सेल्फ-बैलेंसिंग रोबोट: 6 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

इस निर्देशयोग्य में हम आपको दिखाएंगे कि स्कूल प्रोजेक्ट के रूप में हमने जो स्व-संतुलन रोबोट बनाया है, उसका निर्माण कैसे करें। यह कुछ अन्य रोबोटों पर आधारित है, जैसे कि nBot और एक अन्य इंस्ट्रक्शनल। रोबोट को ब्लूटूथ कनेक्शन के माध्यम से एंड्रॉइड स्मार्टफोन से नियंत्रित किया जा सकता है। चूंकि यह निर्देश केवल निर्माण प्रक्रिया को कवर करता है, इसलिए हमने कोड और इलेक्ट्रॉनिक्स की तकनीकी पृष्ठभूमि को कवर करने के लिए एक दस्तावेज़ भी लिखा है। इसमें उन स्रोतों के लिंक भी शामिल हैं जिनका उपयोग किया गया था, इसलिए यदि दस्तावेज़ आपके लिए पर्याप्त व्यापक नहीं है, तो आप उन पर एक नज़र डाल सकते हैं।

इस परियोजना के सभी चरणों का पालन करने के लिए आपको पहियों को मोटर्स से जोड़ने के लिए कुछ 3D प्रिंटिंग कौशल या किसी अन्य चतुर तरीके की आवश्यकता होगी।

चरण 1: आवश्यकताएँ

रोबोट मार्टिनेज ब्रशलेस जिम्बल कंट्रोलर बोर्ड पर आधारित है। इस बोर्ड के कुछ मामूली बदलाव हैं, लेकिन जब तक आपके पास ATmega328 चिप और L6234 मोटर नियंत्रकों वाला एक है, तब तक आपको ठीक होना चाहिए। यदि आप Google छवियों पर "मार्टिनेज बोर्ड" की खोज करते हैं, तो आप देखेंगे कि पिन हेडर या होल के बजाय IMU चिप और/या बैटरी के लिए एक आसान कनेक्टर वाले कुछ बोर्ड हैं। अंतिम स्थिति में, यदि आप हेडर पिन का एक पैकेट ऑर्डर करते हैं, तो यह आपके काम आएगा, जिसे आप छेद में मिलाप कर सकते हैं।

सूची का हिस्सा

इस सूची की कुछ वस्तुओं में वेबशॉप के लिंक हैं।

• नियंत्रक: मार्टिनेज बोर्डडीएक्स डॉट कॉम (आईएमयू और कुछ हेडर पिन के साथ भी आता है)।
• आईएमयू: एमपीयू6050
• बैटरी (४५० एमएएच ३एस लीपो बैटरी) नोट: आपको ३एस लीपो चार्जर की भी आवश्यकता होगी eBay.com
• 2x मोटर: ब्रशलेस मोटर 2208, KV100DX.com
• पहिए (आप इन्हें मौजूदा खिलौनों या लेगो से प्राप्त कर सकते हैं)
• 6x M2 पेंच 5 मिमी
• 8x M3 स्क्रू (लंबाई आपके बाहरी के लिए सामग्री पर निर्भर करती है, एक को अतिरिक्त लंबा होना चाहिए)
• ब्लूटूथ चिप HC-05 (एक सीरियल इंटरफ़ेस बोर्ड के साथ संलग्न होना सुनिश्चित करें, न कि केवल एक नंगे चिप के साथ) महत्वपूर्ण: सुनिश्चित करें कि चिप में KEY लेबल वाला पिन है।
• तार: महिला से महिला ड्यूपॉन्ट 20 तारों का एक पैकेट खरीदना पर्याप्त से अधिक होगा
• वेल्क्रो टेप
• नियंत्रक को पीसी से जोड़ने के लिए यूएसबी केबल
• वैकल्पिक: हैडर pinsDX.com (आप इन्हें वांछित लंबाई तक काट या तोड़ सकते हैं)
• प्लास्टिक वाशर और स्पेसर

अंत में, आपको कुछ ऐक्रेलिक, लकड़ी या कार्डबोर्ड की आवश्यकता होती है-गोंद या टेप के साथ-एक संरचना बनाने के लिए जिसमें सभी घटक होते हैं।

