ساخت ربات مسیریاب؛ ساده ترین ربات

ربات های مسیر یاب
ربات مسیریاب رباتی است که می تواند در یک مسیر از قبل تعیین شده حرکت کند ، این مسیر میتواند یک خط سیاه در زمینه سفید یا یک خط سفید در زمینه سیاه باشد و یا مخلوتی از هر دو باشد. ربات باید بتواند انواع مسیرهای موجود مانند پیچ، بریدگی، خطوط زاویه دار و مهم تر از همه حلقه را در کمترین زمان ممکن طی کند.

ساخت ربات های مسیر یاب کاری نسبتا ساده میباشد، برای ساخت ربات شما نیاز به دانش برنامه نویسی برای پردازنده و رباتیک برای ساخت قسمت متحرک دارید ، شما همچنین باید طریقه کار با سنسور ها را بدانید، در ادامه شما را با کلیه مراحل ساخت ربات مسیر یاب اشنا میکنیم.
یک ربات مسیر یاب از بخش های کلی زیر تشکیل میشود که در ادامه هر یک را بررسی میکنیم:
بدنه ربات
مدار تغذیه
قسمت حرکت
بخش سنسور ها و فرمان
پردازنده و برنامه نویسی

بدنه ربات:
برای بدنه ربات ، شما میتوانید از هر جسمی استفاده کنید اما این جسم باید دارای شرایط زیر باشد:
- سبک باشد
- محکم باشد
- امکان سوار کردن اجزا روی آن وجود داشته باشد.
- امکان ایجاد تغییر در شکل آن باشد.
-جمع جور باشد.
با توجه به مطالب بالا بهترین گزینه برای بدنه ربات پلاستیک میباشد، شما میتوانید از شاسی ماشین های اسباب بازی یا از شاسی های اماده موجود در بازار استفاده کنید . در یک ربات معمولا پردازنده و قسمت فرمان در وسط بدنه ، موتور ها در طرفین ، سنسور ها در جلو ، و باطری در عقب قرار میگیرد . همچنین کلیه اجزا توسط پیچ و مهره یا چسپ حراراتی یا .. (بهتر است از پیچ و مهره استفاده شود )محکم به بدنه چسبانده میشوند . برای حفاظت از پردازنده در مقابل نویز یک روکش فلزی روی قسمت فرمان قرار میگیرد . همچنین برای جلوگیری از دستگاری مدارات و اجزای ربات حتما برای بدنه یک روکش مناسب تهیه کنید ، بطوری که فقط چرخ ها بیرون باشد.

توجه:
از انجا که در هنگام حرکت، ربات لرزش خفیفی دارد ف به هیچ وجه از چسب حراراتی برای جسابندن موتور ها و سایر قطعات استفاده نکنید، در صورت استفاده از پیچ مهره حتما از مهره فنر در زیر مهره استفاده شود.

مدار تغذیه :
برای تغذیه ربات میتوانید از ولتاژ مستقیم منبع تغذیه DC و یا از باتری استفاده نمایید که در این قسمت طریقه استفاده از منبع تغذیه DC گفته میشود
از انجا که ولتاژ ورودی شما از یک منبع تغذیه گرفته میشود ، شما باید نصبت به صاف و رگوله بودن ان اطمینان حاصل کنید . ممکن است شما خود را برای یک مسابقه اماده کنید و در مکان مسابقه یک منبع تغذیه بدون اصل ونصب در اختیار شما قرار گیرد ، که به ازای ولتاژ 12 ولت ، 14 ولت با نوسان زیاد میدهد ، بنابرای باید خودتان دست به کار شوید و برای رباتتان یک بخش تغذیه مجزا بسازید . معمولا ولتاژ تغذیه موتور ها 12 ولت و ولتاژ تغذیه پردازنده و سنسور ها و ... 5 ولت میباشد .
شما میتوانید از یک رگولاتور 12 و 5 ولت مطابق شکل زیر استفاده کنید :
[attachment=32]
توجه: به هیچ عنوان ورودی تغذیه رگولاتور 5 ولت را از خروجی رگولاتور 12 نگیرید ، این کار علاوه بر ایجاد گرما در رگولاتور 12 ولت باعث افت ولتاژ در خروجی ان میشود .
ولتاژ ورودی مدار بالا میتواند از 12 تا 15 ولت متغیر باش و در صورتی که از مدار بالا استفاده نکنید ، نوسانات ولتاژ باعث خرابی پردازنده و تغییر قدرت و سرعت موتور ها میشود .
برای اینکه ربات خود را در برابر ولتاژ معکوس (برعکس بودن پلاریته ی ورودی) حفظ کنید میتوانید از یک پل دیود در ورودی استفاده نمایید

