Čo potrebujete na zostavenie vlastného autonómneho robota

Chceli ste si niekedy postaviť vlastného robota? Nie je to také ťažké, ako si možno myslíte, či už pomocou súpravy alebo radu štandardných elektronických súčiastok.

Hlavnou prekážkou je navigácia v ohromujúcom počte možností, ktoré sú k dispozícii na výrobu robotov na kolieskach, vrátane ich mikrokontrolérov, podvozkov, motorov a senzorov. Najjednoduchšou možnosťou je kúpiť si kompletnú sadu robotov. Ak však chcete vytvoriť robota na mieru, prevedieme vás krok za krokom hlavnými rozhodnutiami, ktoré musíte urobiť.

1. Mikrokontrolér / SBC

Váš robot bude potrebovať elektronický „mozog“, aby mohol ovládať všetky svoje funkcie vrátane pohybu. Dve z najpopulárnejších možností sú Raspberry Pi a Arduino.

Raspberry Pi je jednodeskový počítač (SBC) s mikroprocesorom Arm, ktorý dokáže spustiť celý operačný systém Linux. Hlavnou výhodou pre stavbu robotov je, že to je výkonnejší ako mikrokontrolér ako Arduino, čo vám umožňuje spúšťať zložitejšie programy. To je ideálne riešenie na rozpoznávanie tváre a iné formy umelej inteligencie, takže môžete vytvoriť skutočne inteligentného robota.

Ďalšou výhodou je, že ho môžete programovať v takmer akomkoľvek jazyku. Jeden z najobľúbenejších pre robotiku v Pythone, ktorý je menej náročný ako C pre nováčikov v kódovaní.

Arduino je na druhej strane ideálne pre jednoduchšie robotické projekty. Okrem toho, že je zvyčajne lacnejší, spotrebuje menej energie, takže vybíjanie prenosnej napájacej banky alebo batérie trvá dlhšie.

Aj keď je to normálne programované v C pomocou Arduino IDE na počítači, je možné použiť a grafické IDE s názvom Xod na riadenie robotov Arduino.

Pre robotiku sú vhodné aj ďalšie mikrokontroléry, napríklad Teensy, BeagleBone, micro: bit a Raspberry Pi Pico.

2. Podvozok

Pre vášho robotického robota na kolieskach budete potrebovať podvozok, ktorý vyformuje jeho karosériu, pojme elektroniku a namontuje motory (pomocou konzol).

Je ich veľa podvozkové sady k dispozícii v rôznych veľkostiach a materiáloch, zvyčajne pre dvoj- alebo štvorkolesové roboty - niekedy šesť kolies. Väčšinou sú to jednoduché platformy na namontovanie elektroniky a motorov; drahšie možnosti môžu obsahovať systém odpruženia.

Prípadne si môžete na mieru vyrobiť svoj vlastný DIY podvozok z materiálov, ako je plast, kov, drevo, lego tehly alebo dokonca lepenka. Dôležitým aspektom je, ako robustný chcete, aby váš robot bol. Ak potrebujete zvládnuť ťažký terén, budete chcieť odolnejší podvozok.

3. Motory

Aby sa váš robot rozhýbal, budete potrebovať motory. Pre kolesového robota to budú štandardné jednosmerné motory, ktoré sa na rozdiel od serv alebo krokových motorov voľne otáčajú vysokou rýchlosťou.

Niektoré motory sú vybavené zabudovanou prevodovkou, ktorá zvyšuje krútiaci moment a zvyšuje zaťaženie. Skontrolujte prevodový pomer (alebo zníženie rýchlosti): čím je vyšší, tým väčší je krútiaci moment a nižšie otáčky. Pre začiatočné projekty sa odporúčajú vyššie pomery.

Ak požadujete presné odčítanie a kontrolu otáčok motora, je tu tiež možnosť pridať a magnetický alebo optický kódovač rýchlosti na každý hriadeľ motora, ktorý odovzdá údaje späť vášmu mikrokontrolér.

Rýchlosť každého motora je zvyčajne riadená pomocou PWM (modulácia šírky impulzu), ktorá zahŕňa vysielanie prúdu digitálnych impulzov zapnutia a vypnutia: čím viac impulzov v cykle, tým rýchlejšie sa točí.

4. Vodič motora

Nemôžete pripojiť jednosmerné motory priamo k jednodeskovému počítaču alebo doske mikrokontroléra, pretože tá nebude schopná dodať dostatočné množstvo energie pre motory a môžete ju poškodiť.

Namiesto toho budete potrebovať dosku vodiča / ovládača motora pripojenú medzi motormi a mikrokontrolérom a tiež k zdroju napájania. Lacné dosky ovládačov sú často založené na dvojkanálovom H-moste čipu L298N alebo DRV8833. Počet kanálov určuje, koľko motorov je možné ovládať nezávisle, takže pre 4WD alebo 6WD budete potrebovať viac kanálov (a ovládačov).

