Line follower [Line follower] Trifle

[flesiu]

Witam! Chciałbym opisać robota Trifle, którego stworzyliśmy z kolegą Jarkiem. Jako, że jest to mój pierwszy post i nasz pierwszy robot liczę na wyrozumiałość. Projekt i konstrukcja powstawały od września do połowy listopada. Trifle miał swój „debiut” na zawodach w Sosnowcu.

Mechanika

Konstrukcja robota opiera się na dwóch płytkach PCB wykonanych metodą termotransferu i wyciętych własnoręcznie. Napęd stanowią dwa silniki Pololu HP 30:1 oraz koła z modelu-zabawki o średnicy 34mm. Z przodu zamocowany jest Ball Caster 3/8’’. Całość wraz z baterią i wyświetlaczem waży około 330g.

Elektronika

Projekt płytki PCB powstał w programie KiCad. Płytki są jednostronne ze względu na użycie stosunkowo dużych elementów przewlekanych, przez co nie jest konieczne użycie połączeń po obu stronach płytki.Mikrokontroler sterujący robotem to Atmega32A firmy Atmel. Pracuje on z częstotliwością 18,432 MHz, co zapewnia odpowiedni podział częstotliwości ze względu na wykorzystanie interfejsu USART. Interfejs ten wykorzystywany jest do szybkiej zmiany parametrów robota z wykorzystaniem USB w PC, bez konieczności wgrywania programu od nowa. Mostki użyte do sterowania silnikami to L298N. Połączenie kanałów miało na celu zwiększyć wydajność prądową, lecz prąd okazał się za duży, co powodowało szybkie przepalanie się szczotek i konieczność wymiany silników. Błąd udało się naprawić wykorzystując ograniczenie prądowe zbudowane na nieużywanych komparatorach. Czujniki linii to 11 układów KTIR0711S wraz z czterema komparatorami LM339. Sygnał z fototranzystora KTIR0711S jest podciągnięty do +5V a następnie podany na wejście nieodwracające układu LM339. Tam jest porównywane ze napięciem wygenerowanym przez procesor (PWM i układ RC) a sygnał wyjściowy z komparatora trafia bezpośrednio do procesora na wejścia logiczne. Zmienne napięcie odniesienia generowane przez procesor umożliwia w łatwy sposób dopasowanie się czujników do aktualnego oświetlenia jak i jasności trasy. Nasz robot wyposażony jest w wyświetlacz LCD 2x16 dla lepszego zobrazowania pracy procesora, nie jest on konieczny w trakcie samego przejazdu trasy. Procesor ma również możliwość odczytywania komend sygnału RC5 z wykorzystaniem układu TSOP2236, które mogą włączyć bądź wyłączyć tryb jazdy. Na płytce jest również miejsce na czujnik odległości Sharp GP2Y0D340K, ale jak dotąd nie był on wykorzystywany.

Program

Algorytm sterujący robotem jest napisany w języku C i opiera się głównie na regulatorze PID, z czego część całkująca ma bardzo niewielkie znaczenie i jest używana tylko wtedy, gdy jest to konieczne. W robocie jest również zaimplementowany algorytm wykrywania kątów prostych, co poprawia prędkość na trasie z takimi kątami. Ponadto w programie jest algorytm kalibracji czujników KTIR0711S do aktualnych warunków na trasie oraz możliwość sterowania włącz/wyłącz za pośrednictwem pilota do TV.

Zasilanie

Całość zasilana jest z pakietu Li-pol 3S 11.1V 1000mAh

Podsumowanie

Podsumowując, naszą pierwszą konstrukcję uznajemy za w miarę udaną. Staraliśmy się wzorować na najlepszych konstrukcjach przedstawianych na forum. Dzięki niej przetestowaliśmy i zweryfikowaliśmy różne rozwiązania i zdobyliśmy doświadczenie niezbędne do budowy nowych lepszych konstrukcji, co bylo głównym celem budowy robota.

Osiągnięcia

4. miejsce - ASTOR Robot Challenge - Line Follower

8. miejsce – Robotic Arena 2011 – Line Follower

Zdjęcia

Filmy

[Tolo]

Widzę nie próżnujesz w sylwestra

[kingofspace]

Słabo sobie radzi na kątach prostych

[press2313]

Witam

Gratuluję robota.

Jak na pierwszą konstrukcję całkiem niezły.

Co do ostrzejszych zakrętów, myślę że to z powodu słabej przyczepności kół.

Pozdrawiam

[pawcio0928]

Niezły robot gratulacje. Miał trochę problem na tej drabince ale konstrukcja super.

[Naelektryzowany]

Robot bardzo fajny.

Jak wyciąłeś płytki.. wyszły bardzo równe, a nie łatwo wykonać symetryczny kształt łuków.

[piotreks-89]

Bardzo dobra konstrukcja. Żałuję, że nie widziałem na RA Również ciekawi mnie sposób cięcie laminatu, bo wygląda to na freezarkę.

