Amire szükséged van egy saját autonóm robot felépítéséhez

Szeretett volna már saját robotot építeni? Nem olyan nehéz, mint gondolnád, akár készlet, akár szabványos elektronikus alkatrészek tömbje segítségével.

A fő akadály a kerekes robot építéséhez rendelkezésre álló elképesztő számú lehetőség eligazodása, beleértve annak mikrovezérlőjét, futóművét, motorjait és érzékelőit. A legegyszerűbb lehetőség egy teljes robotkészlet megvásárlása, de ha egyedi gyártású robotot szeretne létrehozni, lépésről lépésre végigvezetjük a főbb döntéseket.

1. Mikrokontroller / SBC

Robotjának elektronikus „agyra” lesz szüksége az összes funkciójának irányításához, beleértve a mozgást is. A két legnépszerűbb lehetőség a Raspberry Pi és az Arduino.

A Raspberry Pi egy fedélzeti számítógép (SBC) Arm mikroprocesszorral, amely teljes Linux operációs rendszert futtat. A robotépítés legfőbb előnye, hogy az erősebb, mint egy mikrovezérlő, mint egy Arduino, amely lehetővé teszi bonyolultabb programok futtatását. Ez ideális az arcfelismeréshez és az AI egyéb formáihoz, így valóban intelligens robotot hozhat létre.

További előny, hogy nagyjából bármilyen nyelven programozhatja. Az egyik legnépszerűbb robot a Pythonban, amely kevésbé ijesztő, mint a C a kezdők számára a kódolás terén.

Egy Arduino viszont ideális egyszerűbb robotikai projektekhez. Amellett, hogy jellemzően olcsóbb, kevesebb energiát fogyaszt, így hosszabb ideig tart egy hordozható bank vagy akkumulátor lemerítése.

Míg általában C-ben van programozva az Arduino IDE használatával a számítógépen, lehetséges a a grafikus IDE az Xdu-t hívta az Arduino robotok irányítására.

Más mikrokontrollerek is alkalmasak a robotikára, köztük a Teensy, a BeagleBone, a micro: bit és a Raspberry Pi Pico.

2. Alváz

Kerekes robotjához alvázra van szüksége a karosszéria kialakításához, az elektronika elhelyezéséhez és a motorok felszereléséhez (konzolok segítségével).

Számos alvázkészletek többféle méretben és anyagban kapható, általában két- vagy négykerekű robotokhoz - néha hat kerékhez. A legtöbb egyszerű platform az elektronika és a motorok felszereléséhez; a drágább lehetőségek tartalmazhatnak felfüggesztési rendszert.

Alternatív megoldásként egyedi barkácsolási alvázat is készíthet, olyan anyagokból, mint a műanyag, fém, fa, Lego tégla vagy akár karton. Fontos szempont, hogy robusztusnak akarja-e lenni robotját. Ha nehéz terepen kell megküzdenie, tartósabb futóműre van szüksége.

3. Motorok

Ahhoz, hogy robotja mozoghasson, motorokra lesz szüksége. Egy kerekes robot esetében ezek szabványos egyenáramú motorok lesznek, amelyek - ellentétben a szervókkal vagy a léptető motorokkal - szabadon forognak nagy sebességgel.

Egyes motorok beépített sebességváltóval rendelkeznek, hogy növeljék a nyomatékot és nagyobb terheket hajtsanak végre. Ellenőrizze a sebességfokozat arányát: minél nagyobb, annál nagyobb a nyomaték és alacsonyabb a fordulatszám. Magasabb arány ajánlott kezdő projektekhez.

Ha pontos leolvasást és a motor fordulatszámának ellenőrzését igényli, akkor lehetősége van az a hozzáadására is mágneses vagy optikai sebességmérő az egyes motor tengelyekhez, amelyek az adatokat visszajuttatják az Ön motorjához mikrovezérlő.

Minden motor sebességét általában a PWM (impulzusszélesség-moduláció) szabályozza, amely magában foglalja a digitális ki-be impulzusok áramának elküldését: minél több az impulzus egy ciklusban, annál gyorsabban forog.

4. Motorvezető

Az egyenáramú motorokat nem lehet közvetlenül az egypaneles számítógéphez vagy a mikrovezérlő laphoz csatlakoztatni, mivel ez utóbbi nem képes elegendő áramellátást biztosítani a motorok számára, és károsíthatja a lapot.

Ehelyett egy motorvezérlőre / vezérlőpanelre lesz szüksége, amely a motorok és a mikrovezérlő között, valamint az áramforrás között van összekötve. Az olcsó illesztőprogramok gyakran egy L298N vagy DRV8833 kétcsatornás H-híd chipen alapulnak. A csatornák száma határozza meg, hogy hány motor vezérelhető függetlenül, ezért több csatornára (és meghajtóra) lesz szüksége a 4WD vagy 6WD esetén.

