Rover robótico: 10 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Hola, soy Proxy303, especialista en robótica. En este tutorial, te enseñaré cómo construir tu propio robot como uno de los míos.

No me refiero a uno de esos coches de control remoto exagerados que la gente llama robots. Una de las definiciones mismas de un robot es que no se puede controlar a distancia. El robot que construirá hoy es uno que construya, conecte y programe. Entonces es autónomo. Eso significa que no está controlado externamente. Se controla a sí mismo. Una vez construido y programado, el robot hace todo lo demás por sí mismo.

Hay cinco componentes principales de cualquier robot:

• Un chasis, que es el cuerpo de su robot. Puede comprar estos premontados en línea, o puede hacer los suyos a partir de un kit o desde cero.
• Un microcontrolador, que es el "cerebro" de su robot. Este es un circuito versátil que se puede programar para hacer prácticamente cualquier cosa.
• Algunos motores, que permiten que su robot se mueva. No puede controlar motores de manera efectiva directamente con un microcontrolador, por lo que necesita …
• Un controlador de motor, que le permite controlar un motor de mayor voltaje con una señal lógica de bajo voltaje.
• Una fuente de energía que alimenta todo. Para los robots portátiles o los que se mueven, use baterías. De lo contrario, podría usar un módulo de fuente de alimentación, como uno de una computadora.

Suministros

Necesitará:

• Un chasis de robot (sugiero el Actobotics Runt Rover Whippersnapper, porque tiene muchos aspectos buenos, como una montura de microcontrolador universal, o monturas de sensor, o el hecho de que todo encaja.) Cualquier material funciona, así que prueba el plástico, madera o incluso cartón. Tenga cuidado al usar metal, ya que podría provocar un cortocircuito en las juntas de soldadura debajo de las placas de circuito, pero si sabe lo que está haciendo, continúe y pruébelo. El chasis del robot puede ser bastante caro, cuesta entre 15 y algunos cientos de dólares.
• Un microcontrolador (utilicé un Arduino Mega 2560, pero un Raspberry Pi también funciona bien). Se pueden comprar en tiendas de electrónica, tiendas de aficionados, en línea o en cualquier otro lugar que venda piezas de robots. Aunque son una de las partes más importantes de un robot, en realidad son bastante baratos, entre 10 y 40 dólares.
• Un controlador de motor (utilicé el controlador de motor dual L298N) Estos pueden ser bastante caros, así que trate los suyos con cuidado. Estos chicos malos están diseñados para bombear mucha potencia a los motores, por lo que se calientan mucho. Asegúrese de que el que compre tenga un disipador de calor, o si no lo tiene, péguelo. Ciertamente, no desea que el conductor del motor se sobrecaliente y se rompa, lo que le costará entre 20 y algunos cientos de dólares por uno nuevo.
• Algunos cables de tablero. No se necesita mucha explicación aquí, porque puede encontrarlos prácticamente en cualquier lugar.
• Algunos cables M-F DuPont. En lugar de cables de tablero, que tienen "agujas" de metal en ambos extremos, estos tienen una "aguja" en un extremo y un enchufe en el otro.
• Un puñado de tornillos de montaje. Una vez más, no se requiere mucha explicación. Obtenga tornillos pequeños de cabeza Phillips, tamaño estándar.
• Una fuente de energía principal para alimentar el microcontrolador (puede encontrar baterías recargables de iones de litio bastante baratas en línea. Normalmente uso los bancos de energía que se utilizan para cargar teléfonos).
• Una fuente de energía de motor (6 baterías AA funcionarán muy bien para esto, pero puede usar otra fuente de energía si lo desea. NO use una batería de 9 V; simplemente no tienen la corriente para este tipo de cosas. Tenga en cuenta que están diseñados para hacer funcionar detectores de humo, no robots). Si es posible, intente conseguir una fuente de alimentación recargable. Al principio es un poco más caro, pero créeme. Si usa baterías de un solo uso, se encontrará con que las revisará muy rápidamente, y el costo de tantas baterías supera rápidamente el costo de algunas recargables.

Es posible que desee:

• Un sensor ultrasónico. Permite que su robot vea objetos frente a él.
• Algunos servomotores. En lugar de girar constantemente, estos útiles motores se pueden programar para que se muevan a un ángulo específico y permanezcan allí.
• Un puñado de LED. No se requiere explicación. Pones en el poder, se iluminan. Sencillo.
• O cualquier otro archivo adjunto. ¿Por qué no agregar un brazo robótico? ¿O algún otro sensor?

