Rover robótico: 10 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Olá, sou Proxy303, um especialista em robótica. Neste tutorial, irei ensiná-lo a construir seu próprio robô como o meu.

Não estou falando de um daqueles carros de controle remoto super glorificados que as pessoas chamam de robôs. Uma das próprias definições de um robô é que ele não pode ser um controle remoto. O robô que você construirá hoje é aquele que você constrói, conecta e programa. Então é autônomo. Isso significa que não é controlado externamente. Ele se controla. Depois de construído e programado, o robô faz tudo sozinho.

Existem cinco componentes principais de qualquer robô:

• Um chassi, que é o corpo do seu robô. Você pode comprá-los online pré-montados ou pode fazer o seu próprio a partir de um kit ou do zero.
• Um microcontrolador, que é o "cérebro" do seu robô. Este é um circuito versátil que pode ser programado para fazer praticamente qualquer coisa.
• Alguns motores, que permitem que o seu robô se mova. Você não pode controlar motores diretamente com um microcontrolador, então você precisa …
• Um driver de motor, que permite controlar um motor de alta tensão com um sinal lógico de baixa tensão.
• Uma fonte de energia que alimenta tudo. Para robôs portáteis ou que se movem, use baterias. Caso contrário, você pode usar um módulo de fonte de alimentação, como um de um computador.

Suprimentos

Você vai precisar de:

• Um chassi de robô (sugiro o Actobotics Runt Rover Whippersnapper, porque tem muitos aspectos bons, como uma montagem de microcontrolador universal, ou montagens de sensor, ou o fato de que tudo simplesmente se encaixa.) Qualquer material funciona, então experimente o plástico, madeira ou mesmo papelão. Tenha cuidado ao usar metal, pois pode causar curto nas juntas de solda sob as placas de circuito, mas se você sabe o que está fazendo, tente. O chassi do robô pode ser muito caro, custando de 15 a algumas centenas de dólares.
• Um microcontrolador (usei um Arduino Mega 2560, mas um Raspberry Pi também funciona bem.) Pode ser comprado em lojas de eletrônicos, lojas de amadores, online ou em qualquer outro lugar que venda peças de robôs. Embora sejam uma das partes mais importantes de um robô, na verdade são bem baratos, custando entre 10 e 40 dólares.
• Um driver de motor (usei o driver de motor duplo L298N). Pode ser bastante caro, portanto, trate o seu com cuidado. Esses bad boys são projetados para injetar muita energia em motores e, portanto, esquentam muito. Certifique-se de que o que você comprar tenha um dissipador de calor ou, se não tiver, coloque um. Você certamente não quer que o motor do motor superaqueça e quebre, custando de 20 a algumas centenas de dólares por um novo.
• Alguns fios da placa de ensaio. Não é necessária muita explicação aqui, porque você pode encontrá-los em praticamente qualquer lugar.
• Alguns fios M-F DuPont. Em vez dos fios da placa de ensaio, que têm "agulhas" de metal em ambas as extremidades, eles têm uma "agulha" em uma extremidade e um soquete na outra.
• Um punhado de parafusos de montagem. Novamente, não é necessária muita explicação. Obtenha pequenos parafusos Phillips de tamanho padrão.
• Uma fonte de energia primária para alimentar o microcontrolador (você pode encontrar baterias de íon de lítio recarregáveis bem baratas online. Eu normalmente uso bancos de energia usados para carregar telefones).
• Uma fonte de alimentação de motor (6 pilhas AA funcionam muito bem para isso, mas você pode usar outra fonte de alimentação se desejar. NÃO use uma bateria de 9 V; eles simplesmente não têm corrente para esse tipo de coisa. lembre-se de que eles são projetados para operar detectores de fumaça, não robôs.) Se possível, tente obter uma fonte de energia recarregável. É um pouco mais caro no início, mas acredite em mim. Se você usar baterias descartáveis, vai acabar gastando-as muito rapidamente, e o custo de tantas baterias supera rapidamente o custo de algumas recarregáveis.

Você pode querer:

• Um sensor ultrassônico. Permite que seu robô veja objetos à sua frente.
• Alguns servo motores. Em vez de girar constantemente, esses motores úteis podem ser programados para se mover para um ângulo específico e permanecer lá.
• Um punhado de LEDs. Nenhuma explicação necessária. Você coloca energia, eles acendem. Simples.
• Ou qualquer outro anexo. Por que não adicionar um braço de robô? Ou algum outro sensor?