चरण 2: ब्लूटूथ चिप कॉन्फ़िगरेशन

एक बार जब आप सभी भागों को पकड़ लेते हैं, तो ब्लूटूथ चिप के कॉन्फ़िगरेशन का समय आ जाता है। नियंत्रक बोर्ड को अपने कंप्यूटर से कनेक्ट करने के लिए और घटकों के साथ संचार करने के लिए Arduino IDE को कनेक्ट करने के लिए आपको एक USB केबल की आवश्यकता होगी।

इसके लिए, आपको फ़ाइल डाउनलोड करनी होगी:

HC-05_Serial_Interface.ino

फिर इन चरणों का पालन करें:

1. USB केबल से कंट्रोलर को अपने कंप्यूटर से कनेक्ट करें।
2. Arduino IDE के साथ.ino फ़ाइल खोलें।
3. IDE में, Tools, Board पर जाएं और सुनिश्चित करें कि यह Arduino/Genuino Uno पर सेट है।
4. अब टूल्स, पोर्ट पर जाएं और इसे COM पोर्ट पर सेट करें जिससे कंट्रोलर जुड़ा है। आमतौर पर केवल एक पोर्ट होता है। यदि कई हैं, तो यह पता लगाने के लिए कि कौन सा नियंत्रक है, डिवाइस मैनेजर (विंडोज़ में) की जाँच करें।
5. अब, आईडीई में अपलोड बटन दबाएं और अपलोड समाप्त होने की प्रतीक्षा करें। फिर, USB केबल को कंप्यूटर या कंट्रोलर से डिस्कनेक्ट करें।

ऐसा करने के बाद, एचसी-05 को ड्यूपॉन्ट केबल्स का उपयोग करके निम्नानुसार कनेक्ट करें:

एचसी-05 नियंत्रक

कुंजी +5V GND GND TXD RX RXD TX

अब USB केबल को फिर से प्लग इन करें, फिर HC-05 के VCC पिन को कंट्रोलर पर दूसरे +5V से कनेक्ट करें। एलईडी को ~ 1 सेकंड के अंतराल के साथ फ्लैश करना चाहिए।

Arduino IDE में, सही COM पोर्ट चुनें, फिर टूल्स, सीरियल मॉनिटर पर जाएं।

सीरियल मॉनिटर में लाइन एंडिंग विकल्प को NL और CR दोनों पर सेट करें। बॉड दर को 38400 पर सेट करें। अब आप ब्लूटूथ चिप पर सेटअप कमांड भेजने के लिए सीरियल मॉनिटर का उपयोग कर सकते हैं। ये आदेश हैं:

एटी चेक कनेक्शन

AT+NAME ब्लूटूथ डिस्प्ले नाम प्राप्त/सेट करें AT+UART बॉड दर प्राप्त करें/सेट करें AT+ORGL फ़ैक्टरी डिफ़ॉल्ट रीसेट करें AT+PSWD ब्लूटूथ पासवर्ड प्राप्त करें/सेट करें

ब्लूटूथ डिवाइस का नाम, पासवर्ड और बॉड दर बदलने के लिए, निम्नलिखित कमांड भेजें:

AT+NAME="उदाहरण नाम"

एटी+पीएसडब्ल्यूडी="पासवर्ड123" एटी+यूएआरटी="230400, 1, 0"

नाम और पासवर्ड विकल्प जो कुछ भी आप चाहते हैं उसे सेट किया जा सकता है, बस ऊपर सूचीबद्ध समान कमांड का उपयोग करके बॉड दर सेट करना सुनिश्चित करें। यह इसे 230400 बॉड पर सेट करता है, जिसमें 1 स्टॉप बिट और कोई समानता नहीं है। सब कुछ सेट करने के बाद, यूएसबी केबल को फिर से कनेक्ट करें (सेटअप मोड से बाहर निकलने के लिए) और अपने फोन को चिप से जोड़ने का प्रयास करें। यदि सब कुछ काम करता है तो यूएसबी केबल को डिस्कनेक्ट करें और अगले चरण पर जाएं।

