Arduino - Balance - Balancing Robot - Como fazer ?: 6 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Neste tutorial, aprenderemos como fazer o robô de balanceamento (balanceamento) do Arduino que se balança a si mesmo. Primeiro você pode dar uma olhada no vídeo tutorial acima.

Etapa 1: Hardware necessário

Placa Arduino (Uno) -

MPU-6050 GY521 Acc + Gyro -

Conjunto de motor de engrenagem codificador DC 6V 210 RPM -

Driver do motor L298N -

Botão de mudança -

Conjunto de porca de parafuso espaçador hexagonal M3 -

Folha de acrílico Perspex -

3,7v 18650 recarregável Li-ion + carregador -

Bateria 9V -

Jumper Wires -

Pistola de cola quente -

Kit inicial e suprimentos do Arduino (opcional): Placa Arduino e suprimentos SCM nº 01 -

Placa Arduino e suprimentos SCM # 02 -

Arduino Basic Learning Starter Kit # 01 -

Arduino Basic Learning Starter Kit # 02 -

Arduino Basic Learning Starter Kit # 03 -

Mega 2560 Starter Kit com tutorial -

Kit de módulo de sensor para Arduino # 01 -

Kit de módulo de sensor para Arduino # 02 -

Etapa 2: Montagem do Robô

• Perfure quatro cantos de 3 folhas de acrílico. (Imagem 1 e 2)
• Entre cada folha de acrílico haverá cerca de 8 cantímetros / 3,15 polegadas. (Imagem 3)
• Dimensões do robô (aprox.) 15 cm x 10 cm x 20 cm. (Imagem 4)
• O motor DC e as rodas serão colocados no centro (linha média) do robô. (Imagem 5)
• O driver do motor L298N será colocado no centro do primeiro andar (linha média) do robô. (Imagem 6)
• A placa do Arduino será colocada no segundo andar do robô.
• O módulo MPU6050 será colocado no andar superior do robô. (Imagem 7)

Etapa 3: conexões

Teste o MPU6050 e verifique se ele funciona! Conecte o MPU6050 ao Arduino primeiro e teste a conexão usando os códigos do tutorial abaixo. O daha deve ser exibido no monitor serial

Tutorial de instrutíveis - MPU6050 GY521 Acelerômetro de 6 eixos + giroscópio

Tutorial do YouTube - MPU6050 GY521 6 eixos acelerômetro + giroscópio

O módulo L298N pode fornecer os +5 V necessários ao Arduino, desde que sua tensão de entrada seja +7 V ou superior. No entanto, optei por ter uma fonte de alimentação separada para o motor

Etapa 4: Como funciona o equilíbrio?

• Para manter o robô equilibrado, os motores devem neutralizar a queda do robô.
• Esta ação requer um feedback e um elemento de correção.
• O elemento de feedback é o MPU6050, que dá aceleração e rotação em todos os três eixos usados pelo Arduino para saber a orientação atual do robô.
• O elemento de correção é a combinação do motor e da roda.
• O robô com autobalanceamento é essencialmente um pêndulo invertido.
• Pode ser melhor equilibrado se o centro de massa for mais alto em relação aos eixos das rodas.
• É por isso que coloquei a bateria por cima.
• A altura do robô, entretanto, foi escolhida com base na disponibilidade de materiais.

Etapa 5: código-fonte e bibliotecas

O código desenvolvido para o robô de equilíbrio é muito complicado. Mas não precisa se preocupar. Vamos apenas alterar alguns dados.

Precisamos de quatro bibliotecas externas para fazer o robô de auto-equilíbrio funcionar

• A biblioteca PID facilita o cálculo dos valores P, I e D.
• A biblioteca LMotorController é usada para acionar os dois motores com o módulo L298N.
• A biblioteca I2Cdev e a biblioteca MPU6050_6_Axis_MotionApps20 são para leitura de dados do MPU6050.

Baixar Bibliotecas

PID -

LMotorController -

I2Cdev -

MPU6050 -

Obtenha o código-fonte -

O que é PID?

• Na teoria de controle, para manter alguma variável (neste caso, a posição do robô) constante, é necessário um controlador especial denominado PID.
• P para proporcional, I para integral e D para derivada. Cada um desses parâmetros tem “ganhos” normalmente chamados de Kp, Ki e Kd.
• O PID fornece correção entre o valor desejado (ou entrada) e o valor real (ou saída). A diferença entre a entrada e a saída é chamada de “erro”.
• O controlador PID reduz o erro ao menor valor possível ajustando continuamente a saída.
• Em nosso robô de autobalanceamento Arduino, a entrada (que é a inclinação desejada, em graus) é definida pelo software.
• O MPU6050 lê a inclinação atual do robô e a alimenta para o algoritmo PID, que realiza cálculos para controlar o motor e manter o robô na posição vertical.

O PID requer que os valores de Kp, Ki e Kd dos ganhos sejam “ajustados” para valores ótimos

Em vez disso, ajustaremos os valores PID manualmente

1. Faça Kp, Ki e Kd iguais a zero.
2. Ajuste Kp. Muito pouco Kp fará o robô cair (correção insuficiente). Muito Kp fará com que o robô vá para frente e para trás descontroladamente. Um Kp bom o suficiente fará o robô ir um pouco para frente e para trás (ou oscilar um pouco).
3. Assim que o Kp for definido, ajuste Kd. Um bom valor de Kd diminuirá as oscilações até que o robô esteja quase estável. Além disso, a quantidade certa de Kd manterá o robô de pé, mesmo se for pressionado.
4. Por último, defina o Ki. O robô irá oscilar ao ser ligado, mesmo se Kp e Kd estiverem definidos, mas se estabilizará com o tempo. O valor correto de Ki encurtará o tempo que leva para o robô se estabilizar.

Sugestão para melhores resultados

Eu recomendo que você crie uma estrutura de robô semelhante usando os materiais usados neste projeto para fazer o código-fonte do Balance Robot funcionar de forma estável e eficiente.

Etapa 6: para suporte

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