Какво ви е необходимо, за да изградите свой собствен автономен робот

Искали ли сте някога да създадете свой собствен робот? Не е толкова трудно, колкото си мислите, като използвате комплект или набор от стандартни електронни компоненти.

Основното препятствие е навигирането на изумителния брой опции, налични за изграждане на колесен робот, включително неговия микроконтролер, шаси, двигатели и сензори. Най-лесният вариант е да закупите пълен комплект роботи, но ако искате да създадете персонализиран робот, ние ще ви преведем стъпка по стъпка през основните избори, които трябва да направите.

1. Микроконтролер / SBC

Вашият робот ще се нуждае от електронен „мозък“, за да контролира всички свои функции, включително движението. Две от най-популярните опции са Raspberry Pi и Arduino.

Raspberry Pi е едноплатен компютър (SBC) с микропроцесор Arm, който може да работи с пълна операционна система Linux. Основната полза за изграждането на роботи е, че е така по-мощен от микроконтролер като Arduino, което ви позволява да стартирате по-сложни програми. Това е идеално за разпознаване на лица и други форми на AI, така че можете да създадете наистина умен робот.

Друго предимство е, че можете да го програмирате на почти всеки език. Един от най-популярните за роботика в Python, който е по-малко плашещ от C за начинаещи за кодиране.

Arduino, от друга страна, е идеален за по-прости роботизирани проекти. Освен че обикновено е на по-ниска цена, той използва по-малко енергия, така че отнема повече време за източване на преносима банка за захранване или батерия.

Въпреки че обикновено се програмира в C с помощта на Arduino IDE на компютър, възможно е да се използва a графична IDE, наречена Xod за управление на роботи Arduino.

Други микроконтролери също са подходящи за роботика, включително Teensy, BeagleBone, micro: bit и Raspberry Pi Pico.

2. Шаси

За вашия колесен робот ще ви трябва шаси, за да оформите тялото му, да поместите електрониката и да монтирате двигателите (с помощта на скоби).

Има многобройни комплекти шаси на разположение в различни размери и материали, обикновено за двуколесни роботи или понякога шест колела. Повечето са прости платформи за монтиране на електроника и двигатели; по-скъпите опции могат да включват система за окачване.

Като алтернатива можете да създадете собствено шаси „направи си сам“ от материали като пластмаса, метал, дърво, лего тухли или дори картон. Важно съображение е колко здрав искате да бъде вашият робот. Ако е необходимо да се справите с труден терен, ще искате по-трайно шаси.

3. Двигатели

За да накарате робота си да се движи, ще ви трябват двигатели. За колесен робот това ще бъдат стандартни постояннотокови двигатели, които - за разлика от серво или стъпкови двигатели - се въртят свободно с висока скорост.

Някои двигатели разполагат с вградена скоростна кутия за увеличаване на въртящия момент и задвижване на по-големи товари. Проверете съотношението на предавката (или намаляването на скоростта): колкото по-високо е, толкова по-голям е въртящият момент и по-ниска скорост. По-високи коефициенти се препоръчват за начинаещи проекти.

Ако се нуждаете от точно отчитане и контрол на скоростта на двигателя, има и възможност за добавяне на a магнитен или оптичен енкодер за скорост към всеки вал на двигателя, който ще подава данните обратно към вашия микроконтролер.

Скоростта на всеки двигател обикновено се контролира от ШИМ (широчинно-импулсна модулация), което включва изпращане на поток от цифрови импулси за включване и изключване: колкото повече импулси в един цикъл, толкова по-бързо се върти.

4. Шофьор на мотор

Не можете да свържете DC двигатели директно към вашия едноплатен компютър или платка на микроконтролера, тъй като последните няма да могат да доставят достатъчно мощност за двигателите и може да повредите платката.

Вместо това ще ви трябва платка за драйвер / контролер на двигателя, свързана между двигателите и вашия микроконтролер, както и към източника на захранване. Евтините платки за драйвери често се основават на двуканален H-bridge чип L298N или DRV8833. Броят на каналите определя колко двигатели могат да се управляват независимо, така че ще ви трябват повече канали (и драйвери) за 4WD или 6WD.

