Line follower Fuzzy

[Treker (Damian Szymański)]

Przedstawiam mojego najnowszego robota klasy LineFollower Standard "Fuzzy". Z opisywaną konstrukcją pojawiam się na większości zawodów jakie organizowane są w ostatnim czasie.

W porównaniu do moich poprzednich robotów Fuzzy nie został wyposażony w napęd tunelowy. Powodem tej decyzji była chęć testowania nowych algorytmów. Efekty mojej pracy łatwiej zauważyć na robocie bez docisku, ponieważ jest on trudniejszy to wysterowania przy większych prędkościach.

Konstrukcja mechaniczna

Robot standardowo wyposażony został w dwa silniki Pololu 10:1 HP z obustronnym wałem, na którym zamocowane zostały magnesy od enkoderów. Podwozie stanowi płytka PCB wykonana w Satlandzie. Czujniki wysunięte zostały do przodu na węglowej listewce.

Koła wytoczone zostały na zamówienie. Całość, zależnie od dobranego akumulatora waży 70-100g.

Elektronika

Prezentowana konstrukcja to czwarty prototyp robota. Głównymi elementami części elektronicznej są: mikrokontroler STMF103RBT6, enkodery AS5040 oraz mostek TB6612. Konstrukcja może obsługiwać do 16 czujników KTIR. Po przeprowadzonych testach pozostałem jednak przy 8 transoptorach. Pozostałe połączenia z czujnikami pozwalają na wizualizację ich stanów poprzez diody LED.

Schemat prototypu

Prototyp

W poprzedniej konstrukcji do komunikacji z otoczeniem wykorzystywałem złącza typu Goldpin o rastrze 0.5mm. Częste podpinanie i odpinanie dodatkowego osprzętu sprawiło, że złącza te szybko uległy uszkodzeniu wprowadzałem spore problemów. Dlatego w nowej wersji zastosowałem złącza firmy HARTING Flexicon, które rozwiązały mój problem. Szczerze mogę je polecić, nie miałem żadnych problemów od kiedy je stosuję.

Ostateczna wersja elektroniki ze złączami HARTING Flexicon

Oprogramowanie

Program napisany został w języku C z wykorzystaniem biblioteki dostarczanej przed producenta STMów. Kod w głównej mierze składa się z dwóch części. Pierwsza odpowiedzialna jest za komunikację z otoczeniem, druga za podążanie za linią.

Kontroler robota

Robot może komunikować się z komputerem lub specjalnym kontrolerem za pomocą interfejsu USART. Możliwa jest również komunikacja przez moduły Bleutooth. Całość obsługiwana jest przez własny, prosty protokół do komunikacji. Algorytm pakuje wszystkie dane w ramki oraz oblicza sumę kontrolną. Rozwiązanie takie pozwoliło na bezbłędne przesyłanie wymaganych danych.

Prototyp z modułem BlueTooth

Podążanie za linią wykonane zostało w oparciu o 3 regulatory:

PD - podążanie za linią, sprzężenie zwrotne od czujników

2x PID - sterowanie faktyczną prędkością silników, sprzężenie zwrotne od enkoderów magnetycznych

Efekty

Szczególną wagę przykładałem do precyzji przejazdu, która moim zdaniem jest zadowalająca - szczególnie na kątach prostych.

Robot wygrał wszystkie zawody w kategorii LineFollower Standard w jakich brał udział. Zdarzyło mu się przegonić również niejednego robota z turbiną. W optymalnych, domowych warunkach średnia prędkość robota, to ponad 2m/s. Poniżej filmik z zawodów RoboMotion z prędkością około 1,4 m/s - nie był to najszybszy przejazd.

Ostateczny wygląd robota

W chwili obecnej konstrukcja różni się od powyższej jedynie kolorem opon i długością listewki od czujników. Później postaram dodać więcej zdjęć - szczególnie jeśli będzie z Waszej strony zainteresowanie czymś konkretnym.

Podziękowania

W tym momencie chciałbym podziękować firmom HARTING oraz TME, które wspierały pracy przy tym projekcie. 

Zachęcam do zadawania pytań, odpowiem praktycznie na każde 😉

[torcek]

Super projekt płytki, widać że wszystko przemyślane i dopięte na ostatni guzik. Czy mógłbyś powiedzieć co nieco o mocowaniu magnesów? Czy są to może magnesy z AS z jakąś Twoją własną tulejką?

