Co potřebujete k sestavení vlastního autonomního robota

Už jste někdy chtěli postavit vlastního robota? Není to tak těžké, jak si možná myslíte, ať už pomocí sady nebo řady standardních elektronických součástek.

Hlavní překážkou je navigace v ohromujícím množství možností, které jsou k dispozici pro konstrukci kolového robota, včetně jeho mikrokontroléru, podvozku, motorů a senzorů. Nejjednodušší možností je koupit si kompletní sadu robotů, ale pokud chcete vytvořit robota na míru, provedeme vás krok za krokem hlavními rozhodnutími, která je třeba udělat.

1. Mikrokontrolér / SBC

Váš robot bude potřebovat elektronický „mozek“, aby ovládal všechny jeho funkce, včetně pohybu. Dvě z nejpopulárnějších možností jsou Raspberry Pi a Arduino.

Raspberry Pi je jednodeskový počítač (SBC) s mikroprocesorem Arm, který umožňuje provoz celého operačního systému Linux. Hlavní výhodou pro stavbu robotů je, že to je výkonnější než mikrokontrolér jako Arduino, což vám umožňuje spouštět složitější programy. To je ideální pro rozpoznávání tváří a další formy AI, takže můžete vytvořit opravdu chytrého robota.

Další výhodou je, že jej můžete naprogramovat téměř do jakéhokoli jazyka. Jeden z nejpopulárnějších pro robotiku v Pythonu, který je méně náročný než C pro začátečníky v kódování.

Arduino je naopak ideální pro jednodušší robotické projekty. Kromě toho, že je obvykle levnější, spotřebovává méně energie, takže vyčerpání přenosné napájecí banky nebo baterie trvá déle.

I když je to normálně programováno v C pomocí Arduino IDE na počítači, je možné použít a grafické IDE zvané Xod pro ovládání robotů Arduino.

Pro robotiku jsou vhodné i další mikrokontroléry, včetně Teensy, BeagleBone, micro: bit a Raspberry Pi Pico.

2. Podvozek

U svého kolového robota budete potřebovat podvozek, který bude tvořit jeho tělo, umístit elektroniku a namontovat motory (pomocí držáků).

Je jich mnoho podvozkové sady k dispozici v různých velikostech a materiálech, obvykle pro dvoukolové a čtyřkolové roboty - někdy šest kol. Většina z nich jsou jednoduché platformy pro montáž elektroniky a motorů; dražší možnosti mohou zahrnovat systém odpružení.

Alternativně si můžete postavit svůj vlastní DIY podvozek z materiálů, jako je plast, kov, dřevo, kostky Lego nebo dokonce lepenka. Důležité je, jak robustní chcete, aby váš robot byl. Pokud potřebujete zvládnout obtížný terén, budete chtít odolnější podvozek.

3. Motory

Aby se váš robot pohnul, budete potřebovat motory. Pro kolového robota to budou standardní stejnosměrné motory, které - na rozdíl od serv nebo krokových motorů - volně rotují vysokou rychlostí.

Některé motory mají vestavěnou převodovku, která zvyšuje točivý moment a zvyšuje zátěž. Zkontrolujte převodový poměr (nebo snížení rychlosti): čím vyšší je, tím větší je točivý moment a nižší otáčky. U projektů pro začátečníky se doporučují vyšší poměry.

Pokud požadujete přesné čtení a řízení otáček motoru, máte také možnost přidat a magnetický nebo optický kódovač rychlosti na každý hřídel motoru, který přenese data zpět do vašeho mikrokontrolér.

Rychlost každého motoru je obvykle řízena PWM (modulace šířky pulzu), což zahrnuje odesílání proudu digitálních impulsů zapnutí a vypnutí: čím více pulzů v cyklu, tím rychleji se točí.

4. Řidič motoru

Stejnosměrné motory nemůžete připojit přímo k počítači s jednou deskou nebo k desce mikrokontroléru, protože ta nebude schopna dodávat dostatek energie pro motory a můžete desku poškodit.

Místo toho budete potřebovat desku ovladače / ovladače motoru připojenou mezi motory a mikrokontrolérem a také ke zdroji energie. Nízké náklady na desky ovladačů jsou často založeny na dvoukanálovém čipu H-bridge L298N nebo DRV8833. Počet kanálů určuje, kolik motorů lze ovládat nezávisle, takže budete potřebovat více kanálů (a ovladačů) pro 4WD nebo 6WD.

