Line follower MacLiner 2.0

[MacGyver]

Witajcie, jest to ulepszona pod każdym względem wersja mojej pierwszej machiny MacLiner. Początkowy zarys konstrukcji pojawił się w mojej głowie po zawodach Sumo Challenge 2011, w których brałem udział (zająłem wtedy przedostatnie miejsce). Ta sytuacja bardzo zmotywowała mnie do stworzenia czegoś szybszego, zwinniejszego. Tak powstał MacLiner 2.0. Chciałbym serdecznie podziękować użytkownikowi Sabre, dzięki któremu mogłem liczyć na szybkie przesyłki z Chin i nieocenioną pomoc w innych przelewach. Dziękuje także Firmie SALTAND Prototype, która udzieliła mi ogromnej zniżki na obwody drukowane.

Model w Inventorze

Dzięki zastosowaniu najnowszych technologii jakie daje Pakie AutoCAD, mogłem z bardzo wielką dokładnością określić położenie wszystkich elementów. Plik w formacie .dwg został przekonwerowany za pomocą programu DXF2SCR na format, który mogłem w dalszym etapie otworzyć w EAGLE i takim sposobem miałem gotowy zarys obu płytek. Takie wariacje pomogły mi także w doborze frezów pod Enkodery. Do tego ostatniego z pewnością wrócę pod koniec opisu. Szkic z projektu zawarty na rysunku 1.

rys.1 Model LF w programie Inventor

Moduł Listwy z Czujnikami

Jak dobrze wiadomo jest to element, na który działa największa siła bezwładności. W tej wersji zastosowałem parzystą liczbę czujników. Jest ich aż 20. Część osób pewnie stwierdzi, że jest ich dość sporo i tutaj się z Wami zgodzę, trochę przerost formy nad treścią, aczkolwiek ważne, że się sprawdza. Poniżej (rysunek 2) zamieściłem fotografię, na której widać rozstawienie sensorów linii (KTIR0711S). Pewnie zapytacie z czego zrobione są podpory, otóż jest to zwyczajna taśma izolacyjna - działała wyśmienicie . Dodatkowo robot został zaopatrzony w czujnik zderzeniowy (GP2Y0D340K). Posiada on zasięg 40cm. Robot jadąc z predkością powyżej 2m/s potrzebuje z dużym wyprzedzeniem określić gdzie znajduje sie przeszkoda(cegła).

rys.2 Moduł listwy z czujnikami

Zasilanie

W przpadku użycia robota z turbiną oczywiste staje się, że trzeba zastosować źródło napięcia o dość dużej wydajności prądowej. Wybór padł na pakiet Li-Pol(rysunek 3) o napięciu znamionowym 7.4v, pojemności 300mAh i wydajności prądowej równej 13.5A. Masa pakietu wynosi 23 gramy. Musiałem go troszkę zmodyfikować, a konkretnie złącze, ponieważ w pierwotnej postaci łatwo było o pomyłkę.

rys.3 Pakiet Li-Pol Dualsky

(zdjęcie pochodzi ze strony Botland.com.pl)

Bezpośrednio z pakietu zasilane są silniki oraz napęd tunelowy. Większość elementów (mikrokontroler, czujniki, logika stopnia mocy oraz moduł bluetooth) wymagały napięcia 5V. Postanowiłem zastosować do tego celu przetwornicę ST1S10PHR. Bardzo zdziwił mnie fakt, że dość spora liczba osób skarżyła się na ten element. Przykładem może być "strzelająca turbina", o której sporo czytałem na forum. Osobiście wszystkie ścieżki poprowadziłem zgodnie z notą katalogową i do tej pory nie mam z nią najmniejszych problemów. Wyjątkiem jest moduł Bluetooth, który na płytce posiada stabilizator liniowy Low Dropout na 3.3v(LM1117), lecz zasilam go z układu BEC wbudowanego w sterownik silnika 3F(tego od napędu tunelowego). Poniżej przedstawiam schemat blokowy całego zasilania (rysunek 4).