[Mechano]

Fajnie 😃 Super robot. Chciałbym zobaczyć go na pełnej prędkości. Dane z regulatora PD trafiają do PID'ów z enkoderami? Widzę, że już nie ma raczej mody na wielkie linefollowery i ogromem czujników tylko małe i szybkie potworki 😋 Z czego są felgi i opony?

[Treker (Damian Szymański)]

Dane z regulatora PD trafiają do PID'ów z enkoderami?

Tak dokładnie, chociaż plany mam na inne kombinacje.

Z czego są felgi i opony?

Felgi z jakiegoś tworzywa, trzeba pytać Sobala 😉 Opony z poliuretanu.

[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

[Treker (Damian Szymański)]

Czy mógłbyś powiedzieć co nieco o mocowaniu magnesów? Czy są to może magnesy z AS z jakąś Twoją własną tulejką?

Tak, są to magnesy z AS. Tulejki dorobił Sobal, jednak z powodzeniem można też wykorzystać mocowania drukowane na reprapie.

[Ven_64]

Myślałeś nad dodaniem jakiegoś czujnika odległości, aby mógł startować w konkurencji z przeszkodami(np. samoróbka analogowa jak w mm zamiast jednego z nieużywanych czujników)? Ograniczasz PWM'em obroty, czy mi się źle wydaje, iż powinien być szybszy przy tych silnikach?

PS. Daje 5 😉

[Treker (Damian Szymański)]

Na przednich czujnikach widoczne jest złącze dla czujnika przeszkód. Wpinam tam cyfrowego SHARPa i spokojnie mogę startować w konkurencji z przeszkodami. Nie poświęciłem temu jednak zbyt jeszcze zbyt dużo czasu.

Ograniczasz PWM'em obroty, czy mi się źle wydaje, iż powinien być szybszy przy tych silnikach?

Na filmiku prędkość to pewnie około 30% maksymalnego wypełnienia PWM.

[Macio]

Porównywałeś różne szerokości opon pod względem przyczepności? Czy tylko dobrałeś ją intuicyjnie? Porównywałeś może z oponami Mini-Z?

[Treker (Damian Szymański)]

Porównywałeś różne szerokości opon pod względem przyczepności? Czy tylko dobrałeś ją intuicyjnie?

Porównywałem tylko dwie szerokości opon, raczej była to intuicja.

Porównywałeś może z oponami Mini-Z?

Tak, w poprzednich robotach używałem oponek Mini-Z. Ciężko porównać przyczepność bez specjalnych narzędzi do pomiaru faktycznych wartości fizycznych. Wybrałem, to co wydawało mi się lepsze po kilku próbach.

[havoc]

Czemu na innym (nie wymienię z nazwy 😉 ) forum robot nazwany jest jako "Robot klasy LineFollower - Lajt"?

Pozdrawiam

[Treker (Damian Szymański)]

Tutaj opisałem wersję ostateczną, co widać na zdjęciach - robot z czerwonymi kołami i złącza HARTING (to najbardziej widoczne zmiany). Na elektrodzie opisałem prototyp Fuzzego, czyli "Lajta". Pomijam fakt, że robot ma całą rodzinkę, łącznie jest ich 5 😉 Zdjęcia, która się powtarzają podpisane są jako "prototyp".

Po prostu nie chciałem publikować tego samego w dwóch miejscach 😉

[Mechano]

O to samo zapytałem się na tym forum, było przeczytać kilka postów niżej.

[Treker (Damian Szymański)]

Mechano, tak to już jest. Dla mnie, czyli autora, te roboty są kompletnie inne, ale dla osób postronnych identyczne 😋

[Macio]

Jakieś plany na zapamiętywanie trasy? Przynajmniej częściowe? Jakie dalsze plany rozwoju?

[Treker (Damian Szymański)]

Nad zapamiętywaniem trasy pracuję cały czas. Jednak założyłem sobie, że na zawodach nie będę nic takiego używał, do momentu, gdy będzie to konieczne oraz nie będę miał tych mechanizmów dobrze dopracowanych.

Teraz bawię się w domu różnymi podejściami do tego tematu i testuję najlepsze rozwiązania. Chyba jako konstruktor MM zdajesz sobie sprawę najlepiej ile czasu można poświęcić na różne "drobiazgi" 😉

Dalsze plany, to podejście teoretyczne do regulatorów prędkości. Po drugie chciałbym dodać sprzężenie od czegoś jeszcze - prawdopodobnie żyroskopu. Do tego rampy przyspieszeń i hamowania, więc podobnie jak w MM.