De ce aveți nevoie pentru a vă construi propriul robot autonom

Ați dorit vreodată să vă construiți propriul robot? Nu este la fel de dificil pe cât ai crede, fie folosind un kit, fie o serie de componente electronice standard.

Obstacolul principal este navigarea în numărul uimitor de opțiuni disponibile pentru construirea unui robot cu roți, inclusiv microcontrolerul său, șasiul, motoarele și senzorii. Cea mai ușoară opțiune este să cumpărați un kit complet de robot, dar dacă doriți să creați un robot personalizat, vă vom duce pas cu pas prin principalele alegeri de făcut.

1. Microcontroler / SBC

Robotul dvs. va avea nevoie de un „creier” electronic pentru a controla toate funcțiile sale, inclusiv mișcarea. Două dintre cele mai populare opțiuni sunt Raspberry Pi și Arduino.

Raspberry Pi este un computer cu o singură placă (SBC) cu un microprocesor Arm care poate rula un sistem de operare Linux complet. Principalul beneficiu pentru construirea robotului este că este mai puternic decât un microcontroler ca un Arduino, permițându-vă să rulați programe mai complexe. Acest lucru este ideal pentru recunoașterea feței și alte forme de IA, astfel încât să puteți crea un robot cu adevărat inteligent.

Un alt avantaj este că îl puteți programa în aproape orice limbă. Una dintre cele mai populare pentru robotica din Python, care este mai puțin descurajantă decât C pentru începătorii în codificare.

Un Arduino, pe de altă parte, este ideal pentru proiecte robotice mai simple. Pe lângă faptul că este în mod obișnuit cu un cost mai redus, folosește mai puțină energie, deci durează mai mult timp pentru a consuma o baterie portabilă sau o baterie.

Deși este programat în mod normal în C folosind Arduino IDE pe un computer, este posibil să utilizați un IDE grafic numit Xod pentru a controla roboții Arduino.

Alte microcontrolere sunt de asemenea potrivite pentru robotică, inclusiv Teensy, BeagleBone, micro: bit și Raspberry Pi Pico.

2. Şasiu

Pentru robotul dvs. cu roți, veți avea nevoie de un șasiu pentru a-i forma caroseria, pentru a adăposti elementele electronice și pentru a monta motoarele (folosind suporturi).

Există numeroase kituri de șasiu disponibil, în diferite dimensiuni și materiale, de obicei pentru roboți cu două sau patru roți - uneori șase roți. Majoritatea sunt platforme simple pentru montarea electronice și motoare; opțiunile mai scumpe pot include un sistem de suspendare.

Alternativ, vă puteți construi propriul șasiu DIY, din materiale precum plastic, metal, lemn, cărămizi Lego sau chiar carton. O considerație importantă este cât de robust doriți să fie robotul dvs. Dacă trebuie să facă față unui teren dificil, veți dori un șasiu mai durabil.

3. Motoare

Pentru a vă deplasa robotul, veți avea nevoie de motoare. Pentru un robot cu roți, acestea vor fi motoare de curent continuu standard care - spre deosebire de servomotoare sau motoare pas cu pas - se rotesc liber la viteză mare.

Unele motoare au o cutie de viteze încorporată pentru a crește cuplul și a conduce sarcini mai grele. Verificați raportul de transmisie (sau de reducere a vitezei): cu cât este mai mare, cu atât este mai mare cuplul și viteza mai mică. Rapoarte mai mari sunt recomandate pentru proiectele pentru începători.

Dacă aveți nevoie de citirea și controlul precis al turației motorului, există și opțiunea de a adăuga un codificator de viteză magnetic sau optic la fiecare arbore al motorului, care va transmite datele înapoi la dvs. microcontroler.

Viteza fiecărui motor este de obicei controlată de PWM (modulația lățimii impulsurilor), ceea ce implică trimiterea unui flux de impulsuri digitale de pornire-oprire: cu cât impulsurile sunt mai multe într-un ciclu, cu atât se rotește mai repede.

4. Șofer de motor

Nu puteți conecta motoarele de curent continuu direct la computerul dvs. cu o singură placă sau la placa de microcontroler, deoarece acesta din urmă nu va putea furniza suficientă putere pentru motoare și puteți deteriora placa.

În schimb, veți avea nevoie de o placă de driver / controler de motor conectată între motoare și microcontrolerul dvs. și, de asemenea, la sursa de alimentare. Plăcile de driver low-cost se bazează adesea pe un cip H-bridge cu două canale L298N sau DRV8833. Numărul de canale determină câte motoare pot fi controlate independent, deci veți avea nevoie de mai multe canale (și drivere) pentru 4WD sau 6WD.

