Vad du behöver för att bygga din egen autonoma robot

Har du någonsin velat bygga din egen robot? Det är inte så svårt som du kanske tror, ​​antingen med hjälp av ett kit eller en rad elektroniska standardkomponenter.

Det största hindret är att navigera i det förvirrande antalet alternativ som finns för att bygga en robot med hjul, inklusive dess mikrokontroller, chassi, motorer och sensorer. Det enklaste alternativet är att köpa ett komplett robotpaket, men om du vill skapa en specialbyggd robot tar vi dig steg för steg genom de viktigaste valen att göra.

1. Microcontroller / SBC

Din robot behöver en elektronisk "hjärna" för att kontrollera alla dess funktioner, inklusive rörelse. Två av de mest populära alternativen är Raspberry Pi och Arduino.

Raspberry Pi är en enkelkortdator (SBC) med en Arm-mikroprocessor som kan köra ett fullständigt Linux-operativsystem. Den största fördelen för robotbyggande är att den är kraftfullare än en mikrokontroller som en Arduino, så att du kan köra mer komplexa program. Detta är perfekt för ansiktsigenkänning och andra former av AI, så att du kan skapa en riktigt smart robot.

En annan fördel är att du kan programmera den på stort sett vilket språk som helst. En av de mest populära för robotik i Python, vilket är mindre skrämmande än C för nybörjare till kodning.

En Arduino är å andra sidan perfekt för enklare robotprojekt. Förutom att det vanligtvis är billigare, använder det mindre ström, så det tar längre tid att tömma en bärbar kraftbank eller batteripaket.

Även om det normalt är programmerat i C med Arduino IDE på en dator är det möjligt att använda en grafisk IDE kallad Xod för att styra Arduino-robotar.

Andra mikrokontroller är också lämpliga för robotik, inklusive Teensy, BeagleBone, micro: bit och Raspberry Pi Pico.

2. Chassi

För din hjulrobot behöver du ett chassi för att bilda sin kaross, hysa elektroniken och montera motorerna (med konsoler).

Det finns många chassitsatser finns i olika storlekar och material, vanligtvis för två- eller fyrhjuliga robotar - ibland sex hjul. De flesta är enkla plattformar för montering av elektronik och motorer; dyrare alternativ kan inkludera ett upphängningssystem.

Alternativt kan du skräddarsy ditt eget DIY-chassi, från material som plast, metall, trä, Lego-tegel eller till och med kartong. Ett viktigt övervägande är hur robust du vill att din robot ska vara. Om du behöver hantera svår terräng vill du ha ett mer hållbart chassi.

3. Motorer

För att få din robot att röra sig behöver du motorer. För en robot med hjul kommer detta att vara vanliga likströmsmotorer som - till skillnad från servomotorer eller stegmotorer - snurrar fritt med hög hastighet.

Vissa motorer har en inbyggd växellåda för att öka vridmomentet och driva tyngre belastningar. Kontrollera utväxlingen (eller hastighetsminskningen): ju högre det är, desto mer vridmoment och lägre hastighet. Högre förhållanden rekommenderas för nybörjare.

Om du behöver noggrann läsning och kontroll av motorhastigheten finns det också möjlighet att lägga till en magnetisk eller optisk hastighetskodare till varje motoraxel, som matar tillbaka data till din mikrokontroller.

Varje motorhastighet styrs vanligtvis av PWM (pulsbreddsmodulation), vilket innebär att man skickar en ström av digitala på / av-pulser: ju mer på pulser i en cykel, desto snabbare snurrar den.

4. Motorförare

Du kan inte ansluta likströmsmotorer direkt till din enkelkortdator eller mikrokontrollerkort, eftersom den senare inte kommer att kunna leverera tillräckligt med ström för motorerna och du kan skada kortet.

Istället behöver du ett motor- / styrkort som är anslutet mellan motorerna och din mikrokontroller och även till strömkällan. Lågkostnadskort är ofta baserade på ett L298N- eller DRV8833-H-bridge-chip med dubbla kanaler. Antalet kanaler avgör hur många motorer som kan styras oberoende, så du behöver fler kanaler (och drivrutiner) för 4WD eller 6WD.