Paso 1: construya el chasis del robot

Ensamble el chasis del robot que compró. Asegúrese de que todo esté ensamblado correctamente.

Con el Runt Rover Whippersnapper, todo encaja. Si su chasis está sujeto por tornillos, asegúrese de que estén apretados y de que su bot sea resistente. Créame, no hay nada peor que tener su proyecto simplemente desmoronándose, ¡a veces literalmente! Además, asegúrese de que haya espacio dentro del chasis. ¡Imagínese comprando todo, gastando más de 70 dólares, solo para descubrir que uno de sus componentes principales no encaja dentro del bot!

Además, asegúrese de que los motores estén conectados correctamente y puedan girar libremente. A veces, una parte del chasis que sobresale puede bloquear los motores, así que asegúrese de que no haya nada que pueda evitar que los motores giren.

Paso 2: cableado básico

Conecte los motores del lado izquierdo entre sí, en paralelo. Haga lo mismo con los motores adecuados. Asegúrese de que los cables rojos del lado izquierdo estén agrupados con los cables negros del lado izquierdo, y lo mismo para el lado derecho. Conecte un cable rojo a ambos cables ROJOS del lado derecho. Conecte otro cable rojo a ambos cables NEGROS del lado izquierdo (lo sé, parece al revés en el lado izquierdo, pero esto es para adaptarse al hecho de que los motores del lado opuesto giran en la dirección opuesta). Repita para los cables negros. Asegúrese de mantener agrupados los cables de los lados. Además, asegúrese de que los motores del lado IZQUIERDO estén invertidos de cómo lo haría normalmente.

Paso 3: conecte el controlador del motor

Antes de utilizar un controlador de motor, NECESITA saber cómo funciona. SI LO CONECTA INCORRECTAMENTE, PUEDE DESTRUIR EL MICRO CONTROLADOR Y / O EL CONDUCTOR DEL MOTOR.

Un controlador de motor es un tipo de controlador de circuito aislado, lo que significa que no existe una conexión física entre el área de potencia del motor y el área de control lógico. La mayoría de los buenos están diseñados para evitar cualquier fuga eléctrica en el microcontrolador (que podría dañarlo o destruirlo). Además, la mayoría de los buenos generalmente cuestan al menos $ 15, así que si ve uno de $ 2 en línea, ¡no lo compre! Personalmente encontré uno así, y solo como un experimento, le puse un disipador de calor y lo conecté. El vendedor dijo que el controlador tenía una potencia de 12V. Lo conecté a 9V y empezó a humear. ¡Resulta que el chip que usaron solo estaba clasificado para 3V!

Un controlador de motor tiene 2 áreas de entrada: las entradas de potencia y las entradas lógicas. También tiene dos áreas de salida: los lados derecho e izquierdo. Aquí están todos los pines y lo que hacen:

• Las entradas lógicas:

  • Estos toman una señal lógica de 3.3v y la usan para controlar los motores. Nunca conecte un alto voltaje a estos pines.
  • Conéctelos a las salidas lógicas digitales del microcontrolador.

• Las entradas de energía:

  • El pin Power In, utilizado para alimentar los motores. La cantidad de energía que pones aquí es la cantidad de energía que el controlador bombeará a los motores.
  • El pin GND, utilizado como conexión a tierra común. Se utiliza tanto para la alimentación como para el retorno de las entradas lógicas. El pin GND generalmente está cableado con diodos, para evitar fugas eléctricas en los pines lógicos y de alimentación.
  • El pin de 5V, utilizado para alimentar ciertos tipos de motores. SALIDA 5 voltios, así que no lo confunda con una entrada de energía. Todo lo que se necesita es una ráfaga de energía en el pin equivocado de su microcontrolador para destruirlo en silencio e instantáneamente.

• Las salidas:

  • 1A y 1B, para un motor o conjunto de motores.
  • 2A y 2B, para el otro motor o conjunto de ellos.

Un controlador de motor le permite controlar un motor de alto voltaje con una señal lógica de bajo voltaje. La razón por la que hay dos entradas por motor es que también puede controlar la dirección.

Conecte las salidas 1A y 1B de su controlador de motor a los motores del lado derecho. Conecte las salidas 2A y 2B a los motores del lado izquierdo (¡Recuerde! ¡HACIA ATRÁS!)

Instale la batería del motor en algún lugar dentro del chasis de su robot y conéctela a la entrada de energía del controlador del motor, con + a la entrada de energía y - a GND.