Etapa 1: construir o chassi do robô

Monte o chassi do robô que você comprou. Certifique-se de que tudo está montado corretamente.

Com o Runt Rover Whippersnapper, tudo se encaixa. Se o seu chassi for preso por parafusos, certifique-se de que eles estejam firmes e que o seu bot seja robusto. Acredite em mim, não há nada pior do que ter seu projeto simplesmente desmoronando em você - às vezes literalmente! Além disso, certifique-se de que haja espaço dentro do chassi. Imagine comprar tudo, gastando mais de 70 dólares, apenas para descobrir que um de seus principais componentes não cabe dentro do bot!

Além disso, certifique-se de que os motores estejam conectados corretamente e possam girar livremente. Às vezes, um pedaço do chassi para fora pode bloquear os motores, portanto, certifique-se de que não haja nada que possa impedir os motores de girar.

Etapa 2: Fiação Básica

Conecte os motores do lado esquerdo entre si, em paralelo. Faça o mesmo para os motores certos. Certifique-se de que os fios vermelhos do lado esquerdo estão agrupados com os fios pretos do lado esquerdo e o mesmo para o lado direito. Conecte um fio vermelho a ambos os fios VERMELHOS do lado direito. Conecte outro fio vermelho a ambos os fios PRETOS do lado esquerdo (eu sei, parece invertido no lado esquerdo, mas isso é para acomodar o fato de que os motores do lado oposto giram na direção oposta). Repita para os fios pretos. Certifique-se de manter os fios dos lados agrupados. Além disso, certifique-se de que os motores do lado ESQUERDO estejam invertidos de como você normalmente faria a fiação.

Etapa 3: Conecte o driver do motor

Antes de usar um driver de motor, você PRECISA saber como ele funciona. SE VOCÊ LIGAR ERRADO, PODE DESTRUIR O MICRO-CONTROLADOR E / OU O DRIVER DO MOTOR!

Um driver de motor é um tipo de controlador de circuito isolado, o que significa que não há conexão física entre a área de potência do motor e a área de controle lógico. A maioria dos bons são projetados para evitar qualquer vazamento elétrico no microcontrolador (que pode danificá-lo ou destruí-lo.) Além disso, a maioria dos bons normalmente custa pelo menos $ 15, então se você encontrar um de $ 2 online, não compre! Eu pessoalmente encontrei um assim e, apenas como experiência, coloquei um dissipador de calor nele e o conectei. O vendedor disse que o driver foi classificado para 12V. Liguei em 9V e começou a soltar fumaça. Acontece que o chip que eles usaram foi classificado para apenas 3V!

Um driver de motor tem 2 áreas de entrada: As entradas de energia e as entradas lógicas. Ele também tem duas áreas de saída: os lados direito e esquerdo. Aqui estão todos os pinos e o que eles fazem:

• As entradas lógicas:

  • Eles pegam um sinal lógico de 3,3 V e o usam para controlar os motores. Nunca conecte uma alta tensão a esses pinos.
  • Conecte-os às saídas lógicas digitais no microcontrolador.

• As entradas de energia:

  • O pino Power In, usado para alimentar os motores. A quantidade de energia que você coloca aqui é a quantidade de energia que o driver injetará nos motores.
  • O pino GND, usado como uma conexão de aterramento comum. Usado tanto para alimentação quanto como retorno para as entradas lógicas. O pino GND normalmente é conectado com diodos, a fim de evitar vazamento elétrico nos pinos lógicos e de alimentação.
  • O pino de 5 V, usado para alimentar certos tipos de motores. Ele SAÍDA de 5 volts, então não o confunda com uma entrada de energia. Tudo o que é necessário é uma explosão de energia no pino errado em seu microcontrolador para destruí-lo silenciosa e instantaneamente.

• As saídas:

  • 1A e 1B, para um motor ou conjunto de motores.
  • 2A e 2B, para o outro motor ou conjunto deles.

Um driver de motor permite controlar um motor de alta tensão com um sinal lógico de baixa tensão. A razão de haver duas entradas por motor é para que você também possa controlar a direção.

Conecte as saídas 1A e 1B do driver do motor aos motores do lado direito. Conecte as saídas 2A e 2B aos motores do lado esquerdo (Lembre-se! PARA TRÁS!)

Instale a bateria do motor em algum lugar dentro do chassi do robô e conecte-a à entrada de energia do driver do motor, com + na entrada de energia e - no GND.

