आईरोबोट - रोबोटिक व्हाइट केन: 10 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:23

सार: iRobot Roomba Create का उपयोग करके, मैंने eyeRobot नामक एक उपकरण का प्रोटोटाइप बनाया है। यह देखने वाले कुत्ते की प्रवृत्ति के साथ पारंपरिक सफेद बेंत की सादगी से शादी करने के लिए रूंबा को आधार के रूप में उपयोग करके नेत्रहीन और दृष्टिहीन उपयोगकर्ताओं को अव्यवस्थित और आबादी वाले वातावरण के माध्यम से मार्गदर्शन करेगा। उपयोगकर्ता सहजता से हैंडल को धक्का देकर और घुमाकर अपनी वांछित गति को इंगित करता है। रोबोट इस जानकारी को लेता है और स्थिर और गतिशील बाधाओं के आसपास उपयोगकर्ता को उपयुक्त दिशा में चलाने के लिए सोनार का उपयोग करके एक हॉलवे या कमरे में एक स्पष्ट पथ ढूंढता है। उपयोगकर्ता तब रोबोट के पीछे चलता है क्योंकि यह हैंडल के माध्यम से महसूस किए गए ध्यान देने योग्य बल द्वारा उपयोगकर्ता को वांछित दिशा में मार्गदर्शन करता है। इस रोबोटिक विकल्प के लिए बहुत कम प्रशिक्षण की आवश्यकता होती है: जाने के लिए धक्का, रुकने के लिए खींचो, मुड़ने के लिए मोड़। दूरदर्शिता जो रेंजफाइंडर प्रदान करते हैं, वह देखने वाले आंख वाले कुत्ते के समान है, और सफेद बेंत के उपयोग को चिह्नित करने वाले निरंतर परीक्षण और त्रुटि पर काफी लाभ है। फिर भी आईरोबोट अभी भी गाइड कुत्तों की तुलना में बहुत सस्ता विकल्प प्रदान करता है, जिसकी कीमत $ 12,000 से अधिक है और यह केवल 5 वर्षों के लिए उपयोगी है, जबकि प्रोटोटाइप $ 400 के तहत अच्छी तरह से बनाया गया था। यह एक अपेक्षाकृत सरल मशीन भी है, जिसमें कुछ सस्ते सेंसर, विभिन्न पोटेंशियोमीटर, कुछ हार्डवेयर और निश्चित रूप से एक रूमबा क्रिएट की आवश्यकता होती है।

चरण 1: वीडियो प्रदर्शन

उच्च गुणवत्ता संस्करण

चरण 2: ऑपरेशन अवलोकन

उपयोगकर्ता नियंत्रण: आईरोबोट के संचालन को प्रशिक्षण को बहुत कम करने या समाप्त करने के लिए यथासंभव सहज बनाया गया है। गति शुरू करने के लिए उपयोगकर्ता को बस आगे चलना शुरू करना होगा, छड़ी के आधार पर एक रैखिक सेंसर इस गति को उठाएगा और रोबोट को आगे बढ़ाना शुरू कर देगा। इस लीनियर सेंसर का उपयोग करके, रोबोट तब अपनी गति को उपयोगकर्ता की वांछित गति से मिला सकता है। आईरोबोट उतनी ही तेजी से आगे बढ़ेगा जितना यूजर जाना चाहता है। यह इंगित करने के लिए कि एक मोड़ वांछित है, उपयोगकर्ता को केवल हैंडल को मोड़ना होगा, और यदि कोई मोड़ संभव है, तो रोबोट उसी के अनुसार प्रतिक्रिया करेगा।

रोबोट नेविगेशन: खुली जगह में यात्रा करते समय, आईरोबोट एक सीधा रास्ता रखने का प्रयास करेगा, किसी भी बाधा का पता लगाएगा जो उपयोगकर्ता को बाधित कर सकता है, और उपयोगकर्ता को उस वस्तु के आसपास और मूल पथ पर वापस निर्देशित करेगा। व्यवहार में उपयोगकर्ता स्वाभाविक रूप से थोड़ा सचेत विचार के साथ रोबोट का अनुसरण कर सकता है। एक दालान को नेविगेट करने के लिए, उपयोगकर्ता को रोबोट को दोनों ओर की दीवारों में से एक में धकेलने का प्रयास करना चाहिए, एक दीवार प्राप्त करने पर रोबोट उसका अनुसरण करना शुरू कर देगा, मार्गदर्शन करेगा दालान के नीचे उपयोगकर्ता। जब एक चौराहे पर पहुंच जाता है, तो उपयोगकर्ता महसूस करेगा कि रोबोट मुड़ना शुरू हो गया है, और हैंडल को घुमाकर चुन सकता है कि क्या नए ऑफशूट को बंद करना है या सीधे रास्ते पर जारी रखना है। इस तरह रोबोट बहुत हद तक सफेद बेंत की तरह है, उपयोगकर्ता रोबोट के साथ पर्यावरण को महसूस कर सकता है और इस जानकारी का उपयोग वैश्विक नेविगेशन के लिए कर सकता है।

