روبوت النبات: 10 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

يستمتع الجميع بوجود نباتات في المنزل ، ولكن في بعض الأحيان مع حياتنا المزدحمة ، لا نجد الوقت الكافي للاعتناء بها جيدًا. من هذه المشكلة توصلنا إلى فكرة: لماذا لا نبني روبوتًا يعتني بنا؟

يتكون هذا المشروع من روبوت نباتي يعتني بنفسه. تم دمج المصنع في الروبوت وسيكون قادرًا على سقي نفسه وإيجاد الضوء مع تجنب العقبات. كان هذا ممكنًا باستخدام العديد من أجهزة الاستشعار على الروبوت والنبات. يهدف هذا Instructable إلى إرشادك خلال عملية إنشاء روبوت نباتي حتى لا تقلق بشأن نباتاتك كل يوم!

هذا المشروع جزء من Bruface Mechatronics وقد تم تحقيقه بواسطة:

مرسيدس أريفالو سواريز

دانيال بلانكيز

بودوان كورنيليس

كات ليمانز

ماركوس مارتينيز خيمينيز

باسيلي ثيس

(المجموعة 4)

الخطوة 1: قائمة التسوق

فيما يلي قائمة بكل منتج ستحتاجه لبناء هذا الروبوت. لكل قطعة تحتها خط متاح:

دعم محركات الطباعة ثلاثية الأبعاد X1 (نسخ ثلاثي الأبعاد)

عجلات مطبوعة ثلاثية الأبعاد + اتصال بمحرك عجلة X2 (نسخ ثلاثي الأبعاد)

بطاريات نيمه AA X8

لفة ورق جلخ X1

اردوينو ميجا X1

عجلة الكرات X1

حامل البطارية X2

لوحة التجارب X1

اللوح لحام X1

محركات التيار المستمر (مع المشفر) X2.0

مفصلات X2

رطوبة X1

المقاومات التي تعتمد على الضوء X3

صداري ذكر و ذكر و أنثى

درع المحرك X1

مصنع X1 (الأمر متروك لك)

وعاء نباتات X1

دعم النبات X1 (طباعة ثلاثية الأبعاد)

أنبوب بلاستيكي X1

مقاومات ذات قيم مختلفة

ورق الخدش X1

مسامير

مستشعرات حادة X3 (GP2Y0A21YK0F 10-80 سم)

التبديل X1

مضخة مياه X1

خزان خزان المياه (Tupperware صغير) X1

الأسلاك

يرجى ملاحظة أن هذه الاختيارات ناتجة عن قيود الوقت والميزانية (3 أشهر و 200 يورو). يمكن اتخاذ خيارات أخرى وفقًا لتقديرك الخاص.

شرح الاختيارات المختلفة

Arduino Mega على Arduino Uno: أولاً ، يجب أن نشرح أيضًا سبب استخدامنا لـ Arduino على الإطلاق. Arduino عبارة عن منصة إلكترونية مفتوحة المصدر للنماذج الأولية تمكن المستخدمين من إنشاء كائنات إلكترونية تفاعلية. إنها تحظى بشعبية كبيرة بين كل من الخبراء والمبتدئين ، مما يساهم في العثور على الكثير من المعلومات حولها على الإنترنت. يمكن أن يكون هذا مفيدًا عند وجود مشكلة في مشروعك. اخترنا Arduino Mega على Uno لأنه يحتوي على المزيد من المسامير. في الواقع ، بالنسبة لعدد المستشعرات التي نستخدمها ، لم تقدم Uno ما يكفي من الدبابيس. تعد Mega أيضًا أكثر قوة ويمكن أن تكون مفيدة إذا أضفنا بعض التحسينات مثل وحدة WIFI.

بطاريات نيمه: كانت الفكرة الأولى هي استخدام بطاريات LiPo كما هو الحال في الكثير من المشاريع الروبوتية. تتمتع LiPo بمعدل تفريغ جيد ويمكن إعادة شحنها بسهولة. لكن سرعان ما أدركنا أن LiPo والشاحن مكلف للغاية. البطاريات الأخرى الوحيدة المناسبة لهذا المشروع حيث نعمة. وهي في الواقع رخيصة الثمن وقابلة لإعادة الشحن وخفيفة الوزن. من أجل تشغيل المحرك ، سنحتاج إلى 8 منهم لتحقيق جهد إمداد من 9.6 فولت (مفرغ) إلى 12 فولت (مشحون بالكامل).

