Wyścigówka Robo Race

[piter1010]

Cześć wszystkim,
chciałbym przedstawić wam mój pierwszy projekt DIY - wyścigówka Robo Race. Projekt ten powstał w celu rozwinięcia pasji, jaką było stworzenie własnego autonomicznego pojazdu oraz w celu wzięcia udziału w wyścigach Roborace będących częścią międzynarodowych zawodów Sumo Challenge. Zawody te polegają na wyścigu mobilnych robotów czterokołowych. Zadaniem robota jest przejechanie określonej liczby okrążeń (od startu do mety) toru z liniami jak w kategorii Line Follower ograniczonego bandami, wraz z resztą robotów ścigających się. Pierwszy z robotów, który przejedzie określoną liczbę okrążeń, wygrywa etap konkurencji.

Z powodu wymagań opisanych powyżej postanowiłem stworzyć pojazd reagujący na sygnały z czujników wykrywających przeszkody (w postaci ścianek tworzących tor ruchu robota, oraz innych robotów biorących udział w wyścigu). Na podstawie zdobytych informacji pojazd wymija przeszkody dopasowując odpowiednio skręcenie kół oraz prędkość obrotu silnika.

Jako, że w swojej karierze wykorzystywałem głównie arduino do sterowania robotem postanowiłem wykorzystać moduł firmy DFRobot, który zgodny jest z Arduino Uno. Dodatkowo wykorzystałem możliwość komunikacji dzięki modułowi BLE w celu skomunikowania mikrokontrolera z telefonem, dzięki któremu mogłem dostrajać robota.

Do budowy projektu wykorzystałem następujące elementy:

1. Płyta mocująca: wykonana z pleksi, stanowi bazę do pozostałych części.
2. Płyty wydrukowane na drukarce 3D: Zaprojektowane w programie DesignSpark Mechanical 2.0, zapewniają utrzymanie części sterujących robota.
3. Układ napędowy: przenosi moment z osi silnika na tylną oś pojazdu, która wyposażona jest w mechanizm różnicowy ułatwiający skręcanie.
4. Układ skręcający: skrętne 2 przednie koła sterowane poprzez Serwo Hitec HS-322HD.
5. Mikrokontroler:   Romeo BLE     pozwalający bezpośrednio sterować robotem oraz komunikować się z urządzeniami dzięki modułowi BLE CC2540.
    
6. Sterownik silnika PWM: sterownik, potrafiący sterować silnikiem napędzającym pojazd.
   
7. Silnik: Redox bardzo wydajna jednostka napędzająca pojazd.
8. Zasilanie: 2 akumulatory, większy Pakiet Li-Pol Redox 4400mAh 30C 4S 14,8V do zasilania silnika, oraz mniejszy Pakiet Li-Pol Redox 2200mAh 30C 2S 7.4V do zasilania serwomechanizmu, mikrokontrolera oraz czujników.
9. Układ sensoryczny: 3 analogowe czujniki podczerwieni.
   
   Układ, sterowany przez mikrokontroler Romeo BLE odczytuje pomiary przez analogowe czujniki, następnie na ich podstawie wytwarza sygnał sterujący serwomechanizmem pojazdu, oraz sygnał sterujący silnikiem napędowy, który podany na sterownik PWM przetwarzany jest na sygnały kluczujące zasilaniem silnika napędowego.
   
   Dzięki modułowi BLE możliwa stała się bezprzewodowa komunikacja z mikrokontrolerem, co pozwoliło na dynamiczne dostrajanie regulatora PD sterującego serwomechanizmem robota. Wykorzystałem do tego program pracujący z poziomu przeglądarki App Inventor 2. Program ten pozwolił mi na stworzenie mobilnej aplikacji, pozwalającej na przesyłanie do robota i odczytywanie aktywnych parametrów regulatora PD robota.
   