قسمت حرکت:
این قسمت در اقلب ربات ها مشتر ک هست و بسته به امکانات موجود میتوانید از هر روش استفاده کنید .
- سیستم حرکت چهار چرخ

در این روش ربات دارای چهار چرخ میباشد ، چرخ های سمت راست توسط چرخدنده های به هم متصل شده اند ، دو چرخ سمت چپ نیز همین گونه اند، برای گردش ربات ، چرخ های یک سمت برعکس میچرخند ، مثلا فرض کنید ربات به سمت راست گردش میکند، در این صورت چرخ های سمت راست ، برعکس میچرخد ، چرخ های سمت چپ نیز به صورت عادی گردش میکند .

- استفاده از چرخ هرز گرد :
این روش متداولترین روش جایگزاری چرخ ها است ، در این روش دو عدد موتور به دو چرخ عقب متصل میشود ، در قسمت جلو یک عدد چرخ هرز گرد بسته میشود ، برای چرخش به چپ متور سمت چپ خاموش و موتور سمت راست روشن میماند ، برای گردش به سمت دیگر نیز برعکس .

-روش معمولی ، در این روش مانند سیستم حرکتی اتومبیل، یک موتور وظیفه چرخاندن چرخ های عقب را به عهده دارد، همچنین یک پرخ زاویه دو چرخ جلو را کنترل مینماید.

مواد استفاده شده در سیستم حرکتی :
1- سیستم کنترل (پردازنده )
2-درایو موتور
از درایور ها برای افزایش جریان و ولتاژ اعمالی به موتور و همچنین جدا کردن ان از بخش کنترل استفاده میشود .
راه اندازه های زیادی برای کنترل موتور ها وجود دارد که در زیر به بررسی دو مورد از آنها یعنی uln2003 و l298 میپردازیم :
uln2003 :
حداکثر جریان خروجی این درایو 500 میلی امپر میباشد و ولتاژ خروجی ان به میزان ولتاژ تغذیه موجود بین پایه گراند ایسی و سیم مشترک موتور است و میتواند حداکثر 50 ولت باشد ، ولتاژ ورودی ان نیز حداکثر 30 ولت است و ایسی از ورودی جریان 25 میلی امپر را به ازای بیشترین ولتاژ میکشد.
این درایو قادر به راه اندازی تعداد 7 موتور میباشد . پایه های 1 تا 7 ورودی و پایه های 10 تا 16 خروجی های قطعه هستند ، همچنین پایه 8 گراند و پایه 9 ولتاژ مثبت است که باید با ولتاژ مثبت موتور ها یکی باشد

بخش سنسور ها و فرمان :
این قسمت از ربات باید بتواند خط مشکی را از سفید تشخیص دهد ، بنا به نوع خط و عرض ان و نوع مسیر از سنسور ها مختلف با چیدمان مختلف استفاده میشود :
سنسور ها :
در ربات های مسیر یاب از سنسور ها مادون قرمز برای تشخیص مسیر استفاده میشود

میدانید که سطح سفید نور را دفع و سطح مشکی نور را جذب میکند ، نور از led فرستنده منتشر میشود ، در صورتی که سطح سفید باشد ، نور به گیرنده میرسد و آن را یک میکند در غیر اینصورت خروجی گیرنده صفر است :
معرفی دو نوع سنسور مادون قرمز خوب :
اپتوکانتر CNY70 و پتوکانتر TCRT5000