محركات التيار المستمر المزودة بمشفرات: بالنظر إلى الهدف الرئيسي لهذا المشغل ، وتوفير الطاقة الدورانية للعجلات ، اخترنا اثنين من محركات التيار المستمر بدلاً من المحركات المؤازرة التي لها حدود في زاوية الدوران ومصممة لمهام أكثر تحديدًا حيث يلزم تحديد الموضع بدقة. تضيف حقيقة وجود أجهزة تشفير إمكانية الحصول على دقة أعلى إذا لزم الأمر. لاحظ أننا أخيرًا لم نستخدم أجهزة التشفير لأننا أدركنا أن المحركات متشابهة جدًا ولم نكن بحاجة إلى الروبوت ليتبع خطًا مستقيمًا بدقة.

هناك الكثير من محركات التيار المستمر في السوق وكنا نبحث عن محرك يناسب ميزانيتنا والروبوت. من أجل تلبية هذه القيود ، ساعدتنا معلمتان مهمتان على اختيار المحرك: العزم اللازم لتحريك الروبوت وسرعة الروبوت (للعثور على عدد الدورات في الدقيقة المطلوب).

1) احسب دورة في الدقيقة

لن يحتاج هذا الروبوت إلى كسر حاجز الصوت. من أجل متابعة الضوء أو متابعة شخص ما في منزل ، تبدو سرعة 1 م / ث أو 3.6 كم / س معقولة. لترجمته إلى عدد دورات في الدقيقة ، نستخدم قطر العجلات: 9 سم. يتم إعطاء rpm بواسطة: rpm = (60 * speed (m / s)) / (2 * pi * r) = (60 * 1) / (2 * pi * 0.045) = 212 rpm.

2) احسب الحد الأقصى لعزم الدوران المطلوب

نظرًا لأن هذا الروبوت سوف يتطور في بيئة مسطحة ، فإن الحد الأقصى لعزم الدوران المطلوب هو الذي يبدأ تشغيل الروبوت. إذا أخذنا في الاعتبار أن وزن الروبوت مع النبات وكل مكون يبلغ حوالي 3 كيلوغرامات وباستخدام قوى الاحتكاك بين العجلات والأرض يمكننا بسهولة العثور على عزم الدوران. بالنظر إلى معامل الاحتكاك 1 بين الأرض والعجلات: قوى الاحتكاك (Fr) = معامل الاحتكاك. * N (حيث N هو وزن الروبوت) وهذا يعطينا Fr = 1 * 3 * 10 = 30 N. يمكن العثور على عزم الدوران لكل محرك على النحو التالي: T = (Fr * r) / 2 حيث r هو نصف قطر العجلات لذلك T = (30 * 0.045) / 2 = 0.675 نيوتن متر = 6.88 كجم سم.

هذه هي خصائص المحرك الذي اخترناه: عند 6V 175 دورة في الدقيقة و 4 كجم سم عند 12V 350 دورة في الدقيقة و 8 كجم سم. مع العلم أنه سيتم تشغيله بين 9.6 و 12V عن طريق إجراء استيفاء خطي ، يبدو من الواضح أنه سيتم الوفاء بالقيود المذكورة أعلاه.

مستشعرات الضوء: اخترنا مقاومات تعتمد على الضوء (LDR) لأن مقاومتها تختلف بسرعة مع الضوء ويمكن قياس الجهد على LDR بسهولة عن طريق تطبيق جهد ثابت على مقسم جهد يحتوي على LDR.

أجهزة الاستشعار الحادة: تستخدم لتجنب العوائق. تعتبر مستشعرات المسافة الحادة غير مكلفة وسهلة الاستخدام ، مما يجعلها خيارًا شائعًا لاكتشاف الأشياء وتحديد المدى. عادةً ما يكون لديهم معدلات تحديث أعلى ونطاقات اكتشاف قصوى أقصر من مكتشفات نطاق السونار. يتوفر الكثير من الطرز المختلفة في السوق بنطاقات تشغيل مختلفة. نظرًا لاستخدامها في اكتشاف العوائق في هذا المشروع ، اخترنا واحدًا بمدى تشغيل يتراوح من 10 إلى 80 سم.

