Line follower Teofil

[pierzchan]

Kolejny już linefolower. Konstrukcja ta nie wnosi zupełnie nic innowacyjnego w tej dziedzinie. Zbudowałem Teofila z myślą o poznaniu zasad funkcjonowania tej klasy urządzeń autonomicznych, nauki obsługi czujników, praktycznego wykorzystania uP. Od początku nie zamierzałem startować nim w zawodach. Można powiedzieć, że stworzyłem go dla własnej satysfakcji.

Mechanika:

Podwozie wykonane z arkusza laminatu 1,5mm dwustronnego, rozstaw kół 160mm, odległość czujników od osi kół od 115mm do 195mm ze skokiem co 15mm, średnica kół 55mm (koła ze starej pralki Frani oklejone silikonowym paskiem z pończoch samonośnych koleżanki).

Klasyczny napęd różnicowy z silnikami o parametrach 6V, 160RPM, 75mNm firmy MicroMotor oraz swobodną kulką meblową umieszczoną w płytce z czujnikami. Całkowite wymiary platformy to 170/230mm (170/245mm z maksymalnie wysuniętymi czujnikami). Całkowita masa to około 450gram.

Czujniki:

Jedenaście dobrze wszystkim znanych transoptorów TCRT5000 rozstawionych co 7,5mm (na środku jest pojedynczy centralny, kolejne dwa po bokach są oddalone o 10mm, reszta co 7,5mm). Czujniki z rezystorami umieszczone są na płytce, którą można przesuwać względem osi silników co pozwoliło na zbadanie zachowań LFa w różnych konfiguracjach na różnych trasach. Czujniki podłączone bezpośrednio pod porty uP.

Elektronika:

Atmega8 (z zapasów) taktowana kwarcem 16MHz, mostek H L298N umieszczony z diodami na oddzielnej płytce wyposażonej w listwę goldpinów, stabilizator 7805, 2x przyciski, 1x LED, garść drobnicy, niestandardowo bezpiecznik szklany rurkowy 20mm i w obwodzie dioda spolaryzowana zaporowo co w przypadku błędnego podłączenia zasilania ratuje układ i zasilanie.

Uprzedzam pytania o schemat – nie narysowałem go w ogóle, po prostu rysowałem płytki w Eagle zaglądając do not katalogowych, dlatego że większość wyprowadzona jest na goldpinach. Bardzo pomocne okazały się schematy jakie odnalazłem w projektach innych użytkowników Diody. Płytki wykonane termotransferem, cynowane bez prądowo. Muszę się pochwalić, że pierwszy raz robiłem płytki tą metodą i za pierwszym razem wyszły rewelacyjnie.

Zasilanie: Modelarski Li-Pol 11,1V 500mAh , starcza na niecałą godzinę zabawy.(Tak, silniki są na 6V, ale zasilam je bezpośrednio z li-pol’a. Elektrycznie nie mam obaw co do możliwości ich spalenia, jednak plastikowe koła zębate w przekładniach prawdopodobnie znacznie szybciej się zużywają).

Algorytm:

Powstało kilka wersji softu w Bascomie (IF, CASE, PID, mieszane), gównie dlatego, że ucząc się na błędach i zdobywając nowe doświadczenia opracowywałem nowe rozwiązania (modyfikacje). Obecnie Teofil jeździ na algorytmie PID, a właściwie to na PD ( akcja I nie da się wyregulować dla obecnej postaci oprogramowania) z pamięcią strony po której się znajdował w momencie gdy wszystkie czujniki stracą kontakt z czarną taśmą. Algorytm pisałem spoglądając na kod robocika 3Pi Pololu, więc również nie jest to mój autorski pomysł. Dobrze się sprawdza na zakrętach od kątem prostym, dość płynnie pokonuje łuki nawet ostre, jednak ostatnio po zmniejszeniu częstotliwości PWM do 4kHz chwieje się na prostych (przy f=32kHz proste pokonywał idealnie, na łukach lekko ‘kuleje’) Średnia prędkość na trasie wynosi około 0.65m/s więc nie powala, ale i nie miał być to robot walczący o pozycje w ścisłej czołówce.