चरण 3: पहियों को मोटर्स से जोड़ना

इस परियोजना में उपयोग किए गए पहियों का एक अज्ञात मूल है (वे कई अन्य सामानों के साथ एक दराज में चारों ओर लेटे हुए थे)। पहियों को मोटरों से जोड़ने के लिए, हमने 3 डी प्रिंट किया जो मोटरों पर पेंच छेद से मेल खाता था। प्रति मोटर तीन 5-मिलीमीटर 2M स्क्रू का उपयोग करने पर टुकड़ों को खराब कर दिया गया था। दोनों टुकड़ों में एक पिन होता है जो पहियों की कुल्हाड़ियों में छेद को फिट करता है।

सॉलिडवर्क्स मॉडल शामिल है। आपको शायद इसे अपने पहियों के लिए संशोधित करना होगा, या पहियों को फिट करने के लिए एक अलग व्यावहारिक समाधान खोजना होगा। उदाहरण के लिए, आप एक ड्रेमेल का उपयोग मोटर के समान आकार के छेद को तराशने के लिए कर सकते हैं (या इसे एक सुखद फिट देने के लिए एक छोटा सा छोटा), फिर आप मोटर को पहिया में दबा सकते हैं। यदि आप ऐसा करने की योजना बना रहे हैं तो बस इस कार्य के लिए उपयुक्त पहिए प्राप्त करना सुनिश्चित करें।

चरण 4: बाहरी बनाना

बाहरी के लिए, लकड़ी के दो टुकड़ों का इस्तेमाल किया गया और एक ही आकार में काटा गया। शुरू करने के लिए, हमने टुकड़े के निचले केंद्र पर मोटर की परिधि को चिह्नित किया। फिर हमने प्रत्येक कोने को 45 डिग्री लाइन के साथ चिह्नित किया, जिससे यह सुनिश्चित हो गया कि मोटर के निचले केंद्र में बैठने के लिए पर्याप्त जगह है। फिर हमने लकड़ी के दो टुकड़ों को आपस में जकड़ लिया और कोनों को बंद कर दिया। चीजों को खत्म करने के लिए, हमने कोनों को कम नुकीला बनाने और छींटे हटाने के लिए सैंड किया।

अब समय आ गया है कि स्क्रू और मोटर के पिछले हिस्से से निकलने वाली धुरी के लिए छेद ड्रिल करें। यदि आप ड्रिलिंग करते समय लकड़ी के टुकड़ों को एक साथ जकड़ते हैं, तो आपको प्रत्येक छेद को केवल एक बार ड्रिल करना होगा।

पेंच छेद के लिए लेआउट बनाने के लिए, हमने कागज के एक टुकड़े का इस्तेमाल किया और इसे मोटर के पीछे रखा और कागज के माध्यम से पेंच छेद में प्रेस करने के लिए एक पेंसिल का इस्तेमाल किया। चार पेंच छेद वाले कागज के टुकड़े को तब लकड़ी पर रखा गया था ताकि हम ड्रिल किए जाने वाले छेद के स्थान को चिह्नित कर सकें। छेदों को ड्रिल करने के लिए, 3, 5 मिमी की ड्रिल का उपयोग करें। अब, इन छेदों के केंद्र को खोजने के लिए एक पेंसिल और एक रूलर का उपयोग करें और 5 मिमी ड्रिल का उपयोग करके अक्ष के लिए छेद बनाएं। मोटरों को M3 स्क्रू के साथ संलग्न करें, लेकिन एक मोटर में से एक व्यापक दूरी वाले स्क्रू को छोड़ दें।

रोबोट के अंदर मोटर कनेक्टर और तार लाने के लिए, हमने मोटर से थोड़ा ऊपर 8 मिमी का छेद भी ड्रिल किया। सुनिश्चित करें कि तारों को बहुत अधिक तनाव दिए बिना झुकने के लिए पर्याप्त जगह है।