از آنجا که در هر دو قطعه، فرستنده وگیرنده در یک پک میباشند، جایگزاری آنها در ربات بسیار ساده است،
اکنون شما باید خروجی سنسور را اندازه بگیرید ، برای اینکار دو راه دارید، یا خروجی را به adc بدهید و ولتاژش را اندازه بگیرید ، یا ولتاژ خروجی را به سطح منطقی صفر ویک تبدیل کنید :

در صورتی که از روش اول استفاده میکنید op-amp را حذف نمایید .
چیدمان سنسور ها :
شما باید سنسور ها را بر روی یک بورد با ارایشی خاص بسته به نوع مسیر بچینید .
انواع مسیر ها :
1- مسیر ها تک رنگ ، چیدمان سنسور ها برای این نوع مسیر بسار ساده میباشد ، در این نوع مسیر از 3 سنسور استفاده میشود ، سنسور وسط ، وظیفه چک کردن مسیر و دو سنسور کناری وظیفه چک کردن زمینه را به عهده دارد . در صورتی که ربات از روی خط منحرف شود ، سنسور وسط خروجی خود را تغییر میدهد ، در این حالت ربات صبر میکند تا یکی از سنسور ها کناری نیز تغییر وضعیت دهد و به سمت همان گردش کند .
مثلا ربات در مسیر خود مشغول حرکت هست ، در ادامه یک پیچ به سمت راست وجود دارد ، هنگامی که ربات به پیچ میرد ، به دلیل تغییر مسیر خروجی سنسور وسط تغییر میکند ، ربات به حالت اماده باش میرود ، با ادامه یافتن حرکت ، سنسور سمت راست از روی مسیر رد میشود ، در این ربات میفهمد که باید به سمت راست گردش کند .

2- مسیر های دورنگ ، در این نوع مسیر تغییر رنگ در بعضی از قسمت ها وجود دارد ، مثلا در 10 سانت اول مسیر به رنگ مشکی و زمینه به رنگ سفید است ، در 10 سانت بعدی رنگ عوض میشود ، یعنی مسیر به رنگ سفید زمینه مشکی در میاید
در این نوع مسیر ، از پنج سنسور استفاده میشود ، سه سنسور وظیفه کنترل کردن ربات و جلوگیری از گم کردن مسیر را به عهده دارند ، دو سنسور دیگر هم رنگ مسیر ها را کنترل میکنند ، یعنی یکی از انها رنگ زمینه و دیگری رنگ مسیر را چک میکند .
شما باید در برنامه خود خروجی سنسور اول (کنترل کننده های مسیر ) را با خروجی سنسور دوم (کنترل کننده های رنگ زمینه ) مقایسه کنید، در صورتی که هر دو سنسور یک رنگ را تشخیص دهند ربات منحرف شده است .
مثلا فرض کنید در ابتدا کار رنگ مسیر مشکی است و رنگ زمینه سفید است در این صورت خروجی سنسور که رنگ مسیر را چک میکند ، یک است و خروجی سنسوری که زمینه را چک میکند صفر.
در این صورت باید سه سنسور اول به رنگ مشکی حساس باشند ، در صورتی که شرایط بالا برعکس باشد ، سه سنسور اول باید به رنگ سفید حساس باشند ، در صورتی خروجی دو سنسور با هم یکی باشد ربات منحرف شده است .
فرزین نجفی پور: مسئول کارگروه الکترونیک و رباتیک کانون دانش پژوهان طلیعه خوزستان

ساخت ربات مسیریاب؛ ساده ترین ربات

مطالب مشابه :

آموزش ساخت ربات مسیر یاب

آموزش ساخت ربات مسیر یاب

جلسه هفدهم

طراحی یک روبات مسیر یاب ساده

ربات مسیریاب چیست؟

ربات مسیریاب(شماره 3)

ساخت ربات مسیریاب؛ ساده ترین ربات

ساخت ربات مسیریاب