Line follower ERROR1

[nanab]

Witam wszystkich. Przedstawiam moją pierwszą w życiu autonomiczną maszynę-robota typu "linefollower", którego nazwałem "ERROR 1". Mimo kilku ewidentnych słabości jestem z niego naprawdę zadowolony.

Elektronika składa się z dwóch płytek:

- Płytka z sensorami, zasilaniem diod i rezystorami podciągającymi. Po podaniu zasilania (stabilizowane 5V) zwraca analogowe sygnały. Sensory to 5szt. popularnych CNY70.

- Płytka z mikrokontrolerem, zasilaniem i mostkami H do sterowania dwóch silników. "Mózgiem" jest atmega8 w ceglastej obudowie dip, mostek to l293d. Całość jest zaprojektowana tak, aby ten moduł był najbardziej uniwersalny-po podłączeniu płytki z innymi sensorami i tylnej części z innymi silnikami bez żadnego problemu można zrobić na niej np. robota minisumo, prostą machinę kroczącą itd. Poza miejscem pod taśmę są jeszcze dodatkowo wyprowadzone piny I/O(7szt) pozwalające m.in. na dołączenie zewnętrznego kwarcu, użycie wyjścia timera 2, podłączenie kilku serw, użycie piątego kanału ADC, itd... Dodatkowo na płytce są gotowe ścieżki i pola lutownicze pozwalające na zmontowanie dzielnika napięcia do pomiaru napięcia zasilania(piąty kanał ADC). Można znaleźć tam jeszcze dwie diody led, dwa switche i wyprowadzenia do zasilania zewnętrznych peryferiów: 5V, GND i Vcc(bezpośrednio z baterii zasilającej). Do Aref można zamontować kondensator lub potencjometr zależnie od wybranego źródła napięcia odniesienia.

Połączenie między płytkami zbudowane jest z taśmy (po której idzie zasilanie przedniej płytki i sygnały z sensorów) i dwóch prętów węglowych fi 2mm zamontowanych w tulejach wyjętych z kostek elektrycznych. Takie połączenie pozwala na regulację pozycji płytki z sensorami w praktycznie każdej osi i każdym kierunku. Jest też dość solidne i niesamowicie lekkie- obie płytki razem z połączeniem ważą 25g. Jeśli za mało jeszcze nasłodziłem, to dodam, że bez najmniejszych przeróbek da radę zrobić z tego przegubowca(czego nie omieszkam spróbować) 🙂

Jakość wykonania płytek poniżej dna-bez soldermaski i lekko podtrawione(tylko powierzchniowo). Przesadziłem trochę z temperaturą roztworu wytrawiacza.

Zasilanie stanowi bateryjka Li-Pol 2S 0,8Ah, docelowo 3S.

Napęd stanowią dwa przerobione silniki z przekładniami firmy micromotors(hl149). W silnikach zastosowałem takie modyfikacje:

- wzmocnienie przekładni-wymieniłem plastikowe koła zębate na metalowe

- skrócenie i minimalne odelżenie silników-pozbyłem się plastikowych osłon tylnych części i skróciłem wystające z tyłu wały

- przystosowanie do kół pololu - wały "D" 4mm spiłowałem na wał "D" 3mm

- wymiana konektorów - na zwykłe goldpiny, bo standardowe raczej nie nadają się do niczego

- przewoltowanie - silniki zbudowane do zasilania z 6V, ja zasilam je z baterii 3S

Silniki te oceniam bardzo dobrze, może nie wygram nimi zawodów, ale nie da się znaleźć lepszych w tej cenie(a nawet 2x drożej). Dodatkowo są bardzo solidne-nie muszę się bać, że komutatory albo zęby przekładni znikną po kilku biegach. Silniki mają przekładnie 1:10, które planuję użyć w przyszłości razem z innymi silnikami(180 lub 265). Jedna metalowa przekładnia waży 19g. Silniki umieściłem w prostej ramce wykonanej z blaszki aluminiowej 0,75mm

Software: W obecnej wersji regulator PD, niestety gdzieś jest chochlik(rozmieszczenie sensorów, bezwładność, albo nie wiem co.. ) i nie da się dobrać nastaw tak, żeby jednocześnie jeździł płynnie i nie gubił trasy.

Pierwsze uruchomienie:

Po wgraniu programu testowego i podłączeniu zasilania "prawie" sukces. PWM, kontrolki, switche, łączność z mostkiem H, konfiguracja wyprowadzeń - OK. Jednak okazało się, że mostek jest uszkodzony(uwalony jeden z górnych tranzystorów prawego silnika)-prawy silnik nie kręci do przodu. Po wymianie ruszył. Zrezygnowałem z ADC-nie mogłem go uruchomić, a sensory bardzo dobrze sobie radzą jako cyfrowe.