   
   Parametry regulatora odczytywane są przez mikrokontroler pojazdu i zapisywane do odpowiednich zmiennych dzięki zastosowaniu poniższego kodu:

   void loop() {
     regulator(kp, kd);
     if(Serial.available()>0){  
       val = Serial.readStringUntil('\n');
         if(val.startsWith(kp)){
           val.remove(0, 2);
           kp=val.toInt();
         }else if(val.startsWith(kd)){
           val.remove(0, 2);
           kd=val.toInt();
         }else{
           val="";
         }
     }
   }

   Pojazd odczytuje wartości położenia od przeszkód z czujników w przerwaniach czasowych z częstotliwością 500Hz.  Pozwala to na stały odczyt odległości, dzięki czemu możliwe jest sterowanie w czasie rzeczywistym.

   void setup() {
   
     Serial.begin(115200); //Set Serial Baud
     noInterrupts(); // zatrzymaj wykonywanie jakichkolwiek przerwań
    
   // ustawianie timera 2
    
   // TCCR2A i TCCR2B to rejestry kontrolne timera 2
   // służą one do wyboru trybu pracy danego timera
   // i wartości podzielnika
    
     TCCR2A = 0;// zerowanie rejestru kontrolnego A
     TCCR2B = 0;// zerowanie rejestru kontrolnego B
     TCNT2  = 0;// zerowanie licznika 
     // ustawiamy rejestr porównawczy na 500 Hz
     OCR2A = 255;// = (16000000) / (500*256) - 1 [ustawianie liczby impulsów do zliczenia
     TCCR2A |= (1 << WGM22);  // ustawianie timer2 w tryb obsługi przerwań (CTC)
     TCCR2B |= (1 << CS22) | (1 <<CS20);     // ustawianie dzielnika na 256
     // ustawianie maski rejestru przerwań zegarowych timera 2 
     TIMSK2 |= (1 << OCIE2A); // wzkazanie że przerwanie ma być wywołane dla rejestru OCR2A
    
   interrupts(); //zezwalenie na wykonywanie przerwań
   }
   
   ISR(TIMER2_COMPA_vect) // wywołanie funkcji po zliczeniu impulsów timera
   {
     odczyt();
   }
   void odczyt(){
     wartosclewego = analogRead(SENSORLEWY);
     wartoscprawego = analogRead(SENSORPRAWY); 
     wartoscsrodek = analogRead(SENSORSRODEK);
   }

   Dzięki wartością pozycji odczytanych z czujników oraz parametrom regulatora sygnał sterujący robotem wytwarzany jest przez poniższy kod

   void regulator(const int kp, const int kd){
     err_prev = err;
      err = wartoscprawego - wartosclewego;
     serwo = kp * (err + kd*fpr*(err - err_prev)); //kp - wzmocnienie; fpr - częstotliwość próbkowania; kd - wzmocnienie części różniczkującej
     if(serwo > 85) serwo = 85;
     if(serwo < 5) serwo = 5;
   }

   Poniżej przedstawiam moje dzieło
   
   Wyścigówka w akcji:
   

[Treker (Damian Szymański)]

@piter1010, witam na forum Widzę, że to Twoje pierwsze kroki na Forbocie, oto najważniejsze informacje na start:

• Chcesz przywitać się z innymi członkami naszej społeczności? Skorzystaj z tematu powitania użytkowników.
• Opis najciekawszych funkcji, które ułatwiają korzystanie z forum znajdziesz w temacie instrukcja korzystania z forum - co warto wiedzieć?
• Poszczególne posty możesz oceniać (pozytywnie i negatywnie) za pomocą reakcji - ikona serca w prawym dolnym rogu każdej wiadomości.

Właśnie zaakceptowałem opis. Dziękuję za przedstawienie ciekawego projektu, zachęcam do prezentowania kolejnych DIY oraz aktywności na naszym forum

[Lukaszm]

Bardzo fajna konstrukcja czy możesz podać dodatkowe informacje na temat bazy pojazdu? Wykorzystałeś jakieś gotowe auto RC?

[piter1010]

Baza została wykorzystana z gotowego pojazdu RC, a dokładnie dostałem ją od znajomego Na niej znajdowały się specjalne wcięcia pozwalające na zamontowanie silnika wraz z przekładnią napędzającą tylne koła.

Edytowano Styczeń 24, 2019 przez Treker
Poprawiłem formatowanie.