مضخة الماء: مضخة المياه هي عبارة عن مضخة خفيفة وليست قوية جدًا متوافقة مع نطاق الجهد الكهربائي للمحركات لاستخدام نفس التغذية لكليهما. كان الحل الآخر لتغذية النبات بالماء هو فصل قاعدة مائية عن الروبوت ولكن من الأسهل بكثير وجود قاعدة مائية على الروبوت.

مقياس الرطوبة: مقياس الرطوبة هو مستشعر الرطوبة الذي يتم وضعه في الأرض. إنه ضروري لأن الروبوت يحتاج إلى معرفة متى يجف القدر لإرسال الماء إليه.

الخطوة الثانية: التصميم الميكانيكي

يتكون تصميم الروبوت بشكل أساسي من صندوق مستطيل به ثلاث عجلات في الجانب السفلي وغطاء يفتح على الجانب العلوي. سيتم وضع النبات في الأعلى مع خزان المياه. يتم وضع وعاء النبات في تثبيت وعاء النبات الذي يتم تثبيته على اللوح الخشبي العلوي للروبوت. خزان المياه عبارة عن قطعة صغيرة من Tupperware مخدوشة على اللوح العلوي للروبوت ومضخة المياه مخدوشة أيضًا في قاع خزان المياه بحيث يمكن إزالة كل شيء بسهولة عند إعادة تعبئة Tupperware بالماء. يتم عمل ثقب صغير في غطاء الخزان بسبب دخول أنبوب الماء إلى إناء النباتات وتغذية المضخة في الصندوق. وهكذا يتم عمل ثقب في اللوح العلوي للصندوق ، كما تمر كابلات مقياس الرطوبة عبر هذه الفتحة.

أولاً ، أردنا أن يكون للروبوت تصميم جذاب ولهذا قررنا إخفاء الجزء الإلكتروني داخل صندوق ، وترك الماء خارج المصنع مباشرةً. هذا مهم لأن النباتات جزء من زخرفة المنزل ويجب ألا تؤثر على المساحة بصريًا. يمكن الوصول إلى المكونات الموجودة في الصندوق بسهولة من خلال غطاء على الجانب العلوي ، وستحتوي الأغطية الجانبية على الفتحات اللازمة بحيث يكون من السهل ، على سبيل المثال ، تشغيل الروبوت أو توصيل Arduino بجهاز كمبيوتر محمول إذا أردنا لبرمجته مرة أخرى.

المكونات الموجودة في الصندوق هي: Arduino ، وحدة التحكم في المحرك ، المحركات ، LDR ، حاملات الأكوام ، اللوح والمفصلات. يتم تثبيت Arduino على أعمدة صغيرة بحيث لا يتضرر الجزء السفلي منها ويتم تثبيت وحدة التحكم في المحرك أعلى Arduino. يتم ربط المحركات بتثبيتات المحرك ثم يتم تثبيت تثبيتات المحركات على اللوح السفلي للصندوق. يتم لحام LDR على قطعة صغيرة من اللوح. يتم لصق ألواح الخشب الصغيرة بهذا اللوح من أجل ربطه بالوجوه الجانبية للروبوت. يوجد LDR واحد في المقدمة ، وواحد على الجانب الأيسر وواحد على الجانب الأيمن حتى يتمكن الروبوت من معرفة الاتجاه بأكبر قدر من الضوء. يتم خدش حاملات الركائز في الوجه السفلي للصندوق لإزالتها بسهولة وتغيير الأكوام أو إعادة شحنها. ثم يتم ثمل اللوح في اللوح السفلي بأعمدة صغيرة مثلثة الشكل بها ثقوب على شكل زاوية اللوح لدعمها. أخيرًا ، يتم تثبيت المفصلات على الوجه الخلفي والوجه العلوي.

على الوجه الأمامي ، سيتم فك ثلاثة أدوات حادة مباشرة من أجل اكتشاف العوائق وتجنبها بأكبر قدر ممكن.

