիկլերը հասկանալու համար, բայց մենք հակիրճ կհասկանանք, թե ինչպես է այն աշխատում ՝ մեր հաշվարկներն ավելի դյուրին դարձնելու համար

Մեր օրինակի համար մենք կօգտագործենք AVR Draco տախտակը, որն ունի 8-բիթանոց AVR-Atmega328P միկրոկոնտրոլեր: Ամեն ինչ պարզ պահելու համար մենք չենք փոխի միկրոկառավարիչի կարգավորումները: Ոչ մի ապահովիչ չի դիպչել; Արտաքին բյուրեղյա կցված չէ; Ոչ մի գլխացավ: Գործարանային պարամետրերում այն աշխատում է ներքին 8 ՄՀց տատանումով `a /8 նախալեզվիչով; Եթե դուք չեք հասկանում այս ամենը, դա պարզապես նշանակում է, որ միկրոկառավարիչը աշխատում է 1 ՄՀց ներքին RC տատանումով և յուրաքանչյուր ժամացույցի ցիկլը տևում է 1 միկրովայրկյան:

1 2 1 ՄՀց = 1000000 ցիկլ/վրկ Ուստի, 1s/1000000 = 1/1000000 = 1us

AVR ժամացույցներ և հեռավորության փոխարկում

Մենք գրեթե այնտեղ ենք: Երբ մենք գիտենք, թե ինչպես փոխարկել AVR ժամացույցի ցիկլերը ձայնային ալիքներով անցած տարածության, ծրագրի տրամաբանությունը հեշտ է իրականացնել:

Մենք գիտենք, որ ուլտրաձայնային ձայնի արագությունը իդեալական միջավայրում `58.31 ԱՄՆ դոլար/սմ

Մենք գիտենք, որ AVR միկրոհսկիչի լուծաչափը 1 ժամ/ժամային ցիկլ է (CLK)

Հետևաբար, ժամային ցիկլի (CLK) ձայնով անցած տարածությունը հետևյալն է.

1 2 3 = (58.31 us/ սմ) x (1us/ clk) = 58.31 ժամացույցի ցիկլեր/ սմ կամ = 1/ 58.31 սմ/ clk

Եթե հայտնի է ժամացույցի ցիկլերի քանակը, որն անհրաժեշտ է ձայնի ուղևորության և հետ վերադառնալու համար, մենք կարող ենք հեշտությամբ հաշվարկել տարածությունը: Օրինակ, եթե սենսորը տևում է 1000 ժամացույցի ցիկլ ՝ ճանապարհորդելու և հետ վերադառնալու համար, ապա սենսորից մինչև մոտակա օբյեկտ հեռավորությունը = 1000/58.31 = 17.15 սմ (մոտավոր):

Հիմա ամեն ինչ իմաստ ունի՞: Ոչ Կարդա էլի

Եթե պարզ եք վերը նշված ամբողջ տրամաբանությամբ, մենք դա կիրականացնենք իրական սցենարով ՝ էժան HC-SR04 ուլտրաձայնային տվիչ միացնելով մեր AVR Arduino տախտակին:

Քայլ 5: Սարքավորման միացումներ

Arduino Board- ը հեշտացնում է ցանկացած արտաքին սենսորների միացումը, ինչպես նաև արդյունքները LCD- ով դիտելը: Ուլտրաձայնային միջակայքի հայտնաբերման համար մենք օգտագործում ենք էժան HC-SR04 մոդուլ: Մոդուլն ունի 4 կապում, որոնք կարող են միացվել միկրոկառավարիչի տախտակին `VCC, TRIG, ECHO և GND:

Միացրեք VCC կապը 5 Վ -ին, իսկ GND կապը `Arduino տախտակի վրա:

TRIG կապը և ECHO կապը կարող են միացվել գրատախտակին առկա ցանկացած կապումներին: Առնվազն 10us «բարձր» ազդանշան ուղարկելը ՝ քորոց ուղարկելու համար, ուղարկում է ութ 40 կՀց ձայնային ալիք և ձգում է արձագանքման քորոցը բարձր: Եթե ձայնը դուրս է թռչում մոտակա օբյեկտից և վերադառնում, այն գրավվում է ընդունիչով, և արձագանքման քորոցը քաշվում է «ցածր»:

Ուլտրաձայնային տվիչների մոդուլների այլ տարբերակներ նույնպես մատչելի են ընդամենը 3 կապում: Աշխատանքի սկզբունքը դեռ նույնն է, բայց ձգան և արձագանքող քորոցների ֆունկցիոնալությունը համակցված են մեկ քորոցի մեջ:

Միանալուց հետո Trigger և Echo Pins- երը կարող են կազմաձևվել ծրագրային ապահովման միջոցով: Այս օրինակը պարզ պահելու համար մենք այս օրինակում չենք օգտագործի որևէ ընդհատող կապում (կամ Input Capture Pin): Նշանակված ընդհատման կապում չօգտագործելը նաև մեզ ազատություն է տալիս մոդուլը միացնել գրատախտակին առկա ցանկացած կապում:

Քայլ 6: Կոդ

Ստորև բերված կոդը պարունակում է միայն «ուլտրաձայնային» ընդլայնում DC շարժիչի կառավարման համար ՝ օգտագործելով նախորդ հոդվածի H-Bridge- ը: Երբ ռոբոտը հայտնաբերում է իր առջև ծառացած խոչընդոտը, նա շրջվում է (պատահական աստիճան) և շարունակում առաջ շարժվել: Այս գործառույթը կարելի է հեշտությամբ ընդլայնել ՝ միաժամանակ շրջելով և հայտնաբերելով խոչընդոտները.

Կոդի բացատրության համար տե՛ս ալիքում տեղադրված YouTube տեսանյութը:

Քայլ 7: Տեսանյութ

Դիտեք տեսանյութը ամբողջ գործընթացի համար: