Kendi Kendini Dengeleyen Robot: 6 Adım (Resimlerle)

2025 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2025-01-23 15:13

Bu Eğitilebilir Tabloda size bir okul projesi olarak yaptığımız kendi kendini dengeleyen robotu nasıl inşa edeceğinizi göstereceğiz. nBot ve başka bir Instructable gibi diğer bazı robotlara dayanmaktadır. Robot, bir Bluetooth bağlantısı aracılığıyla bir Android akıllı telefondan kontrol edilebilir. Bu Eğitilebilir Yazı yalnızca yapım sürecini kapsadığından, kodun ve elektronik aksamın teknik arka planını kapsayan bir belge de yazdık. Ayrıca, kullanılan kaynaklara bağlantılar içerir, böylece belge sizin için yeterince kapsamlı değilse bunlara göz atabilirsiniz.

Bu projenin tüm adımlarını takip etmek için bazı 3D baskı becerilerine veya tekerlekleri motorlara takmanın başka bir akıllı yoluna ihtiyacınız olacak.

Adım 1: Gereksinimler

Robot, Martinez fırçasız gimbal kontrol kartına dayanmaktadır. Bu kartın bazı küçük varyasyonları var, ancak ATmega328 yongası ve L6234 motor kontrolörleri olduğu sürece sorun yok. Google Görseller'de "Martinez kartı" araması yaparsanız, pin başlıkları veya delikler yerine IMU çipi ve/veya pil için kolay bir konektöre sahip bazı kartlar olduğunu görürsünüz. Son durumda, deliklere lehimleyebileceğiniz bir paket başlık pimi sipariş ederseniz kullanışlı olacaktır.

Parça listesi

Bu listedeki bazı öğeler, web mağazalarına bağlantılar içerir.

• Denetleyici: Martinez BoardDX.com (ayrıca IMU ve bazı başlık pinleriyle birlikte gelir).
• IMU: MPU6050
• Pil (450 mAh 3S LiPo pil) Not: Ayrıca bir 3S LiPo şarj cihazına da ihtiyacınız olacak eBay.com
• 2x Motor: Fırçasız motor 2208, KV100DX.com
• Tekerlekler (bunları mevcut oyuncaklardan veya LEGO'dan alabilirsiniz)
• 6x M2 vida 5 mm
• 8x M3 vida (uzunluk dış cephenizin malzemesine bağlıdır, birinin ekstra uzun olması gerekir)
• Bluetooth yongası HC-05 (yalnızca çıplak bir yonga değil, seri arabirim kartı takılı bir tane aldığınızdan emin olun) ÖNEMLİ: Çipte KEY etiketli bir pim olduğundan emin olun.
• Teller: Dişi - Dişi DuPont20 telden oluşan bir paket satın almak fazlasıyla yeterli olacaktır
• cırt cırt Bant
• Denetleyiciyi PC'ye bağlamak için USB Kablosu
• İsteğe bağlı: PinsDX.com başlığı (bunları istediğiniz uzunlukta kesebilir veya kırabilirsiniz)
• Plastik rondelalar ve ara parçalar

Son olarak, tüm bileşenleri tutan bir yapı oluşturmak için yapıştırıcı veya bant eşliğinde akrilik, ahşap veya kartona ihtiyacınız var.

2. Adım: Bluetooth Çip Yapılandırması

Tüm parçalara bir kez sahip olduğunuzda, Bluetooth çipinin yapılandırılmasının zamanı geldi. Denetleyici kartını bilgisayarınıza bağlamak için bir USB kablosuna ve bileşenlerle iletişim kurmak için Arduino IDE'ye ihtiyacınız olacak.

Bunun için dosyayı indirmeniz gerekecek:

HC-05_Serial_Interface.ino

Ardından şu adımları izleyin:

1. Denetleyiciyi bir USB kablosuyla bilgisayarınıza bağlayın.
2. Arduino IDE ile.ino dosyasını açın.
3. IDE'de Tools, Board'a gidin ve Arduino/Genuino Uno olarak ayarlandığından emin olun.
4. Şimdi Araçlar, Bağlantı Noktası'na gidin ve denetleyicinin bağlı olduğu COM bağlantı noktasına ayarlayın. Genellikle yalnızca bir bağlantı noktası vardır. Birden fazla varsa, denetleyicinin hangisi olduğunu bulmak için Aygıt Yöneticisi'ni (Windows'ta) kontrol edin.
5. Şimdi, IDE'deki Yükle düğmesine basın ve yüklemenin bitmesini bekleyin. Ardından, USB kablosunu bilgisayardan veya denetleyiciden çıkarın.