एक (निकट-) पूर्ण सममित बाहरी बनाने के लिए यथासंभव सटीक काम करना महत्वपूर्ण है।

चरण 5: घटकों को फ़िट करना

लकड़ी पर एक लंबवत केंद्र दिशानिर्देश चिह्नित करें ताकि आप घटकों को केंद्र में रख सकें। आप वेल्क्रो टेप का उपयोग करके सब कुछ लकड़ी से जोड़ सकते हैं। हमारे रोबोट में हमने कंट्रोलर बोर्ड को सुरक्षित करने के लिए छोटे बोल्ट और नट्स का उपयोग किया था, लेकिन आप वेल्क्रो टेप का भी उपयोग कर सकते हैं (जब हमने कंट्रोलर को संलग्न किया था तब तक हमारे पास यह नहीं था)। सुनिश्चित करें कि निर्माण पूरा करने के बाद आप USB केबल में प्लग इन कर सकते हैं।

हमने यूएसबी पोर्ट को नीचे की ओर इशारा करते हुए कंट्रोलर को केंद्र में रखा, ताकि हम पहियों के बीच से केबल को प्लग कर सकें। आप इसे किसी एक पक्ष की ओर भी इंगित कर सकते हैं।

बैटरी को जितना हो सके ऊपर रखें, ताकि रोबोट ऊपर से भारी हो जाए। चार्जिंग पोर्ट को किनारे के पास आसानी से पहुंचने वाली जगह पर रखें।

ब्लूटूथ चिप

ब्लूटूथ चिप VCC पिन को कंट्रोलर पर +5V से और ब्लूटूथ GND को कंट्रोलर के GND से कनेक्ट करें। कंट्रोलर का TXD पिन ब्लूटूथ RX में जाता है और कंट्रोलर पर RXD पिन ब्लूटूथ TX पिन पर जाता है। फिर बस ब्लूटूथ चिप को वेल्क्रो टेप का उपयोग करके लकड़ी के पैनल पर कहीं चिपका दें।

मोशन चिप

मोशन चिप में दो स्क्रू होल होते हैं, इसलिए हमने स्पेसर का उपयोग करके चिप को इस तरह से जोड़ा कि चिप का केंद्र मोटर के केंद्र के ऊपर गिरे। ओरिएंटेशन कोई मायने नहीं रखता, क्योंकि रोबोट बूट करते समय खुद को कैलिब्रेट करता है। सर्किट को छोटा करने से रोकने के लिए स्क्रू हेड के नीचे प्लास्टिक वॉशर का उपयोग करना सुनिश्चित करें।

फिर पिन को कंट्रोलर से जोड़ने के लिए ड्यूपॉन्ट तारों का उपयोग करें। प्रत्येक पिन को कंट्रोलर पर वैसा ही लेबल किया जाता है जैसा कि मोशन चिप पर होता है, इसलिए इसे कनेक्ट करना बहुत ही आत्म-व्याख्यात्मक है।

पावर स्विच

पावर स्विच कनेक्ट करना आसान है। हमने एक पुराने उपकरण से एक लिया, और इसे इसके सर्किट बोर्ड से हटा दिया। रोबोट के लिए इसे पावर स्विच के रूप में उपयोग करने के लिए, आप बैटरी के पॉजिटिव वायर को पिन से कनेक्ट करते हैं (यह मानते हुए कि यह तीन-पिन स्विच है) जिस तरफ आप स्विच की स्थिति बनाना चाहते हैं। फिर, केंद्र पिन को नियंत्रक के सकारात्मक पावर इनपुट से कनेक्ट करें। हमने ड्यूपॉन्ट तारों को स्विच में मिलाया, ताकि बैटरी स्वयं स्विच से स्थायी रूप से जुड़ी न हो।

पक्षों को जोड़ना

अब आप घटकों का स्थान जानते हैं और आपको रोबोट के दो पहलू मिल गए हैं। रोबोट के निर्माण का अंतिम चरण दोनों पक्षों को एक दूसरे से जोड़ना होगा। हमने लकड़ी के तीन टुकड़ों के चार सेटों को एक साथ चिपकाया और इसे किनारों पर बिखेर दिया ताकि हमारी गति चिप रोबोट के मध्य अक्ष पर हो। यह कहा जाना चाहिए कि उपयोग की जाने वाली सामग्री, बशर्ते वह काफी मजबूत हो, बहुत ज्यादा मायने नहीं रखती। आप द्रव्यमान के केंद्र की ऊंचाई को और भी अधिक बढ़ाने के लिए शीर्ष पर एक भारी कनेक्शन का उपयोग भी कर सकते हैं। लेकिन द्रव्यमान के केंद्र की ऊर्ध्वाधर स्थिति के विपरीत, द्रव्यमान के केंद्र की क्षैतिज स्थिति को पहिया-अक्ष के ऊपर जितना संभव हो सके रखा जाना चाहिए, क्योंकि गति चिप के लिए कोड को कोड करना कठिन हो जाएगा, क्षैतिज केंद्र थे बड़े पैमाने पर विस्थापित।

