Mitä tarvitset oman autonomisen robotin rakentamiseen

Oletko koskaan halunnut rakentaa oman robotin? Se ei ole niin vaikeaa kuin luulisi, joko sarjan tai tavallisten elektronisten komponenttien avulla.

Tärkein este on navigoida hämmästyttävässä määrin käytettävissä olevia vaihtoehtoja pyörillä varustetun robotin rakentamiseen, mukaan lukien sen mikrokontrolleri, alusta, moottorit ja anturit. Helpoin vaihtoehto on ostaa täydellinen robottipaketti, mutta jos haluat luoda räätälöidyn robotin, opastamme sinut vaihe vaiheelta tekemiesi päävalintojen läpi.

1. Mikrokontrolleri / SBC

Robottisi tarvitsee elektroniset aivot hallita kaikkia toimintojaan, mukaan lukien liike. Kaksi suosituinta vaihtoehtoa ovat Vadelma Pi ja Arduino.

Raspberry Pi on yksikortti tietokone (SBC), jossa on Arm-mikroprosessori ja joka pystyy käyttämään täyttä Linux-käyttöjärjestelmää. Robottien rakentamisen tärkein etu on, että se on tehokkaampi kuin mikro-ohjain, kuten Arduino, jonka avulla voit suorittaa monimutkaisempia ohjelmia. Tämä on ihanteellinen kasvojentunnistukseen ja muuhun tekoälyyn, joten voit luoda todella älykkään robotin.

Toinen etu on, että voit ohjelmoida sen melkein millä tahansa kielellä. Yksi suosituimmista robottiohjelmista Pythonissa, joka on vähemmän pelottava kuin C aloittelijoille koodauksessa.

Arduino puolestaan ​​on ihanteellinen yksinkertaisempiin robotiikkaprojekteihin. Sen lisäksi, että se on tyypillisesti edullisempi, se kuluttaa vähemmän virtaa, joten kannettavan virtapankin tai akun tyhjentäminen kestää kauemmin.

Vaikka se on tavallisesti ohjelmoitu C-muodossa tietokoneella olevan Arduino IDE: n avulla, on mahdollista käyttää a graafinen IDE kutsui Xodia hallitsemaan Arduino-robotteja.

Muut mikrokontrollerit sopivat myös robotiikkaan, mukaan lukien Teensy, BeagleBone, micro: bit ja Raspberry Pi Pico.

2. Alusta

Pyörillä varustettua robottia varten tarvitset alustan rungon muodostamiseksi, elektroniikan sijoittamiseksi ja moottorien asentamiseksi (kiinnikkeiden avulla).

Niitä on lukuisia alustan sarjat saatavana, erikokoisina ja materiaaleina, tyypillisesti kaksi- tai nelipyöräisille robotteille - joskus kuudelle pyörälle. Useimmat ovat yksinkertaisia ​​alustoja elektroniikan ja moottoreiden asentamiseksi; kalliimpiin vaihtoehtoihin voi kuulua jousitusjärjestelmä.

Vaihtoehtoisesti voit rakentaa oman DIY-rungon muovista, metallista, puusta, Lego-tiilistä tai jopa pahvista. Tärkeä näkökohta on, kuinka kestävä haluat robotin olevan. Jos tarvitset vaikeita maastoja, haluat kestävämmän alustan.

3. Moottorit

Tarvitset moottoreita, jotta robotti liikkuu. Pyörillä varustetulle robotille nämä ovat vakiovirtamoottoreita, jotka - toisin kuin servot tai askelmoottorit - pyörivät vapaasti suurella nopeudella.

Joissakin moottoreissa on sisäänrakennettu vaihdelaatikko vääntömomentin lisäämiseksi ja raskaampien kuormien ajamiseksi. Tarkista vaihde (tai nopeuden pienennys): mitä suurempi se on, sitä suurempi vääntömomentti ja pienempi nopeus. Suurempia suhdelukuja suositellaan aloittelijoille.

Jos tarvitset tarkkaa lukemista ja moottorin nopeuden hallintaa, on myös mahdollisuus lisätä a magneettinen tai optinen nopeusanturi kuhunkin moottorin akseliin, joka syöttää tiedot takaisin laitteeseesi mikro-ohjain.

Jokaisen moottorin nopeutta ohjataan yleensä PWM: llä (pulssinleveyden modulointi), johon liittyy digitaalisten on-off-pulssien virran lähettäminen: mitä enemmän pulsseja jaksossa on, sitä nopeammin se pyörii.

4. Moottorin kuljettaja

Et voi kytkeä tasavirtamoottoreita suoraan yksikorttitietokoneeseen tai mikro-ohjainkorttiin, koska jälkimmäinen ei pysty toimittamaan riittävästi virtaa moottoreille ja saatat vahingoittaa korttia.

Sen sijaan tarvitset moottoriohjaimen / ohjainkortin, joka on kytketty moottorien ja mikrokontrollerin väliin sekä virtalähteeseen. Edulliset ohjainkortit perustuvat usein L298N- tai DRV8833-kaksikanavaiseen H-sillan siruun. Kanavien määrä määrittää, kuinka monta moottoria voidaan ohjata itsenäisesti, joten tarvitset enemmän kanavia (ja ohjaimia) 4WD tai 6WD.

