DIY კედელი Robot: 9 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

ამ ინსტრუქციებში, ჩვენ ავუხსნით, თუ როგორ უნდა შევიმუშაოთ დაბრკოლებების გამოვლენისა და თავიდან აცილების სისტემა GreenPAK using გამოყენებით, რამდენიმე გარე ულტრაბგერითი და ინფრაწითელი (IR) სენსორებით. ეს დიზაინი გააცნობს რამდენიმე თემას, რომლებიც საჭიროა ავტონომიური და ხელოვნურად ინტელექტუალური რობოტული სისტემებისთვის.

ქვემოთ ჩვენ აღვწერეთ საჭირო ნაბიჯები იმის გასაგებად, თუ როგორ არის პროგრამირებული გადაწყვეტა რობოტის შემდგომი კედლის შესაქმნელად. თუმცა, თუ თქვენ უბრალოდ გსურთ მიიღოთ პროგრამირების შედეგი, გადმოწერეთ GreenPAK პროგრამული უზრუნველყოფა, რომ ნახოთ უკვე დასრულებული GreenPAK დიზაინის ფაილი. შეაერთეთ GreenPAK განვითარების ნაკრები თქვენს კომპიუტერში და დააჭირეთ პროგრამას რობოტის კედლის შესაქმნელად.

ნაბიჯი 1: პრობლემის განცხადება

ახლახან განახლდა ხელოვნური ინტელექტისადმი ინტერესი და ამ ინტერესის დიდი ნაწილი მიმართულია სრულად ავტონომიური და ინტელექტუალური მანქანებისკენ. ასეთ რობოტებს შეუძლიათ შეამცირონ ადამიანის პასუხისმგებლობა და გააფართოვონ ავტომატიზაცია ისეთ სფეროებში, როგორიცაა სამოქალაქო სამსახურები და თავდაცვა. ხელოვნური ინტელექტის მკვლევარები ცდილობენ ავტომატიზირებული რობოტული მანქანების საშუალებით განახორციელონ ისეთი სერვისების ავტომატიზაცია, როგორიცაა ხანძრის ჩაქრობა, სამედიცინო დახმარება, კატასტროფების მართვა და სიცოცხლის შემნახველი მოვალეობები. ერთი გამოწვევა, რომელიც ამ მანქანებს უნდა გადალახონ, არის ის, თუ როგორ უნდა აღმოაჩინონ და თავიდან აიცილონ დაბრკოლებები, როგორიცაა ნანგრევები, ხანძარი, ხაფანგები და ა.

ნაბიჯი 2: განხორციელების დეტალები

ამ ინსტრუქციაში ჩვენ ვიყენებთ ულტრაბგერითი სენსორს, წყვილი IR დაბრკოლების გამოვლენის სენსორს, ავტომობილის მძღოლის წრეს (L298N), ოთხი DC ძრავას, ბორბლებს, 4 წამყვანი მანქანის ჩონჩხს და GreenPAK SLG46620V ჩიპს.

GreenPAK კონტროლერის ციფრული გამომავალი პინი გამოიყენება ულტრაბგერითი სენსორის გასააქტიურებლად (იგივე სონარი), ხოლო ციფრული შეყვანის პინი გამოიყენება ანალიზისთვის არსებული დაბრკოლებების შედეგად მიღებული ექოს შესაგროვებლად. ასევე აღინიშნება IR დაბრკოლების გამოვლენის სენსორის გამომუშავება. გარკვეული პირობების გამოყენების შემდეგ, თუ დაბრკოლება ძალიან ახლოს არის, ძრავები (თითოეულ 4 ბორბალთან არის დაკავშირებული) მორგებულია შეჯახების თავიდან ასაცილებლად.

ნაბიჯი 3: ახსნა

ავტონომიური დაბრკოლების თავიდან აცილების რობოტს უნდა შეეძლოს როგორც დაბრკოლებების გამოვლენა, ასევე შეჯახებების თავიდან აცილება. ასეთი რობოტის დიზაინი მოითხოვს სხვადასხვა სენსორების ინტეგრაციას, როგორიცაა დარტყმის სენსორები, ინფრაწითელი სენსორები, ულტრაბგერითი სენსორები და ა.შ. ამ სენსორების რობოტზე დამონტაჟებით მას შეუძლია მიიღოს ინფორმაცია მიმდებარე ტერიტორიის შესახებ. ულტრაბგერითი სენსორი შესაფერისია დაბრკოლების გამოვლენისათვის ნელი მოძრაობის ავტონომიური რობოტისთვის, რადგან მას აქვს დაბალი ღირებულება და შედარებით მაღალი დიაპაზონი.