Bunu yaptıktan sonra, DuPont kablolarını kullanarak HC-05'i aşağıdaki gibi bağlayın:

HC-05 Kontrolör

ANAHTAR +5V GND GND TXD RX RXD TX

Şimdi USB kablosunu tekrar takın, ardından HC-05'in VCC pinini kontrolördeki başka bir +5V'a bağlayın. LED ~1 saniye aralıklarla yanıp sönmelidir.

Arduino IDE'de doğru COM bağlantı noktasını seçin, ardından Araçlar, Seri Monitör'e gidin.

Seri Monitördeki Satır Sonlandırma seçeneğini Hem NL hem de CR olarak ayarlayın. Baud hızını 38400 olarak ayarlayın. Artık Bluetooth çipine kurulum komutları göndermek için Seri Monitörü kullanabilirsiniz. Bunlar komutlardır:

AT Bağlantıyı kontrol edin

AT+NAME Bluetooth görünen adını al/ayarla AT+UART baud hızını al/ayarla AT+ORGL Fabrika varsayılanlarını sıfırla AT+PSWD Bluetooth parolasını al/ayarla

Bluetooth cihazının adını, parolasını ve baud hızını değiştirmek için aşağıdaki komutları gönderin:

AT+NAME="Örnek Ad"

AT+PSWD="Parola123" AT+UART="230400, 1, 0"

Ad ve Parola seçenekleri istediğiniz gibi ayarlanabilir, sadece yukarıda listelenen komutun aynısını kullanarak baud hızını ayarladığınızdan emin olun. Bu, 1 stop biti ve eşliksiz 230400 baud'a ayarlar. Her şeyi ayarladıktan sonra USB kablosunu yeniden bağlayın (kurulum modundan çıkmak için) ve telefonunuzu çiple eşleştirmeyi deneyin. Her şey çalışıyorsa, USB kablosunu çıkarın ve bir sonraki adıma geçin.

Adım 3: Tekerleklerin Motorlara Takılması

Bu projede kullanılan tekerleklerin kökeni bilinmiyor (bir sürü başka malzemeyle birlikte bir çekmecede yatıyorlardı). Tekerlekleri motorlara takmak için motorların üzerindeki vida deliklerine uygun bir parçayı 3 boyutlu olarak yazdırdık. Parçalar, motor başına üç adet 5 milimetre 2M vida kullanılarak vidalandı. Her iki parça da tekerleklerin eksenlerindeki deliklere uyan bir pime sahiptir.

SolidWorks modeli dahildir. Muhtemelen onu tekerlekleriniz için değiştirmeniz veya tekerleklere uyacak farklı bir pratik çözüm bulmanız gerekecek. Örneğin, motorla aynı boyutta (veya tam oturması için biraz daha küçük) bir delik açmak için bir Dremel kullanabilir, ardından motoru tekerleğe bastırabilirsiniz. Bunu yapmayı planlıyorsanız, bu iş için uygun tekerlekleri aldığınızdan emin olun.

Adım 4: Dış Mekanı Oluşturma

Dış cephe için iki parça ahşap kullanılmış ve aynı şekilde kesilmiştir. Başlamak için, motorun çevresini parçanın alt ortasında işaretledik. Daha sonra her köşeyi 45 derecelik bir çizgiyle işaretledik ve motorun alt merkezde oturması için yeterli alan bıraktığından emin olduk. Daha sonra iki tahta parçasını birbirine kenetledik ve köşeleri kestik. İşleri bitirmek için, daha az keskin hale getirmek ve kıymıkları çıkarmak için köşeleri zımparaladık.

Şimdi motorun arkasından dışarı taşan vidalar ve eksen için delik açma zamanı. Delme sırasında tahta parçalarını birbirine kenetlerseniz, her bir deliği yalnızca bir kez delmeniz gerekir.

Vida deliklerinin düzenini oluşturmak için bir parça kağıt kullandık ve motorun arkasına yerleştirdik ve kağıdın içinden vida deliklerine bastırmak için bir kalem kullandık. Dört vida deliği olan kağıt parçası daha sonra ahşabın üzerine yerleştirildi, böylece delinecek deliklerin yerini işaretleyebilirdik. Delikleri delmek için 3, 5 mm'lik bir matkap kullanın. Şimdi, bir kurşun kalem ve cetvel kullanarak bu deliklerin merkezini bulun ve 5 mm'lik bir matkap kullanarak eksen için bir delik oluşturun. Motorları M3 vidalarla takın, ancak daha geniş aralıklı vidalardan birini bir motordan çıkarın.

Motor konektörünü ve teli robotun içine almak için motorun biraz üzerinde 8 mm'lik bir delik de açtık. Telleri çok fazla zorlamadan bükülmeleri için yeterli alan olduğundan emin olun.