Wnioski:

-DOKŁADNIE czytać datasheety ❗ . Zasilanie jedenastu nadajników IR pożera mi 200mA (co stanowi 40% całkowitego zużycia energii) i dostarcza sporą ilość ciepła do radiatora na stabilizatorze. (Myśląc, że zwiększę sprawność detekcji zastosowałem rezystory 220 Ohm na każdą diodę, nie sprawdziwszy przedtem w nocie katalogowej iż spadek napięcia na tego typu diodzie to 1,25V, a nie jak w zwykłym ledzie około 3V). Teraz wiem dlaczego bardziej doświadczeni konstruktorzy używają źródeł prądowych na LM317 i łączą diody szeregowo.

-Kulka meblowa o ile dobrze się ślizga to jest stosunkowo ciężka, 40gram to około 9% wagi Teofila, umieszczona daleko od osi silników generuje większy moment bezwładności przy skręcaniu – trzeba zastosować coś lżejszego.

-Plątanina kabli wygląda mało estetycznie, waży kilka gram, o ile w platformie testowej jest do zaakceptowania to w „ewentualnie” przyszłej konstrukcji wszystko będzie na jednej płytce stanowiącej jednocześnie podwozie, oraz też warto przejść na elementy SMD, co większość z Was już zrobiła, a ja nie, bo mam zapas elementów przewlekanych z dawnych czasów.

Koszty:

-2x silniki -20zł (allegro),
-laminat 1,5mm A4 -5zł (allegro),
-11x TCRT5000 -27zł (allegro),
-kulka ślizgowa – 6zł (liroy),
-mostek H – 10zł (AVT),
-Li-Pol 3S 500mAh -27zł (allegro),
-Atmega8 - ?zł (własne zapasy),
- koła -0zł (demobil i koleżanka 😉,
-drobnica – 10zł.

Razem wyszło by około 120zł (nie uwzględniłem kosztów transportu)

Kilka zdjęć:

PD i pamięć strony, f PWM 4kHz.

PD i algorytm pokonywania zakrętów prostych oparty o IFa, f PWM 32kHz.

Pierwsze testy, zasilanie z zasilacza, algorytm oparty o IF albo CASE.

Jeśli macie jakieś pytania, postaram się odpowiedzieć w miarę możliwości.

Pozdrawiam.

[grabo]

Całkiem niezły bocik wykonany niedużym nakładem finansowym 🙂

Z tego co piszesz wynika, że czytasz stan czujników wejściami cyfrowymi, nie używasz żadnego bufora nawet? Domyślam się, że nie masz nawet możliwości kalibracji. Użyty przez Ciebie mostek L298 ma spore spadki napięcia, gdybyś zastosował coś nowszego technologicznie lub pokusił się o samodzielne zaprojektowanie mostka H na MOSFETach prędkość mogłaby być większa.

[soban]

B. Fajny Robocik 🙂 W miarę możliwości i pieniędzy dałbym mu lepsze silniczki żeby mógł coś wygrać 🙂 Ale jakbym miał oceniać to spokojnie 5- dla Ciebie za niego ^^

__________

Komentarz dodany przez: Treker

[Szuszy]

B. Fajny Robocik 🙂 W miarę możliwości i pieniędzy dałbym mu lepsze silniczki żeby mógł coś wygrać 🙂 Ale jakbym miał oceniać to spokojnie 5- dla Ciebie za niego ^^

Zgadzam się z tobą sob4n, lepsze silniki i by "wymiatał"

5/5 😅

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Szuszy]

Ten flamaster na płytce z czujnikami robi za soldermaske czy nie zmyłaś go po wytrawianiu???

[Treker (Damian Szymański)]

Szuszy, wydaję mi się, że ma on za zadanie niwelować odbijanie się IR od płytki, ale niech wypowie się autor 😉

[pierzchan]

Zamalowałem powierzchnię czarnym markerem celem zniwelowania przenikania światła przez płytkę, która jest wykonana z cienkiego laminatu (0,7mm) i jest dość "prześwitująca". Prawdopodobnie za wiele na tym nie zyskałem, ale w fazie testów sądziłem, że może to być przyczyną nieprawidłowego zbierania odczytów z czujników. Potem okazało się, że wystarczy zmienić kolejność sczytywania w programie, (tu właśnie przejawia się brak bufora). O rozpraszaniu światła IR nawet nie pomyślałem, cenna uwaga Treker.