Se você estiver usando um módulo pré-montado, você está bem.

Se você estiver usando apenas um IC, certifique-se de que ele esteja conectado corretamente e coloque um dissipador de calor nele! Esses chips aquecem muito, e é por isso que a maioria dos bons drivers tem dissipadores de calor.

Etapa 4: conecte o microcontrolador

Conecte seu microcontrolador ao robô. Usei o Arduino Uno Rev3. Conecte quatro saídas digitais do microcontrolador à entrada lógica do driver do motor. Conecte o pino de aterramento do microcontrolador ao slot GND do driver do motor. Não conecte o pino de 5 V do driver do motor ao microcontrolador! Isso é usado para alimentar certos tipos de motores, não como uma entrada de energia e certamente não para um microcontrolador. Se você fizer isso, poderá danificar o microcontrolador. Você só deve conectar os pinos lógicos e o pino de aterramento comum no driver do motor ao microcontrolador.

Essas conexões são utilizadas para controlar os motores, utilizando as entradas lógicas do driver.

Etapa 5: certifique-se de que tudo está bem

Volte e certifique-se de que está tudo bem. Verifique sua fiação, certifique-se de que os motores esquerdos estejam conectados ao contrário, certifique-se de que sua saída de 5 V no microcontrolador não esteja conectada à saída de 5 V no driver do motor e verifique se há outros problemas. Certifique-se de que todos os seus parafusos estão apertados, seus fios estão conectados, seus motores não estão bloqueados e nenhum fio está quebrado.

Se tudo estiver bem, vá para a próxima etapa.

Etapa 6: Instale a bateria

Insira as baterias no chassi do robô. Se eles caírem, eles podem desacelerar ou parar seu robô, portanto, certifique-se de prendê-los dentro do chassi. Use um suporte de montagem, um pouco de cola ou apenas prenda-os no lugar se planeja retirá-los com frequência. Além disso, verifique se as conexões da bateria estão boas. Certa vez, tive um robô que se recusava a se mover e fiquei horas em círculos, verificando minha programação, religando os motores e sendo incapaz de encontrar o problema. Acabei até comprando um novo microcontrolador, apenas para descobrir que um dos fios da bateria do meu motor havia se soltado dentro do chassi. Este é um exemplo perfeito de porque você deve sempre verificar se há outros problemas antes de substituir uma peça!

Etapa 7: Anexe tudo

Use pequenos parafusos de montagem para prender tudo com segurança. Aparafuse o driver do motor e o microcontrolador no chassi do robô e certifique-se de que os motores estejam firmes. Certifique-se de que a placa de ensaio também esteja presa com segurança.

Use zíperes ou pequenos pedaços de fita para organizar os fios. Você não precisa fazer isso, mas certamente faz com que o robô tenha uma aparência melhor e torna mais fácil controlar quais fios vão para o quê. Além disso, se você não tiver laços de zíper ou precisar substituir facilmente os fios, você pode agrupá-los por cor. Por exemplo, você pode usar fios verdes do microcontrolador para o driver do motor, fios vermelhos para alimentação, fios pretos para GND e fios azuis do driver do motor para os motores.

Etapa 8: Programa

Conecte o microcontrolador a um computador e programe-o. Comece simples e não se sobrecarregue. Comece com algo tão simples como fazer o robô avançar. Você pode fazer isso girar? Ir para trás? Girar em círculos? Cuidado, a programação requer muita paciência e geralmente leva mais tempo. Consulte o gráfico acima.

Você decide!

Etapa 9: anexos

Agora que você tem um robô simples configurado, é hora de adicionar alguns recursos extras. Anexe um sensor ultrassônico para permitir que o robô evite obstáculos. Ou um servo motor, com algo legal em cima. Ou alguns LEDs piscando para iluminar o bot. Lembre-se, é o seu robô, então é com você!

Etapa 10: Pronto

Parabéns! Agora você tem um robô funcionando! Por favor, poste nos comentários se você o criou e quais anexos você adicionou.