Deși este posibil pentru cineva cu cunoștințe electronice să își construiască propriul driver de motor H-bridge, este mai ușor să cumperi o placă de conducere. Există numeroase HAT-uri disponibile pentru a fi montate pe Raspberry Pi și un dedicat Motor Shield pentru Arduino.

Un factor cheie atunci când alegeți un șofer de motor este să vă asigurați că poate suporta tensiunea necesară motoarelor, precum și curentul lor continuu de funcționare. Dacă nu le puteți găsi în specificațiile motoarelor, acesta este de obicei cu 20% până la 25% mai mic decât curentul de blocare. Curentul maxim al șoferului motorului trebuie să fie de aproximativ dublul curentului continuu al motoarelor.

5. Roți

Bineînțeles, acestea sunt esențiale pentru un robot cu roți! Un robot simplu cu două roți este cel mai ușor pentru începători, care prezintă de obicei un rotor, o roată sau un derapaj mic fără putere în față pentru a-l menține echilibrul.

Un robot cu patru roți este următorul pas, oferind stabilitate și control suplimentar. Dacă doriți un control independent al fiecărui motor / roată pentru 4WD adevărat, veți avea nevoie de două cipuri de driver de motor cu două canale pe placa dvs. Alternativ, puteți utiliza un singur driver pentru a controla două motoare pe fiecare canal, cu condiția să aibă suficientă capacitate maximă de curent pentru a le gestiona pe toate.

Pentru terenul off-road, poate doriți chiar să urcați până la șase roți, dar veți avea nevoie de un șasiu mai lung pentru a le adapta. Puteți adăuga șenile pentru omizi pentru o aderență suplimentară sau chiar un sistem rocker-bogie, așa cum este prezentat pe roverul Perseverance Mars al NASA.

Deși este posibil să aveți roți direcționate folosind servomotoare pentru a le roti și a motoarelor lor, cea mai obișnuită metodă pentru direcționarea unui robot este de a purta roțile pe o parte mai repede decât cealaltă.

O altă opțiune interesantă este utilizarea roților Mecanum, ale căror role speciale le permit să se deplaseze lateral când cele patru roți sunt rotite într-un anumit model. Excelent pentru parcare paralelă!

6. Putere

Dacă robotul dvs. este legat de o priză de curent ar fi puțin limitativ, așa că veți avea nevoie de o sursă de energie portabilă. Există două metode principale:

1. Utilizați surse de alimentare separate pentru motoare și electronice.
2. Utilizați o singură sursă de alimentare conectată la ambele printr-un BEC (circuit de eliminare a bateriei). Placa dvs. de conducător auto poate include un BEC.

Indiferent de opțiunea pe care o alegeți, sursele de alimentare posibile includ bănci de alimentare USB, pachete de baterii (de ex. 4x AA) și baterii LiPo. Asigurați-vă că furnizați tensiunile și nivelurile de curent corecte. Multe plăci de conducător auto oferă protecție împotriva polarității de supracurent și inversă.

7. Senzori

Deși este posibil să vă programați robotul să se deplaseze într-un model setat sau să îl controleze manual de pe un dispozitiv la distanță, adăugarea de senzori îi va permite să acționeze autonom.

Un senzor de distanță cu ultrasunete, cum ar fi HC-SR04, va permite robotului să simtă un perete sau altă obstrucție în fața acestuia, astfel încât să poată lua măsuri evazive.

A face ca un robot să urmeze o cale pe podea este o altă opțiune populară. Unul sau mai mulți senzori de urmărire a liniei IR montați în față îi permit să detecteze o linie întunecată pe podea și să direcționeze de-a lungul acesteia.

Puteți chiar să vă oferiți „ochii” robotului cu adăugarea unei camere mici. Imaginile pot fi interpretate folosind o bibliotecă de viziune computerizată, cum ar fi OpenCV, pentru a detecta obiecte sau chiar fețe.

Construiți-vă propriul robot autonom: succes

Acum aveți o imagine de ansamblu despre cum să vă construiți propriul robot cu roți. Sperăm că v-a inspirat să faceți prima dvs. incursiune în lumea minunată a roboticii. După ce ați construit primul robot, este posibil să doriți să creați un alt tip, cum ar fi unul cu picioare sau un braț robotizat.

Cel mai bun browser web întunecat pentru dispozitivul dvs.

Doriți să accesați dark web? Trebuie să utilizați un browser web întunecat care vă poate duce acolo și vă poate proteja și confidențialitatea.

Citiți în continuare

Despre autor