Vaikka joku, jolla on elektroniikkaosaamista, voi rakentaa oman H-sillan moottorinohjaimen, on helpompaa ostaa ohjainkortti. Raspberry Pi -laitteeseen on saatavana lukuisia HAT-laitteita ja oma Moottorinsuoja Arduinolle.

Keskeinen tekijä moottorin ohjainta valittaessa on varmistaa, että se pystyy käsittelemään moottoreiden tarvitseman jännitteen sekä niiden jatkuvan käyttövirran. Jos et löydä jälkimmäistä moottorien teknisistä tiedoista, se on tyypillisesti 20-25% pienempi kuin pysähtymisvirta. Moottorin kuljettajan maksimivirran tulisi olla noin kaksinkertainen moottoreiden jatkuvaan virtaan.

5. Pyörät

Luonnollisesti nämä ovat välttämättömiä pyörillä varustetulle robotille! Yksinkertainen kaksipyöräinen robotti on helpoin aloittelijoille, ja siinä on yleensä pieni virraton pyörä, pyörä tai liukuosa, joka auttaa ylläpitämään tasapainoa.

Nelipyöräinen robotti on seuraava askel, joka tarjoaa lisää vakautta ja hallintaa. Jos haluat jokaisen moottorin / pyörän itsenäisen ohjauksen aidolle 4WD: lle, tarvitset kaksi kaksikanavaisen moottorin ohjainpiiriä. Vaihtoehtoisesti voit käyttää yhtä ohjainta kahden moottorin ohjaamiseen kullakin kanavalla edellyttäen, että sillä on riittävä maksimivirta kaikkien käsittelemiseksi.

Maastossa maastossa saatat haluta ajaa jopa kuusi pyörää, mutta tarvitset pidemmän alustan niiden sijoittamiseksi. Voit lisätä telaketjuja pitoa varten tai jopa rokkari-telit, kuten NASA: n Perseverance Mars -kuljettimessa on.

Vaikka on mahdollista saada ohjattavat pyörät käyttämällä servoja niiden ja moottoreiden pyörittämiseen, yleisin tapa ohjata robottia on yksinkertaisesti ajaa pyöriä toisella puolella nopeammin kuin toinen.

Toinen mielenkiintoinen vaihtoehto on käyttää Mecanum-pyöriä, joiden erikoisrullien avulla ne voivat liikkua sivuttain, kun neljää pyörää pyöritetään tietyssä kuviossa. Erinomainen rinnakkaispysäköintiin!

6. Teho

Robottisi kytkeminen pistorasiaan olisi vähän rajoittavaa, joten tarvitset kannettavan virtalähteen. On olemassa kaksi päämenetelmää:

1. Käytä erillisiä virtalähteitä moottoreille ja elektroniikalle.
2. Käytä yhtä virtalähdettä, joka on kytketty molempiin BEC: n (akun eliminointipiiri) kautta. Moottorin kuljettajakorttisi voi sisältää BEC: n.

Valitun vaihtoehdon mukaan, mahdollisiin virtalähteisiin kuuluvat USB-virtapankit, akut (esim. 4x AA) ja LiPo-paristot. Varmista vain, että toimitat oikeat jännitteet ja virtatasot. Monet moottorin ohjainkortit tarjoavat suojan ylivirralta ja päinvastaiselta napaisuudelta.

7. Anturit

Vaikka robotti on mahdollista ohjelmoida liikkumaan määrätyssä mallissa tai ohjaamaan sitä manuaalisesti etälaitteesta, anturien lisääminen antaa robotille mahdollisuuden toimia itsenäisesti.

Ultraäänietäisyysanturi, kuten HC-SR04, antaa robotin tunnistaa seinän tai muun esteen edessään, jotta se voi välttää toimia.

Toinen suosittu vaihtoehto on saada robotti seuraamaan polkua lattialla. Yksi tai useampi etupuolelle asennettu infrapunaviivaa seuraava anturi antaa sen tunnistaa lattialle tumman viivan ja ohjata sitä pitkin.

Voit jopa antaa robotillesi silmät lisäämällä pienen kameran. Kuvat voidaan tulkita käyttämällä tietokoneen näkökirjastoa, kuten OpenCV, esineiden tai jopa kasvojen havaitsemiseksi.

Rakenna oma autonominen robotti: Menestys

Sinulla on nyt yleiskatsaus oman pyöräisen robotin rakentamiseen. Toivomme, että se on innoittanut sinut tekemään ensimmäisen haasteen robotiikan upeaan maailmaan. Kun olet rakentanut ensimmäisen robotin, haluat ehkä tehdä toisen tyyppisen, esimerkiksi jalkoineen tai robotti käsivarren kanssa.

Paras tumma verkkoselain laitteellesi

Haluatko käyttää pimeää verkkoa? Sinun on käytettävä tummaa verkkoselainta, joka voi viedä sinut sinne ja suojata myös yksityisyyttäsi.

Lue seuraava

Kirjailijasta