अब आप कोड अपलोड करने और कंट्रोलर को ट्यून करने के लिए तैयार हैं।

चरण 6: कोड अपलोड करना और ट्यूनिंग करना

कोड अपलोड करने के लिए, आपको Arduino IDE वाला कंप्यूटर चाहिए। नीचे.ino फ़ाइल डाउनलोड करें और इसे Arduino IDE के साथ खोलें। इसे कंट्रोलर पर अपलोड करना उसी तरह से किया जाता है जैसे आपने ब्लूटूथ सेटअप से कोड के साथ किया था।

रोबोट को काम करने के लिए, आपको प्ले स्टोर से 'जॉयस्टिक ब्लूटूथ कमांडर' ऐप डाउनलोड करना होगा। रोबोट की शक्ति को चालू करें और उसे फर्श पर, उसके आगे या पीछे रखें। ऐप लॉन्च करें और ब्लूटूथ चिप से कनेक्ट करें। डेटाफ़ील्ड 1 रोबोट के खुद के कैलिब्रेट हो जाने के बाद XXX से तैयार हो जाएगा (इसे अपनी तरफ रखने के लिए 5 सेकंड, इसके बाद कैलिब्रेशन के 10 सेकंड)। आप ऐप में बटन 1 स्विच करके रोबोट को चालू कर सकते हैं। अब रोबोट को जमीन पर लंबवत रखें और मोटरों के चालू होने का अनुभव होने पर जाने दें। यह तब होता है जब रोबोट खुद को संतुलित करना शुरू कर देता है।

रोबोट अब ट्यून करने के लिए तैयार है, क्योंकि इसकी स्थिरता शायद बहुत अच्छी नहीं है। आप कोशिश कर सकते हैं कि क्या यह अतिरिक्त ट्यूनिंग के बिना काम करता है, लेकिन इसके ठीक से काम करने के लिए आपको रोबोट को हमारे जैसा ही बनाना होगा। तो ज्यादातर मामलों में आपको अपने रोबोट के साथ सबसे अच्छा काम करने के लिए नियंत्रक को ट्यून करना चाहिए। काफी समय लेने वाली होने के बावजूद यह काफी आसान है। इसे करने का तरीका यहां बताया गया है:

नियंत्रक ट्यूनिंग

कोड में कहीं आपको 4 वेरिएबल मिलेंगे, जो k से शुरू होते हैं। ये केपी, केडी, केसी और केवी हैं। सभी मानों को शून्य पर सेट करके प्रारंभ करें। सेट करने के लिए पहला मान kp है। डिफ़ॉल्ट kp मान 0.17 है। इसे 0.05 की तरह बहुत कम पर सेट करने का प्रयास करें। रोबोट को बंद करें, कोड अपलोड करें और देखें कि यह कैसे संतुलन बनाने की कोशिश करता है। यदि यह आगे गिरता है, तो मान बढ़ाएँ। ऐसा करने का सबसे चतुर तरीका इंटरपोलेट करना है:

