Hvad du har brug for til at opbygge din egen autonome robot

Har du nogensinde ønsket at bygge din egen robot? Det er ikke så svært, som du måske tror, ​​enten ved hjælp af et sæt eller en række standardelektroniske komponenter.

Den største forhindring er at navigere i det forvirrende antal muligheder, der er tilgængelige til opbygning af en robot på hjul, inklusive dens mikrocontroller, chassis, motorer og sensorer. Den nemmeste mulighed er at købe et komplet robotsæt, men hvis du vil oprette en specialbygget robot, tager vi dig trin for trin gennem de vigtigste valg, der skal foretages.

1. Microcontroller / SBC

Din robot har brug for en elektronisk 'hjerne' til at kontrollere alle dens funktioner, herunder bevægelse. To af de mest populære muligheder er Raspberry Pi og Arduino.

Raspberry Pi er en enkeltkortcomputer (SBC) med en armmikroprocessor, der kan køre et komplet Linux-operativsystem. Den største fordel ved robotbygning er, at den er kraftigere end en mikrokontroller som en Arduino, så du kan køre mere komplekse programmer. Dette er ideelt til ansigtsgenkendelse og andre former for AI, så du kan oprette en rigtig smart robot.

En anden fordel er, at du kan programmere det på stort set ethvert sprog. En af de mest populære inden for robotter i Python, hvilket er mindre skræmmende end C for nybegyndere til kodning.

En Arduino er derimod ideel til enklere robotprojekter. Ud over at det typisk er billigere, bruger det mindre strøm, så det tager længere tid at dræne en bærbar strømbank eller batteripakke.

Mens det normalt er programmeret i C ved hjælp af Arduino IDE på en computer, er det muligt at bruge en grafisk IDE kaldet Xod til at styre Arduino-robotter.

Andre mikrokontroller er også velegnede til robotik, herunder Teensy, BeagleBone, micro: bit og Raspberry Pi Pico.

2. Chassis

Til din robot på hjul skal du bruge et chassis til at danne sin krop, huse elektronikken og montere motorerne (ved hjælp af beslag).

Der er mange chassis sæt fås i forskellige størrelser og materialer, typisk til to- eller firehjulede robotter - undertiden seks hjul. De fleste er enkle platforme til montering af elektronik og motorer; dyrere optioner kan omfatte et affjedringssystem.

Alternativt kan du skræddersy dit eget DIY chassis fra materialer som plast, metal, træ, Lego mursten eller endda pap. En vigtig overvejelse er, hvor robust du vil have din robot. Hvis det er nødvendigt at håndtere vanskeligt terræn, vil du have et mere holdbart chassis.

3. Motorer

For at få din robot til at bevæge sig skal du bruge motorer. For en robot på hjul vil disse være jævnstrømsmotorer, der - i modsætning til servomotorer eller trinmotorer - drejer frit ved høj hastighed.

Nogle motorer har en indbygget gearkasse for at øge drejningsmomentet og køre tungere belastninger. Kontroller gearforholdet (eller hastighedsreduktionen): jo højere det er, jo mere drejningsmoment og lavere hastighed. Højere forhold anbefales til nybegynderprojekter.

Hvis du har brug for nøjagtig læsning og kontrol af motorhastigheden, er der også mulighed for at tilføje en magnetisk eller optisk hastighedskoder til hver motoraksel, som vil føre dataene tilbage til din mikrokontroller.

Hver motors hastighed styres normalt af PWM (pulsbreddemodulation), hvilket indebærer at sende en strøm af digitale on-off-impulser: jo mere på pulser i en cyklus, jo hurtigere drejer den.

4. Motordriver

Du kan ikke slutte jævnstrømsmotorer direkte til din enkeltkortcomputer eller mikrocontrollerkort, da sidstnævnte ikke kan levere nok strøm til motorerne, og du kan beskadige kortet.

I stedet skal du bruge et motordriverkort / controller-kort, der er forbundet mellem motorerne og din mikrocontroller og også til strømkilden. Billige driverboards er ofte baseret på en L298N eller DRV8833 dual-channel H-bridge chip. Antallet af kanaler bestemmer, hvor mange motorer der kan styres uafhængigt, så du har brug for flere kanaler (og drivere) til 4WD eller 6WD.

