Hva du trenger for å bygge din egen autonome robot

Har du noen gang ønsket å bygge din egen robot? Det er ikke så vanskelig som du kanskje tror, ​​enten ved hjelp av et sett eller en rekke standard elektroniske komponenter.

Hovedhinderet er å navigere i det forvirrende antallet tilgjengelige alternativer for å bygge en hjulrobot, inkludert mikrokontroller, chassis, motorer og sensorer. Det enkleste alternativet er å kjøpe et komplett robotsett, men hvis du vil lage en spesialbygd robot, tar vi deg trinn for trinn gjennom hovedvalgene du skal ta.

1. Microcontroller / SBC

Roboten din trenger en elektronisk 'hjerne' for å kontrollere alle funksjonene, inkludert bevegelse. To av de mest populære alternativene er Raspberry Pi og Arduino.

Raspberry Pi er en enkeltkortcomputer (SBC) med en Arm-mikroprosessor som kan kjøre et fullt Linux-operativsystem. Den største fordelen for robotbygging er at den er kraftigere enn en mikrokontroller som en Arduino, slik at du kan kjøre mer komplekse programmer. Dette er ideelt for ansiktsgjenkjenning og andre former for AI, slik at du kan lage en veldig smart robot.

En annen fordel er at du kan programmere den på stort sett alle språk. En av de mest populære for robotikk i Python, som er mindre skremmende enn C for nybegynnere til koding.

En Arduino er derimot ideell for enklere robotprosjekter. I tillegg til at det vanligvis er billigere, bruker det mindre strøm, så det tar lengre tid å tømme en bærbar strømbank eller batteripakke.

Selv om det normalt er programmert i C ved hjelp av Arduino IDE på en datamaskin, er det mulig å bruke en grafisk IDE kalt Xod for å kontrollere Arduino-roboter.

Andre mikrokontrollere er også egnet for robotikk, inkludert Teensy, BeagleBone, micro: bit og Raspberry Pi Pico.

2. Chassis

For din hjulrobot trenger du et chassis for å danne kroppen, huse elektronikken og montere motorene (ved hjelp av braketter).

Det er mange chassis sett tilgjengelig, i forskjellige størrelser og materialer, vanligvis for to- eller firhjulede roboter - noen ganger seks hjul. De fleste er enkle plattformer for montering av elektronikk og motorer; dyrere alternativer kan omfatte et opphengssystem.

Alternativt kan du skreddersy ditt eget DIY chassis, fra materialer som plast, metall, tre, Lego murstein eller til og med papp. Et viktig hensyn er hvor robust du vil at roboten din skal være. Hvis du trenger å håndtere vanskelig terreng, vil du ha et mer holdbart chassis.

3. Motorer

For å få roboten til å bevege seg, trenger du motorer. For en robot på hjul vil dette være vanlige DC-motorer som - i motsetning til servomotorer eller trinnmotorer - spinner fritt i høy hastighet.

Noen motorer har en innebygd girkasse for å øke dreiemomentet og kjøre tyngre belastninger. Sjekk girforholdet (eller hastighetsreduksjon): jo høyere det er, jo mer dreiemoment og lavere hastighet. Høyere forhold anbefales for nybegynnerprosjekter.

Hvis du trenger nøyaktig avlesning og kontroll av motorhastigheten, er det også muligheten til å legge til en magnetisk eller optisk hastighetskoder til hver motoraksel, som vil føre dataene tilbake til din mikrokontroller.

Hver motorhastighet styres vanligvis av PWM (pulsbreddemodulasjon), som innebærer å sende en strøm av digitale på-av-pulser: jo mer på pulser i en syklus, desto raskere spinner den.

4. Motordriver

Du kan ikke koble likestrømsmotorer direkte til datamaskinen eller mikrokontrollerkortet, da sistnevnte ikke vil kunne levere nok strøm til motorene, og du kan skade kortet.

I stedet trenger du et motordriver- / kontrollerkort koblet mellom motorene og mikrokontrolleren din, og også til strømkilden. Rimelige driverkort er ofte basert på en L298N eller DRV8833 dobbeltkanals H-bridge-brikke. Antall kanaler bestemmer hvor mange motorer som kan styres uavhengig, så du trenger flere kanaler (og drivere) for 4WD eller 6WD.