rys.4 Schemat blokowy zasilania

Chassis - czyli bazowy element

Główna płyta(rys.5):parametry: laminat FR-4, grubość 2mm, na której umieszczone są elementy take jak : Mikrokontroler ATmega 128, moduł TB6612, komparatory LM339D, przetwornica ST1S10PHR, odbiornik TSOP2236, złącze programatora. Zdecydowałem sie na użycie tak potężnego 8 bitowego procesora z paru względów: ogromna ilość wejść/wyjść (53), dobre ułożenie pinów, interface UART połączony z liniami programatora, 8 przerwań zewnętrznych. Nie zastosowałem 2. procesora do dekodowania kodu RC5 ponieważ, wydawało mi się to zbędne. Płytka powinna mieć grubość 1.5mm, tak jak było to w planach (ale wiadomo firma także może się pomylić ).

rys.5 Chassis

Stopień mocy - TB6622FNG

Jako sterownik silnikami zastosowałem gotowy, dwukanałowy moduł wyprodukowany przez firmę Pololu(rysunek 6). Doszedłem do wniosku, że nie warto stosować wiecej niż 1 mostek (przynajmniej na razie ). Wydajnośc prądowa tego układu to 1A na kanał. Zdażały się sytuacje, gdzie robot w fazie testów zwyczajnie uderzał w elementy przed nim (np. ściana), lecz mostek za każdym razem wytrzymywał. ATmega komunikuje się z mostkiem za pomocą 7 linii(4-odpowiedzialne za kierunek, 2- sygnały PWM, STBY- wyłączenie układu).

rys.6 Stopień mocy

Bluetooth- czyli zapanuj nad bestią

Na pokładzie robota znajduje się moduł bluetooth (BTM-222). Jak juz wczesniej wspomniałem, zasilany jest on z układu BEC. Jego zadaniem jest zdalne startowanie i zatrzymanie robota. Robot dzięki temu może zostać "sterowny" z poziomu np. telefonu, komputera. Układ zamontowany jest na baterii za pomocą rzepu przemysłowego. Na rysunku 7 zamieszczona jest mozaika ścieżek.

rys.7 Moduł Bluetooth

Aplikacja na telefon została napisana przeze mnie w środowisku NetBeans w języku Java. Program przystosowany zarówno na telelefon zaopatrzony w ekran dotykoy jak i pospolitą klawiaturę. Rysunek 8 zawiera screen z aplikacji.

rys.7 MacLiner 2.0 APP

Turbina- Up to 2m/s

Napęd tunelowy jest teraz nieodzownym elementem każdego szybkiego robota. To dzięki niemu robot jest w stanie utrzymać się na torze przy prędkościach 2m/s. Poszedłem utartą scieżką i postanowiłem zakupić EDF27. Silnik, który znajduje się w turbinie potrafi rozpędzić wirnik do zawrotnych prędkości (prędkość łopaty zwiększa się o 11000 obrotów na każdy wolt). Niestety zapłaciłem najwyższą cenę przed zawodami Sumo Challenge 2012. Podczas testów do turbiny dostało sie ciało obce, w wyniku czego wirnik wpadł w oscylacje scierając się o tunel turbiny. Oczywiście na kolejne zawody zaopatrzyłem sie w kolejną. Silnikiem steruje regulator PLUSH 6A. Poniżej (rysunek 8) zdjęcie popularnego napędu tunelowego.

rys.8 Turbina EDF27

Napęd i Koła Robota

*Napęd tworzą dwa silniki Pololu HP 10:1(wraz z tylną osią)

*Parametry techniczne:

*Obroty na biegu jałowym przy zasilaniu 6V: 3000 obr./min;

*Prąd biegu jałowego (6V): 120mA;

*Prąd szczytowy: 1600mA;

*Moment obrotowy: 0,3 kg*cm (29 mNm);

*Wymiary: 24 x 10 x 12 mm;

*Masa: 10g

Jako kół postanowiłem użyć znanych z mojej wcześniejszej konstrukcji - Pololu 32mm.

