Robot Mengikuti Dinding DIY: 9 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Dalam Instruksi ini, kami akan menjelaskan cara merancang sistem deteksi dan penghindaran rintangan menggunakan GreenPAK™ bersama dengan beberapa sensor ultrasonik dan inframerah (IR) eksternal. Desain ini akan memperkenalkan beberapa topik yang diperlukan untuk sistem robotik otonom dan cerdas artifisial.

Di bawah ini kami menjelaskan langkah-langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana solusi telah diprogram untuk membuat robot pengikut dinding. Namun, jika Anda hanya ingin mendapatkan hasil pemrograman, unduh perangkat lunak GreenPAK untuk melihat File Desain GreenPAK yang sudah selesai. Pasang GreenPAK Development Kit ke komputer Anda dan tekan program untuk membuat robot wall following.

Langkah 1: Pernyataan Masalah

Baru-baru ini ada minat baru dalam kecerdasan buatan, dan sebagian besar minat itu diarahkan pada mesin yang sepenuhnya otonom dan cerdas. Robot semacam itu dapat meminimalkan tanggung jawab manusia dan memperluas otomatisasi ke bidang-bidang seperti layanan sipil dan pertahanan. Peneliti AI mencoba mengotomatiskan layanan seperti pemadam kebakaran, perawatan medis, manajemen bencana, dan tugas penyelamatan jiwa melalui kendaraan robotik otonom. Salah satu tantangan yang harus diatasi oleh kendaraan ini adalah bagaimana berhasil mendeteksi dan menghindari rintangan seperti puing-puing, api, jebakan, dll.

Langkah 2: Detail Implementasi

Dalam Instruksi ini, kita akan menggunakan sensor ultrasonik, sepasang sensor pendeteksi hambatan IR, rangkaian driver motor (L298N), empat motor DC, roda, kerangka mobil penggerak 4 roda, dan chip GreenPAK SLG46620V.

Pin output digital dari pengontrol GreenPAK digunakan untuk memicu sensor ultrasonik (alias sonar), dan pin input digital digunakan untuk mengumpulkan gema yang dihasilkan dari rintangan di depan untuk dianalisis. Output dari sensor pendeteksi rintangan IR juga diamati. Setelah menerapkan serangkaian kondisi, jika rintangan terlalu dekat, motor (terhubung ke masing-masing dari 4 roda) disetel untuk menghindari tabrakan.

Langkah 3: Penjelasan

Robot penghindar rintangan otonom harus mampu mendeteksi rintangan dan menghindari tabrakan. Perancangan robot tersebut membutuhkan integrasi sensor yang berbeda, seperti sensor bump, sensor infra merah, sensor ultrasonik, dll. Dengan memasang sensor tersebut pada robot, dapat memperoleh informasi tentang daerah sekitarnya. Sensor ultrasonik cocok untuk deteksi rintangan untuk robot otonom yang bergerak lambat, karena memiliki biaya rendah dan jangkauan yang relatif tinggi.

Sensor ultrasonik mendeteksi objek dengan memancarkan ledakan ultrasonik pendek dan kemudian mendengarkan gema. Di bawah kendali mikrokontroler host, sensor memancarkan pulsa pendek 40 kHz. Pulsa ini bergerak melalui udara sampai mengenai objek dan kemudian dipantulkan kembali ke sensor. Sensor memberikan sinyal output ke host yang berakhir ketika gema terdeteksi. Dengan cara ini, lebar pulsa yang dikembalikan digunakan untuk menghitung jarak ke objek.

Kendaraan robot penghindar halangan ini menggunakan sensor ultrasonik untuk mendeteksi objek yang dilaluinya. Motor dihubungkan melalui IC driver motor ke GreenPAK. Sensor ultrasonik dipasang di bagian depan robot, dan dua sensor pendeteksi hambatan IR dipasang di sisi kiri dan kanan robot untuk mendeteksi hambatan samping.

Saat robot bergerak di jalur yang diinginkan, sensor ultrasonik secara terus menerus mentransmisikan gelombang ultrasonik. Setiap kali ada rintangan di depan robot, gelombang ultrasonik dipantulkan kembali dari rintangan, dan informasi itu diteruskan ke GreenPAK. Secara bersamaan, sensor IR memancarkan dan menerima gelombang IR. Setelah menginterpretasikan input dari sensor ultrasonik dan IR, GreenPAK mengontrol motor untuk masing-masing dari empat roda.