Se algo der errado, consulte a ajuda para solução de problemas abaixo:

O robô não liga de jeito nenhum

Você sabe que o robô está ligado porque a maioria dos drivers de motor e microcontroladores têm luzes que indicam que estão ligados. Se eles não ligarem, então:

• A bateria principal pode estar fraca ou vazia. Se você estiver usando uma bateria recarregável, carregue-a. Se você estiver usando uma bateria normal, substitua-a.
• Os fios podem estar conectados incorretamente. Verifique suas conexões. Um único fio mal colocado pode cortar a energia de todo o robô.
• Os fios podem estar quebrados. Parece algo que você não esperaria encontrar, mas descobri que fios quebrados são bem comuns. Procure isolamentos quebrados ou desgastados, pequenas "agulhas" de metal saindo dos soquetes dos fios (quando o pino na extremidade do fio se solta e fica preso) ou fios rachados.
• Pode haver um problema com o driver do motor ou microcontrolador. Defeitos de fabricação podem fazer com que os sistemas não liguem. Nesse caso, substitua o microcontrolador ou o driver do motor. Este é o último recurso, porque os microcontroladores e, especialmente, os drivers de motor às vezes podem ser bastante caros.

O robô liga, mas não se move

Se você confirmou que o robô está ligado, mas não se move, então:

• A fonte de alimentação do motor pode estar baixa ou vazia. Substitua a bateria. Na minha experiência, essas baterias se esgotam muito rápido, porque é preciso muita corrente para fazer funcionar os motores.
• Pode haver um problema de fiação. Observe a seção acima e verifique se há fios perdidos ou quebrados.
• Os motores podem estar em curto ou queimados. Isso é muito comum, então vale a pena procurar. Aplique energia direta aos motores e veja se eles se movem.
• O driver do motor pode ser danificado. Verifique a tensão nas saídas. Se a luz do driver estiver apagada, é um sinal claro de uma unidade com defeito. NÃO SE ESQUEÇA DE VERIFICAR TUDO MAIS! Além do chassi, o driver do motor é normalmente a peça mais cara de um robô.
• Pode haver um problema de programação. Para mim, esse é o problema mais comum. Na linguagem C que diferencia maiúsculas de minúsculas (usada no Arduino), um único erro pode arruinar todo o seu programa. Python (a linguagem do Raspberry Pi) também pode ter alguns problemas.
• O microcontrolador pode estar danificado. Às vezes, o sinal lógico nem chega ao driver do motor (há uma razão para não pular direto para a conclusão de um driver ruim). Nesse caso, basta substituí-lo.

O robô liga, mas se move de forma anormal

Se o robô liga, mas começa a se mover de uma maneira não intencional (por exemplo, anda em círculos quando deveria estar indo para frente), então:

• Provavelmente há um problema de fiação. VERIFIQUE ISTO PRIMEIRO! Você se lembrou de ligar um lado invertido?
• Pode haver um erro de programação. Verifique se há problemas no seu código.
• Às vezes, um microcontrolador danificado pode enlouquecer, enviando sinais aleatórios repetidamente. Se um microcontrolador fizer isso, não se preocupe em tentar consertá-lo. É um sinal claro de que um chip está danificado e não pode ser reparado, então vá em frente e substitua tudo. Acredite em mim, esses chips são feitos por robôs em um laboratório. Eles simplesmente não podem ser consertados por humanos.
• Um motor pode ser danificado. Se um motor não estiver funcionando ou em uma velocidade mais lenta, o robô irá lentamente "desviar" para um lado enquanto se move. Existem três maneiras de resolver isso. Se você puder, apenas aumente a tensão para aquele motor específico para trazê-lo à mesma velocidade de todos os outros. Caso contrário, tente colocar resistores em todos os motores, exceto no motor danificado. Isso diminui a velocidade dos outros motores para a velocidade do motor danificado. Finalmente, você pode simplesmente substituí-lo. Motores de engrenagem de robô tendem a ser bem baratos, geralmente em 2 a 3 dólares. Compare isso a um driver de motor, que pode custar entre 10-200 dólares.

Se o robô não responde aos sensores

Se o robô liga e se move de maneira normal, mas não "escuta" os sensores ou não responde da maneira certa, é quase sempre uma de duas coisas.

• Provavelmente há um erro de programação. Os sensores devem ser cuidadosamente calibrados e programados. Certa vez, um robô girou incontrolavelmente e descobri que acidentalmente o configurei para girar ao ver algo a 100 metros em vez de 100 centímetros. Ele constantemente via as paredes, fazendo-o girar constantemente.
• O outro problema mais comum é a fiação ruim. Mesmo um fio faltando pode tornar o sensor não funcional.

Para qualquer outra ajuda, consulte as seções acima ou google o problema específico que você tem. Além disso, você pode entrar em contato comigo em [email protected] se tiver alguma dúvida.

Por favor, comente sobre isso!