ულტრაბგერითი სენსორი ამოიცნობს ობიექტებს მოკლე ულტრაბგერითი აფეთქების გამოსხივებით და შემდეგ ექოს მოსმენით. მასპინძელი მიკროკონტროლის კონტროლის ქვეშ, სენსორი გამოსცემს მოკლე 40 kHz პულსს. ეს პულსი გადის ჰაერში, სანამ არ მოხვდება ობიექტზე და შემდეგ აისახება სენსორზე. სენსორი უზრუნველყოფს გამომავალ სიგნალს მასპინძელზე, რომელიც წყდება ექოს გამოვლენისას. ამ გზით, დაბრუნებული პულსის სიგანე გამოიყენება ობიექტამდე მანძილის გამოსათვლელად.

ამ დაბრკოლებების თავიდან აცილების მიზნით რობოტული მანქანა იყენებს ულტრაბგერითი სენსორს, რათა აღმოაჩინოს საგნები მის გზაზე. ძრავები დაკავშირებულია საავტომობილო მძღოლის IC– ით GreenPAK– თან. ულტრაბგერითი სენსორი მიმაგრებულია რობოტის წინა მხარეს, ხოლო ორი IR დაბრკოლების გამოვლენის სენსორი მიმაგრებულია რობოტის მარცხენა და მარჯვენა მხარეს, გვერდითი დაბრკოლებების გამოსავლენად.

როდესაც რობოტი მოძრაობს სასურველ გზაზე, ულტრაბგერითი სენსორი განუწყვეტლივ გადასცემს ულტრაბგერითი ტალღებს. როდესაც რობოტის წინ არის დაბრკოლება, ულტრაბგერითი ტალღები აისახება დაბრკოლებიდან და ეს ინფორმაცია გადაეცემა GreenPAK– ს. პარალელურად, IR სენსორები ასხივებენ და იღებენ IR ტალღებს. ულტრაბგერითი და IR სენსორების შეყვანის ინტერპრეტაციის შემდეგ, GreenPAK აკონტროლებს ოთხივე ბორბლის ძრავას.

ნაბიჯი 4: ალგორითმის აღწერა

გაშვებისას ოთხი ძრავა ერთდროულად ირთვება, რის გამოც რობოტი წინ მიიწევს. შემდეგი, ულტრაბგერითი სენსორი რეგულარული ინტერვალებით აგზავნის იმპულსებს რობოტის წინა ნაწილიდან. თუ არსებობს დაბრკოლება, ხმის იმპულსები აისახება და გამოვლენილია სენსორის მიერ. იმპულსების ასახვა დამოკიდებულია დაბრკოლების ფიზიკურ მდგომარეობაზე: თუ ის არარეგულარული ფორმისაა, მაშინ ასახული პულსი ნაკლები იქნება; თუ ის ერთგვაროვანია, მაშინ გადაცემული პულსის უმეტესობა აისახება. ასახვა ასევე დამოკიდებულია დაბრკოლების მიმართულებაზე. თუ ის ოდნავ დახრილია, ან მოთავსებულია სენსორის პარალელურად, მაშინ ბგერითი ტალღების უმრავლესობა შეუმჩნევლად გაივლის.

როდესაც რობოტის წინ აღმოჩნდება დაბრკოლება, მაშინ შეინიშნება IR სენსორების გვერდითი გამოსავალი. თუ დაბრკოლება გამოვლენილია მარჯვენა მხარეს, რობოტის მარცხენა მხარის საბურავები გამორთულია, რის გამოც ის მარცხნივ მიტრიალდება და პირიქით. თუ დაბრკოლება არ არის გამოვლენილი, მაშინ ალგორითმი მეორდება. ნაკადის დიაგრამა ნაჩვენებია ფიგურა 2 -ში.

ნაბიჯი 5: ულტრაბგერითი სენსორი HC-SR04

ულტრაბგერითი სენსორი არის მოწყობილობა, რომელსაც შეუძლია გაზომოთ მანძილი ობიექტამდე ხმის ტალღების გამოყენებით. ის ზომავს მანძილს ბგერითი ტალღის გაგზავნით სპეციფიკურ სიხშირეზე და უსმენს ამ ხმის ტალღას უკან დასაბრუნებლად. წარმოქმნილი ხმის ტალღასა და უკანა ბრუნვას შორის გასული დროის ჩაწერით, შესაძლებელია გამოითვალოს მანძილი ხმის სენსორსა და ობიექტს შორის. ხმა ჰაერში გადის დაახლოებით 344 მ/წმ (1129 ფუტ/წმ), ასე რომ თქვენ შეგიძლიათ გამოთვალოთ მანძილი ობიექტამდე ფორმულა 1 -ის გამოყენებით.

