रोबोट के बाद DIY दीवार: 9 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

इस निर्देश में, हम समझाएंगे कि कुछ बाहरी अल्ट्रासोनिक और इन्फ्रारेड (IR) सेंसर के साथ ग्रीनपैक ™ का उपयोग करके एक बाधा का पता लगाने और बचाव प्रणाली को कैसे डिज़ाइन किया जाए। यह डिज़ाइन कुछ ऐसे विषयों को पेश करेगा जो स्वायत्त और कृत्रिम रूप से बुद्धिमान रोबोटिक सिस्टम के लिए आवश्यक हैं।

नीचे हमने यह समझने के लिए आवश्यक चरणों का वर्णन किया है कि रोबोट के बाद दीवार बनाने के लिए समाधान को कैसे प्रोग्राम किया गया है। हालाँकि, यदि आप केवल प्रोग्रामिंग का परिणाम प्राप्त करना चाहते हैं, तो पहले से पूर्ण की गई ग्रीनपैक डिज़ाइन फ़ाइल को देखने के लिए ग्रीनपैक सॉफ़्टवेयर डाउनलोड करें। रोबोट के बाद दीवार बनाने के लिए ग्रीनपैक डेवलपमेंट किट को अपने कंप्यूटर में प्लग करें और प्रोग्राम को हिट करें।

चरण 1: समस्या विवरण

कृत्रिम बुद्धिमत्ता में हाल ही में नए सिरे से रुचि हुई है, और इसमें से अधिकांश रुचि पूरी तरह से स्वायत्त और बुद्धिमान मशीनों की ओर निर्देशित है। ऐसे रोबोट मानव दायित्व को कम कर सकते हैं और सिविल सेवाओं और रक्षा जैसे क्षेत्रों में स्वचालन का विस्तार कर सकते हैं। एआई शोधकर्ता स्वायत्त रोबोटिक वाहनों के माध्यम से अग्निशमन, चिकित्सा देखभाल, आपदा प्रबंधन और जीवन रक्षक कर्तव्यों जैसी सेवाओं को स्वचालित करने का प्रयास कर रहे हैं। एक चुनौती जिसे इन वाहनों को पार करना होगा वह यह है कि मलबे, आग, नुकसान आदि जैसी बाधाओं का सफलतापूर्वक पता कैसे लगाया जाए और उनसे कैसे बचा जाए।

चरण 2: कार्यान्वयन विवरण

इस निर्देश में, हम एक अल्ट्रासोनिक सेंसर, IR बाधा का पता लगाने वाले सेंसर की एक जोड़ी, एक मोटर ड्राइवर सर्किट (L298N), चार DC मोटर्स, पहिए, एक 4-व्हील ड्राइव कार कंकाल और एक GreenPAK SLG46620V चिप का उपयोग करेंगे।

ग्रीनपैक नियंत्रक के एक डिजिटल आउटपुट पिन का उपयोग अल्ट्रासोनिक सेंसर (उर्फ सोनार) को ट्रिगर करने के लिए किया जाता है, और एक डिजिटल इनपुट पिन का उपयोग विश्लेषण के लिए आगे की बाधाओं से परिणामी प्रतिध्वनि एकत्र करने के लिए किया जाता है। IR बाधा का पता लगाने वाले सेंसर का आउटपुट भी देखा गया है। शर्तों का एक सेट लागू करने के बाद, यदि कोई बाधा बहुत करीब है, तो टक्कर से बचने के लिए मोटर्स (प्रत्येक 4 पहियों से जुड़े) को समायोजित किया जाता है।

चरण 3: स्पष्टीकरण

स्वायत्त बाधा निवारण रोबोट बाधाओं का पता लगाने और टकराव से बचने में सक्षम होना चाहिए। ऐसे रोबोट के डिजाइन के लिए विभिन्न सेंसरों के एकीकरण की आवश्यकता होती है, जैसे बंप सेंसर, इन्फ्रारेड सेंसर, अल्ट्रासोनिक सेंसर इत्यादि। इन सेंसर को रोबोट पर लगाकर, यह आसपास के क्षेत्र के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकता है। एक अल्ट्रासोनिक सेंसर धीमी गति से चलने वाले स्वायत्त रोबोट के लिए बाधा का पता लगाने के लिए उपयुक्त है, क्योंकि इसकी लागत कम है और अपेक्षाकृत उच्च श्रेणी है।