Selv om det er mulig for noen med elektronikkunnskap å bygge sin egen H-bromotordriver, er det lettere å kjøpe et førerkort. Det er mange HAT-er tilgjengelig for montering på Raspberry Pi, og en dedikert Motorskjerm for Arduino.

En nøkkelfaktor når du velger en motordriver er å sikre at den kan håndtere spenningen som kreves av motorene, samt deres kontinuerlige driftsstrøm. Hvis du ikke finner sistnevnte i motorens spesifikasjoner, er det vanligvis 20% til 25% lavere enn stallstrømmen. Motordriverens maksimale strøm bør være rundt det dobbelte av motorenes kontinuerlige strøm.

5. Hjul

Naturligvis er disse avgjørende for en robot på hjul! En enkel tohjulet robot er enklest for nybegynnere, vanligvis med en liten, ikke-drevet hjul, hjul eller glid foran for å hjelpe den med å opprettholde balansen.

En firehjulet robot er neste steg opp, og gir ekstra stabilitet og kontroll. Hvis du vil ha uavhengig kontroll av hver motor / hjul for ekte 4WD, trenger du to dual-channel motor driver chips på brettet. Alternativt kan du bruke en enkelt driver til å kontrollere to motorer på hver kanal, forutsatt at den har nok maksimal strømkapasitet til å håndtere dem alle.

For terrengterreng vil du kanskje til og med gå opp til seks hjul, men du trenger et lengre chassis for å få plass til dem. Du kan legge til larvespor for ekstra grep, eller til og med et rocker-bogie-system som omtalt på NASAs Perseverance Mars-rover.

Selv om det er mulig å ha styrbare hjul ved hjelp av servoer for å rotere dem og deres motorer, er den vanligste metoden for å styre en robot å bare kjøre hjul på den ene siden raskere enn den andre.

Et annet interessant alternativ er å bruke Mecanum-hjul, hvis spesielle ruller gjør at de kan bevege seg sidelengs når de fire hjulene roteres i et bestemt mønster. Flott for parallell parkering!

6. Makt

Å ha roboten din bundet til et strømuttak vil være litt begrensende, så du trenger en bærbar strømkilde. Det er to hovedmetoder:

1. Bruk separate strømkilder til motorene og elektronikken.
2. Bruk en enkelt strømkilde koblet til begge via en BEC (batteri eliminator krets). Motordriverkortet ditt kan inneholde en BEC.

Uansett hvilket alternativ du velger, inkluderer mulige strømkilder USB-strømbanker, batteripakker (f.eks. 4x AA), og LiPo-batterier. Bare vær sikker på at du leverer riktig spenning og strømnivå. Mange motordrivkort gir beskyttelse mot overstrøm og omvendt polaritet.

7. Sensorer

Selv om det er mulig å programmere roboten til å bevege seg i et bestemt mønster eller kontrollere den manuelt fra en ekstern enhet, vil tilføying av sensorer gjøre det mulig for den å handle autonomt.

En ultralydavstandssensor, for eksempel HC-SR04, vil tillate roboten å ane en vegg eller annen hindring foran den, slik at den kan ta unnvikende handling.

Å få en robot til å følge en sti på gulvet er et annet populært alternativ. En eller flere IR-linjefølgende sensorer montert foran gjør det mulig å oppdage en mørk linje på gulvet og styre langs den.

Du kan til og med gi roboten din "øyne" med tillegg av et lite kamera. Bilder kan tolkes ved hjelp av et datasynsbibliotek som OpenCV for å oppdage objekter eller til og med ansikter.

Bygg din egen autonome robot: suksess

Du har nå oversikt over hvordan du bygger din egen hjulrobot. Vi håper det har inspirert deg til å gjøre ditt første inntog i den fantastiske verdenen av robotikk. Når du har bygget din første robot, vil du kanskje lage en annen type, for eksempel en med ben eller en robotarm.

Den beste mørke nettleseren for enheten din

Vil du få tilgang til det mørke nettet? Du må bruke en mørk nettleser som kan ta deg dit og beskytte personvernet ditt også.

Les Neste

Om forfatteren