Enkodery - Szósty zmysł

W robocie zostało przewidziane miejsce na enkodery optyczne wymontowane z myszki. Będą one w przyszłości służyły do mapowania trasy oraz jednej ciekawej rzeczy(Wizja podczas snu ). Jeśli projekt z dodaniem enkoderów się uda, z pewnością się nim podziele.

Program

Program został napisany w języku C w środowisku AVR-Studio. Zaimplementowany algorytm proporcjonalno-rózniczkujący pozwolił na płynną jazdę z dużą prędkością. Częstotliwość wykonywania pętli głównej 90-100Hz. W przyszłości kod zostanie przepisany na jezyk niskiego poziomu jakim jest Asembler.

Osiągnięcia

III miejsce Line Follower z Przeszkodami Sumo Challenge 2012 (bez Turbiny)

VII miejsce Line Follower Sumo Challenge 2012 (bez Turbiny)

VII miejsce Line Follower Robotic Arena 2012

• I miejsce Line Follower Robo-NET 2013

Tips- porady

Podczas zawodów przez przypadek można dojść do paru fajnych odkryć. Szczotki- powszechnie stosowane jako "magnes" na zanieczyszczenia kół. Mi osobiście wpadł także całkiem ciekawy pomysł. Stało się podczas Robotic Arena 2012. Moje włosy zawsze wymagały ułożenia przed jakimkolwiek wyjściem. Dlatego zawsze biorę ze sobą pojemnik z gumą do stylizacji włosów . W czasie poszukiwania lustra dostałem olśnienia- Dlaczego nie użyćby tego specyfiku do czyszczenia bieżnika opon przed startem...? Pomysł okazał sie strzałem w dziesiątkę!

Filmy:(bez Turbiny)

Galeria

A tutaj zbiór fotografi:

Płyta_Główna_Schemat.pdf

Płytka_Czujniki_SCHEMATIC.pdf

Program_Java.rar

Płyta_Główna_PCB.rar

Płyta_Czujniki_PCB.rar

Bluetooth_Schemat_PCB.rar

[Mechano]

Super robot, ciekaw jestem osiągów tego robota. Gdzie jest płytka z modułem bluetooth? Bo na zdjęciach jej nie widzę. Na czym polega czyszczenie gumą do włosów? Smarujesz je tylko, czy smarujesz i wycierasz czy jak?

[bmajkut]

Z niecierpliwością czekam, aż ktoś wpadnie na jakiś nowy pomysł co do konstrukcji linefollower'a Nie mniej jednak gratuluję bardzo zgrabnego robota.

[MacGyver]

Aktualnie nie posiadam zdjęcia. W rzeczywistości jest ona przymocowana do baterii na rzep. Ozyszczenie polega na posmarowaniu bieżnika porcją gumy, a następnie wyczyszczeniu jej ściereczką. Dzięki temu zabiegowi polepsza się przyczepność opony.

EDIT: Dodałem zdjęcia modułu Bluetooth'a.

[Wojtek]

Widziałem że zrobiłeś sobie moduł z uzyciem scalaka BTM 222. Skąd brałeś schemat? Głównie chodzi mi o podłączenie układu cyfrowego zamieniającego napięcie na pinach danych scalaka btm222.

[MacGyver]

W oparciu o schemat MIirkka36 . Mozesz dać jaki chcesz konwerter, wazne aby był szybki.

[Wojtek]

Nawet pisałem do niego maila w tej sprawie. Powiedział że przedstawiał kiedyś projekt modułu na elektrodzie ale ja chyba nie umiem szukać. Poratowal byś jakimś linkiem?

[MacGyver]

Schemat ideowy wraz z mozaiką scieżek zawarty jest w załączniku w projekcie pod nazwą "Bluetooth_Schemat_PCB.rar"

[MacGyver]

Ponieżej zamieszczam filmik z zawodów Robomaticon 2013.

[Mechano]

Pomyka ładnie ale tak coś wolno.

[MacGyver]

W ostatnich zawodach na Robomatikonie zająłem IV miejsce, wiec źle nie jest. Rozumiem, że zostałem porównany do czołówki i bardzo to cenie. Z pewnością następne przejazdy będą szybsze, kwestia dopracowania algorytmu