Hvernig á að búa til einfaldan vélmenni
Að smíða einfalda vélmenni er skemmtileg leið til að læra um rafeindatækni, grunnatriði í vélfræði og forritun. Margir halda að vélmenni þurfi að vera dýr og flókin, en við getum í raun byrjað með litlum verkefnum sem auðvelt er að setja saman heima. Í þessari grein munum við smíða einfaldan vélmenni sem forðast hindranir með því að nota ómsnema. Þessi vélmenni getur gengið áfram og snúið sér sjálfkrafa þegar það greinir hlut fyrir framan sig. Þetta verkefni hentar byrjendum , nemendum eða öllum sem vilja byrja að læra vélmenni.
1. Skilja hugtakið einföld vélmenni
Almennt séð hafa vélmenni þrjá meginþætti: heilann (stýringuna), skynfærin (skynjarana) og vöðvana (stýribúnaðinn). Í þessu verkefni:
– Stýring: Arduino Uno (eða samhæft)
– Skynjari: HC-SR04 ómskoðunarskynjari til að mæla fjarlægð
– Stýribúnaður: Jafnstraumsmótor sem knýr hjólin
– Mótorstýring: L298N (eða L293D) mótorstýring svo hægt sé að stjórna mótornum með Arduino
Þegar skynjarinn mælir fjarlægðina fyrir framan vélmennið og fjarlægðin er of lítil, mun Arduino skipa mótorstjóranum að breyta hreyfistefnu, til dæmis að beygja til hægri eða vinstri.
2. Nauðsynleg verkfæri og efni
Hér er listi yfir algengar íhluti sem auðvelt er að finna í raftækjaverslunum eða á markaðstorgum:
1. Arduino Uno (1 stykki)
2. L298N mótorstýring (1 stykki)
3. HC-SR04 ómskoðunarskynjari (1 stk.)
4. Jafnstraumsmótor + gírkassi og hjól (2 stykki) fyrir tveggja hjóla vélmenni (mismunadrif)
5. Hjól (1 stykki) lítið jafnvægishjól að framan eða aftan
6. Rafhlöður (t.d. 2×18650 eða 7,4V pakki) eða 6xAA, eftir þörfum mótorsins.
7. Undirvagn vélmenna (hægt að kaupa tilbúinn eða úr akrýl/krossviði)
8. Startkaplar (karl-kvenkyns og karl-karl)
9. Rofi (valfrjálst en mjög gagnlegt)
10. Lítið brauðbretti (valfrjálst)
11. Boltar, hnetur, skrúfjárn og heitt lím eftir þörfum
Ef þú vilt eitthvað enn einfaldara (án ómskoðunarskynjara) geturðu smíðað „línufylgjendur“-vélmenni með línuskynjurum, en útgáfur sem forðast hindranir virðast oft „lifandi“ vegna þess að þær bregðast við hlutum fyrir framan sig.
3. Hönnun undirvagns vélmennisins
Undirvagninn er grindin sem allir íhlutirnir eru festir á. Þú getur notað tilbúið undirvagnssett eða smíðað þitt eigið úr léttum efnum eins og akrýl, PVC eða þunnu tré. Meginreglan er:
– Setjið upp tvo jafnstraumsmótora vinstra og hægra megin.
– Setjið hjólin á mótorhjólið.
– Bættu við hjóli sem jafnvægisbúnaði til að gera vélmennið stöðugt.
– Setjið rafhlöðuna í stöðu þar sem vélmennið hallar ekki.
– Arduino-stýringin og mótorstýringarnar ættu að vera staðsettar efst til að auðvelda aðgang.
Gætið þess að snúran hangi ekki niður svo hún festist ekki í hjólunum.