I když je možné, aby si někdo se znalostmi elektroniky vytvořil vlastní ovladač motoru H-můstku, je jednodušší koupit si desku ovladače. K připojení na Raspberry Pi je k dispozici řada HAT a vyhrazené Motorový štít pro Arduino.

Klíčovým faktorem při výběru ovladače motoru je zajistit, aby zvládl napětí požadované motory a jejich trvalý provozní proud. Pokud tento parametr ve specifikacích motorů nenajdete, je obvykle o 20% až 25% nižší než zastavovací proud. Maximální proud ovladače motoru by měl být přibližně dvojnásobek trvalého proudu motorů.

5. Kola

Přirozeně jsou pro kolového robota nezbytné! Jednoduchý dvoukolový robot je pro začátečníky nejjednodušší, obvykle má vpředu malé bezmotorové kolečko, kolo nebo smyk, který mu pomáhá udržovat rovnováhu.

Dalším krokem je čtyřkolový robot, který poskytuje extra stabilitu a kontrolu. Pokud chcete nezávislé ovládání každého motoru / kola pro skutečnou 4WD, budete potřebovat dva dvoukanálové čipy ovladače motoru na vaší desce. Alternativně můžete použít jeden ovladač k ovládání dvou motorů na každém kanálu, za předpokladu, že má dostatečnou maximální proudovou kapacitu pro zvládnutí všech.

V terénním terénu možná budete chtít jít až na šest kol, ale k jejich umístění budete potřebovat delší podvozek. Můžete přidat housenkové dráhy pro větší přilnavost, nebo dokonce systém rocker-bogie, jak je uveden na roveru Mars Perseverance NASA.

I když je možné mít řiditelná kola pomocí serva k jejich otáčení a jejich motorům, nejběžnější metodou řízení robota je jednoduše řídit kola na jedné straně rychleji než na druhé.

Další zajímavou možností je použití koleček Mecanum, jejichž speciální válečky jim umožňují pohybovat se do strany, když se čtyři kola otáčejí v určitém vzoru. Skvělé pro paralelní parkování!

6. Napájení

Připoutání robota k elektrické zásuvce by bylo trochu omezující, takže budete potřebovat přenosný zdroj energie. Existují dvě hlavní metody:

1. Pro motory a elektroniku používejte samostatné zdroje energie.
2. Použijte jeden zdroj napájení připojený k oběma prostřednictvím BEC (obvod eliminátoru baterie). Vaše deska ovladače motoru může obsahovat BEC.

Bez ohledu na to, jakou možnost si vyberete, možné zdroje napájení zahrnují USB napájecí banky, baterie (např. 4x AA) a LiPo baterie. Jen se ujistěte, že dodáváte správné napětí a aktuální úrovně. Mnoho desek ovladačů motoru nabízí ochranu před nadproudem a opačnou polaritou.

7. Senzory

I když je možné naprogramovat robota tak, aby se pohyboval v nastaveném vzoru nebo jej ovládal ručně ze vzdáleného zařízení, přidání senzorů mu umožní jednat samostatně.

Ultrazvukový senzor vzdálenosti, například HC-SR04, umožní robotovi detekovat zeď nebo jinou překážku před ní, aby mohl provést úhybnou akci.

Další možností je přimět robota, aby sledoval cestu na podlaze. Jeden nebo více infračervených čidel sledujících čáru namontovaných vpředu umožňuje detekovat tmavou čáru na podlaze a řídit ji.

Dokonce můžete svému robotu dát „oči“ přidáním malé kamery. Snímky lze interpretovat pomocí knihovny počítačového vidění, jako je OpenCV, k detekci objektů nebo dokonce tváří.

Sestavte si svůj vlastní autonomní robot: úspěch

Nyní máte přehled o tom, jak postavit svého vlastního kolového robota. Doufáme, že vás inspirovala k prvnímu vpádu do nádherného světa robotiky. Jakmile postavíte svého prvního robota, možná budete chtít vyrobit jiný typ, například s nohama nebo robotickou rukou.

Nejlepší tmavý webový prohlížeč pro vaše zařízení

Chcete získat přístup k temnému webu? Musíte použít tmavý webový prohlížeč, který vás tam dovede a ochrání vaše soukromí.

Přečtěte si další

O autorovi