[KD93]

A nie myślałeś żeby maznąć tą miedź z podwozia jakiś lakierem? To są pierdoły, ale robot mógłby zyskać na estetyce. Ewentualnie ładnie wypolerować i bezbarwnym, bo kolor "miedziany" też ma swój urok.

[pierzchan]

A nie myślałeś żeby maznąć tą miedź z podwozia jakiś lakierem? To są pierdoły, ale robot mógłby zyskać na estetyce. Ewentualnie ładnie wypolerować i bezbarwnym, bo kolor "miedziany" też ma swój urok.

Raczej przerost formy nad treścią, główną przyczyną "brzydoty" Teofila jest wisząca wiązka przewodów. Gdyby nie to, to istotnie można by pomyśleć o położeniu jakiegoś lakieru.

Pozdrawiam i dziękuję za komentarze.

[Mihau]

A w jaki sposób odczytujesz stan czujników? Bo kanałów ADC mega8 ma chyba za mało.

Bocik fajny, myślę że jeśli to nie jest max PWM to można by było powalczyć, może nie o pierwsze miejsce, ale zawsze 😉

[pi1er]

A w jaki sposób odczytujesz stan czujników? Bo kanałów ADC mega8 ma chyba za mało.

Bocik fajny, myślę że jeśli to nie jest max PWM to można by było powalczyć, może nie o pierwsze miejsce, ale zawsze 😉

Pewnie sprawdza stan niski/wysoki bezpośrednio na pinach albo Inwerter Schimitta.

Trzeba przyznać, że dobrze sobie radzi Teofil z nawet ostrymi zakrętami 🙂

[razors]

chciałbym się coś dowiedzieć więcej o silnikach ... mianowicie ile pobierają prądu przy obciążeniu i na biegu jałowym ? ... czy aby na pewno osiągasz taką prędkość jaką podajesz ?

[pierzchan]

chciałbym się coś dowiedzieć więcej o silnikach ... mianowicie ile pobierają prądu przy obciążeniu i na biegu jałowym ? ... czy aby na pewno osiągasz taką prędkość jaką podajesz ?

Na biegu jałowym silnik pobiera 110mA przy napięciu 9,8V z mostka H (napięcie na Li-Polu 11,4V), przy zatrzymaniu koła pobór wzrasta do 1,3A (pomiar był krótkotrwały ~2 sek. bo nie mam radiatora na mostku).

Prędkość obliczyłem na odstawie nagrania wideo, robot pokonuje 10metrowy odcinek trasy zataczając podwójną pętlę w czasie równym 16s z dokładnością do około 0.5s. Z tego prędkość przejazdowa jest w granicach 0.625 m/s, być może jest to i równe 0,6 m/s, nie jest to dla mnie tak istotne bo zawodów to on i tak nie wygra 🙂.

[S-View]

Nie gadaj hop puki nie przeskoczysz;D

Ja kiedyś w na zawodach w Rybniku też myslałem ze nie zajmę żadnego miejsca a zająłem 3 🙂 chociaż mój pierwszy robot strasznie falował na boki a zakrety proste ledwo co wykrywał raz na 10 razy

🙂

Ale jak już zrobiłes sobie pomiary w różnych konfiguracjach to nie zastanawiałes sie nad zrobieniem nowego szkieletu ? w wymiarach takich jakie Ci odpowiadają najbardziej?🙂

[pierzchan]

Ale jak już zrobiłeś sobie pomiary w różnych konfiguracjach to nie zastanawiałeś się nad zrobieniem nowego szkieletu ? w wymiarach takich jakie Ci odpowiadają najbardziej?🙂

Budowa nowego szkieletu z wykorzystaniem podzespołów takich jak płytka z czujnikami, płyta główna czy silniki mija się z celem. Ten szkielet radzi sobie całkiem nieźle i w sumie nie wiem jak bym miał zbudować nowy, skoro płytki i tak są przykręcane na śrubki. Sens ma natomiast budowa nowego LFa z pojedynczą płytką wykonaną w SMD i lepszymi silnikami, ale tym zajmę się gdy mój portfel będzie nieco grubszy.