Aj keď je možné, aby si niekto so znalosťami elektroniky vytvoril svoj vlastný vodič motora H-bridge, je jednoduchšie kúpiť si dosku vodiča. Na Raspberry Pi je k dispozícii veľa HAT, ktoré sú k dispozícii na pripojenie Štít motora pre Arduino.

Kľúčovým faktorom pri výbere budiča motora je zabezpečiť, aby zvládol napätie požadované motormi, ako aj ich trvalý prevádzkový prúd. Ak tento údaj nenájdete v špecifikáciách motorov, je zvyčajne o 20% až 25% nižší ako zastavovací prúd. Maximálny prúd budiča motora by mal byť približne dvojnásobok trvalého prúdu motorov.

5. Kolesá

Prirodzene, tieto sú pre kolesového robota nevyhnutné! Pre začiatočníkov je najjednoduchší jednoduchý dvojkolesový robot, ktorý má zvyčajne vpredu malé bezmotorové koliesko, koleso alebo šmyk, ktorý mu pomáha udržiavať rovnováhu.

Ďalším pokrokom je štvorkolesový robot, ktorý poskytuje ďalšiu stabilitu a kontrolu. Ak chcete nezávislé riadenie každého motora / kolesa pre skutočný pohon všetkých kolies, budete na svojej doske potrebovať dva čipy dvojkanálového ovládača motora. Alternatívne môžete použiť jeden ovládač na ovládanie dvoch motorov na každom kanáli, ak má dostatočnú maximálnu prúdovú kapacitu na to, aby ich všetky zvládol.

V teréne možno budete chcieť dokonca vystúpiť na šesť kolies, ale na ich umiestnenie budete potrebovať dlhší podvozok. Môžete pridať húsenkové dráhy pre väčšiu priľnavosť alebo dokonca systém rocker-bogie, ako je uvedený na roveri Mars Perseverance Mars.

Aj keď je možné mať riaditeľné kolesá pomocou serv na ich otáčanie a ich motorov, najbežnejšou metódou riadenia robota je jednoduché chodenie kolies na jednej strane rýchlejšie ako na druhú.

Ďalšou zaujímavou možnosťou je použitie kolies Mecanum, ktorých špeciálne valčeky im umožňujú pohyb do strán, keď sa štyri kolesá otáčajú v určitom vzore. Skvelé pre paralelné parkovanie!

6. Moc

Pripojenie robota k elektrickej zásuvke by bolo trochu obmedzujúce, takže budete potrebovať prenosný zdroj energie. Existujú dve hlavné metódy:

1. Pre motory a elektroniku používajte samostatné zdroje napájania.
2. Použite jeden zdroj napájania pripojený k obom prostredníctvom BEC (obvod eliminátora batérie). Vaša doska vodiča môže obsahovať BEC.

Bez ohľadu na to, ktorú možnosť si vyberiete, možné zdroje napájania zahŕňajú napájacie banky USB, batérie (napr. 4x AA) a LiPo batérie. Len sa uistite, že dodávate správne napätie a prúd. Mnoho dosiek ovládačov motorov ponúka ochranu pred nadmerným prúdom a opačnou polaritou.

7. Senzory

Aj keď je možné robot naprogramovať tak, aby sa pohyboval v nastavenom vzore alebo ho ovládal ručne zo vzdialeného zariadenia, pridaním senzorov mu umožníte samostatnú činnosť.

Ultrazvukový snímač vzdialenosti, napríklad HC-SR04, umožní robotovi vycítiť múr alebo inú prekážku pred ňou, aby mohol podniknúť úhybné kroky.

Nútiť robota, aby sledoval cestu na podlahe, je ďalšou populárnou možnosťou. Jeden alebo viac senzorov sledujúcich infračervené lúče namontovaných vpredu umožňuje detekovať tmavú čiaru na podlahe a smerovať pozdĺž nej.

Môžete dokonca svojmu robotu venovať „oči“ pridaním malej kamery. Snímky možno interpretovať pomocou knižnice počítačového videnia, ako je OpenCV, na detekciu objektov alebo dokonca tvárí.

Zostavte si vlastného autonómneho robota: úspech

Teraz máte prehľad o tom, ako si zostaviť vlastného kolesového robota. Dúfame, že vás inšpirovala k prvému vpádu do úžasného sveta robotiky. Len čo skonštruujete svojho prvého robota, možno budete chcieť vyrobiť iný typ, napríklad taký, ktorý má nohy alebo robotickú ruku.

Najlepší tmavý webový prehliadač pre vaše zariadenie

Chcete mať prístup k temnému webu? Musíte použiť tmavý webový prehliadač, ktorý vás tam dovedie a ochráni tiež vaše súkromie.

Prečítajte si Ďalej

O autorovi