Mam również kilka pytań:

1) Silników nie dajecie na max PWM? (max napięcie dla Pololków to 9V, u was przy spadku 2V i max naładowanym akumulatorze będzie o 1,6V za dużo)

2) Dlaczego komparatory w THT?

3) Dlaczego Sharp tak nietypowo zamocowany?

4) Czemu takie spore aku?

[Treker (Damian Szymański)]

Możecie pokazać lub opisać jak rozmieściliście czujniki? Dlaczego akurat 11?

Widzę, że macie możliwość zmiany odległości napędu od czujników. Testowaliście różne rozwiązania? Nie macie wrażenia, że robot ma trochę za wąski rozstaw kół?

Kąty proste są wykonywane jako osobna procedura czy po prostu dopisaliście coś swojego do PD? Dlaczego zdecydowaliście się na takie rozwiązanie? Na filmikach z RA mam wrażenie, że trochę traciliście na tych 90'tkach Mógłbyś zdradzić co masz na myśli pisząc o używaniu członu całkującego, gdy jest taka potrzeba i czy faktycznie dawał on widoczne zmiany?

Gratuluję udanej konstrukcji.

[JarekK]

Witam wszystkich w nowym roku! Widzę, że kolega Flesiu odsypia jeszcze noc sylwestrową więc jako częściowy współtwórca tego robota postaram się odpowiedzieć na Wasze pytania.

Jak wyciąłeś płytki.. wyszły bardzo równe, a nie łatwo wykonać symetryczny kształt łuków.

Wraz ze wzorem ścieżek został wydrukowany kontur, jaki maja mieć płytki, następnie ostrym nożem nacięliśmy laminat i wyłamaliśmy niepotrzebne fragmenty. Otwór wewnątrz płytki najpierw został nawiercony wokół konturu duża ilością otworów o średnicy 3mm i wyłamany. Na koniec płytka została wykończona papierem ściernym, który obracał się na walcu z wykorzystaniem malej wysokoobrotowej wiertarki 12V. Wszystko robione w rekach „do konturu”. Nie dysponowaliśmy innym sprzętem ze względu na wykonanie płytki w akademiku

Mam również kilka pytań:

1) Silników nie dajecie na max PWM? (max napięcie dla Pololków to 9V, u was przy spadku 2V i max naładowanym akumulatorze będzie o 1,6V za dużo)

2) Dlaczego komparatory w THT?

3) Dlaczego Sharp tak nietypowo zamocowany?

4) Czemu takie spore aku?

Ad1. Silniki są sterowane max PWM, fakt, napięcie sterujące nimi jest troszkę za duże. Początkowo chcieliśmy zrobić sprzężenie od napięcia akumulatora, aby nie przekraczać 9V wykorzystując pomiar napięcia aku, który jest na płytce i w programie. Ostatecznie zrezygnowaliśmy z tego, ponieważ napięcie na akumulatorze szybko spada z 12,6V do powiedzmy 11 – 11,6 co nie jest już tak zabójcze dla silników.

Ad2. Była to pierwsza poważna płytka, jaką projektował mój kolega, zdecydowaliśmy, że na początku wszystko będzie tht.

Ad3. Sharp ma swoja osobna płytkę montowana do robota na gnieździe goldpinów, podczas normalnej jazdy jest zdejmowany, prawdę mówiąc nie używaliśmy go jeszcze do wykrywania przeszkód.

Ad4. Aku jest duże tylko z tego względu żeby nie trzeba go było często ładować podczas testów.

Możecie pokazać lub opisać jak rozmieściliście czujniki? Dlaczego akurat 11?

Widzę, że macie możliwość zmiany odległości napędu od czujników. Testowaliście różne rozwiązania? Nie macie wrażenia, że robot ma trochę za wąski rozstaw kół?

Czujniki rozmieszczone są niesymetrycznie, tzn. bliżej środka maja niewielkie odstępy od siebie, a im dalej tym one są większe. Ponadto w programie każdy czujnik ma swoja wagę i to na jej podstawie obliczany jest uchyb. W trakcie testów wyszło, że to rozwiązanie nie przynosi dobrych efektów, lepiej było by rozmieścić je równomiernie. To, że jest ich 11 wyszło podczas projektowania płytki, jak się też później okazało jest ich trochę za mało a krańcowe są za wąsko rozstawione.

Testowaliśmy również inne odległości czujników od osi, ale nie przynosiły one znacznej poprawy, poza tym trzeba by do każdego ustawienia odpowiednio dobierać nastawy PID, na co nie mięliśmy zbytnio czasu i ostatecznie jeździmy na takim ustawieniu jak jest na zdjęciu.

Rozstaw nie jest raczej za mały, to na zdjęciach może tak wyglądać, w rzeczywistości wydaje się odpowiedni

Kąty proste są wykonywane jako osobna procedura czy po prostu dopisaliście coś swojego do PD? Dlaczego zdecydowaliście się na takie rozwiązanie? Na filmikach z RA mam wrażenie, że trochę traciliście na tych 90'tkach Mógłbyś zdradzić co masz na myśli pisząc o używaniu członu całkującego, gdy jest taka potrzeba i czy faktycznie dawał on widoczne zmiany?