HC-SR04 ულტრაბგერითი სენსორი შედგება ოთხი ქინძისთავისგან: Vdd, GND, Trigger და Echo. როდესაც კონტროლერის პულსი გამოიყენება ტრიგერის პინზე, სენსორი გამოსცემს ულტრაბგერითი ტალღას "დინამიკიდან". ასახული ტალღები გამოვლენილია "მიმღების" მიერ და გადადის კონტროლერთან Echo pin- ის საშუალებით. რაც უფრო გრძელია მანძილი სენსორსა და დაბრკოლებას შორის, მით უფრო გრძელი იქნება პულსი ექოს პინზე. პულსი რჩება იმ დროის განმავლობაში, როდესაც სონარის პულსი სენსორიდან გადადის და უკან ბრუნდება, ორად გაყოფილი. როდესაც სონარი ამოქმედდება, შიდა ტაიმერი იწყება და გრძელდება მანამ, სანამ არეკლილი ტალღა არ გამოვლინდება. ეს დრო შემდეგ იყოფა ორზე, რადგან ფაქტობრივი დრო, რომლის დროსაც ხმის ტალღას დასჭირდა დაბრკოლების მიღწევა იყო ტაიმერის ჩართვის ნახევარი დრო.

ულტრაბგერითი სენსორის მოქმედება ნაჩვენებია ფიგურაში 4.

ულტრაბგერითი პულსის წარმოქმნის მიზნით, თქვენ უნდა დააყენოთ ტრიგერი მაღალ მდგომარეობაში 10μs. ეს გამოგიგზავნით 8-ციკლიან ბგერას, რომელიც აისახება მოწყობილობის წინ არსებული ნებისმიერი დაბრკოლებისგან და მიიღება სენსორის მიერ. Echo pin გამოაქვეყნებს იმ დროს (მიკროწამებში), რომლითაც ხმის ტალღამ გაიარა.

ნაბიჯი 6: ინფრაწითელი დაბრკოლების გამოვლენის სენსორის მოდული

ულტრაბგერითი სენსორის მსგავსად, ინფრაწითელი (IR) დაბრკოლების გამოვლენის ძირითადი კონცეფციაა IR სიგნალის გადაცემა (გამოსხივების სახით) და მისი ანარეკლის დაკვირვება. IR სენსორის მოდული ნაჩვენებია ფიგურაში 6.

მახასიათებლები

• მიკროსქემის დაფაზე არის დაბრკოლების ინდიკატორი
• ციფრული გამომავალი სიგნალი
• გამოვლენის მანძილი: 2 ~ 30 სმ
• გამოვლენის კუთხე: 35 °
• შედარების ჩიპი: LM393
• რეგულირებადი გამოვლენის მანძილის დიაპაზონი პოტენომეტრის საშუალებით:

○ საათის ისრის მიმართულებით: გაზარდეთ გამოვლენის მანძილი

○ საათის ისრის საწინააღმდეგოდ: შეამცირეთ გამოვლენის მანძილი

სპეციფიკაციები

• სამუშაო ძაბვა: 3 - 5 V DC
• გამომავალი ტიპი: ციფრული გადართვის გამომავალი (0 და 1)
• 3 მმ ხრახნიანი ხვრელები მარტივი მონტაჟისთვის
• დაფის ზომა: 3.2 x 1.4 სმ

კონტროლის ინდიკატორის აღწერა აღწერილია ცხრილში 1.

ნაბიჯი 7: საავტომობილო დრაივერის წრე L298N

საავტომობილო მძღოლის წრე, ან H-Bridge, გამოიყენება DC ძრავების სიჩქარისა და მიმართულების გასაკონტროლებლად. მას აქვს ორი შესასვლელი, რომელიც უნდა იყოს დაკავშირებული ცალკეული დენის წყაროსთან (ძრავები იძენენ ძლიერ დენს და არ შეიძლება მიეწოდოს პირდაპირ კონტროლერისგან), თითოეული ნაკრებისთვის გამომავალი ორი ნაკრები (დადებითი და უარყოფითი), ორი ჩართავს თითოეულ ქინძისთავს გამომავალი ნაკრები და ქინძისთავების ორი ნაკრები თითოეული ძრავის გასასვლელის მიმართულების კონტროლისთვის (ორი ქინძისთავი თითოეული ძრავისთვის). თუკი მარცხენა ორ ქინძისთავს მიენიჭება ლოგიკური დონე მაღალი ერთი პინისთვის და LOW მეორისთვის, მარცხენა გასასვლელთან დაკავშირებული ძრავა ბრუნავს ერთი მიმართულებით, ხოლო თუ ლოგიკის თანმიმდევრობა საპირისპიროა (დაბალი და მაღალი), ძრავები ბრუნავს საპირისპირო მიმართულებით. იგივე ეხება მარჯვენა ქინძისთავებს და მარჯვენა გამოსასვლელ ძრავას. თუ წყვილში ორივე ქინძისთავს მიენიჭება ლოგიკური დონე მაღალი ან დაბალი, ძრავები გაჩერდება.

