Robot seguidor de línea para la enseñanza de algoritmos de control: 3 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Diseñé este robot seguidor de línea hace unos años cuando era profesor de robótica. El objetivo de este proyecto era enseñar a mis alumnos cómo codificar un robot de seguimiento de línea para una competencia y también comparar entre If / Else y control PID. Y no menos importante, cómo la mecánica y la longitud del robot afectan estos algoritmos de control. El objetivo era hacerlo más rápido y confiable.

Lo hice para ser programado con el IDE de Arduino, pero también es posible usar el IDE de desarrollo que prefieras. Tiene un potente PIC32 con un cargador de arranque USB, por lo que no necesita un programador. También tiene un interruptor de ENCENDIDO / APAGADO, un reinicio y un botón de inicio / programa. Los LED están conectados a la señal PWM de los motores, por lo que puede ver la potencia que está aplicando fácilmente.

El robot es completamente modular para experimentar y fácil de reparar en caso de que tenga un accidente con él. Eso convierte a este robot en la herramienta perfecta para aprender a programar de una forma muy divertida. Mis estudiantes lo habían usado durante un largo período y aprendían algo nuevo cada vez, incluso el control PID. Sin mencionar que la barra de sensores usa un algoritmo para devolver un número entero, el valor negativo del robot está a la izquierda, el positivo a la derecha y el cero está en el centro de la línea.

Suministros

2x motorreductores de metal micro de 6V con soportes extendidos (cualquier relación de transmisión está bien, la mía es de 10: 1)

1x placa de sensor de línea

1x unidad de control principal

1x 20 mediante cable plano, espaciado de 1 mm. El mío mide 20 cm de largo.

1 conector acrílico (cortado en acrílico transparente de 3 mm)

1x bola giratoria de 1/8 (la mía es de metal)

2x Rueda de goma, 3 cm de diámetro.

1x batería Lipo. Puede alimentar el robot hasta 10v, pero tenga en cuenta que los motores están clasificados para 6v.

Algunos tornillos y tuercas M2 para unir todo.

Si desea crear sus propios archivos de diseño, esquemas y todo lo necesario para construirlo, se adjuntan en el siguiente paso.

Paso 1: el hardware

Como puede ver en las imágenes, todos los componentes son SMD, es la oportunidad perfecta para practicar sus habilidades de soldadura. Este robot fue soldado por 3 de mis alumnos, por lo que puedes hacerlo sin problemas. Todos los archivos de diseño están adjuntos, puede ver los archivos con EAGLE. Gerber también se incluyen si desea las placas de su fabricante de PCB favorito.

Las dos tablas se unen con una pieza acrílica, el patrón de corte láser también está incluido. Usé tornillos y tuercas M2 para mantenerlo en su lugar. El lanzador de bolas también se coloca aquí. Y si choca el robot, el acrílico se romperá y protegerá las tablas de daños, ¡ideal para probar! El cable plano se utiliza para realizar la conexión entre la CPU y la placa del sensor. Los motores se conectan fácilmente con cables a la placa de la CPU.

Nota: el PIC usa un firmware personalizado, es una versión modificada del firmware original DP32. Puede obtener el firmware aquí. Se incluye una conexión ICSP en la parte inferior de la placa de la CPU.

Paso 2: el software

Recomiendo usar el IDE de Arduino para programar el robot. Como les dije antes, este seguidor de línea está basado en el PIC32MX250 y lo hace compatible con el chipKIT DP32. Solo necesita instalar el paquete chipKIT en el administrador de paquetes en el IDE de Arduino y estará listo para comenzar. También puede programarlo en MPLAB o el IDE que desee, pero puede aprender las bases en Arduino.

El resto es como programar cualquier otra placa Arduino. Conecte el robot a su computadora con un cable micro USB y presione el botón de programa inmediatamente después de presionar reiniciar. Luego envíe el boceto con el botón de carga en el IDE.

He incluido 3 bocetos en este tutorial. El primero prueba la matriz de sensores, el segundo es un seguidor de línea If / Else y el último es un seguidor de línea PID. Todo ya está funcionando, sin embargo, deberá ajustar algunos valores si cambia el diseño. ¡Y también siéntete libre de hacer el tuyo! Hay mejores formas de hacer el algoritmo de seguidor de línea, la experimentación es la clave del éxito.

Paso 3: Experimentar

Esta es realmente la parte más importante, debes probar todas las posibilidades y encontrar la que funcione para ti.

Siéntase libre de experimentar con ruedas y materiales de diferentes diámetros. Cambie la longitud del robot modificando la junta acrílica. Utilice otra batería, incluso con un voltaje diferente. También puede ser más pequeño o más grande. Quizás otra relación de transmisión para los motores.

Modifique el software para usar menos sensores o incluso pruebe otros algoritmos, puede sorprenderse de cuánto puede cambiar el rendimiento. O por qué no, si eres un usuario avanzado hazlo con MPLAB.

¡El cielo es el limite!

Como consejo adicional… Ajustar las ganancias de PID es un viaje fascinante en el que puede aprender los efectos en el robot al seguir la línea con diferentes valores de Kp, Kd y Ki. Horas y horas de aprendizaje garantizadas !!! Los niños no notarán que en realidad están usando las matemáticas para realizar todas las tareas requeridas.

Espero que disfrutes de este instructivo, si necesitas algo pregúntame en los comentarios. Gracias por leer:)