एक अल्ट्रासोनिक सेंसर एक छोटे अल्ट्रासोनिक फट का उत्सर्जन करके और फिर प्रतिध्वनि को सुनकर वस्तुओं का पता लगाता है। एक मेजबान माइक्रोकंट्रोलर के नियंत्रण में, सेंसर एक छोटी 40 kHz पल्स का उत्सर्जन करता है। यह नाड़ी हवा के माध्यम से तब तक चलती है जब तक कि यह किसी वस्तु से नहीं टकराती और फिर वापस सेंसर में परावर्तित हो जाती है। सेंसर होस्ट को एक आउटपुट सिग्नल प्रदान करता है जो इको का पता चलने पर समाप्त हो जाता है। इस तरह, लौटाई गई पल्स की चौड़ाई का उपयोग वस्तु से दूरी की गणना करने के लिए किया जाता है।

यह बाधा से बचने वाला रोबोट वाहन अपने रास्ते में वस्तुओं का पता लगाने के लिए एक अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग करता है। मोटर्स एक मोटर चालक आईसी के माध्यम से ग्रीनपाक से जुड़े हुए हैं। अल्ट्रासोनिक सेंसर रोबोट के सामने से जुड़ा हुआ है, और दो आईआर बाधा का पता लगाने वाले सेंसर साइड बाधाओं का पता लगाने के लिए रोबोट के बाईं और दाईं ओर संलग्न हैं।

जैसे ही रोबोट वांछित पथ पर चलता है, अल्ट्रासोनिक सेंसर लगातार अल्ट्रासोनिक तरंगों को प्रसारित करता है। जब भी रोबोट के सामने कोई बाधा आती है, तो अल्ट्रासोनिक तरंगें बाधा से वापस परावर्तित हो जाती हैं, और वह जानकारी ग्रीनपैक को भेज दी जाती है। इसके साथ ही, IR सेंसर IR तरंगें उत्सर्जित और प्राप्त कर रहे हैं। अल्ट्रासोनिक और आईआर सेंसर से इनपुट की व्याख्या करने के बाद, ग्रीनपाक चार पहियों में से प्रत्येक के लिए मोटर्स को नियंत्रित करता है।

चरण 4: एल्गोरिथम विवरण

स्टार्टअप पर, चार मोटर एक साथ चालू होते हैं, जिससे रोबोट आगे बढ़ता है। इसके बाद, अल्ट्रासोनिक सेंसर नियमित अंतराल पर रोबोट के सामने से पल्स भेजता है। यदि कोई बाधा मौजूद है, तो ध्वनि दालों को प्रतिबिंबित किया जाता है और सेंसर द्वारा पता लगाया जाता है। दालों का प्रतिबिंब बाधा की भौतिक स्थिति पर निर्भर करता है: यदि यह आकार में अनियमित है, तो परावर्तित दालें कम होंगी; यदि यह एक समान है, तो अधिकांश संचरित दालें परावर्तित होंगी। प्रतिबिंब भी बाधा की दिशा पर निर्भर करता है। यदि इसे थोड़ा झुका हुआ है, या सेंसर के समानांतर रखा गया है, तो अधिकांश ध्वनि तरंगें बिना परावर्तित होकर गुजरेंगी।

जब रोबोट के सामने एक बाधा का पता चलता है, तो IR सेंसर से साइड आउटपुट देखे जाते हैं। यदि दाईं ओर एक बाधा का पता चलता है, तो रोबोट के बाईं ओर के टायर अक्षम हो जाते हैं, जिससे यह बाईं ओर मुड़ जाता है, और इसके विपरीत। यदि कोई बाधा नहीं पाई जाती है, तो एल्गोरिथ्म दोहराया जाता है। प्रवाह आरेख चित्र 2 में दिखाया गया है।

चरण 5: अल्ट्रासोनिक सेंसर HC-SR04

अल्ट्रासोनिक सेंसर एक ऐसा उपकरण है जो ध्वनि तरंगों का उपयोग करके किसी वस्तु की दूरी को माप सकता है। यह एक विशिष्ट आवृत्ति पर ध्वनि तरंग भेजकर और उस ध्वनि तरंग को वापस उछालने के लिए सुनकर दूरी को मापता है। ध्वनि तरंग उत्पन्न होने और ध्वनि तरंग के वापस उछलने के बीच बीता हुआ समय रिकॉर्ड करके, सोनार सेंसर और वस्तु के बीच की दूरी की गणना करना संभव है। ध्वनि लगभग 344 मीटर/सेकेंड (1129 फीट/सेकेंड) पर हवा के माध्यम से यात्रा करती है, इसलिए आप फॉर्मूला 1 का उपयोग करके वस्तु की दूरी की गणना कर सकते हैं।