Po testach przyszedł czas na pierwsze jazdy:

Film z najprostszym programem(bez regulacji prędkości-tylko zmiana kierunku obrotów), zasilanie bateria 2S 0,8Ah(docelowo 3S-chociaż to trochę ryzykowne przy tym mostku).

Trasa "0":

Jedno kółko to 2m, czas okrążenia ~3,5s, prędkość wychodzi niecałe 0,6m/s. W następnej wersji softu (regulator P-następny film) zszedłem poniżej 2,8s. Chyba nie jest źle jak na pierwszą konstrukcję. Możliwe, że jeszcze poprawię ten wynik-jedyne co mnie teraz ogranicza to ilość sensorów, ale biorę pod uwagę dodanie jeszcze kilku.

Filmy z późniejszym softem(regulator P):

Trasa "0" - o długości 2m.

Tor testowy, długość 10m:

Średnia prędkość dochodzi do 0,9m/s

Koszty:

Silniki+przekładnie: 20zł

Koła pololu 60mm: 25zł

Sensory, atmega, mostek: ~30zł

Drobnica <10zł

Reszta drobiazgi za grosze.

Dołączam plik hex, PCB, schemat montażowy, ideowy, wykaz elementów i uwagi.

error1.zip

[Dawid 95]

No , no . Bardzo ładny , czysty robocik. Zwłaszcza jak na pierwszą konstrukcje.

[Sabre]

Napiszę to samo co napisałem na elektrodzie (tak, tak, ten lfr już dawno jest na elektrodzie), strasznie rzuca się w oczy płytka, albo ścieżki się ponadżerały, albo nie jest ona niczym zabezpieczona i miedź się utlenia, wygląda to fatalnie. Co do samej jazdy to nie od razu Kraków zbudowano, ja swój kod rozwijam już tak naprawdę od 3 lat, od pierwszego Psotka, każdy kolejny lfr miał dokładany kawałek kodu, m.in. autokalibrację przed startem, PID (już w Psotku2).

W tej chwili jest dużo łatwiej napisać kod, który wysteruje robotem z prędkością 1m/s bo nawet na diodzie jest dużo opracowań. Z każdym cm/s powyżej 1m/s zaczynają się schody, a najszybsze polskie linefollowery jeżdżą już z prędkościami około 1,5m/s, ale mogę śmiało powiedzieć, że dalej jest to ta sama "generacja" robotów, bo mają tylko dołożone turbinki. Ja pracuję pomału nad następcą...

[nanab]

Na diodę chciałem wrzucić dopiero po dopracowaniu kodu. Myślę, że dużo już z niego nie wycisnę.

Od prezentacji na elektrodzie ilość linijek programu wzrosła o najmniej 1/4. Dodałem człon D, softstart i kilka mniej istotnych rzeczy, podbiłem prędkość do ponad 0,9m/s(na filmie z P osiągał trochę ponad 0,8m/s).

W tej chwili jest dużo łatwiej napisać kod, który wysteruje robotem z prędkością 1m/s bo nawet na diodzie jest dużo opracowań.

Może masz rację, ale ważna(pewnie sporo ważniejsza od kodu) jest konstrukcja. Wiadomo, ze na serwach i kilku sensorach(bo tak często wygląda pierwszy lf) albo zabawce złożonej z klocków lego nie osiągnie się takiej prędkości. Zaryzykuję stwierdzenie, że nawet z połową może być problem.

[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

[Kamil25]

nic tylko zakładać firmę, zajmującą się produkcją wózków automatycznych 😉 Super projekt, może kiedyś też spróbuję!

[sailo]

Wiadomo, ze na serwach i kilku sensorach(bo tak często wygląda pierwszy lf) albo zabawce złożonej z klocków lego nie osiągnie się takiej prędkości.

Nie wiem czy widziałeś robota G.ENEK? Konstrukcja na serwach i kilku czujnikach, a nadal jest to jeden z szybszych robotów tego typu w Polsce. Algorytmem można naprawdę wiele zdziałać.

[Carpe Diem]

Gratulacje pierwszej konstrukcji ale rzeczywiście płytki wyglądają nie za ładnie.

[grabo]

nanab, w poprzednim temacie nie napisałeś w końcu co było przyczyną uszkodzeń mostków L293D. Jak rozwiązałeś ten problem?

[nanab]

Nie wiem czy widziałeś robota G.ENEK?