(Neredeyse) mükemmel simetrik bir dış cephe oluşturmak için mümkün olduğunca hassas çalışmak önemlidir

Adım 5: Bileşenlerin Takılması

Bileşenleri merkeze yerleştirebilmeniz için ahşabın üzerine dikey bir merkez kılavuzu işaretleyin. Velcro bant kullanarak her şeyi ahşaba yapıştırabilirsiniz. Robotumuzda kontrol kartını sabitlemek için küçük cıvatalar ve somunlar kullandık, ancak cırt bant da kullanabilirsiniz (kontrol cihazını taktığımızda henüz elimizde yoktu). İnşaatı bitirdikten sonra bir USB kablosu takabildiğinizden emin olun.

Kontrol cihazını USB portu aşağı bakacak şekilde merkeze yerleştirdik, böylece kabloyu tekerlekler arasından takabildik. Ayrıca kenarlardan birine de işaret edebilirsiniz.

Pili olabildiğince yükseğe yerleştirin, böylece robot ağırlaşır. Ayrıca şarj portunu, kenarına yakın, ulaşılması kolay bir yere yerleştirin.

Bluetooth çipi

Bluetooth yongası VCC pinini denetleyicideki +5V'a ve Bluetooth GND'yi denetleyicinin GND'sine bağlayın. Kontrolörün TXD pini Bluetooth RX'e ve kontrol cihazı üzerindeki RXD pini Bluetooth TX pinine gider. Ardından, Bluetooth çipini cırt bant kullanarak ahşap panelde bir yere yapıştırın.

Hareket Çipi

Hareket çipinin iki vida deliği vardır, bu yüzden çipi, çipin merkezi motorun merkezinin üzerine düşecek şekilde bir ara parçası kullanarak tutturduk. Robot, önyükleme sırasında kendini kalibre ettiğinden, oryantasyon önemli değildir. Devrenin kısa devre yapmasını önlemek için vida başının altında plastik bir rondela kullandığınızdan emin olun.

Ardından, pimleri denetleyiciye bağlamak için DuPont kablolarını kullanın. Her bir pin, kontrol cihazında hareket çipinde olduğu gibi aynı şekilde etiketlenmiştir, bu nedenle onu bağlamak oldukça açıklayıcıdır.

Güç düğmesi

Bir güç anahtarının bağlanması kolaydır. Eski bir cihazdan bir tane aldık ve devre kartından söktük. Robot için bir güç anahtarı olarak kullanmak için, pilin pozitif kablosunu, anahtarın açık konumuna getirmek istediğiniz taraftaki pime (üç pimli bir anahtar olduğunu varsayarak) bağlarsınız. Ardından, orta pimi denetleyicinin pozitif güç girişine bağlayın. DuPont kablolarını anahtara lehimledik, böylece pilin kendisi anahtara kalıcı olarak bağlı değil.

Yanları bağlama

Artık bileşenlerin yerini biliyorsunuz ve robotun iki tarafına da sahipsiniz. Robotun yapımındaki son adım, iki tarafı birbirine bağlamak olacaktır. Üç parça tahtadan oluşan dört takım birbirine yapıştırdık ve hareket çipimiz robotun orta ekseninde olacak şekilde yanlara vidaladık. Yeterince güçlü olması koşuluyla kullanılan malzemenin çok da önemli olmadığı söylenmelidir. Kütle merkezinin yüksekliğini daha da artırmak için üstte daha ağır bir bağlantı bile kullanabilirsiniz. Ancak, kütle merkezinin dikey konumundan farklı olarak, kütle merkezinin yatay konumu, tekerlek ekseninin üzerinde, mümkün olduğunca yerinde tutulmalıdır, çünkü yatay merkez olsaydı hareket çipinin kodunu kodlamak oldukça zor olurdu. yer değiştiren kitle.

Artık kodu yüklemeye ve denetleyiciyi ayarlamaya hazırsınız.

Adım 6: Kodu Yükleme ve Ayarlama

Kodu yüklemek için Arduino IDE'ye sahip bir bilgisayara ihtiyacınız var. Aşağıdaki.ino dosyasını indirin ve Arduino IDE ile açın. Denetleyiciye yükleme, Bluetooth kurulumundaki kodla yaptığınız gibi yapılır.

Robotun çalışması için Play Store'dan 'Joystick bluetooth Commander' uygulamasını indirmeniz gerekiyor. Robotun gücünü açın ve onu ön veya arka yüzü üzerine yere koyun. Uygulamayı başlatın ve Bluetooth çipine bağlanın. Robot kendini kalibre ettikten sonra Veri Alanı 1, XXX'den HAZIR'a geçecektir (yan tarafına yerleştirmek için 5 saniye, ardından 10 saniye kalibrasyon). Uygulamadaki düğme 1'i değiştirerek robotu açabilirsiniz. Şimdi robotu yere dikey olarak yerleştirin ve motorların çalıştığını hissettiğinizde bırakın. Bu, robotun kendini dengelemeye başladığı zamandır.