على الرغم من أهمية التصميم المادي ، لا يمكننا أن ننسى الجزء التقني ، إلا أننا نبني روبوتًا ويجب أن يكون عمليًا ويجب علينا قدر الإمكان تحسين المساحة. هذا هو سبب الذهاب للشكل المستطيل ، فقد كانت أفضل طريقة وجدت لترتيب جميع المكونات.

أخيرًا ، بالنسبة للحركة ، سيكون للجهاز ثلاث عجلات: اثنان قياسيان مزودان بمحرك في الخلف وعجلة كروية واحدة في المقدمة. يتم عرضها في محرك ثلاثي الدورات والتكوين والتوجيه الأمامي والقيادة الخلفية.

الخطوة الثالثة: تصنيع الأجزاء

يمكن تغيير المظهر المادي للروبوت بناءً على اهتمامك. يتم توفير الرسومات الفنية ، ما قد يعمل كأساس جيد عند تصميمك بنفسك.

الأجزاء المقطوعة بالليزر:

تم قطع جميع الأجزاء الستة التي تشكل هيكل الروبوت بالليزر. تم إعادة تدوير المواد المستخدمة لهذا الخشب. يمكن أيضًا صنع هذا الصندوق من زجاج زجاجي أغلى قليلاً.

الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد:

تم طباعة العجلتين القياسيتين اللتين تم وضعهما في الجزء الخلفي من الروبوت بتقنية PLA. والسبب هو أن الطريقة الوحيدة للعثور على عجلات تلبي جميع الاحتياجات (تناسب محركات التيار المستمر والحجم والوزن …) هي تصميمها بأنفسنا. تم أيضًا طباعة تثبيت المحرك ثلاثي الأبعاد لأسباب تتعلق بالميزانية. ثم تم طباعة دعامة وعاء النبات والأعمدة الداعمة لـ Arduino والزوايا الداعمة للوح الطباعة ثلاثية الأبعاد لأننا احتجنا إلى شكل معين مناسب في الروبوت الخاص بنا.

الخطوة 4: الإلكترونيات

المستشعرات الحادة: تحتوي المستشعرات الحادة على ثلاثة دبابيس. اثنان منهم للتغذية (Vcc والأرضي) وآخر واحد هو الإشارة المقاسة (Vo). للتغذية لدينا الجهد الموجب الذي يمكن أن يكون بين 4.5 و 5.5 فولت لذلك سوف نستخدم 5V من Arduino. سيتم توصيل Vo بأحد المسامير التناظرية في Arduino.

مستشعرات الضوء: تحتاج مستشعرات الضوء إلى دائرة صغيرة لتتمكن من العمل. يتم وضع LDR في سلسلة بمقاوم 900 كيلو أوم لإنشاء مقسم جهد. يتم توصيل الأرض عند دبوس المقاوم غير المتصل بـ LDR ويتم توصيل 5V من Arduino بدبوس LDR غير المتصل بالمقاوم. يتم توصيل دبوس المقاوم و LDR المتصلين ببعضهما البعض بدبوس تناظري من Arduino لقياس هذا الجهد. سيتنوع هذا الجهد بين 0 و 5 فولت مع 5 فولت يتوافق مع الضوء الكامل وقريبًا من الصفر المقابل للظلام. ثم يتم لحام الدائرة بأكملها على قطعة صغيرة من اللوح يمكن وضعها في الألواح الجانبية للروبوت.

البطاريات: البطاريات مصنوعة من 4 أكوام بين 1.2 و 1.5 فولت لكل منها ما بين 4.8 و 6 فولت. من خلال وضع حاملتي ركائز في سلسلة ، لدينا ما بين 9.6 و 12 فولت.