Bár lehetséges, hogy elektronikai ismeretekkel rendelkező ember saját H-híd motorvezérlőt építsen, könnyebb vezetőtáblát vásárolni. Számos HAT áll rendelkezésre a Raspberry Pi felszereléséhez, és egy dedikált Motor pajzs az Arduino számára.

A motorvezérlő kiválasztásakor kulcsfontosságú tényező annak biztosítása, hogy képes kezelni a motorok által igényelt feszültséget, valamint folyamatos üzemi áramukat. Ha ez utóbbit nem találja a motor specifikációiban, akkor ez általában 20-25% -kal alacsonyabb, mint az elakadási áram. A motorvezető maximális áramának a motor folyamatos áramának kétszeresének kell lennie.

5. Kerekek

Természetesen ezek elengedhetetlenek a kerekes robotokhoz! Egy egyszerű kétkerekű robot a legkönnyebb a kezdők számára, általában elöl egy kis, hajtás nélküli görgővel, kerékkel vagy csúszkával rendelkezik, amely segít megőrizni az egyensúlyt.

A négykerekű robot a következő lépés, amely extra stabilitást és irányítást biztosít. Ha az egyes motorok / kerekek független vezérlését akarja a valódi 4WD-hez, akkor két kétcsatornás motorvezérlő chipre lesz szüksége a táblán. Alternatív megoldásként egyetlen meghajtót használhat két motor vezérléséhez minden csatornán, feltéve, hogy elegendő maximális áramkapacitással rendelkezik mindezek kezeléséhez.

Terepjáró terepen akár érdemes akár hat kerékkel is felmenni, de ezek elhelyezéséhez hosszabb futóműre lesz szükség. Hozzáadhat hernyónyomokat az extra tapadás érdekében, vagy akár egy rocker-forgóváz-rendszert is, amint azt a NASA Perseverance Mars roverje bemutatta.

Bár lehetséges, hogy kormányozható kerekek legyenek szervókkal a motorjaik és motorjaik forgatásához, a robot kormányzásának legelterjedtebb módja az, hogy egyszerűen a kerekeket az egyik oldalon gyorsabban futtatják, mint a másikat.

Egy másik érdekes lehetőség a Mecanum kerekek használata, amelyek speciális görgőivel oldalt mozoghatnak, ha a négy kereket egy bizonyos mintázatban forgatják. Nagyszerű párhuzamos parkoláshoz!

6. Erő

Ha robotját egy elektromos csatlakozóaljzathoz kötjük, ez kissé korlátozná, ezért szüksége lesz egy hordozható áramforrásra. Két fő módszer létezik:

1. Használjon külön áramforrásokat a motorokhoz és az elektronikához.
2. Használjon egyetlen áramforrást, amely mindkettőhöz BEC-en keresztül csatlakozik (akkumulátor-leválasztó áramkör). Motorvezetői táblája tartalmazhat BEC-t.

Bármelyik lehetőséget is választja, a lehetséges áramforrások közé tartoznak az USB tápegységek, akkumulátorok (pl. 4x AA) és LiPo elemeket. Csak győződjön meg arról, hogy a megfelelő feszültségeket és áramerősségeket szolgáltatja. Számos motorvezérlő panel védelmet nyújt a túláram és a fordított polaritás ellen.

7. Érzékelők

Noha programozhatja robotját egy meghatározott mintázatban történő mozgásra, vagy kézi vezérlésre egy távoli eszközről, az érzékelők hozzáadása lehetővé teszi az önálló működését.

Ultrahangos távolságérzékelő, például a HC-SR04, lehetővé teszi a robot számára, hogy megérezzen egy falat vagy egyéb akadályt maga előtt, így kitérő intézkedéseket tehet.

A robot eljutása a padlón lévő ösvény követésére egy másik népszerű lehetőség. Az elülső részre szerelt egy vagy több IR vonalkövető érzékelő lehetővé teszi a padlón a sötét vonal észlelését és az irányítását.

Akár robotjának „szemét” is adhatja egy kis kamera hozzáadásával. A képek értelmezhetők egy számítógépes látókönyvtár, például az OpenCV segítségével, hogy felismerjék az objektumokat vagy akár az arcokat.

Készítse el saját autonóm robotját: siker

Most áttekintheti, hogyan lehet saját kerekes robotot építeni. Reméljük, hogy ez inspirálta Önt arra, hogy első kísérletet tegyen a robotika csodálatos világába. Miután elkészítette az első robotját, érdemes egy másik típust készítenie, például lábbal vagy robotkarral.

A legjobb sötét webböngésző az eszközödhöz

Szeretné elérni a sötét webet? Sötét webböngészőt kell használnia, amely oda vezet, és megvédi a magánéletét is.

Olvassa el a következőt

A szerzőről