Сочинение на тему Самобалансирующиеся роботы

Использование самобалансирующихся роботов стало довольно распространенным явлением в современном мире, и они составляют основу многочисленных приложений. Основная причина, по которой этот робот приобрел известность, заключается в том, что он основан на идеологии популярной теории перевернутого маятника, которая, согласно Википедии, «широко используется в качестве эталона для тестирования алгоритмов управления». Вся концепция нашего проекта вращается вокруг разработки и создания робота, который может двигаться и балансировать на двух колесах. Конструкция включает роботизированное шасси с датчиками MPU6050, STM 32f401, датчиками скорости и оптопарами, которые работают в соответствии с каждым заказом, чтобы помочь нам достичь идеального баланса. Угол наклона учитывается, и робот движется в прямом или обратном направлении, чтобы уравновесить себя. Датчики акселерометра и гироскопа, встроенные в MPU6050, являются основными компонентами нашей конструкции, которые отвечают за достижение вертикального баланса.

Мы стремимся:

 
• Помогите роботу достичь вертикального баланса и стабилизировать его в течение значительного времени

 

• Включите контур управления ПИД, который использует информацию о наклоне для управления вращением двигателей.

 

• Убедитесь, что если робот колеблется, он возвращается в исходное положение.

Методология

Наш проект включает микроконтроллер, датчик MPU6050, оптопары и драйверы двигателей. Мы использовали stm 32f401, который считывает необработанные данные с датчиков и оптопар, а затем, с помощью методов ПИД-регулирования, отправляет сигналы данных драйверу двигателя, который, в свою очередь, контролирует крутящий момент двигателей. Чип датчика MPU6050 имеет встроенный акселерометр и гироскоп, который помогает нам измерять угловую скорость и силу. Для самобалансирующегося робота наклон – это угол тета, который мы контролируем. Эта тэта рассматривается как сигнал обратной связи от акселерометра для эталонного тета, равного нулю градусов. Тета-ссылка – это когда робот находится в вертикальном положении. Величина тета-разницы управляет скоростью (крутящим моментом) двигателя, а тета-обратная связь определяет направление. Поскольку выходной сигнал акселерометра очень шумный, гироскоп используется для точного измерения тета-обратной связи. Гироскоп измеряет угловую скорость, и комбинация двух выходов – это, в основном, наши необработанные данные. Кроме того, основная функция оптопары заключается в обеспечении полной электрической изоляции между контроллером и стороной двигателя.

Значение

Значимость этого проекта заключается в том, что самобалансирующийся робот стал чрезвычайно популярным и так или иначе используется в ряде приложений. Говорим ли мы об этом на бытовом, коммерческом или промышленном уровне, этот робот прошел через все. Его можно использовать в качестве самоконтролируемой тележки в больницах, ресторанах, магазинах и т. Д. Разработка и создание этого проекта с нуля дали нам четкое представление о работе этого робота и проинструктировали нас о различных компонентах и ​​их роли в достижении баланс.

Методология

Список компонентов

 
• STM32F401 Микроконтроллер

 

• L298N Двойной H-мост

 

• Генерируемые двигатели постоянного тока

 

• Аккумулятор

 

• Перемычки

 

• Оптопары

 

• Макетная

 

• Переключатель

 

• Резисторы

 

• Шасси

 

• Датчик гироскопа

STM32F401 Микроконтроллер

STM32F401 имеет 32-битный процессор Core ARM Cortex -M4 с FPU. Эти устройства предлагают динамическую систему питания для идеально сбалансированных устройств. Он имеет 81 порт ввода / вывода с поддержкой прерываний. Все порты ввода / вывода имеют допуск 5В. Максимальное значение тока в STM составляет 25 мА. Эта плата Discovery работает на частоте до 84 МГц. Каждый вывод GPIO может обеспечивать 3 В или 5 В. Кроме того, он имеет 3xUART, работающие на скорости до 10,5 Мбит / с, 4xSPI, работающие на скорости до 42 Мбит / с, 3xIC, 12-разрядный АЦП, обеспечивающий 2,4 MSPS, 10 таймеров, 16- и 32-разрядные, которые могут работать на частоте до 84 МГц [2].

Технические характеристики:

 
• Системные часы 84 МГц

 

• 2 USB-разъема ST-Link

 

• Флэш-память 256 КБ

 

• Один 12-разрядный АЦП

 

• Шестнадцать 32-разрядных таймеров общего назначения

 

• 81 порт ввода-вывода с прерыванием

L298N Двойной H-мост

Это электронная схема, которая позволяет приложить напряжение к нагрузке в противоположном направлении. Эти схемы часто используются в робототехнике и других приложениях, чтобы двигатели постоянного тока могли работать вперед или назад. Мост L298N H напрямую соединен с двигателем постоянного тока, и вход подается на использование оптопары. Компонент H-моста L298N может использоваться с двигателями, которые имеют напряжение от 5 до 35 В постоянного тока. Также имеется встроенный регулятор на 5 В, поэтому, если ваше приложенное напряжение составляет до 12 В, вы также можете получить напряжение 5 В с платы.

Датчики гироскопа:

Гироскоп – это устройство, используемое для расчета или ориентации и угловой скорости. Датчики гироскопа используются для измерения скорости угловых изменений в радианах в секунду, насколько быстро объект вращается? Измерение, выполненное гироскопом, присутствующим в STM32F401, может быть интегрировано, чтобы найти угол наклона тела, на котором установлен гироскоп. Наклон предназначен относительно вертикальной 90-градусной оси тела. Датчик гироскопа в MEMS является минутным (от 1 до 100 микрометров, размером с человеческий волос). Когда гироскоп вращается, меньшая резонирующая масса поднимается как флуктуации угловой скорости. Это движение преобразуется в очень слабые электрические сигналы, которые могут усиливаться и считываться главным микроконтроллером. При вращении ориентация этой оси не зависит от наклона крепления, что обеспечивает сохранение углового момента.

Есть три формы гироскопа:

 
• Роторные гироскопы