مضخة الماء: تحتوي مضخة الماء على وصلة (مقبس طاقة) من نفس نوع التغذية في Arduino. تتمثل الخطوة الأولى في قطع الاتصال وتعري السلك من أجل الحصول على السلك للأرض والسلك للجهد الموجب. نظرًا لأننا نريد التحكم في المضخة ، فسنضعها في سلسلة بترانزستور يمكن التحكم فيه حاليًا يستخدم كمفتاح. ثم يتم وضع الصمام الثنائي بالتوازي مع المضخة لمنع التيارات العكسية. يتم توصيل الجزء السفلي من الترانزستور بالأرضية المشتركة لاردوينو / البطاريات ، الجزء الأوسط إلى دبوس رقمي من Arduino بمقاوم 1 كيلو أوم في سلسلة لتحويل جهد Arduino إلى تيار والجزء العلوي من الكبل الأسود من المضخة. ثم يتم توصيل الكبل الأحمر للمضخة بالجهد الإيجابي للبطاريات.

المحركات والدرع: يجب أن يكون الدرع ملحومًا ، ويتم شحنه غير ملحوم. بمجرد الانتهاء من ذلك ، يتم وضعه على Arduino عن طريق قص جميع رؤوس الدرع في دبابيس Arduino. سيتم تزويد الدرع بالطاقة بالبطاريات ثم سيقوم بتشغيل Arduino إذا كان العبور قيد التشغيل (دبابيس برتقالية في الشكل). احرص على عدم وضع العبور عندما يكون Arduino مدعومًا بوسيلة أخرى غير الدرع لأن Arduino سيقوم بعد ذلك بتشغيل الدرع ويمكن أن يحرق الاتصال.

اللوح: سيتم الآن لحام جميع المكونات على اللوح. سيتم لحام أرضية حامل كومة واحد ، و Arduino ، ووحدة التحكم في المحرك وجميع المستشعرات على نفس الصف (على صفوف اللوح لدينا نفس الإمكانات). ثم يتم لحام الكبل الأسود لحامل الوبر الثاني على نفس الصف مثل الأحمر لحامل الوبر الأول الذي تم لحام أرضه بالفعل. سيتم بعد ذلك لحام كبل على نفس الصف مثل الكبل الأحمر لحامل الوبر الثاني المقابل لكليهما في السلسلة. سيتم توصيل هذا الكبل بأحد طرفي المفتاح وسيتم توصيل الطرف الآخر بسلك ملحوم على اللوح في صف مجاني. سيتم لحام الكبل الأحمر للمضخة وتغذية وحدة التحكم في المحرك بهذا الصف (لا يتم تمثيل المفتاح في الشكل). بعد ذلك ، سيتم لحام 5V من Arduino في صف آخر وسيكون جهد التغذية لكل مستشعر لحام على نفس الصف. حاول لحام وصلة مرور على اللوح ووصلة توصيل على المكون عندما يكون ذلك ممكنًا حتى تتمكن من فصلها بسهولة وسيكون تجميع المكونات الكهربائية أسهل.

الخطوة 5: البرمجة

مخطط انسيابي للبرنامج:

تم الحفاظ على البرنامج بسيطًا إلى حد ما باستخدام مفهوم متغيرات الحالة. كما ترى في المخطط الانسيابي ، تستحث هذه الحالات أيضًا فكرة الأولوية. سيتحقق الروبوت من الشروط بهذا الترتيب:

1) في الحالة 2: هل يحتوي النبات على كمية كافية من الماء مع وظيفة مستوى الرطوبة؟ إذا كان مستوى الرطوبة الذي تم قياسه بواسطة مقياس الرطوبة أقل من 500 ، فسيتم تشغيل المضخة حتى يتجاوز مستوى الرطوبة 500. عندما يكون لدى النبات ما يكفي من الماء ، ينتقل الروبوت إلى الحالة 3.

2) في الحالة 3: ابحث عن الاتجاه مع معظم الضوء. في هذه الحالة ، يحتوي النبات على كمية كافية من الماء ويحتاج إلى اتباع الاتجاه بأكبر قدر من الضوء مع تجنب العوائق. تعطي الوظيفة light_direction اتجاه أجهزة استشعار الضوء الثلاثة التي تتلقى أكبر قدر من الضوء. سيقوم الروبوت بعد ذلك بتشغيل المحركات لتتبع هذا الاتجاه بوظيفة follow_light. إذا كان مستوى الضوء أعلى من عتبة معينة (ما يكفي من الضوء) ، يتوقف الروبوت ليتبع الضوء لأنه يحتوي على ما يكفي في هذا الموضع (stop_motors). من أجل تجنب العوائق التي تقل عن 15 سم أثناء تتبع الضوء ، تم تنفيذ عائق وظيفي لإرجاع اتجاه العائق. من أجل تجنب العقبات بشكل صحيح ، تم تنفيذ وظيفة تجنب_عائق. تعمل هذه الوظيفة على تشغيل المحرك مع معرفة مكان العائق.