Nie widziałem i w sumie się nie dziwię-ciężko znaleźć o nim cokolwiek poza kilkoma filmami, jednak sadzę, że z serw niezmienione zostały tylko obudowy, a ilość sensorów jest większa niż 2 albo 3 😃

btw. jestem ciekawy jak w tak szybkich robotach jest rozwiązana kontrola trakcji? Ja mam z tym problemy już przy 1m/s, kiedy robot pokonuje zakręty bokiem, jeśli w ogóle z nich nie wypada.

grabo, do teraz nie mam pewności, po prostu wstawiłem nowy i działa.

[Armir]

Przy większych prędkościach trzeba stosować hamowanie przeciwprądem. Żeby uniknąć chodzenia bokiem dodaje się teraz turbinę edf. Wiem ,że nie wszyscy zgodzą się z hamowaniem przeciwprądem.

[Sabre]

Żeby uniknąć chodzenia bokiem dodaje się teraz turbinę edf.

Ale walnąłeś, może i turbina zwiększa przyczepność do podłoża, ale działa tak samo na robota jak wirnik w śmigłowcu na cały śmigłowiec. Nie spodziewaj się, że turbinka rozwiąże problemy twojego kiepskiego softu i kiepskich opon. Zastanów się dlaczego wszystkie czołowe zagraniczne roboty micromouse nie mają turbin, a gdy się jeden pojawia to nawet nie ma szans z tymi bez. Turbina to dodatkowa masa, dodatkowa siła, z którą trzeba sobie radzić.

PS. STM32 też ci nie pomoże jeśli nie zrozumiesz kilku rzeczy.

[Armir]

Nie widziałeś softu w Gdańsku. Robot miał czas bliski do Inferno brakowało mu około 50 tysięcznych. Więc nie mów ,że soft się nie nadaje. Mówisz ,że turbiny tylko pogarszają jazdę. Tylko dziwne ,że 2 pierwsze roboty w Wiedniu miały turbiny. Ciekawe jak by jeździł GreenNight jeździł z wymontowaną turbiną. Zauważ ,że większość robotów jeździ na oponach z pololu nawet Inferno.

[Sabre]

Armir, to, że ktoś czegoś używa, wcale nie oznacza, że jest to optymalne rozwiązanie. Nie zawsze opłaca się małpować pewnych rozwiązań bo to nie są rozwiązania "docelowe". Turbina daje większą przyczepność, ale kosztem większej masy, większej bezwładności i dodatkowych sił działających na robota w trakcie przejazdu. Jeśli myślisz, że dodając do swojego robota turbinę wygrasz nim z robotami (które już mają turbiny) bardziej doświadczonych konstruktorów to jesteś w błędzie.

Zrobiłeś kopię Inferno, ale nie wygrałeś tą kopią z oryginałem. Myślisz, że jak zrobisz kopię GreenNighta to z nim wygrasz? Nie masz doświadczenia, sam nie stworzyłeś tak naprawdę nic nowego.

[marcin13021988]

... jednak sadzę, że z serw niezmienione zostały tylko obudowy ...

Mylisz się. G.ENEK jeździ na zwykłych serwach Tower Pro SG-5010 stnadardowo przerobionych (usunięta elektronika).

Jedyną dodatkową modyfikacją jest usunięcie jednej zębatki i sklejenie kropelką dwóch innch (redukcja ilości stopni przełożenia zmniejsza moment, zwiększając jednocześnie prędkość)

... dalej jest to ta sama "generacja" robotów, bo mają tylko dołożone turbinki. Ja pracuję pomału nad następcą...

Nowa generacja? Ciekawa sprawa, może zdradzisz nam jakieś szczegóły? Co to będzię i kiedy to będzie można zobaczyć? Sądząc po wzmiankach o MM pewnie szykujesz jakieś mapowanie linii ewentualnie zastosowanie sprzężenia żyroskopowego? Zgadłem?

[nanab]

Jedyną dodatkową modyfikacją jest usunięcie jednej zębatki i sklejenie kropelką dwóch innch

Teraz to ma sens. Widziałem już takie rozwiązanie w jednym robocie i faktycznie jeździł w miarę szybko, ale nie sądziłem, że taka przeróbka ma aż taki potencjał. Może to tania i dobra alternatywa dla wszędobylnych pololu? 😃

Prace nad algorytmem trwają, dzisiaj zamieniłem PD na PID(właściwie cały regulator napisałem od nowa) i jest już lepiej jeśli chodzi o trzymanie się linii i oscylacje wokół niej.

Filmik z PID na nowej trasie:

Jak teraz?

Nastawy jeszcze nie są optymalne, muszę nad nimi popracować to może dam radę ogarnąć go na baterii 3S i dobić do 1m/s.

Trzeba znaleźć optymalne ustawienia dla ponad dziesięciu parametrów więc czeka mnie sporo pracy 😉