Obsługa katów prostych polega u nas na wykryciu go i wyhamowaniu robota, po kilkudziesięciu milisekundach sterowanie wraca do PID i sam obrót to już efekt pracy regulatora. Zrobiliśmy tak ze względu na to ze nasz robot ma dużą bezwładność i jak za szybko najedziemy na kat prosty to lubi z niego wypaść, bądź zawrócić, dlatego woleliśmy ustawiać go na większą prędkości i hamować go jedynie na kątach prostych.

Człon całkujący pomaga nam trochę na trasach wykonanych z łuków, robot lepiej „trzyma linię”, choć samo znaczenie członu całkującego można i tak uznać za pomijalne.

Pozdrawiam,

Jarek.

[Naelektryzowany]

Te ms zatrzymywania strasznie go spowalniają, co więcej hamuje nawet jak jedzie wolno (dobrze widać na tej "pile")

Moja sugestia jest taka, żeby hamować na kontrach prostych tylko gdy silniki mają pwm wyższe od ustalonej wartości, bo takie coś ogranicza bardzo fajną konstrukcję.

[Treker (Damian Szymański)]

Obsługa katów prostych polega u nas na wykryciu go i wyhamowaniu robota, po kilkudziesięciu milisekundach sterowanie wraca do PID i sam obrót to już efekt pracy regulatora. Zrobiliśmy tak ze względu na to ze nasz robot ma dużą bezwładność i jak za szybko najedziemy na kat prosty to lubi z niego wypaść, bądź zawrócić, dlatego woleliśmy ustawiać go na większą prędkości i hamować go jedynie na kątach prostych.

Nie daliście rady tak wyregulować P, aby po wypadnięciu z trasy (kąt prosty) z automatu jeden silnik dostawał delikatny wsteczny (hamowanie)?

Przy okazji, zachęcam do przyłączenia się do klasyfikacji: http://klasyfikacja.forbot.pl/

[JarekK]

Te ms zatrzymywania strasznie go spowalniają, co więcej hamuje nawet jak jedzie wolno (dobrze widać na tej "pile")

Moja sugestia jest taka, żeby hamować na kontrach prostych tylko gdy silniki mają pwm wyższe od ustalonej wartości, bo takie coś ogranicza bardzo fajną konstrukcję.

Masz racje, dość mocno go spowalniają. Jak widać przejazd przez kąty proste jest naszym najsłabszym punktem. Na pierwszych testach w akademiku był kąt prosty, przed którym było około 0,5m prostej. Wtedy trasa była starannie wyczyszczona i przejazd przez ten kąt nie stanowił dużego problemu wykorzystując standardowy regulator. Wtedy prędkość robota oscylowała w granicach 1,3 – 1,4 m/s. Na pierwszych zawodach w Sosnowcu trasa była dużo większa niż ta, na której testowaliśmy robota, kąty proste występowały po dłuższych odcinkach, przed którymi robot był już rozpędzony. Jeśli dołożymy do tego niewielkie zabrudzenie trasy, wszystkie nasze „szybkie” nastawy są bezużyteczne, bo wypadamy na każdym kącie prostym. W takim wypadku musieliśmy wrócić do prędkości około 1 m/s, aby w ogóle przejechać trasę. Stąd wziął się pomysł na hamowanie przed kątami prostymi. Zminimalizowaliśmy wtedy szansę wypadnięcia, a ogólna prędkość nie była najgorsza. Dopiero na zawodach we Wrocławiu jak zobaczyliśmy tą piłę to wiedzieliśmy, że to będzie dla nas problem. Początkowo próbowaliśmy jeździć bez wykrywania kątów prostych na tej pile, nie było źle, bo przejeżdżaliśmy cała trasę, ale ostatecznie udało nam się to jednak włączyć i tak ustawić, aby sam przejazd był jak najszybszy. Sposób ten nadal nie jest dopracowany i jak widać różnie reaguje, będziemy nad tym bądź innym algorytmem jeszcze pracować.

Nie daliście rady tak wyregulować P, aby po wypadnięciu z trasy (kąt prosty) z automatu jeden silnik dostawał delikatny wsteczny (hamowanie)?

Na czystej trasie podczas testów działało to dobrze, na zawodach już nie, dlatego szukaliśmy na szybko jakiegoś innego rozwiązania. Na zawodach robot po prostu wpadał w poślizg i nie dawał rady wrócić na linię. Widać to na filmie z Sosnowca, wtedy nie mięliśmy jeszcze hamowania przed kątami prostymi, przy odrobinie większej prędkości ogólnej tracił kontakt z linią właśnie na tych kątach.

Trzeba również wspomnieć, że nasz robot nie był zaprojektowany z myślą o wygrywaniu czy jak najmniejszej masie lub bezwładności. Chcieliśmy przetestować różne rozwiązania, np. rozmieszczenie czujników, czy lekkie przeciążenie silników, dlatego też nie posiada turbiny. Jego cel to dostarczenie nam doświadczeń w budowie i sterowaniu takim robotem, a w tym sprawdza się znakomicie