الخطوة 6: التجميع

إن تركيب هذا الروبوت سهل للغاية. يتم تثبيت معظم المكونات في الصندوق لضمان احتفاظها بمكانها. ثم يتم خدش حامل الخوازيق وخزان المياه والمضخة.

الخطوة 7: التجارب

عادة ، عند بناء الروبوت لا تسير الأمور بسلاسة. هناك حاجة إلى الكثير من الاختبارات ، مع التغييرات التالية ، للحصول على النتيجة المثالية. هنا عرض لعملية الروبوت المصنع!

كانت الخطوة الأولى هي تركيب الروبوت بالمحركات و Arduino ووحدة التحكم في المحرك وأجهزة استشعار الضوء مع لوحة التجارب النموذجية. يتحرك الروبوت في الاتجاه الذي يقيس فيه معظم الضوء. تم تحديد عتبة لإيقاف الروبوت إذا كان لديه ما يكفي من الضوء. عندما كان الروبوت ينزلق على الأرض ، أضفنا ورقة كاشطة على العجلات لمحاكاة إطار.

ثم تمت إضافة مستشعرات حادة إلى الهيكل لمحاولة تجنب العقبات. في البداية تم وضع مستشعرين على الوجه الأمامي ولكن تمت إضافة مستشعر ثالث في المنتصف لأن المستشعرات الحادة لها زاوية اكتشاف محدودة للغاية. أخيرًا ، لدينا مستشعران في أطراف الروبوت يكتشفان العوائق يسارًا أو يمينًا والآخر في المنتصف لاكتشاف ما إذا كان هناك عائق أمامه. يتم الكشف عن العوائق عندما يتجاوز الجهد على الحادة قيمة معينة تقابل مسافة 15 سم للإنسان الآلي. عندما يكون العائق على جانب ما ، يتجنبه الروبوت وعندما يكون هناك عائق في المنتصف يتوقف الروبوت. يرجى ملاحظة أن العوائق الموجودة أسفل الأدوات الحادة لا يمكن اكتشافها ، لذا يجب أن يكون للعقبات ارتفاع معين حتى يتم تجنبها.

بعد ذلك ، تم اختبار المضخة ومقياس الرطوبة. ترسل المضخة الماء طالما أن جهد المرطاب أقل من قيمة معينة تقابل وعاء جاف. تم قياس هذه القيمة وتحديدها تجريبياً عن طريق الاختبار باستخدام نباتات الأصيص الجافة والرطبة.

أخيرًا تم اختبار كل شيء معًا. يتحقق المصنع أولاً مما إذا كان يحتوي على كمية كافية من الماء ثم يبدأ في تتبع الضوء مع تجنب العوائق.

الخطوة 8: الاختبار النهائي

إليك مقاطع فيديو حول كيفية عمل الروبوت أخيرًا. آمل أن تستمتع به!

الخطوة 9: ما الذي تعلمناه من هذا المشروع؟

على الرغم من أن التعليقات الإجمالية لهذا المشروع رائعة لأننا تعلمنا الكثير ، فقد تعرضنا للتوتر الشديد عند بنائه بسبب المواعيد النهائية.

المشاكل المصادفة

في حالتنا ، واجهتنا العديد من المشكلات أثناء العملية. كان من السهل حل بعضها ، على سبيل المثال عندما تأخر تسليم المكونات ، بحثنا للتو عن المتاجر في المدينة حيث يمكننا شرائها. يحتاج البعض الآخر إلى مزيد من التفكير.