ეს ორმხრივი ძრავის მძღოლი ემყარება ძალიან პოპულარულ L298 Dual H-Bridge Motor Driver IC- ს. ეს მოდული საშუალებას გაძლევთ მარტივად და დამოუკიდებლად გააკონტროლოთ ორი ძრავა ორივე მიმართულებით. ის იყენებს სტანდარტულ ლოგიკურ სიგნალებს კონტროლისთვის და მას შეუძლია მართოს ორფაზიანი სტეპერიანი ძრავები, ოთხფაზიანი სტეპერიანი ძრავები და ორფაზიანი DC ძრავები. მას აქვს ფილტრის კონდენსატორი და თავისუფალი დიოდი, რომელიც იცავს მიკროსქემის მოწყობილობებს ინდუქციური დატვირთვის საპირისპირო დენის დაზიანებისგან, რაც გაზრდის საიმედოობას. L298– ს აქვს დრაივერის ძაბვა 5-35 ვ და ლოგიკური დონე 5 ვ.

ძრავის მძღოლის ფუნქცია აღწერილია ცხრილში 2.

ბლოკ დიაგრამა, რომელიც აჩვენებს კავშირებს ულტრაბგერითი სენსორის, ძრავის დრაივერსა და GPAK ჩიპს შორის ნაჩვენებია ფიგურაში 8.

ნაბიჯი 8: GreenPAK დიზაინი

მატრიცაში 0, სენსორის გამომწვევი შეყვანა წარმოიქმნა CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0 და ოსცილატორის გამოყენებით. ულტრაბგერითი სენსორის Echo pin– ის შეყვანა იკითხება Pin3– ის გამოყენებით. სამი შეყვანა გამოიყენება 3 ბიტიან LUT0– ზე: ერთი ექოდან, მეორე ტრიგერიდან და მესამე ეს არის გამომწვევის შეყვანა 30-ით დაგვიანებული. ამ საძიებო ცხრილიდან გამომავალი გამოიყენება მატრიცაში 1. გამომავალი IR სენსორებიდან ასევე აღებულია მატრიცაში 0.

მატრიცა 1 -ში, პორტები P1 და P6 არის OR'd ერთად და დაკავშირებულია Pin17- თან, რომელიც მიმაგრებულია საავტომობილო დრაივერის Pin1- თან. Pin18 ყოველთვის ლოგიკურ დონეზე დაბალია და უკავშირდება საავტომობილო დრაივერის Pin2- ს. ანალოგიურად, პორტები P2 და P7 OR'd ერთად და დაკავშირებულია GreenPAK– ის Pin20– თან, რომელიც მიმაგრებულია საავტომობილო დრაივერის წრედის P3– ზე. Pin19 უკავშირდება საავტომობილო დრაივერის Pin4- ს და ყოველთვის ლოგიკურად დაბალია.

როდესაც Echo pin არის HIGH, ეს ნიშნავს, რომ ობიექტი არის რობოტის წინ. რობოტი ამოწმებს მარცხენა და მარჯვენა დაბრკოლებებს IR სენსორებისგან. თუ დაბრკოლება ასევე არის რობოტის მარჯვენა მხარეს, მაშინ ის იქცევა მარცხნივ, ხოლო თუ დაბრკოლება არის მარცხენა მხარეს, მაშინ ის იქცევა მარჯვნივ. ამ გზით, რობოტი თავს არიდებს დაბრკოლებებს და მოძრაობს შეჯახების გარეშე.

დასკვნა

ამ ინსტრუქციაში, ჩვენ შევქმენით მარტივი ავტომატური დაბრკოლების გამოვლენისა და აცილების მანქანა, GreenPAK SLG46620V- ის გამოყენებით, როგორც მთავარი მაკონტროლებელი ელემენტი. დამატებითი სქემით, ეს დიზაინი შეიძლება გაძლიერდეს სხვა ამოცანების შესასრულებლად, როგორიცაა კონკრეტული წერტილისკენ მიმავალი გზის პოვნა, ლაბირინთის გადაჭრის ალგორითმი, ალგორითმის შემდგომი ხაზი და ა.

ნაბიჯი 9: აპარატურის სურათები