Langkah 4: Deskripsi Algoritma

Saat startup, keempat motor dihidupkan secara bersamaan, menyebabkan robot bergerak maju. Selanjutnya, sensor ultrasonik mengirimkan pulsa dari depan robot secara berkala. Jika ada halangan, pulsa suara dipantulkan dan dideteksi oleh sensor. Pantulan pulsa tergantung pada keadaan fisik penghalang: jika bentuknya tidak beraturan, maka pulsa yang dipantulkan akan lebih sedikit; jika seragam, maka sebagian besar pulsa yang ditransmisikan akan dipantulkan. Refleksi juga tergantung pada arah rintangan. Jika sedikit dimiringkan, atau ditempatkan sejajar dengan sensor, maka sebagian besar gelombang suara akan lewat tanpa dipantulkan.

Ketika halangan terdeteksi di depan robot, maka output samping dari sensor IR diamati. Jika hambatan terdeteksi di sisi kanan, ban sisi kiri robot dinonaktifkan, menyebabkannya berbelok ke kiri, dan sebaliknya. Jika kendala tidak terdeteksi, maka algoritma diulang. Diagram alir ditunjukkan pada Gambar 2.

Langkah 5: Sensor Ultrasonik HC-SR04

Sensor ultrasonik adalah alat yang dapat mengukur jarak suatu benda dengan menggunakan gelombang suara. Ini mengukur jarak dengan mengirimkan gelombang suara pada frekuensi tertentu dan mendengarkan gelombang suara itu untuk memantul kembali. Dengan merekam waktu yang berlalu antara gelombang suara yang dihasilkan dan gelombang suara yang dipantulkan kembali, dimungkinkan untuk menghitung jarak antara sensor sonar dan objek. Suara merambat melalui udara dengan kecepatan sekitar 344 m/s (1129 kaki/s), jadi Anda dapat menghitung jarak ke objek menggunakan Rumus 1.

Sensor ultrasonik HC-SR04 terdiri dari empat pin: Vdd, GND, Trigger, dan Echo. Setiap kali pulsa dari pengontrol diterapkan ke pin Pemicu, sensor memancarkan gelombang ultrasound dari "speaker." Gelombang yang dipantulkan dideteksi oleh “penerima”, dan ditransmisikan kembali ke pengontrol melalui pin Echo. Semakin jauh jarak antara sensor dan penghalang, semakin lama pulsa pada pin Echo. Pulsa tetap menyala selama waktu yang dibutuhkan pulsa sonar untuk bergerak dari sensor dan kembali, dibagi dua. Ketika sonar dipicu, timer internal dimulai dan berlanjut hingga gelombang pantul terdeteksi. Waktu ini kemudian dibagi dua karena waktu sebenarnya yang dibutuhkan gelombang suara untuk mencapai rintangan adalah setengah dari waktu yang digunakan timer.

Pengoperasian sensor ultrasonik diilustrasikan pada Gambar 4.

Untuk menghasilkan pulsa ultrasonik, Anda perlu mengatur Pemicu ke status TINGGI selama 10μs. Itu akan mengirimkan ledakan sonik 8 siklus, yang akan memantulkan rintangan apa pun di depan perangkat dan diterima oleh sensor. Pin Echo akan menampilkan waktu (dalam mikrodetik) yang dilalui gelombang suara.

Langkah 6: Modul Sensor Deteksi Rintangan Inframerah

Seperti halnya sensor ultrasound, konsep dasar pendeteksian rintangan inframerah (IR) adalah mengirimkan sinyal IR (dalam bentuk radiasi) dan mengamati pantulannya. Modul sensor IR ditunjukkan pada Gambar 6.

Fitur

• Ada lampu indikator rintangan di papan sirkuit
• Sinyal keluaran digital
• Jarak deteksi: 2 ~ 30 cm
• Sudut Deteksi: 35 °
• Chip pembanding: LM393
• Rentang jarak deteksi yang dapat disesuaikan melalui potensiometer:

Searah jarum jam: Tingkatkan jarak deteksi

Berlawanan arah jarum jam: Kurangi jarak deteksi

spesifikasi

• Tegangan kerja: 3 – 5 V DC
• Jenis output: Output switching digital (0 dan 1)
• Lubang sekrup 3 mm untuk pemasangan yang mudah
• Ukuran papan: 3.2 x 1.4 cm

Deskripsi Indikator Kontrol dijelaskan pada Tabel 1.

