Kaj potrebujete za izdelavo lastnega avtonomnega robota

Ste že kdaj želeli zgraditi svojega robota? To ni tako težko, kot si morda mislite, bodisi z uporabo kompleta bodisi vrste standardnih elektronskih komponent.

Glavna ovira je krmarjenje po številnih možnostih, ki so na voljo za izdelavo robota na kolesih, vključno z mikrokrmilnikom, šasijo, motorji in senzorji. Najlažja možnost je nakup celotnega kompleta robotov, če pa želite ustvariti robota po meri, vas bomo po korakih vodili do glavnih odločitev.

1. Mikrokrmilnik / SBC

Vaš robot bo potreboval elektronske "možgane" za nadzor vseh svojih funkcij, vključno z gibanjem. Dve najbolj priljubljeni možnosti sta Raspberry Pi in Arduino.

Raspberry Pi je enojni računalnik (SBC) z mikroprocesorjem Arm, ki lahko poganja celoten operacijski sistem Linux. Glavna korist za izdelavo robotov je, da je zmogljivejši od mikrokrmilnika, kot je Arduino, ki vam omogoča izvajanje bolj zapletenih programov. To je idealno za prepoznavanje obrazov in druge oblike umetne inteligence, tako da lahko ustvarite res pametnega robota.

Druga prednost je, da jo lahko programirate v skoraj katerem koli jeziku. Eden najbolj priljubljenih za robotiko v Pythonu, ki je za začetnike kodiranja manj zastrašujoč kot C.

Arduino pa je idealen za preprostejše robotske projekte. Poleg tega, da je običajno poceni, porabi manj energije, zato traja dlje časa, da izprazni prenosno baterijo ali baterijo.

Čeprav je običajno programiran v C z uporabo Arduino IDE v računalniku, je mogoče uporabiti grafični IDE, imenovan Xod, za nadzor robotov Arduino.

Za robotiko so primerni tudi drugi mikrokrmilniki, med njimi Teensy, BeagleBone, micro: bit in Raspberry Pi Pico.

2. Podvozje

Za robota na kolesih potrebujete ohišje, da oblikujete njegovo telo, namestite elektroniko in pritrdite motorje (z nosilci).

Obstaja veliko kompleti podvozja na voljo v različnih velikostih in materialih, običajno za dvo- ali štirikolesne robote - včasih šest koles. Večina je preprostih platform za namestitev elektronike in motorjev; dražje možnosti lahko vključujejo sistem vzmetenja.

Lahko pa tudi sami izdelate lastno šasijo iz materialov, kot so plastika, kovina, les, lego kocke ali celo karton. Pomembno je upoštevati, kako robusten si želite, da bi bil vaš robot. Če se boste morali spoprijeti s težkimi tereni, boste želeli bolj trpežno podvozje.

3. Motorji

Za premikanje robota potrebujete motorje. Za robota na kolesih bodo to standardni motorji na enosmerni tok, ki se - za razliko od servomotorjev ali koračnih motorjev - prosto vrtijo pri visoki hitrosti.

Nekateri motorji imajo vgrajen menjalnik za povečanje navora in vožnjo večjih obremenitev. Preverite razmerje prestav (ali zmanjšanje hitrosti): višje je, večji je navor in nižja hitrost. Za začetniške projekte se priporočajo višja razmerja.

Če potrebujete natančno branje in nadzor hitrosti motorja, obstaja tudi možnost dodajanja a magnetni ali optični dajalnik hitrosti na vsako gred motorja, ki bo podatke pošiljal nazaj na vaš mikrokrmilnik.

Hitrost vsakega motorja običajno nadzira PWM (modulacija širine impulza), kar vključuje pošiljanje toka digitalnih vklopno-izklopnih impulzov: več kot je impulzov v ciklu, hitreje se zavrti.

4. Motorni voznik

Enosmernih motorjev ne morete priključiti neposredno na računalnik z eno ploščo ali ploščo mikrokrmilnika, saj slednji ne bodo mogli zagotoviti dovolj moči za motorje in lahko poškodujete ploščo.

Namesto tega boste potrebovali ploščo gonilnika / krmilnika motorja, priključeno med motorji in mikrokrmilnikom, pa tudi na vir napajanja. Nizkocenovne gonilniške plošče pogosto temeljijo na dvokanalnem čipu H-bridge L298N ali DRV8833. Število kanalov določa, koliko motorjev je mogoče neodvisno krmiliti, zato boste potrebovali več kanalov (in gonilnikov) za 4WD ali 6WD.