Si está utilizando un módulo preensamblado, entonces está bien.

Si solo está usando un IC, asegúrese de que esté conectado correctamente y asegúrese de ponerle un disipador de calor. Estos chips se calientan mucho, razón por la cual la mayoría de los buenos controladores tienen disipadores de calor.

Paso 4: conecte el microcontrolador

Conecte su microcontrolador al robot. Usé el Arduino Uno Rev3. Conecte cuatro salidas digitales del microcontrolador a la entrada lógica del controlador del motor. Conecte la clavija de tierra del microcontrolador a la ranura GND del controlador del motor. ¡No conecte el pin de 5 V del controlador del motor al microcontrolador! Esto se usa para alimentar ciertos tipos de motores, no como entrada de energía, y ciertamente no para un microcontrolador. Si hace esto, podría dañar el microcontrolador. Solo debe conectar los pines lógicos y el pin de tierra común en el controlador del motor al microcontrolador.

Estas conexiones se utilizan para controlar los motores, utilizando las entradas lógicas del controlador.

Paso 5: asegúrese de que todo esté bien

Regrese y asegúrese de que todo esté bien. Verifique su cableado, asegúrese de que los motores izquierdos estén conectados al revés, asegúrese de que su salida de 5V en el microcontrolador no esté conectada a la salida de 5V en el controlador del motor y verifique si hay otros problemas. Asegúrese de que todos sus tornillos estén apretados, sus cables estén enchufados, sus motores no estén bloqueados y no haya cables rotos.

Si todo está bien, continúe con el siguiente paso.

Paso 6: instale la batería

Inserte las baterías en el chasis del robot. Si se caen, podrían ralentizar o detener su robot, así que asegúrese de asegurarlos dentro del chasis. Use un soporte de montaje, un poco de pegamento o simplemente péguelas con cinta adhesiva si planea sacarlas con frecuencia. Además, asegúrese de que las conexiones de la batería estén bien. Una vez tuve un robot que se negaba a moverse y estuve dando vueltas durante horas, revisando mi programación, recableando los motores y sin poder encontrar el problema. Incluso terminé comprando un nuevo microcontrolador, solo para descubrir que uno de los cables de la batería de mi motor se había soltado dentro del chasis. ¡Este es un ejemplo perfecto de por qué siempre debe verificar si hay otros problemas antes de reemplazar una pieza!

Paso 7: adjunte todo

Utilice pequeños tornillos de montaje para sujetar todo de forma segura. Atornille el controlador del motor y el microcontrolador en el chasis del robot y asegúrese de que los motores estén seguros. Asegúrese de que la placa de pruebas también esté bien sujeta.

Use bridas o pequeños trozos de cinta para organizar sus cables. No es necesario hacer esto, pero ciertamente hace que el robot se vea mejor y facilita el seguimiento de qué cables van a qué. Además, si no tiene bridas o necesita reemplazar fácilmente los cables, puede agruparlos por color. Por ejemplo, puede usar cables verdes desde el microcontrolador al controlador del motor, cables rojos para la alimentación, cables negros para GND y cables azules desde el controlador del motor a los motores.

Paso 8: Programa

Conecta el microcontrolador a una computadora y prográmalo. Empiece simple y no se abrume. Comience con algo tan simple como hacer que el robot avance. ¿Puedes hacer que gire? ¿Volver atras? ¿Girar en círculos? Cuidado, la programación requiere mucha paciencia y, por lo general, es la que lleva más tiempo. Consulte el gráfico anterior.

¡Tu decides!

Paso 9: archivos adjuntos

Ahora que tiene un robot simple configurado, es hora de agregar algunas funciones adicionales. Conecte un sensor ultrasónico para permitir que el robot evite obstáculos. O un servomotor, con algo fresco encima. O algunos LEDS parpadeantes para iluminar el bot. Recuerde, es su robot, ¡así que depende de usted!

Paso 10: ¡Listo

¡Felicitaciones! ¡Ahora tienes un robot en funcionamiento! Publique en los comentarios si lo creó y qué archivos adjuntos agregó.