Langkah 7: Sirkuit Driver Motor L298N

Rangkaian driver motor, atau H-Bridge, digunakan untuk mengontrol kecepatan dan arah motor DC. Ini memiliki dua saluran masuk yang harus dihubungkan ke sumber daya DC terpisah (motor menarik arus besar, dan tidak dapat disuplai langsung dari pengontrol), dua set keluaran untuk setiap motor (positif dan negatif), dua pin aktif untuk masing-masing set output, dan dua set pin untuk kontrol arah setiap outlet motor (dua pin untuk setiap motor). Jika dua pin paling kiri diberi level logika HIGH untuk satu pin dan LOW untuk yang lain, motor yang terhubung ke outlet kiri akan berputar satu arah, dan jika urutan logika dibalik (LOW dan HIGH), motor akan berputar dalam arah yang berlawanan. Hal yang sama berlaku untuk pin paling kanan dan motor outlet kanan. Jika kedua pin dalam pasangan diberi level logika HIGH atau LOW, motor akan berhenti.

Driver motor dua arah ganda ini didasarkan pada IC Driver Motor H-Bridge Ganda L298 yang sangat populer. Modul ini memungkinkan Anda untuk dengan mudah dan mandiri mengontrol dua motor di kedua arah. Ini menggunakan sinyal logika standar untuk kontrol, dan dapat menggerakkan motor stepper dua fase, motor stepper empat fase, dan motor DC dua fase. Ini memiliki kapasitor filter dan dioda freewheeling yang melindungi perangkat di sirkuit agar tidak rusak oleh arus balik beban induktif, meningkatkan keandalan. L298 memiliki tegangan driver 5-35 V dan level logika 5 V.

Fungsi driver motor dijelaskan pada Tabel 2.

Diagram blok yang menunjukkan hubungan antara sensor ultrasonik, driver motor, dan chip GPAK ditunjukkan pada Gambar 8.

Langkah 8: Desain GreenPAK

Dalam Matrix 0, input pemicu untuk sensor dihasilkan menggunakan CNT0/DLY0, CNT5/DLY5, INV0, dan osilator. Masukan dari pin Echo sensor ultrasonik dibaca menggunakan Pin3. Tiga input diterapkan pada 3-bit LUT0: satu dari Echo, satu lagi dari Pemicu, dan yang ketiga adalah input Pemicu yang tertunda 30 kita. Keluaran dari tabel pencarian ini digunakan dalam Matriks 1. Keluaran dari sensor IR juga diambil dalam Matriks 0.

Dalam Matriks 1, port P1 dan P6 di OR bersama-sama dan terhubung ke Pin17, yang dilampirkan ke Pin1 dari driver motor. Pin18 selalu pada logika RENDAH dan terhubung ke Pin2 dari driver motor. Demikian juga, port P2 dan P7 di-OR'd bersama-sama dan terhubung ke Pin20 GreenPAK, yang dilampirkan ke P3 dari rangkaian driver motor. Pin19 terhubung ke Pin4 dari driver motor dan selalu berlogika LOW.

Ketika pin Echo HIGH, berarti ada objek di depan robot. Robot kemudian memeriksa rintangan kiri dan kanan dari sensor IR. Jika hambatan juga ada di sisi kanan robot, maka ia berbelok ke kiri, dan jika ada hambatan di sisi kiri, maka ia berbelok ke kanan. Dengan cara ini, robot menghindari rintangan dan bergerak tanpa tabrakan.

Kesimpulan

Dalam Instruksi ini, kami membuat kendaraan pendeteksi dan penghindar rintangan otomatis sederhana menggunakan GreenPAK SLG46620V sebagai elemen pengontrol utama. Dengan beberapa sirkuit tambahan, desain ini dapat ditingkatkan untuk melakukan tugas lain seperti menemukan jalur ke titik tertentu, algoritma pemecahan labirin, algoritma mengikuti garis, dll.

Langkah 9: Gambar Perangkat Keras