HC-SR04 अल्ट्रासोनिक सेंसर में चार पिन होते हैं: Vdd, GND, ट्रिगर और इको। जब भी नियंत्रक से एक पल्स ट्रिगर पिन पर लगाया जाता है, तो सेंसर "स्पीकर" से एक अल्ट्रासाउंड तरंग उत्सर्जित करता है। "रिसीवर" द्वारा परावर्तित तरंगों का पता लगाया जाता है और इको पिन के माध्यम से नियंत्रक को वापस प्रेषित किया जाता है। सेंसर और बाधा के बीच की दूरी जितनी लंबी होगी, इको पिन पर पल्स उतनी ही लंबी होगी। पल्स उस समय के लिए चालू रहता है जब सोनार पल्स को सेंसर से यात्रा करने और वापस लौटने के लिए दो से विभाजित किया जाता है। जब सोनार चालू होता है, तो एक आंतरिक टाइमर शुरू होता है और तब तक जारी रहता है जब तक कि परावर्तित तरंग का पता नहीं चल जाता। इस समय को फिर दो से विभाजित किया जाता है क्योंकि ध्वनि तरंग को बाधा तक पहुँचने में लगने वाला वास्तविक समय टाइमर के चालू होने के आधे समय का था।

अल्ट्रासोनिक सेंसर का संचालन चित्र 4 में दिखाया गया है।

अल्ट्रासोनिक पल्स उत्पन्न करने के लिए, आपको ट्रिगर को 10μs के लिए एक उच्च स्थिति में सेट करने की आवश्यकता है। यह एक 8-चक्र सोनिक बर्स्ट भेजेगा, जो डिवाइस के सामने किसी भी बाधा को प्रतिबिंबित करेगा और सेंसर द्वारा प्राप्त किया जाएगा। इको पिन उस समय (माइक्रोसेकंड में) को आउटपुट करेगा जिसमें ध्वनि तरंग यात्रा करती है।

चरण 6: इन्फ्रारेड बाधा जांच सेंसर मॉड्यूल

अल्ट्रासाउंड सेंसर की तरह, इन्फ्रारेड (आईआर) बाधा का पता लगाने की मूल अवधारणा एक आईआर सिग्नल (विकिरण के रूप में) संचारित करना और उसके प्रतिबिंब का निरीक्षण करना है। IR सेंसर मॉड्यूल चित्र 6 में दिखाया गया है।

विशेषताएं

• सर्किट बोर्ड पर एक बाधा सूचक प्रकाश है
• डिजिटल आउटपुट सिग्नल
• पता लगाने की दूरी: 2 ~ 30 सेमी
• डिटेक्शन एंगल: 35°
• तुलनित्र चिप: LM393
• पोटेंशियोमीटर के माध्यम से एडजस्टेबल डिटेक्शन डिस्टेंस रेंज:

दक्षिणावर्त: पता लगाने की दूरी बढ़ाएँ

वामावर्त: पता लगाने की दूरी कम करें

विशेष विवरण

• कार्यशील वोल्टेज: 3 - 5 वी डीसी
• आउटपुट प्रकार: डिजिटल स्विचिंग आउटपुट (0 और 1)
• आसान बढ़ते के लिए 3 मिमी पेंच छेद
• बोर्ड का आकार: 3.2 x 1.4 सेमी

तालिका 1 में वर्णित नियंत्रण संकेतक विवरण।

चरण 7: मोटर चालक सर्किट L298N

डीसी मोटर्स की गति और दिशा को नियंत्रित करने के लिए मोटर चालक सर्किट, या एच-ब्रिज का उपयोग किया जाता है। इसमें दो इनलेट होते हैं जिन्हें एक अलग डीसी पावर स्रोत से जोड़ा जाना चाहिए (मोटर भारी प्रवाह खींचते हैं, और सीधे नियंत्रक से आपूर्ति नहीं की जा सकती है), प्रत्येक मोटर के लिए आउटपुट के दो सेट (सकारात्मक और नकारात्मक), प्रत्येक के लिए दो सक्षम पिन आउटपुट का सेट, और प्रत्येक मोटर आउटलेट की दिशा नियंत्रण के लिए पिन के दो सेट (प्रत्येक मोटर के लिए दो पिन)। यदि बाईं ओर के दो पिनों को एक पिन के लिए उच्च और दूसरे के लिए कम तर्क स्तर दिए गए हैं, तो बाएं आउटलेट से जुड़ी मोटर एक दिशा में घूमेगी, और यदि तर्क का क्रम उलट दिया जाता है (कम और उच्च), तो मोटरें घूमेंगी विपरीत दिशा में। यही बात सबसे दाहिने पिन और दाहिने आउटलेट मोटर पर भी लागू होती है। यदि जोड़ी में दोनों पिनों को उच्च या निम्न तर्क स्तर दिया जाता है, तो मोटरें रुक जाएंगी।