चरण 3: रेंज सेंसर

अल्ट्रासोनिक्स: आईरोबोट में 4 अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर (मैक्ससोनार ईजेड 1) होते हैं। अल्ट्रासोनिक सेंसर रोबोट के सामने और उसके किनारों पर वस्तुओं के बारे में जानकारी प्रदान करने के लिए रोबोट के सामने एक चाप में स्थित होते हैं। वे रोबोट को वस्तु की सीमा के बारे में सूचित करते हैं और उस वस्तु के चारों ओर एक खुला मार्ग खोजने और अपने मूल पथ पर वापस जाने में मदद करते हैं।

IR रेंजफाइंडर: आईरोबोट में दो IR सेंसर (GP2Y0A02YK) भी होते हैं। IR रेंजफाइंडर को रोबोट को दीवार पर चलने में सहायता करने के लिए दाएं और बाएं 90 डिग्री का सामना करने के लिए तैनात किया गया है। वे उन वस्तुओं के रोबोट को भी सचेत कर सकते हैं जो उसके किनारों के बहुत करीब हैं, जिसमें उपयोगकर्ता चल सकता है।

चरण 4: बेंत स्थिति सेंसर

रैखिक सेंसर: आईरोबोट को उपयोगकर्ता की गति से मेल खाने के लिए, आईरोबोट को यह पता चलता है कि उपयोगकर्ता अपनी आगे की गति को आगे बढ़ा रहा है या नहीं। यह एक ट्रैक के साथ बेंत के आधार को खिसकाकर प्राप्त किया जाता है, क्योंकि एक पोटेंशियोमीटर बेंत की स्थिति को भांप लेता है। रोबोट की गति को नियंत्रित करने के लिए आईरोबोट इस इनपुट का उपयोग करता है। एक रैखिक सेंसर के माध्यम से उपयोगकर्ता की गति के अनुकूल आईरोबोट का विचार वास्तव में परिवार के लॉनमूवर से प्रेरित था। बेंत का आधार एक रेल के साथ चलने वाले गाइड ब्लॉक से जुड़ा होता है। गाइड ब्लॉक से जुड़ा एक स्लाइड पोटेंशियोमीटर है जो गाइड ब्लॉक की स्थिति को पढ़ता है और इसे प्रोसेसर को रिपोर्ट करता है। रोबोट के सापेक्ष छड़ी को घुमाने की अनुमति देने के लिए लकड़ी के एक ब्लॉक के माध्यम से चलने वाली एक छड़ होती है, जो घूर्णन असर बनाती है। यह असर तब एक काज से जुड़ा होता है ताकि छड़ी को उपयोगकर्ता की ऊंचाई में समायोजित किया जा सके।

ट्विस्ट सेंसर: ट्विस्ट सेंसर उपयोगकर्ता को रोबोट को चालू करने के लिए हैंडल को मोड़ने की अनुमति देता है। एक लकड़ी के शाफ्ट के अंत में एक पोटेंशियोमीटर जुड़ा होता है और हैंडल के ऊपरी हिस्से में नॉब डाला जाता है और चिपका दिया जाता है। तार डॉवेल को नीचे चलाते हैं और मोड़ की जानकारी को प्रोसेसर में फीड करते हैं।

चरण 5: प्रोसेसर

प्रोसेसर: रोबोट को रोबॉडीसी एडवांस्ड मदरबोर्ड II पर बैठे एक Zbasic ZX-24a द्वारा नियंत्रित किया जाता है। प्रोसेसर को इसकी गति, उपयोग में आसानी, किफायती लागत और 8 एनालॉग इनपुट के लिए चुना गया था। यह त्वरित और आसान परिवर्तनों की अनुमति देने के लिए एक बड़े प्रोटोटाइप ब्रेडबोर्ड से जुड़ा है। रोबोट के लिए सारी शक्ति मदरबोर्ड पर बिजली की आपूर्ति से आती है। ज़बासिक कार्गो बे पोर्ट के माध्यम से रूमबा के साथ संचार करता है, और रूमबा के सेंसर और मोटर्स पर इसका पूरा नियंत्रण है।

