Rpibot - Об обучении робототехнике

Это простая и дешевая платформа для мобильных роботов, предназначенная для обучения и расширения. Я объяснил свою концепцию, а также свои проблемы, которые я решил.

Я инженер встраиваемого программного обеспечения в немецкой автомобильной компании. Я начал этот проект как обучающую платформу для встраиваемых систем. Проект был досрочно отменен, но мне он так понравился, что я продолжил в свободное время. Это результат…

У меня были следующие требования:

• Простое оборудование (основное внимание уделяется программному обеспечению)
• Недорогое оборудование (около 100 евро)
• Расширяемый (некоторые параметры уже включены в описание)
• Напряжение питания для всех компонентов от одного источника 5 В (powerbank)

На самом деле не было никакой цели, кроме обучения. Платформу можно использовать для обучения, наблюдения, соревнований роботов и т. Д.

Это не учебник для начинающих. Вам потребуются базовые знания о:

• Программирование (Python)
• Базовая электроника (для соединения модулей под нужным напряжением)
• Базовая теория управления (ПИД)

В конце концов, вы, вероятно, столкнетесь с проблемами, как и я. Проявив немного любопытства и выдержки, вы пройдете проект и решите задачи. Мой код максимально прост, а важные строки кода прокомментированы, чтобы давать подсказки.

Полный исходный код и файлы доступны здесь:https://github.com/makerobotics/RPIbot

Расходные материалы:

Механика

• 1x фанерная доска (размер A4, толщина 4 мм)
• 3x M4 x 80 Винт и гайка
• 2x мотор-редуктора с вторичным выходным валом для энкодера. Колеса.
• 1x свободное колесо
• 1x крепление для камеры с панорамированием и наклоном (необязательно)

Электроника

• 1x Raspberry Pi Zero с заголовком и камерой.
• 1x сервоуправление PCA 9685
• 2 колеса и схема оптического кодировщика.
• 1 перемычка с гнездом
• 1x USB внешний аккумулятор.
• 1x драйвер для двух двигателей DRV8833
• 2x Micro сервопривода SG90 для панорамирования и наклона камеры (опция)
• 1x MPU9250 IMU (опционально)
• 1x ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04 (опция)
• 1x перфорированная плата и паяльная проволока, разъемы и т. д.

Шаг 1. Соберите шасси

Я плохой конструктор по механике. Также цель проекта - не проводить слишком много времени в шасси. В любом случае я определил следующие требования:

• Дешевые материалы
• Быстрая сборка и разборка
• Расширяемый (например, место для дополнительных датчиков)
• Легкие материалы для экономии энергии для электроники.

Легкое и дешевое шасси можно сделать из фанеры. Легко обрабатывается лобзиком и ручной дрелью. Вы можете склеить небольшие деревянные детали для создания держателей для датчиков и двигателей.

Подумайте о замене неисправных компонентов или об электрической отладке. Основные части следует закрепить винтами, чтобы их можно было заменить. Пистолет для горячего клея может быть простым, но, вероятно, не лучшим способом построить шасси… Мне потребовалось много времени, чтобы подумать о простой концепции, позволяющей легко разбирать детали. 3D-печать - хорошая альтернатива, но она может быть довольно дорогой или трудоемкой.

Свободное колесо, наконец, стало очень легким и простым в установке. Все альтернативы были тяжелыми или полными трения (я попробовал пару из них, прежде чем нашел последний). Мне нужно было только вырезать деревянную распорку, чтобы выровнять хвостовое свободное колесо после установки основных колес.

Свойства колеса (для расчетов в программном обеспечении)

Окружность:21,5 см
Импульсы:20 импульсов / оборот.
Разрешение:1075 см (наконец, 1 импульс составляет около 1 см, что легко для расчетов в программном обеспечении)

Шаг 2. Электроника и электрические соединения

В проекте используются разные модули, как показано на схеме.

Raspberry Pi Zero это главный контроллер. Он считывает показания датчиков и управляет двигателями с помощью сигнала ШИМ. Он подключен к удаленному ПК по Wi-Fi.

DRV8833 представляет собой двутавровый мост с двумя двигателями. Он обеспечивает достаточный ток для двигателей (чего Raspberry Pi не может, так как выходы могут выдавать только несколько мА).

оптический кодировщик выдают сигнал квадратной формы каждый раз, когда свет проходит через колеса энкодера. Мы будем использовать аппаратные прерывания Raspberry Pi для получения информации каждый раз, когда сигнал переключается.

pca9695 плата сервоуправления. Он обменивается данными по последовательной шине I2C. Эта плата обеспечивает сигналы ШИМ и напряжение питания, которые управляют сервоприводами панорамирования и наклона кулачка.

MPU9265 3-осевой датчик ускорения, 3-осевой угловой скорости вращения и 3-осевой датчик магнитного потока. Мы будем использовать его в основном для определения направления по компасу.

Все разные модули соединены между собой перемычкой. макет выполняет функции диспетчера и обеспечивает напряжения питания (5В и 3,3В) и заземления. Все подключения описаны в таблице подключений (см. Приложение). Подключение 5 В к входу 3,3 В, вероятно, приведет к выходу из строя вашего чипа. Позаботьтесь и дважды проверьте всю вашу проводку перед подачей питания (здесь особенно следует учитывать энкодер). Перед подключением всех плат следует измерить основные напряжения питания на плате диспетчеризации с помощью мультиметра. Модули крепились к шасси нейлоновыми винтами. Также здесь я был счастлив, что они починили, но также сняли в случае неисправности.

Единственная пайка была, наконец, моторами, макетной платой и разъемами. Если честно, мне нравятся перемычки, но они могут привести к потере связи. В некоторых ситуациях некоторые программные средства мониторинга могут помочь вам в анализе соединений.

Источник:Rpibot - Об обучении робототехнике