Robot suiveur de ligne pour l'enseignement des algorithmes de contrôle : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

J'ai conçu ce robot suiveur de ligne il y a quelques années lorsque j'étais professeur de robotique. L'objectif de ce projet était d'enseigner à mes étudiants comment coder un robot suiveur de ligne pour une compétition et aussi comparer entre If/Else et le contrôle PID. Et non des moindres, comment la mécanique et la longueur du robot affectent ces algorithmes de contrôle. L'objectif était de le rendre plus rapide et fiable.

Je l'ai fait pour être programmé avec l'IDE Arduino, mais il est également possible d'utiliser l'IDE de développement que vous préférez. Il possède un puissant PIC32 avec un chargeur de démarrage USB, vous n'avez donc pas besoin d'un programmeur. Il dispose également d'un interrupteur ON/OFF, d'un reset et d'un bouton start/program. Les LED sont connectées au signal PWM des moteurs, vous pouvez donc voir facilement la puissance que vous appliquez.

Le robot est entièrement modulaire pour l'expérimentation et facile à réparer en cas d'accident. Cela fait de ce robot l'outil parfait pour apprendre la programmation de manière très amusante. Mes étudiants l'avaient utilisé pendant une longue période et ont appris quelque chose de nouveau à chaque fois, même le contrôle PID. Sans oublier que la barre de capteurs utilise un algorithme pour renvoyer un entier, valeur négative le robot est à gauche, positif à droite et cero est au centre de la ligne.

Fournitures

2x 6V Micro motoréducteurs en métal avec supports de support étendus (N'importe quel rapport de vitesse est ok, le mien est de 10:1)

1x carte de capteur de ligne

1x unité de commande principale

1x 20 via fil plat, espacement 1mm. Le mien fait 20 cm de long.

1x linker acrylique (coupé en acrylique transparent de 3 mm)

1x boule de roulette 1/8 (la mienne est en métal)

2x Roue en caoutchouc, 3 cm de diamètre.

1x batterie Lipo. Vous pouvez alimenter le robot jusqu'à 10 V, mais gardez à l'esprit que les moteurs sont conçus pour 6 V.

Quelques vis et écrous M2 pour tout fixer ensemble.

Si vous souhaitez créer le vôtre, les fichiers de conception, les schémas et tout ce qui est nécessaire pour le construire sont joints à l'étape suivante.

Étape 1: le matériel

Comme vous pouvez le voir sur les photos, tous les composants sont SMD, c'est l'occasion idéale de mettre en pratique vos compétences en soudure. Ce robot a été soudé par 3 de mes élèves, vous pouvez donc le faire sans problème. Tous les fichiers de conception sont joints, vous pouvez voir les fichiers avec EAGLE. Les gerbers sont également inclus si vous souhaitez transmettre les cartes à votre fabricant de PCB préféré.

Les deux planches sont réunies avec une pièce en acrylique, le motif découpé au laser est également inclus. J'ai utilisé des vis et des écrous M2 pour le maintenir en place. La roulette à billes est également placée ici. Et si vous faites planter le robot, l'acrylique se brisera et protégera les planches des dommages, idéal pour les tests ! Le fil plat est utilisé pour faire la connexion entre le CPU et la carte du capteur. Les moteurs sont facilement connectés avec des fils à la carte CPU.

Remarque: le PIC utilise un firmware personnalisé, est une version modifiée du firmware d'origine DP32. Vous pouvez obtenir le firmware ici. Une connexion ICSP est incluse au bas de la carte CPU.

Étape 2: Le logiciel

Je recommande d'utiliser l'IDE Arduino pour programmer le robot. Comme je vous l'ai déjà dit, ce suiveur de ligne est basé sur le PIC32MX250 et le rend compatible avec le chipKIT DP32. Il vous suffit d'installer le package chipKIT sur le gestionnaire de packages de l'IDE Arduino et vous êtes prêt à partir. Vous pouvez également le programmer sur MPLAB ou l'IDE que vous souhaitez, mais vous pouvez apprendre les bases sur Arduino.

Le reste est comme programmer n'importe quelle autre carte Arduino. Branchez le robot à votre ordinateur avec un câble micro USB et appuyez sur le bouton du programme immédiatement après avoir appuyé sur reset. Ensuite, envoyez le croquis avec le bouton de téléchargement dans l'IDE.

J'ai inclus 3 croquis sur ce tutoriel. Le premier teste le réseau de capteurs, le second est un suiveur de ligne If/Else et le dernier est un suiveur de ligne PID. Tout fonctionne déjà, mais vous devrez ajuster certaines valeurs si vous modifiez le design. Et n'hésitez pas aussi à faire le vôtre ! Il existe de meilleures façons de faire l'algorithme de suivi de ligne, l'expérimentation est la clé du succès.

Étape 3: Expérimenter

C'est vraiment la partie la plus importante, vous devriez essayer toutes les possibilités et trouver celle qui vous convient.

N'hésitez pas à expérimenter avec des roues et des matériaux de différents diamètres. Changez la longueur du robot en modifiant le joint acrylique. Utilisez une autre batterie, même avec une tension différente. Il peut aussi être plus petit ou plus grand. Peut-être un autre rapport de démultiplication pour les moteurs.

Modifiez le logiciel pour utiliser moins de capteurs ou même essayez d'autres algorithmes, vous pouvez être surpris de voir à quel point les performances peuvent changer. Ou pourquoi pas, si vous êtes un utilisateur avancé, faites-le avec MPLAB.

Le ciel est la limite!

Un conseil supplémentaire… Le réglage des gains PID est un voyage fascinant dans lequel vous pouvez apprendre les effets sur le robot en suivant la ligne avec différentes valeurs de Kp, Kd et Ki. Des heures et des heures d'apprentissage garanties !!! Les enfants ne remarqueront pas qu'ils utilisent réellement les mathématiques pour effectuer toutes les tâches requises.

J'espère que vous apprécierez cette instructable, si vous avez besoin de quelque chose, demandez-moi dans les commentaires. Merci d'avoir lu:)