Även om det är möjligt för någon med elektronikkunskap att bygga sin egen H-bridge-motorförare, är det lättare att köpa ett förarkort. Det finns många HATs att montera på Raspberry Pi, och en dedikerad Motorskydd för Arduino.

En nyckelfaktor när du väljer en motorförare är att säkerställa att den kan hantera spänningen som krävs av motorerna, liksom deras kontinuerliga driftsström. Om du inte hittar det senare i motorns specifikationer är det vanligtvis 20% till 25% lägre än stoppströmmen. Motorförarens maximala ström bör vara cirka dubbelt så hög som motorns kontinuerliga ström.

5. Hjul

Naturligtvis är dessa väsentliga för en robot på hjul! En enkel tvåhjulad robot är enklast för nybörjare, vanligtvis med en liten obearbetad hjul, hjul eller glidning på framsidan för att hålla den balanserad.

En fyrhjulig robot är nästa steg upp, vilket ger extra stabilitet och kontroll. Om du vill ha oberoende kontroll av varje motor / hjul för äkta 4-hjulsdrift behöver du två dual-channel motorchips på ditt bräde. Alternativt kan du använda en enda drivrutin för att styra två motorer på varje kanal, förutsatt att den har tillräcklig maximal strömkapacitet för att hantera dem alla.

För terrängterräng kanske du till och med vill gå upp till sex hjul, men du behöver ett längre chassi för att rymma dem. Du kan lägga till larvspår för extra grepp eller till och med ett rocker-bogie-system som visas på NASA: s Perseverance Mars-rover.

Även om det är möjligt att ha styrbara hjul med servon för att rotera dem och deras motorer, är den vanligaste metoden för att styra en robot att helt enkelt köra hjul på ena sidan snabbare än den andra.

Ett annat intressant alternativ är att använda Mecanum-hjul, vars speciella rullar gör att de kan röra sig i sidled när de fyra hjulen roteras i ett visst mönster. Perfekt för parallell parkering!

6. Kraft

Att ha din robot bunden till ett eluttag skulle vara lite begränsande, så du behöver en bärbar kraftkälla. Det finns två huvudmetoder:

1. Använd separata kraftkällor för motorer och elektronik.
2. Använd en enda strömkälla ansluten till båda via en BEC (batteri elimineringskrets). Din förarkort kan innehålla en BEC.

Oavsett vilket alternativ du väljer, möjliga strömkällor inkluderar USB-kraftbanker, batteripaket (t.ex. 4x AA) och LiPo-batterier. Se bara till att du matar rätt spänningar och strömnivåer. Många motorförare kort erbjuder skydd mot överström och omvänd polaritet.

7. Sensorer

Även om det är möjligt att programmera din robot att röra sig i ett inställt mönster eller styra den manuellt från en fjärrenhet, kommer tillägg av sensorer att göra det möjligt för den att agera självständigt.

En ultraljudsavståndssensor, som t.ex. HC-SR04, kommer att tillåta roboten att känna av en vägg eller annat hinder framför den så att den kan vidta undvikande åtgärder.

Att få en robot att följa en väg på golvet är ett annat populärt alternativ. En eller flera IR-linjeföljande sensorer monterade på framsidan gör det möjligt att upptäcka en mörk linje på golvet och styra längs den.

Du kan till och med ge din robot "ögon" med tillägg av en liten kamera. Bilder kan tolkas med hjälp av ett datorvisionsbibliotek som OpenCV för att upptäcka objekt eller till och med ansikten.

Bygg din egen autonoma robot: framgång

Du har nu en översikt över hur du bygger din egen hjulrobot. Vi hoppas att det har inspirerat dig att göra din första razzia i robotikens underbara värld. När du väl har byggt din första robot kanske du vill skapa en annan typ, till exempel en med ben eller en robotarm.

Den bästa mörka webbläsaren för din enhet

Vill du komma åt det mörka nätet? Du måste använda en mörk webbläsare som kan ta dig dit och skydda din integritet också.

Läs Nästa

Om författaren