4. Grunnlínurit
Hér er almenn tengingarhugmynd (pinnarnir eru sérsniðnir):
a) Mótor til drifs L298N
– Vinstri mótor til að gefa út OUT1 og OUT2
– Hægri mótor til að gefa út OUT3 og OUT4
b) L298N rekill fyrir Arduino
– IN1, IN2 fyrir vinstri mótor við suma stafræna Arduino pinna
– IN3, IN4 fyrir hægri mótor við suma stafræna Arduino pinna
– Hægt er að tengja ENA og ENB (virkjun) við Arduino PWM pinnana til að stjórna hraðanum (valfrjálst). Ef ekki, þá eru sumar L298N einingar þegar með virkjunarstöng sem leyfir mótornum að ganga á fullum hraða.
c) HC-SR04 skynjari fyrir Arduino
– VCC í 5V Arduino
– GND til GND Arduino
– TRIG við stafræna pinnann á Arduino
– ECHO í stafrænan Arduino pinna
d) Afl
Mótorinn þarfnast meiri straums en Arduino-inn getur veitt. Þess vegna:
– Aðalrafhlaðan fer í mótorstjórann (+12V og GND tengi á L298N).
– Arduino er einnig hægt að knýja með rafhlöðu (í gegnum VIN) eða með sérstökum hleðslubanka/USB.
– Jarðtenging: Jarðtenging rafhlöðu/drivers og Arduino jarðtengingar verða að vera tengdar til að stjórnmerkið sé stöðugt.
Algengasta mistök byrjenda er að gleyma að tengja GND saman, þannig að vélmennið hreyfist óreglulega.
5. Virknisrökfræði hindranaforðunarvélmennisins
Vélmennið mun vinna með einföldu ferli:
1. Lesið fjarlægðina frá ómskoðunarskynjaranum.
2. Ef fjarlægðin er meiri en þröskuldurinn (t.d. 20 cm), þá færist vélmennið áfram.
3. Ef fjarlægðin er ≤ 20 cm, stoppar vélmennið stutta stund.
4. Vélmennið færist örlítið aftur á bak og snýr sér síðan (til dæmis til hægri) í nokkur hundruð millisekúndur.
5. Lesið fjarlægðina aftur og endurtakið.
Með þessu mynstri mun vélmennið virðast „forðast“ hindranir, jafnvel þótt það velji ekki bestu leiðina.
6. Einfalt dæmi um Arduino kóða
Hér að neðan er dæmi um grunnkóða. Þú getur sérsniðið pinnana til að passa við rafrásina þína:
„`cpp
skilgreina TRIG 8
skilgreindu ECHO 9
// Vinstri mótor
skilgreina IN1 2
skilgreina IN2 3
// Hægri mótor
skilgreina IN3 4
skilgreina IN4 5
langur tími;
heildarfjarlægð;
int lesFjarlægð() {
digitalWrite(TRIG, LÁGT);
seinkunMíkrósekúndur(2);
digitalWrite(TRIG, HIGH);
seinkunMíkrósekúndur(10);
digitalWrite(TRIG, LÁGT);
duration = pulseIn(ECHO, HIGH);
heil cm = lengd 0.034 / 2;
skila cm;
}
tóm áfram() {
digitalWrite(IN1, HÁ);
digitalWrite(IN2, LÁGT);
digitalWrite(IN3, HÁ);
digitalWrite(IN4, LÁGT);
}
ógilt öfugt() {
digitalWrite(IN1, LÁGT);
digitalWrite(IN2, HÁ);
digitalWrite(IN3, LÁGT);
digitalWrite(IN4, HÁ);
}
void beygja til hægri() {
digitalWrite(IN1, HÁ);
digitalWrite(IN2, LÁGT);
digitalWrite(IN3, LÁGT);
digitalWrite(IN4, HÁ);
}
ógilt stöðvun() {
digitalWrite(IN1, LÁGT);
digitalWrite(IN2, LÁGT);
digitalWrite(IN3, LÁGT);
digitalWrite(IN4, LÁGT);
}
ógilt uppsetning () {
pinMode(TRIG, ÚTGANGUR);
pinMode(ECHO, INPUT);
pinMode(INN1, ÚTGANGUR);
pinMode(INN2, ÚTGANGUR);
pinMode(INN3, ÚTGANGUR);
pinMode(INN4, ÚTGANGUR);
Serial.begin (9600);
}
ógild lykkja () {
fjarlægð = lesaFjarlægð();
Raðnúmer.println(fjarlægð);
ef (fjarlægð > 20) {
halda áfram();
} Else {
stöðva();
seinkun (200);
öfugt();
seinkun (300);
stöðva();
seinkun (200);
beygðu til hægri();
seinkun (400);
stöðva();
}
seinkun (50);
}
„“
Þessi kóði er einfaldasta útgáfan. Ef vélmennið hrynur of oft er hægt að auka þröskuldinn í 25–30 cm eða auka snúningstímann.