चरण 6: कोड अवलोकन

बाधा से बचाव: बाधा से बचने के लिए आईरोबोट एक ऐसी विधि का उपयोग करता है जहां रोबोट के पास की वस्तुएं रोबोट को वस्तु से दूर ले जाने पर एक आभासी बल लगाती हैं। दूसरे शब्दों में, वस्तुएं रोबोट को खुद से दूर धकेल देती हैं। मेरे कार्यान्वयन में, किसी वस्तु द्वारा लगाया गया आभासी बल दूरी वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है, इसलिए वस्तु के करीब आने पर धक्का की ताकत बढ़ जाती है और एक गैर-रेखीय प्रतिक्रिया वक्र बनाता है: पुशफोर्स = रिस्पॉन्समैग्निट्यूड कॉन्स्टेंट/डिस्टेंस²प्रत्येक सेंसर से आने वाले पुश एक साथ जोड़े जाते हैं; बाईं ओर के सेंसर रोबोट की यात्रा के लिए एक वेक्टर प्राप्त करने के लिए दाईं ओर धक्का देते हैं, और इसके विपरीत। फिर पहिया की गति बदल दी जाती है ताकि रोबोट इस वेक्टर की ओर मुड़ जाए। यह सुनिश्चित करने के लिए कि रोबोट के सामने मृत वस्तुएं "कोई प्रतिक्रिया नहीं" प्रदर्शित नहीं करती हैं (क्योंकि दोनों तरफ की ताकतें संतुलन बनाती हैं), मृत मोर्चे की वस्तुएं रोबोट को अधिक खुली तरफ धकेलती हैं। जब रोबोट ऑब्जेक्ट को पास कर लेता है तो यह परिवर्तन के लिए सही करने के लिए रूमबा के एन्कोडर का उपयोग करता है और मूल वेक्टर पर वापस आ जाता है।

वॉल फॉलोइंग: वॉल फॉलोइंग का सिद्धांत एक दीवार से वांछित दूरी और समानांतर कोण बनाए रखना है। समस्या तब उत्पन्न होती है जब रोबोट को दीवार के सापेक्ष घुमाया जाता है क्योंकि एकल सेंसर बेकार रेंज रीडिंग देता है। रेंज रीडिंग रोबोट के कोण से दीवार से उतनी ही प्रभावित होती हैं जितनी कि दीवार से वास्तविक दूरी से। कोण को निर्धारित करने और इस प्रकार इस चर को समाप्त करने के लिए, रोबोट के पास संदर्भ के दो बिंदु होने चाहिए जिनकी तुलना रोबोट कोण प्राप्त करने के लिए की जा सकती है। चूंकि आईरोबोट में केवल एक तरफ आईआर रेंजफाइंडर का सामना करना पड़ता है, इन दो बिंदुओं को प्राप्त करने के लिए इसे समय के साथ रेंजफाइंडर से दूरी की तुलना करनी चाहिए क्योंकि रोबोट चलता है। यह तब दो रीडिंग के बीच के अंतर से अपना कोण निर्धारित करता है क्योंकि रोबोट दीवार के साथ चलता है। यह तब इस जानकारी का उपयोग अनुचित स्थिति के लिए सही करने के लिए करता है। रोबोट वॉल फॉलोइंग मोड में चला जाता है, जब भी उसके पास एक निश्चित समय के लिए एक दीवार होती है और जब भी उसके रास्ते में कोई बाधा आती है, जो उसे अपने रास्ते से धक्का देती है, या यदि उपयोगकर्ता ट्विस्ट हैंडल का उपयोग करने के लिए बाहर निकलता है। रोबोट दीवार से दूर।

चरण 7: भागों की सूची

आवश्यक भाग:1x) Roomba create1x) एक्रिलिक2x की बड़ी शीट) शार्प GP2Y0A02YK IR रेंजफाइंडर4x) मैक्ससोनर EZ1 अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर1x) ZX-24a माइक्रोप्रोसेसर1x) रोबॉडीसी एडवांस्ड मदरबोर्ड II1x) स्लाइड पोटेंशियोमीटर1x) सिंगल टर्न पोटेंशियोमीटर1x)) लीनियर बेयरिंग ब्रेडबोर्ड1x) लीनियर बेयरिंग ब्रेडबोर्ड1सॉर्टेड)) टिका, डॉवेल, स्क्रू, नट, ब्रैकेट और तार