Въпреки че е възможно някой с познания в областта на електрониката да изгради свой собствен двигател с мост H-bridge, по-лесно е да си купи платка за водача. Налични са множество HATs за монтиране на Raspberry Pi и специална Моторен щит за Arduino.

Ключов фактор при избора на двигател е да се гарантира, че той може да се справи с напрежението, изисквано от двигателите, както и с техния непрекъснат работен ток. Ако не можете да намерите последния в спецификациите на двигателите, той обикновено е с 20% до 25% по-нисък от спиращия ток. Максималният ток на водача на двигателя трябва да бъде около два пъти непрекъснатия ток на двигателите.

5. Колела

Естествено, те са от съществено значение за колесен робот! Един прост двуколесен робот е най-лесен за начинаещи, като обикновено има малък колело без колело, колело или плъзгач отпред, за да му помогне да поддържа баланс.

Четириколесният робот е следващата стъпка нагоре, осигуряваща допълнителна стабилност и контрол. Ако искате независим контрол на всеки мотор / колело за истински 4WD, ще ви трябват два двуканални моторни чипа на вашия борд. Като алтернатива можете да използвате един драйвер за управление на два двигателя на всеки канал, при условие че той има достатъчно максимален токов капацитет, за да се справи с всички тях.

За офроуд терени може да се наложи дори да стигнете до шест колела, но ще ви е необходимо по-дълго шаси, за да ги побере. Можете да добавите гъсеници за допълнително сцепление или дори система за въртене-талига, както е представено на марсохода Perseverance Mars на НАСА.

Въпреки че е възможно да има управляеми колела, използващи серво, за да ги въртят и техните двигатели, най-често срещаният метод за управление на робот е просто да се движат колелата от едната страна по-бързо от другата.

Друг интересен вариант е използването на колела Mecanum, чиито специални ролки им позволяват да се движат настрани, когато четирите колела се завъртят по определен модел. Страхотно за паралелно паркиране!

6. Мощност

Привързването на робота ви към електрически контакт ще бъде малко ограничаващо, така че ще ви трябва преносим източник на енергия. Има два основни метода:

1. Използвайте отделни източници на захранване за двигателите и електрониката.
2. Използвайте един източник на захранване, свързан към двата чрез BEC (верига за елиминиране на батерията). Вашата платка за шофьор на двигател може да включва BEC.

Каквато и опция да изберете, възможните източници на захранване включват USB захранващи банки, батерии (напр. 4x AA) и LiPo батерии. Просто се уверете, че подавате правилните напрежения и нива на ток. Много платки на моторни драйвери предлагат защита срещу претоварване и обратна полярност.

7. Сензори

Въпреки че е възможно да програмирате робота си да се движи по зададен шаблон или да го управлявате ръчно от отдалечено устройство, добавянето на сензори ще му позволи да действа автономно.

Ултразвуков датчик за разстояние, като например HC-SR04, ще позволи на робота да усети стена или друга пречка пред него, за да може да предприеме уклончиви действия.

Да накараш робот да следва пътека на пода е друга популярна възможност. Един или повече IR сензори, следващи линията, монтирани отпред, му позволяват да открива тъмна линия на пода и да се насочва по нея.

Можете дори да дадете на робота си „очи“ с добавянето на малка камера. Изображенията могат да се интерпретират с помощта на библиотека за компютърно зрение като OpenCV за откриване на обекти или дори лица.

Изградете свой собствен автономен робот: Успех

Вече имате преглед на това как да създадете свой собствен колесен робот. Надяваме се, че ви е вдъхновило да направите първия си поход към прекрасния свят на роботиката. След като изградите първия си робот, може да искате да направите различен тип, например такъв с крака или роботизирана ръка.

Най-добрият тъмен уеб браузър за вашето устройство

Искате ли да получите достъп до тъмната мрежа? Трябва да използвате тъмен уеб браузър, който може да ви отведе там и да защити поверителността ви също.

Прочетете Напред

За автора