Si algo sale mal, consulte la ayuda para la resolución de problemas a continuación:

El robot no se enciende en absoluto

Sabes que el robot está encendido porque la mayoría de los controladores de motor y microcontroladores tienen luces que indican que están encendidos. Si no se encienden, entonces:

• La batería principal puede estar baja o vacía. Si está utilizando una batería recargable, cárguela. Si está usando una batería normal, reemplácela.
• Los cables pueden estar mal conectados. Verifique sus conexiones. Un solo cable mal colocado puede cortar la alimentación de todo el robot.
• Los cables pueden estar rotos. Parece algo que no esperaría encontrar, pero he descubierto que los cables rotos son bastante comunes. Busque aislamientos rotos o deshilachados, pequeñas "agujas" metálicas que sobresalgan de los enchufes de los cables (cuando la clavija del extremo del cable se desprende y se atasca) o cables partidos.
• Puede haber un problema con el controlador del motor o el microcontrolador. Los defectos de fabricación pueden hacer que los sistemas no se enciendan. En ese caso, reemplace el microcontrolador o el controlador del motor. Este es el último recurso, porque los microcontroladores y especialmente los controladores de motor a veces pueden ser bastante caros.

El robot se enciende pero no se mueve

Si ha confirmado que el robot está encendido, pero no se mueve en absoluto, entonces:

• La fuente de energía del motor puede estar baja o vacía. Reemplace la batería. En mi experiencia, estas baterías se agotan bastante rápido, porque se necesita mucha corriente para hacer funcionar los motores.
• Puede haber un problema de cableado. Mire la sección anterior y compruebe si hay cables rotos o mal colocados.
• Los motores pueden estar en cortocircuito o quemados. Esto es bastante común, por lo que vale la pena buscarlo. Aplique energía directa a los motores y vea si se mueven.
• El controlador del motor puede estar dañado. Verifique el voltaje en las salidas. Si la luz del controlador está apagada, es una señal clara de una unidad defectuosa. ¡ASEGÚRESE DE VERIFICAR TODO LO DEMÁS! Aparte del chasis, el controlador del motor suele ser la pieza más cara de un robot.
• Puede haber un problema de programación. Para mí, este es el problema más común. En el lenguaje sensible a mayúsculas y minúsculas de C (utilizado en Arduino), un solo error puede arruinar todo el programa. Python (el lenguaje de Raspberry Pi) también puede tener algunos problemas.
• El microcontrolador puede estar dañado. A veces, la señal lógica ni siquiera llega al controlador del motor (hay una razón para no saltar directamente a la conclusión de un mal controlador). En ese caso, simplemente reemplácelo.

El robot se enciende pero se mueve de forma anormal

Si el robot se enciende, pero comienza a moverse de forma involuntaria (por ejemplo, da vueltas cuando debería avanzar), entonces:

• Probablemente haya un problema de cableado. ¡COMPRUEBE ESTO PRIMERO! ¿Se acordó de cablear un lado al revés?
• Puede haber un error de programación. Verifique su código para ver si hay problemas.
• A veces, un microcontrolador dañado puede volverse loco y enviar repetidamente señales aleatorias. Si un microcontrolador hace esto, no se moleste en intentar arreglarlo. Es una clara señal de que un chip está dañado sin posibilidad de reparación, así que siga adelante y reemplace todo. Créame, esos chips los fabrican robots en un laboratorio. Simplemente no pueden ser reparados por humanos.
• Un motor puede estar dañado. Si un motor no está funcionando, o está funcionando a una velocidad más lenta, entonces el robot se "desviará" lentamente hacia un lado mientras se mueve. Hay tres formas de solucionar este problema. Si puede, simplemente aumente el voltaje a ese motor específico para que alcance la misma velocidad que todos los demás. Si no es así, intente colocar resistencias en todos los motores excepto en el dañado. Esto ralentiza los otros motores a la velocidad del dañado. Finalmente, podría simplemente reemplazarlo. Los motores de engranajes robóticos tienden a ser bastante baratos, por lo general a 2-3 dólares. Compare eso con un conductor de motor, que puede costar entre 10 y 200 dólares.

Si el robot no responde a los sensores

Si el robot se enciende y se mueve de manera normal, pero no "escucha" los sensores o no responde de la manera correcta, casi siempre es una de dos cosas.

• Probablemente haya un error de programación. Los sensores deben calibrarse y programarse cuidadosamente. Una vez tuve un robot girando sin control, solo para descubrir que accidentalmente lo configuré para que girara cuando veía algo dentro de los 100 metros en lugar de 100 centímetros. Constantemente veía las paredes, haciéndola girar constantemente.
• El otro problema más común es el cableado defectuoso. Incluso un cable faltante puede hacer que el sensor no funcione.

Para cualquier otra ayuda, consulte las secciones anteriores o busque en Google el problema específico que tiene. Además, puede ponerse en contacto conmigo en [email protected] si tiene alguna pregunta.

¡Por favor comente!