चरण 8: प्रेरणा और सुधार

प्रेरणा: इस रोबोट को सक्षम लेकिन महंगे गाइड कुत्ते और सस्ती लेकिन सीमित सफेद बेंत के बीच स्पष्ट अंतर को भरने के लिए डिज़ाइन किया गया था। एक विपणन योग्य और अधिक सक्षम रोबोटिक व्हाइट केन के विकास में, रूंबा क्रिएट एक त्वरित प्रोटोटाइप डिजाइन करने के लिए एकदम सही वाहन था, यह देखने के लिए कि क्या अवधारणा काम करती है। इसके अलावा, पुरस्कार एक अधिक सक्षम रोबोट के निर्माण के काफी खर्च के लिए आर्थिक सहायता प्रदान करेंगे।

सुधार: मैंने इस रोबोट को बनाने के लिए जो राशि सीखी है, वह पर्याप्त है और यहां मैं दूसरी पीढ़ी के रोबोट के निर्माण के प्रयास में आगे बढ़ने के दौरान मैंने जो कुछ सीखा है उसे रखने का प्रयास करूंगा: 1) बाधा से बचाव - मैंने वास्तविक समय की बाधा के बारे में बहुत कुछ सीखा है परिहार। इस रोबोट के निर्माण की प्रक्रिया में मैं दो पूरी तरह से अलग बाधा से बचने के कोड से गुजरा हूं, जो मूल वस्तु बल विचार से शुरू होता है, फिर सबसे खुले वेक्टर को खोजने और खोजने के सिद्धांत की ओर बढ़ रहा है, और फिर वस्तु बल विचार के साथ वापस जा रहा है मुख्य अहसास कि वस्तु प्रतिक्रिया गैर-रैखिक होनी चाहिए। भविष्य में मैं अपने प्रोजेक्ट को शुरू करने से पहले पहले इस्तेमाल किए गए तरीकों के किसी भी ऑनलाइन शोध को नहीं करने की अपनी गलती को सुधारूंगा, क्योंकि अब मैं एक त्वरित Google खोज सीख रहा हूं, इस विषय पर कई बेहतरीन पेपर मिलेंगे। 2) स्टिक का डिज़ाइन सेंसर - इस परियोजना की शुरुआत में मैंने सोचा था कि एक रैखिक सेंसर के लिए मेरा एकमात्र विकल्प स्लाइड पॉट और किसी प्रकार के रैखिक असर का उपयोग करना था। अब मुझे एहसास हुआ कि रॉड के शीर्ष को जॉयस्टिक से जोड़ने का एक बहुत आसान विकल्प होता, जैसे कि छड़ी को आगे बढ़ाना जॉयस्टिक को आगे की ओर धकेलता। इसके अलावा एक साधारण सार्वभौमिक जोड़ छड़ी के मोड़ को कई आधुनिक जॉयस्टिक के मोड़ अक्ष में अनुवादित करने की अनुमति देगा। यह कार्यान्वयन बहुत आसान होता, जिसे मैं वर्तमान में उपयोग करता हूं। 3) फ्री टर्निंग व्हील्स - हालांकि रूमबा के साथ यह असंभव होता, अब यह स्पष्ट प्रतीत होता है कि फ्री टर्निंग व्हील्स वाला रोबोट इस कार्य के लिए आदर्श होगा। एक रोबोट जो निष्क्रिय रूप से लुढ़कता है उसे किसी मोटर और छोटी बैटरी की आवश्यकता नहीं होगी और इस प्रकार वह हल्का होगा। इसके अलावा, इस प्रणाली को उपयोगकर्ताओं के धक्का का पता लगाने के लिए किसी रैखिक सेंसर की आवश्यकता नहीं है, रोबोट केवल उपयोगकर्ताओं की गति से रोल करेगा। रोबोट को कार की तरह पहियों को चलाकर घुमाया जा सकता है, और यदि उपयोगकर्ता को रोकने की आवश्यकता हो तो ब्रेक जोड़े जा सकते हैं। अगली पीढ़ी के आईरोबोट के लिए मैं निश्चित रूप से इस बहुत अलग दृष्टिकोण का उपयोग करूंगा। 4) दीवार के अनुसरण के लिए दो दूरी वाले सेंसर - जैसा कि पहले चर्चा की गई थी, केवल एक तरफ सेंसर के साथ दीवार का पालन करने की कोशिश करते समय समस्याएं उत्पन्न हुईं, इस प्रकार रोबोट को रीडिंग के बीच स्थानांतरित करना आवश्यक था संदर्भ के विभिन्न बिंदुओं को प्राप्त करने के लिए। उनके बीच की दूरी के साथ दो सेंसर दीवार को बहुत सरल कर देंगे। 5) अधिक सेंसर - हालांकि इसमें अधिक पैसा खर्च होता है, लेकिन इस रोबोट को प्रोसेसर के बाहर की दुनिया में इतनी कम खिड़कियों के साथ कोड करने की कोशिश करना मुश्किल था। यह एक अधिक संपूर्ण सोनार सरणी के साथ नेविगेशन कोड को और अधिक शक्तिशाली बना देता (लेकिन निश्चित रूप से सेंसर में पैसे खर्च होते हैं, जो उस समय मेरे पास नहीं था)।