Čeprav je možno, da nekdo z znanjem elektronike sam izdela svoj gonilnik motorja H-most, je lažje kupiti vozniško ploščo. Na voljo so številni KOLUBI, ki jih je mogoče namestiti na Raspberry Pi, in namenski Motorni ščit za Arduino.

Ključni dejavnik pri izbiri gonilnika motorja je zagotoviti, da zmore napetost, ki jo zahtevajo motorji, in njihov neprekinjeni obratovalni tok. Če slednjega ne najdete v specifikacijah motorjev, je običajno od 20 do 25% nižji od stojnega toka. Največji tok motornega voznika mora biti približno dvakrat večji od neprekinjenega toka motorjev.

5. Kolesa

Seveda so ti nujni za robota na kolesih! Preprost dvokolesni robot je najlažji za začetnike, ponavadi ima majhno kolesce, kolo ali drsnik na sprednji strani, da mu pomaga vzdrževati ravnotežje.

Štirikolesni robot je naslednji korak, ki zagotavlja dodatno stabilnost in nadzor. Če želite neodvisno krmiljenje vsakega motorja / kolesa za prave štirikolesne pogone, boste na svoji plošči potrebovali dva dvokanalna motorna čipa. Druga možnost je, da lahko z enim gonilnikom krmilite dva motorja na vsakem kanalu, pod pogojem, da ima dovolj največje trenutne zmogljivosti, da jih lahko obvlada.

Za terenske terene boste morda želeli celo do šest koles, vendar boste za njihovo namestitev potrebovali daljše podvozje. Za dodaten oprijem lahko dodate gosenice ali celo sistem vrtljivih podstavnih vozičkov, kot je prikazan na NASA-jevem roverju Perseverance Mars.

Medtem ko je mogoče imeti krmilna kolesa s pomočjo servo servomotorjev za njihovo vrtenje in njihove motorje, pa je najpogostejši način krmiljenja robota preprosto zagon koles na eni strani hitreje kot drugi.

Druga zanimiva možnost je uporaba koles Mecanum, katerih posebni valji jim omogočajo bočno premikanje, ko se štiri kolesa zasukajo v določenem vzorcu. Odlično za vzporedno parkiranje!

6. Moč

Če bi robota priklopili na električno vtičnico, bi bilo to malo omejujoče, zato boste potrebovali prenosni vir energije. Obstajata dve glavni metodi:

1. Za motorje in elektroniko uporabite ločene vire energije.
2. Uporabite en vir napajanja, priključen na oba prek BEC (vezje za odstranjevanje akumulatorja). V vozilu motornega voznika je lahko BEC.

Ne glede na to, katero možnost izberete, med možnimi viri napajanja so tudi napajalniki USB, baterije (npr. 4x AA) in LiPo baterije. Prepričajte se, da napajate pravilno napetost in trenutni nivo. Številne vozniške plošče motorjev nudijo zaščito pred prekomernim tokom in obratno polarnostjo.

7. Senzorji

Čeprav je mogoče robota programirati tako, da se premika po določenem vzorcu ali ga ročno krmiliti z oddaljene naprave, dodajanje senzorjev omogoči njegovo samostojno delovanje.

Ultrazvočni senzor razdalje, kot je HC-SR04, bo robotu omogočil, da zazna zid ali drugo oviro pred seboj, da se bo lahko izognil.

Še ena priljubljena možnost je, da robot sledi poti po tleh. Eden ali več IR senzorjev za sledenje liniji, nameščenih spredaj, omogoča zaznavanje temne črte na tleh in krmarjenje vzdolž nje.

Robotu lahko celo dodate "oči" z dodatkom majhne kamere. Slike je mogoče razlagati s pomočjo knjižnice računalniškega vida, kot je OpenCV, za zaznavanje predmetov ali celo obrazov.

Zgradite svojega avtonomnega robota: uspeh

Zdaj imate pregled, kako zgraditi lastnega robota na kolesih. Upamo, da vas je navdihnil, da ste se prvič podali v čudoviti svet robotike. Ko ste zgradili svojega prvega robota, boste morda želeli narediti drugačen tip, na primer tistega z nogami ali robotsko roko.

Najboljši temni spletni brskalnik za vašo napravo

Želite dostopati do temnega spleta? Uporabiti morate temen spletni brskalnik, ki vas lahko popelje tja in zaščiti tudi vašo zasebnost.

Preberite Naprej

O avtorju