لسوء الحظ ، لم يتم حل كل مشكلة. كانت فكرتنا الأولى هي الجمع بين خصائص الحيوانات الأليفة والنباتات ، والحصول على أفضل ما في كل منهما. بالنسبة للنباتات ، يمكننا القيام بذلك ، باستخدام هذا الروبوت ، سنتمكن من الحصول على نبات يزين منازلنا ولن نضطر إلى الاعتناء به. لكن بالنسبة للحيوانات الأليفة ، لم نكتشف طريقة لمحاكاة الشركة التي يصنعونها. فكرنا في طرق مختلفة لجعلها تتبع الناس ، وبدأنا في تنفيذ واحدة ولكن لم يكن لدينا الوقت لإنهائها.

مزيد من التحسينات

على الرغم من أننا كنا نحب الحصول على كل ما أردناه ، إلا أن التعلم من خلال هذا المشروع كان مذهلاً. ربما مع مزيد من الوقت يمكننا الحصول على روبوت أفضل. نقترح هنا بعض الأفكار لتحسين الروبوت الخاص بنا والتي ربما يرغب بعضكم في تجربتها:

- إضافة مصابيح LED بألوان مختلفة (أحمر ، أخضر ، …) تخبر المستخدم متى يجب شحن الروبوت. يمكن إجراء قياس البطارية باستخدام مقسم جهد له أقصى جهد يبلغ 5 فولت عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل من أجل قياس هذا الجهد باستخدام Arduino. ثم يتم تشغيل المصباح المقابل.

- اضافة حساس ماء يخبر المستخدم متى يجب اعادة تعبئة خزان المياه (حساس ارتفاع الماء).

- إنشاء واجهة بحيث يتمكن الروبوت من إرسال رسائل للمستخدم.

ومن الواضح أنه لا يمكننا أن ننسى هدف جعلها تتبع الناس. الحيوانات الأليفة هي من أكثر الأشياء التي يحبها الناس ، وسيكون من الجميل أن يتمكن شخص ما من تحقيق أن الروبوت يحاكي هذا السلوك. لتسهيل ذلك ، سنقدم هنا كل ما لدينا.

الخطوة العاشرة: كيف تجعل الروبوت يتبع الناس؟

لقد توصلنا إلى أن أفضل طريقة للقيام بذلك تتمثل في استخدام ثلاثة مستشعرات فوق صوتية ، وباعث واحد وجهاز استقبال.

المرسل

بالنسبة لجهاز الإرسال ، نود أن تكون لدينا دورة عمل بنسبة 50٪. للقيام بذلك ، يجب عليك استخدام مؤقت 555 ، وقد استخدمنا NE555N. في الصورة ، يمكنك أن ترى كيف ينبغي بناء الدائرة. لكن سيتعين عليك إضافة مكثف إضافي عند الخرج 3 ، 1 درجة فهرنهايت على سبيل المثال. يتم حساب المقاومات والمكثفات بالصيغ التالية: (الصورتان 1 و 2)

نظرًا لأن دورة العمل بنسبة 50٪ أمر مرغوب فيه ، فإن t1 و t2 سيكونان متساويين. لذلك مع جهاز إرسال 40 كيلو هرتز ، ستكون t1 و t2 مساوية لـ 1.25 * 10-5 s. عندما تأخذ C1 = C2 = 1 nF ، يمكن حساب R1 و R2. أخذنا R1 = 15 kΩ و R2 = 6.8 k ، تأكد من أن R1> 2R2!

عندما اختبرنا هذا في الدائرة على الذبذبات ، حصلنا على إشارة تتبع. المقياس هو 5 µs / div لذا فإن التردد في الواقع سيكون حوالي 43 كيلو هرتز. (صورة 3)

المتلقي

ستكون إشارة الإدخال الخاصة بالمستقبل منخفضة جدًا بحيث يتعذر على Arduino معالجتها بدقة ، لذلك يجب تضخيم إشارة الإدخال. سيتم ذلك عن طريق صنع مضخم مقلوب.