चरण 9: निष्कर्ष

निष्कर्ष: iRobot एक रोबोटिक व्हाइट केन की अवधारणा के साथ प्रयोग करने के लिए एक आदर्श प्रोटोटाइप प्लेटफॉर्म साबित हुआ। इस प्रोटोटाइप के परिणामों से यह स्पष्ट है कि इस प्रकार का रोबोट वास्तव में व्यवहार्य है। मैं रूम्बा क्रिएट के उपयोग से सीखे गए पाठों से दूसरी पीढ़ी का रोबोट विकसित करने की आशा करता हूं। आईरोबोट के भविष्य के संस्करणों में मैं एक ऐसे उपकरण की कल्पना करता हूं जो एक व्यक्ति को एक दालान के नीचे मार्गदर्शन करने में सक्षम है, बल्कि एक रोबोट है जिसे रोजमर्रा की जिंदगी में उपयोग के लिए अंधे के हाथों में रखा जा सकता है। इस रोबोट के साथ, उपयोगकर्ता केवल अपने गंतव्य के बारे में बात करेगा और उपयोगकर्ता के सचेत प्रयास के बिना रोबोट उनका मार्गदर्शन करेगा। यह रोबोट इतना हल्का और कॉम्पैक्ट होगा कि इसे आसानी से सीढ़ियों तक ले जाया जा सकता है, और एक कोठरी में बंद कर दिया जाएगा। यह रोबोट स्थानीय के अलावा वैश्विक नेविगेशन करने में सक्षम होगा, उपयोगकर्ताओं को पूर्व ज्ञान या अनुभव के बिना उपयोगकर्ता को शुरुआत से गंतव्य तक मार्गदर्शन करने में सक्षम होगा। यह क्षमता जीपीएस और अधिक उन्नत सेंसरों के साथ गाइड डॉग से भी आगे जाएगी, जो नेत्रहीनों को दुनिया को स्वतंत्र रूप से नेविगेट करने की अनुमति देती है, नथानिएल बार्शे, (स्टीफन बार्शे द्वारा दर्ज) (रूमबा क्रिएट के लिए जैक हिट के लिए विशेष धन्यवाद)

चरण 10: निर्माण और कोड

निर्माण पर कुछ बाहरी शब्द: इलेक्ट्रॉनिक्स एक्सेस की अनुमति देने के लिए पीछे की ओर एक उद्घाटन के साथ एक सर्कल में ऐक्रेलिक कट के एक टुकड़े द्वारा बनाया गया डेक, और फिर कार्गो बे के बगल में बढ़ते छेद में खराब कर दिया जाता है। प्रोटोटाइप बोर्ड को खाड़ी के नीचे स्क्रू होल में खराब कर दिया जाता है। Zbasic को L ब्रैकेट के साथ डेक के समान स्क्रू के साथ रखा गया है। प्रत्येक सोनार को ऐक्रेलिक के एक टुकड़े में खराब कर दिया जाता है, जो बदले में डेक से जुड़े एल ब्रैकेट से जुड़ा होता है (बेहतर दृश्य देने के लिए एल ब्रैकेट 10 डिग्री पीछे झुकते हैं)। लीनियर सेंसर के लिए ट्रैक को डेक में ठीक से खराब कर दिया गया है और स्लाइड पॉट को इसके बगल में एल ब्रैकेट के साथ रखा गया है। रैखिक सेंसर और नियंत्रण रॉड के निर्माण का अधिक तकनीकी विवरण चरण 4 में पाया जा सकता है।

कोड: मैंने रोबोट कोड का पूर्ण संस्करण संलग्न किया है। एक घंटे के दौरान मैंने फ़ाइल में मौजूद कोड की तीन या चार पीढ़ियों से इसे साफ़ करने का प्रयास किया है, अब इसका पालन करना काफी आसान होना चाहिए। यदि आपके पास ZBasic IDE है, तो इसे देखना आसान होना चाहिए, यदि नोटपैड का उपयोग main.bas फ़ाइल से शुरू करके और अन्य.bas फ़ाइलों के माध्यम से नहीं किया जाता है।