Robot, kararlılığı muhtemelen çok iyi olmadığı için ayarlanmaya hazırdır. Ek ayar yapmadan çalışıp çalışmadığını deneyebilirsiniz, ancak düzgün çalışması için robotu bizimkiyle oldukça aynı hale getirmeniz gerekir. Bu nedenle çoğu durumda kontrol cihazını robotunuzla en iyi şekilde çalışacak şekilde ayarlamalısınız. Oldukça zaman alıcı olmasına rağmen oldukça kolaydır. Bunu nasıl yapacağınız aşağıda açıklanmıştır:

Denetleyiciyi ayarlama

Kodun bir yerinde k ile başlayan 4 değişken bulacaksınız. Bunlar kp, kd, kc ve kv'dir. Tüm değerleri sıfıra ayarlayarak başlayın. Ayarlanacak ilk değer kp'dir. Varsayılan kp değeri 0.17'dir. 0,05 gibi çok daha düşük bir değere ayarlamayı deneyin. Robotu kapatın, kodu yükleyin ve nasıl dengelenmeye çalıştığını görün. Öne doğru düşerse, değeri artırın. Bunu yapmanın en akıllı yolu enterpolasyon yapmaktır:

1. Değeri düşük bir değere ayarlayın ve deneyin
2. Değeri yüksek bir değere ayarlayın ve deneyin
3. Değeri ikisinin ortalamasına ayarlayın ve deneyin
4. Şimdi düşük veya yüksek değerde daha iyi dengelenip dengelenmediğini bulmaya çalışın ve mevcut değerin ve daha iyi çalıştığı değerin ortalamasını alın.
5. Tatlı bir nokta bulana kadar devam et

Kp değeri için tatlı nokta, yetersiz ve aşırı telafinin sınırında olduğu zamandır. Bu yüzden bazen düşen hızına yetişemediği için öne doğru düşer, bazen de farklı bir yönü aştığı için geriye düşer.

kp değerini ayarladıktan sonra kd değerini ayarlayın. Bu, kp ile yaptığınız gibi yapılabilir. Robot neredeyse dengeye gelene kadar bu değeri artırın, böylece düşene kadar ileri geri sallanır. Çok yükseğe ayarlarsanız, zaten oldukça düzgün bir şekilde dengelenmesini sağlayabilirsiniz, ancak denge çok bozulduğunda düşecektir (ittiğinizde olduğu gibi). Bu yüzden oldukça dengeli olmadığı, ancak oldukça yakın olduğu bir nokta bulmaya çalışın.

Tahmin edebileceğiniz gibi, tanıtılan her yeni değişkenle daha da zorlaştığı için denetleyiciyi ayarlamak birkaç deneme gerektirebilir. Yani işe yaramayacağını düşünüyorsanız, baştan başlayın.

Şimdi kv'yi ayarlama zamanı. Robotun sallanmayı bıraktığı, dengeli kaldığı ve hafif bir itmeyi kaldırabileceği bir değer bulana kadar bunu enterpolasyon yapın. Çok yükseğe ayarlandığında stabiliteyi olumsuz etkiler. En kararlı olduğu bir noktayı bulmak için kv ve kp ile oynamayı deneyin. Bu, ayarlamanın en çok zaman alan adımıdır.

Son değer kc'dir. Bu değer, bir itme veya başka bir şeyi telafi ettikten sonra robotun son konumuna geri dönmesini sağlar. Burada aynı enterpolasyon yöntemini deneyebilirsiniz, ancak çoğu durumda 0.0002 oldukça iyi çalışmalıdır.

Bu kadar! Robotunuz artık hazır. Robotu kontrol etmek için akıllı telefonunuzdaki joystick'i kullanın. Yine de, maksimum hızda ilerlemek robotun düşmesine neden olabileceğinden dikkatli olun. Bunu mümkün olduğunca telafi etmek için kontrolör değişkenleriyle oynayın. En mantıklı adım, bunun için kp değerine bakmak olacaktır, çünkü bu, robotun mevcut açısını doğrudan telafi eder.

LiPo piller hakkında önemli not

LiPo pilinizin voltajını düzenli olarak kontrol etmeniz önerilir. LiPo piller, 3S LiPo'da 9 volt ölçen hücre başına 3 volttan daha az deşarj edilmemelidir. Voltaj hücre başına 3 voltun altına düşerse, pilde kalıcı kapasite kaybı olacaktır. Voltaj hücre başına 2,5 volt'un altına düşerse, pili atın ve yenisini satın alın. LiPo pilini 2,5 volttan daha az şarj etmek tehlikelidir, çünkü iç direnci çok yükselir, bu da pilin ısınmasına ve şarj sırasında olası bir yangın tehlikesine neden olur..