بالنسبة إلى opamp ، استخدمنا LM318N ، والذي قمنا بتشغيله بـ 0 V و 5 V من Arduino. للقيام بذلك ، كان علينا رفع الجهد حول الإشارة التي تتأرجح. في هذه الحالة سيكون من المنطقي رفعه إلى 2.5 فولت لأن جهد الإمداد غير متماثل ، يتعين علينا أيضًا وضع مكثف قبل المقاوم. بهذه الطريقة ، قمنا أيضًا بعمل مرشح تمرير عالي. مع القيم التي استخدمناها ، يجب أن يكون التردد أعلى من 23 كيلو هرتز. عندما استخدمنا تضخيمًا لـ A = 56 ، ستدخل الإشارة في التشبع وهو أمر غير جيد ، لذلك استخدمنا A = 18 بدلاً من ذلك. سيظل هذا كافيا. (صورة 4)

الآن بعد أن أصبح لدينا موجة جيبية مضخمة ، نحتاج إلى قيمة ثابتة حتى يتمكن Arduino من قياسها. طريقة القيام بذلك هي إنشاء دائرة للكشف عن الذروة. بهذه الطريقة ، يمكننا معرفة ما إذا كان المرسل بعيدًا عن المستقبل أم بزاوية مختلفة عن ذي قبل من خلال وجود إشارة ثابتة تتناسب مع شدة الإشارة المستقبلة. نظرًا لأننا نحتاج إلى كاشف ذروة دقيق ، فإننا نضع الصمام الثنائي ، 1N4148 ، في متابع الجهد. من خلال القيام بذلك ، ليس لدينا فقدان للديود وقمنا بإنشاء صمام ثنائي مثالي. بالنسبة إلى opamp ، استخدمنا نفس الشيء الموجود في الجزء الأول من الدائرة وبنفس مصدر الطاقة ، 0 فولت و 5 فولت.

يجب أن يكون المكثف المتوازي ذا قيمة عالية ، لذلك سوف يتم تفريغه ببطء شديد وما زلنا نرى نفس قيمة الذروة مثل القيمة الحقيقية. سيتم أيضًا وضع المقاوم بشكل متوازٍ ولن يكون منخفضًا جدًا ، وإلا فسيكون التفريغ أكبر. في هذه الحالة ، يكفي 1.5 درجة فهرنهايت و 56 كيلو أوم. (صورة 5)

في الصورة ، يمكن رؤية الدائرة الكلية. أين هو الإخراج ، الذي سينتقل إلى Arduino. وستكون إشارة التيار المتردد 40 كيلو هرتز هي جهاز الاستقبال ، حيث سيتم توصيل الطرف الآخر منها بالأرض. (صورة 6)

كما قلنا سابقًا ، لم نتمكن من دمج المستشعرات في الروبوت. لكننا نقدم مقاطع فيديو الاختبارات لإظهار أن الدائرة تعمل. في الفيديو الأول ، يمكن رؤية التضخيم (بعد أول OpAmp). يوجد بالفعل إزاحة 2.5 فولت على مرسمة الذبذبات ، لذا فإن الإشارة في المنتصف ، وتختلف السعة عندما تغير المستشعرات اتجاهها. عندما يواجه المستشعران بعضهما البعض ، فإن اتساع الجيب سيكون أعلى مما هو عليه عندما يكون للمستشعرات زاوية أو مسافة أكبر بينهما. في الفيديو الثاني (خرج الدائرة) ، يمكن رؤية الإشارة المصححة. مرة أخرى ، سيكون الجهد الإجمالي أعلى عندما تكون المستشعرات في مواجهة بعضها البعض مما هي عليه عندما لا تكون كذلك. الإشارة ليست مستقيمة تمامًا بسبب تفريغ المكثف وبسبب الفولت / div. تمكنا من قياس تناقص ثابت للإشارة عندما لم تعد الزاوية أو المسافة بين المستشعرات مثالية.

كانت الفكرة بعد ذلك هي جعل الروبوت لديه جهاز الاستقبال والمستخدم هو جهاز الإرسال. يمكن للروبوت أن يقوم بدوره على نفسه ليكتشف في أي اتجاه كانت الشدة الأعلى ويمكن أن يسير في هذا الاتجاه. يمكن أن تكون أفضل طريقة هي الحصول على جهازي استقبال ومتابعة جهاز الاستقبال الذي يكتشف أعلى جهد وأفضل طريقة هي وضع ثلاثة أجهزة استقبال ووضعها مثل LDR لمعرفة الاتجاهات التي تنبعث منها إشارة المستخدم (مباشرة ، يسار او يمين).