1. मान को कुछ कम पर सेट करें और इसे आज़माएं
2. मान को किसी उच्च चीज़ पर सेट करें और इसे आज़माएं
3. मान को दो के औसत पर सेट करें और इसे आज़माएं
4. अब यह पता लगाने की कोशिश करें कि क्या यह कम या उच्च मूल्य पर बेहतर संतुलित है और वर्तमान मूल्य का औसत है और जिस पर इसने बेहतर काम किया है।
5. तब तक जारी रखें जब तक आपको कोई मीठा स्थान न मिल जाए

kp मान के लिए मधुर स्थान तब होता है जब यह अंडर- और ओवरकंपेंसिंग के किनारे के आसपास होता है। इसलिए कभी-कभी यह आगे गिर जाएगा क्योंकि यह अपनी गिरती गति के साथ नहीं रह सकता है, और दूसरी बार यह पीछे की ओर गिरेगा क्योंकि यह एक अलग दिशा में ओवरशूट करता है।

kp मान सेट करने के बाद, kd सेट करें। यह उसी तरह किया जा सकता है जैसे आपने kp के साथ किया था। इस मान को तब तक बढ़ाएं जब तक कि रोबोट लगभग संतुलित न हो जाए, ताकि जब तक यह गिर न जाए तब तक यह आगे-पीछे झूलता रहे। यदि आप इसे बहुत अधिक सेट करते हैं, तो आप इसे पहले से ही बहुत अच्छी तरह से संतुलित करने के लिए प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन जब संतुलन बहुत अधिक गड़बड़ा जाता है, तो यह गिर जाएगा (जैसे जब आप इसे धक्का देते हैं)। तो उस स्थान को खोजने का प्रयास करें जिस पर यह काफी संतुलित नहीं है, लेकिन बहुत करीब है।

जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, नियंत्रक को ट्यून करने में कई प्रयास हो सकते हैं क्योंकि पेश किए गए प्रत्येक नए चर के साथ यह अधिक कठिन होता जा रहा है। तो अगर आपको लगता है कि यह काम नहीं करेगा, तो शुरू करें।

अब केवी सेट करने का समय आ गया है। इसे तब तक इंटरपोलेट करें जब तक आपको एक ऐसा मूल्य न मिल जाए जिस पर रोबोट झूलना बंद कर देता है, संतुलित रहता है और एक हल्के धक्का को संभाल सकता है। जब बहुत अधिक सेट किया जाता है, तो यह स्थिरता को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है। केवी और केपी के साथ खेलने का प्रयास करें ताकि यह पता लगाया जा सके कि यह सबसे स्थिर है। यह ट्यूनिंग का सबसे अधिक समय लेने वाला कदम है।

अंतिम मान kc है। यह मान रोबोट को एक धक्का या कुछ और के लिए क्षतिपूर्ति करने के बाद अपनी अंतिम स्थिति में वापस कर देता है। आप यहां एक ही प्रक्षेप विधि का प्रयास कर सकते हैं, लेकिन ज्यादातर मामलों में 0.0002 को बहुत अच्छी तरह से काम करना चाहिए।

इतना ही! आपका रोबोट अब तैयार है। रोबोट को नियंत्रित करने के लिए अपने स्मार्टफोन पर जॉयस्टिक का प्रयोग करें। हालाँकि, सावधान रहें, क्योंकि अधिकतम गति से आगे बढ़ने पर भी रोबोट गिर सकता है। जितना हो सके इसकी भरपाई करने के लिए कंट्रोलर वेरिएबल्स के साथ खेलें। इसके लिए केपी मान को देखना सबसे तार्किक कदम होगा, क्योंकि यह सीधे रोबोट के वर्तमान कोण की भरपाई करता है।

लीपो बैटरी पर महत्वपूर्ण नोट

यह अनुशंसा की जाती है कि आप नियमित रूप से अपनी लीपो बैटरी के वोल्टेज की जांच करें। LiPo बैटरियों को 3S LiPo पर 3 वोल्ट प्रति सेल-माप 9 वोल्ट से कम पर डिस्चार्ज नहीं किया जाना चाहिए। यदि वोल्टेज प्रति सेल 3 वोल्ट से नीचे चला जाता है, तो बैटरी की क्षमता का स्थायी नुकसान होगा। यदि वोल्टेज प्रति सेल २.५ वोल्ट से कम हो जाता है, तो बैटरी का निपटान करें और एक नया खरीदें। २.५ वोल्ट से कम के लीपो सेल को चार्ज करना खतरनाक है क्योंकि आंतरिक प्रतिरोध बहुत अधिक हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप गर्म बैटरी और चार्ज करते समय संभावित आग का खतरा होता है।.