Selvom det er muligt for en person med elektronikviden at bygge deres egen H-bridge-motordriver, er det lettere at købe et driverboard. Der er adskillige HAT'er tilgængelige til montering på Raspberry Pi og en dedikeret Motorskærm til Arduino.

En nøglefaktor, når du vælger en motordriver, er at sikre, at den kan håndtere spændingen, som kræves af motorerne, samt deres kontinuerlige driftsstrøm. Hvis du ikke kan finde sidstnævnte i motorernes specifikationer, er det typisk 20% til 25% lavere end standstrømmen. Motordriverens maksimale strøm skal være omkring det dobbelte af motorernes kontinuerlige strøm.

5. Hjul

Disse er naturligvis afgørende for en robot på hjul! En simpel tohjulet robot er nemmest for begyndere, som regel med et lille ikke-drevet hjul, hjul eller glidning foran for at hjælpe det med at opretholde balance.

En firhjulet robot er det næste skridt op, hvilket giver ekstra stabilitet og kontrol. Hvis du ønsker uafhængig kontrol af hver motor / hjul til ægte 4WD, skal du bruge to dual-channel motor driver chips på dit bord. Alternativt kan du bruge en enkelt driver til at styre to motorer på hver kanal, forudsat at den har tilstrækkelig maksimal strømkapacitet til at håndtere dem alle.

I terrængående terræn vil du måske endda gå op til seks hjul, men du har brug for et længere chassis for at rumme dem. Du kan tilføje larvespor for ekstra greb eller endda et rocker-bogie-system, som det fremgår af NASAs Perseverance Mars-rover.

Mens det er muligt at have styrbare hjul ved hjælp af servoer til at rotere dem og deres motorer, er den mest almindelige metode til styring af en robot simpelthen at køre hjulene på den ene side hurtigere end den anden.

En anden interessant mulighed er at bruge Mecanum-hjul, hvis specielle ruller gør det muligt for dem at bevæge sig sidelæns, når de fire hjul drejes i et bestemt mønster. Fantastisk til parallel parkering!

6. Strøm

At have din robot bundet til en stikkontakt ville være lidt begrænsende, så du får brug for en bærbar strømkilde. Der er to hovedmetoder:

1. Brug separate strømkilder til motorer og elektronik.
2. Brug en enkelt strømkilde, der er tilsluttet begge via et BEC (batteri elimineringskredsløb). Din motorførerkort kan indeholde en BEC.

Uanset hvilken mulighed du vælger, inkluderer mulige strømkilder USB-strømbanker, batteripakker (f.eks. 4x AA) og LiPo-batterier. Bare sørg for, at du leverer de korrekte spændinger og strømniveauer. Mange motorchauffører tilbyder beskyttelse mod overstrøm og omvendt polaritet.

7. Sensorer

Selvom det er muligt at programmere din robot til at bevæge sig i et sæt mønster eller styre den manuelt fra en ekstern enhed, vil tilføjelse af sensorer gøre det muligt for den at handle autonomt.

En ultralyds afstandssensor, såsom HC-SR04, vil give robotten mulighed for at mærke en mur eller anden forhindring foran den, så den kan tage undvigende handling.

At få en robot til at følge en sti på gulvet er en anden populær mulighed. En eller flere IR-linjefølgende sensorer monteret foran gør det muligt at registrere en mørk linje på gulvet og styre langs den.

Du kan endda give din robot 'øjne' med tilføjelsen af ​​et lille kamera. Billeder kan fortolkes ved hjælp af et computersynsbibliotek som OpenCV til at opdage objekter eller endda ansigter.

Byg din egen autonome robot: Succes

Du har nu et overblik over, hvordan du bygger din egen robot på hjul. Vi håber, at det har inspireret dig til at gøre din første strejftog i den vidunderlige verden af ​​robotik. Når du har bygget din første robot, vil du måske lave en anden type, f.eks. En med ben eller en robotarm.

Den bedste mørke webbrowser til din enhed

Vil du få adgang til det mørke web? Du skal bruge en mørk webbrowser, der også kan føre dig derhen og beskytte dit privatliv.

Læs Næste

Om forfatteren