7. Prófun og stilling
Þegar vélmennið hefur verið sett saman skal framkvæma skref-fyrir-skref prófanir:
1. Prófaðu mótorinn fyrst: keyrðu áfram/aftur á bak aðgerðina til að tryggja að hjólin snúist í rétta átt.
2. Prófaðu ómskoðunarskynjarann: sjáðu fjarlægðarniðurstöðurnar í Arduino IDE raðskjánum.
3. Sameina kerfið: keyrðu allt forritið og fylgstu með viðbrögðum vélmennisins.
Ef vélmennið snýst eða hreyfist aftur á bak þegar það ætti að vera að hreyfast áfram, gætirðu þurft að skipta um mótorkapla eða snúa við IN1-IN2 (og IN3-IN4) rökfræðinni.
8. Algeng vandamál og lausnir
Nokkrar hindranir sem oft koma upp:
– Vélmennið hreyfist alls ekki: athugið rafhlöðuna, athugið mótorstýringuna, gangið úr skugga um að virkjunarstöngin sé virk.
– Arduino endurstillir sig á meðan mótorinn er í gangi: ófullnægjandi straumgjafi eða hávaði frá mótornum. Prófaðu að nota sérstaka rafhlöðu fyrir Arduinoinn, bæta við þétti og laga jarðtenginguna.
– Mæling fjarlægðarskynjarans er óstöðug: vertu viss um að skynjarinn snúi beint, haltu honum frá miklum titringi og vertu viss um að snúran sé ekki laus.
– Vélmennið er „fast“ í horni: bætið við handahófskenndri beygju eða notið servó til að færa skynjarana svo þeir geti „horft“ til vinstri og hægri.
9. Þróunarhugmyndir eftir velgengni
Þegar grunnvélmennið er komið í gang geturðu uppfært það í eitthvað áhugaverðara:
– Bæta við servóum til að hreyfa ómskoðunarskynjarana svo að vélmennið velji bestu leiðina.
– Bætt við Bluetooth-stýringu (HC-05) svo hægt sé að stjórna henni úr farsíma.
– Notkun línuskynjara til að búa til línufylgjandi vélmenni.
– Stilltu PWM hraðann fyrir mýkri hreyfingu.
– Bættu við bjöllu eða LED-ljósi sem vísbendingu þegar hindrun greinist.
Niðurstaða
Það þarf ekki að vera erfitt að smíða einfalda vélmenni. Með Arduino, jafnstraumsmótor, mótorstýri og ómskoðunarskynjara geturðu búið til vélmenni sem getur hreyft sig og forðast hindranir sjálfkrafa. Lykillinn að árangri er snyrtileg raflögn, nægilegt fjármagn og ítarlegar prófanir. Þegar þú hefur tekist á við þetta verkefni verður þú betur undirbúinn til að takast á við flóknari vélmennaverkefni, eins og snjallvélmenni með myndavél eða vélmenni sem getur fylgt hlutum.
Ef þú vilt get ég aðstoðað þig við að búa til ítarlegri raflagnamynd samkvæmt pinnunum sem þú velur, eða aðlagað kóðann þannig að vélmennið geti snúið til vinstri/hægri af handahófi og verið „greindara“.
