إنشاء روبوت Arduino ذاتي التوازن يتم التحكم فيه عن بُعد: B-robot EVO: 8 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

بواسطة jjrobotsjjrobots اتبع المزيد من قبل المؤلف:

حول: نحن نحب الروبوتات ، DIY والعلوم المضحكة. تهدف JJROBOTS إلى تقريب المشاريع الروبوتية المفتوحة من الناس من خلال توفير الأجهزة ، والتوثيق الجيد ، وإرشادات البناء + التعليمات البرمجية ، ومعلومات "كيف تعمل" … المزيد حول jjrobots »

------------------------------------------------

تحديث: هناك نسخة جديدة ومحسنة من هذا الروبوت هنا: B-robot EVO ، مع ميزات جديدة

------------------------------------------------

كيف يعمل؟

B-ROBOT EVO هو روبوت أردوينو ذاتي التوازن يتم التحكم فيه عن بعد تم إنشاؤه باستخدام أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد. بفضل عجلتين فقط ، يستطيع B-ROBOT الحفاظ على توازنه طوال الوقت باستخدام مستشعراته الداخلية وقيادة المحركات. يمكنك التحكم في الروبوت الخاص بك ، وجعله يتحرك أو يدور ، عن طريق إرسال أوامر عبر هاتف ذكي أو جهاز لوحي أو كمبيوتر شخصي بينما يحافظ على توازنه.

يقرأ هذا الروبوت ذاتي التوازن مستشعراته بالقصور الذاتي (مقاييس التسارع والجيروسكوبات المدمجة في شريحة MPU6000) 200 مرة في الثانية. يحسب موقفه (الزاوية بالنسبة إلى الأفق) ويقارن هذه الزاوية بالزاوية المستهدفة (0º إذا كان يريد الحفاظ على التوازن دون التحرك ، أو الزاوية الإيجابية أو السلبية إذا أراد التحرك للأمام أو للخلف). باستخدام الفرق بين زاوية الهدف (دعنا نقول 0º) والزاوية الفعلية (دعنا نقول 3º) يقود نظام التحكم لإرسال الأوامر الصحيحة إلى المحركات للحفاظ على توازنه. أوامر المحركات هي تسارع. على سبيل المثال ، إذا كان الروبوت مائلاً للأمام (زاوية الروبوت هي 3 درجات) ، فإنه يرسل أمرًا إلى المحركات للتسريع للأمام حتى يتم تقليل هذه الزاوية إلى الصفر للحفاظ على التوازن.

الخطوة 1: مزيد من العمق …

تسمى المشكلة الجسدية التي يحلها B-ROBOT بالبندول المقلوب. هذه هي نفس الآلية التي تحتاجها لموازنة مظلة فوق يدك. تقع النقطة المحورية تحت مركز كتلة الجسم. مزيد من المعلومات حول البندول المقلوب هنا. إن الحل الرياضي للمشكلة ليس سهلاً ولكننا لسنا بحاجة إلى فهمه من أجل حل مشكلة توازن الروبوت لدينا. ما نحتاج إلى معرفته هو كيف يجب أن نفعل لاستعادة توازن الروبوت حتى نتمكن من تنفيذ خوارزمية تحكم لحل المشكلة.

يعد نظام التحكم مفيدًا جدًا في الروبوتات (الأتمتة الصناعية). هو في الأساس رمز يتلقى المعلومات من أجهزة الاستشعار والأوامر المستهدفة كمدخلات ويخلق ، نتيجة لذلك ، إشارات خرج لقيادة مشغلات الروبوت (المحركات في مثالنا) من أجل تنظيم النظام. نحن نستخدم وحدة تحكم PID (تناسبية + مشتقة + متكاملة). يحتوي هذا النوع من التحكم على 3 ثوابت لضبط kP و kD و kI. من ويكيبيديا: "تحسب وحدة التحكم PID قيمة" خطأ "على أنها الفرق بين [الإدخال] المقاس ونقطة الضبط المرغوبة. تحاول وحدة التحكم تقليل الخطأ عن طريق ضبط [إخراج]. " لذلك ، تخبر PID بما يجب قياسه ("الإدخال") ، حيث تريد أن يكون هذا القياس ("نقطة الإعداد" ،) والمتغير الذي ترغب في تعديله لتحقيق ذلك ("الإخراج".)

يقوم PID بعد ذلك بضبط الإخراج في محاولة لجعل الإدخال مساويًا لنقطة الضبط. كمرجع ، فإن خزان المياه الذي نريد ملئه إلى مستوى ، سيكون الإدخال ، ونقطة الإعداد ، والمخرج هو المستوى وفقًا لمستشعر مستوى الماء ومستوى المياه المطلوب والمياه التي يتم ضخها في الخزان. kP هو الجزء النسبي وهو الجزء الرئيسي من عنصر التحكم ، وهذا الجزء يتناسب مع الخطأ. kD هو الجزء المشتق ويتم تطبيقه على مشتق الخطأ. يعتمد هذا الجزء على ديناميكيات النظام (يعتمد على الروبوت ، ومحركات الوزن ، والقصور الذاتي …). آخر واحد ، يتم تطبيق kI على جزء لا يتجزأ من الخطأ ويستخدم لتقليل الأخطاء الثابتة ، إنه يشبه تقليم الإخراج النهائي (فكر في أزرار القطع على عجلة قيادة سيارة RC لجعل السيارة تسير بشكل مستقيم تمامًا ، يزيل kI الإزاحة بين الهدف المطلوب والقيمة الفعلية).

في B-ROBOT ، تتم إضافة أمر التوجيه من المستخدم إلى خرج المحركات (أحد المحركات بعلامة موجبة والآخر بعلامة سلبية). على سبيل المثال ، إذا أرسل المستخدم أمر التوجيه 6 للانعطاف إلى اليمين (من -10 إلى 10) ، فنحن بحاجة إلى إضافة 6 إلى قيمة المحرك الأيسر وطرح 6 من المحرك الأيمن. إذا كان الروبوت لا يتحرك للأمام أو للخلف ، فإن نتيجة أمر التوجيه هي دوران الروبوت

الخطوة 2: ماذا عن جهاز التحكم عن بعد؟

"تحميل =" كسول"