यह दोहरी द्वि-दिशात्मक मोटर चालक बहुत लोकप्रिय एल२९८ ड्यूल एच-ब्रिज मोटर चालक आईसी पर आधारित है। यह मॉड्यूल आपको दोनों दिशाओं में दो मोटर्स को आसानी से और स्वतंत्र रूप से नियंत्रित करने की अनुमति देता है। यह नियंत्रण के लिए मानक तर्क संकेतों का उपयोग करता है, और यह दो-चरण स्टेपर मोटर्स, चार-चरण स्टेपर मोटर्स और दो-चरण डीसी मोटर्स को चला सकता है। इसमें एक फिल्टर कैपेसिटर और एक फ्रीव्हीलिंग डायोड है जो सर्किट में उपकरणों को एक अपरिवर्तनीय भार के रिवर्स करंट से क्षतिग्रस्त होने से बचाता है, जिससे विश्वसनीयता बढ़ती है। L298 में 5-35 V का ड्राइवर वोल्टेज और 5 V का तर्क स्तर है।

मोटर चालक का कार्य तालिका 2 में वर्णित है।

अल्ट्रासोनिक सेंसर, मोटर चालक और GPAK चिप के बीच कनेक्शन दिखाने वाला ब्लॉक आरेख चित्र 8 में दिखाया गया है।

चरण 8: ग्रीनपैक डिजाइन

मैट्रिक्स 0 में, सेंसर के लिए ट्रिगर इनपुट CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0, और थरथरानवाला का उपयोग करके उत्पन्न किया गया था। अल्ट्रासोनिक सेंसर के इको पिन से इनपुट को Pin3 का उपयोग करके पढ़ा जाता है। 3-बिट LUT0 पर तीन इनपुट लागू होते हैं: एक इको से, दूसरा ट्रिगर से, और तीसरा ट्रिगर इनपुट जो हमें 30 से विलंबित करता है। इस लुक-अप तालिका से आउटपुट मैट्रिक्स 1 में उपयोग किया जाता है। आईआर सेंसर से आउटपुट मैट्रिक्स 0 में भी लिया जाता है।

मैट्रिक्स 1 में, पोर्ट P1 और P6 एक साथ OR'd होते हैं और Pin17 से जुड़े होते हैं, जो मोटर चालक के Pin1 से जुड़ा होता है। Pin18 हमेशा एक लॉजिक LOW पर होता है और मोटर ड्राइवर के Pin2 से जुड़ा होता है। इसी तरह, पोर्ट P2 और P7 एक साथ OR'd हैं और GreenPAK के Pin20 से जुड़े हैं, जो मोटर ड्राइवर सर्किट के P3 से जुड़ा है। Pin19 मोटर चालक के Pin4 से जुड़ा है और हमेशा लॉजिक LOW पर होता है।

जब इको पिन हाई होता है, तो इसका मतलब है कि कोई वस्तु रोबोट के सामने है। रोबोट तब IR सेंसर से बाएँ और दाएँ बाधाओं की जाँच करता है। यदि रोबोट के दायीं ओर कोई बाधा भी मौजूद है, तो वह बायीं ओर मुड़ जाता है, और यदि बायीं ओर एक बाधा मौजूद है, तो वह दायीं ओर मुड़ जाता है। इस तरह, रोबोट बाधाओं से बचता है और बिना टक्कर के चलता है।

निष्कर्ष

इस निर्देश में, हमने मुख्य नियंत्रण तत्व के रूप में GreenPAK SLG46620V का उपयोग करके एक सरल स्वचालित बाधा का पता लगाने और बचाव वाहन बनाया। कुछ अतिरिक्त सर्किटरी के साथ, इस डिज़ाइन को अन्य कार्यों को करने के लिए बढ़ाया जा सकता है जैसे कि एक विशिष्ट बिंदु के लिए पथ खोजना, एक भूलभुलैया समाधान एल्गोरिदम, एल्गोरिदम का पालन करने वाली एक पंक्ति इत्यादि।

चरण 9: हार्डवेयर चित्र