Rpibot –ロボット工学の学習について

これは、学習と拡張のために設計されたシンプルで安価な移動ロボットプラットフォームです。自分のコンセプトと解決した問題について説明しました。

私はドイツの自動車会社の組み込みソフトウェアエンジニアです。私はこのプロジェクトを組み込みシステムの学習プラットフォームとして始めました。プロジェクトは早期にキャンセルされましたが、とても楽しかったので、自由な時間に続けました。これが結果です…

次の要件がありました：

• シンプルなハードウェア（焦点はソフトウェアです）
• 安価なハードウェア（約100€）
• 拡張可能（一部のオプションはすでに説明の一部になっています）
• 単一の5Vソース（パワーバンク）からのすべてのコンポーネントの供給電圧

学習以外の目標は実際にはありませんでした。このプラットフォームは、学習、監視、ロボットコンテストなどに使用できます…

初心者向けのチュートリアルではありません。以下についての基本的な知識が必要です：

• プログラミング（Python）
• 基本的な電子機器（適切な電圧でモジュールを接続するため）
• 基本制御理論（PID）

最後に、あなたはおそらく私がしたように問題に直面するでしょう。好奇心と忍耐力を持って、プロジェクトを進め、課題を解決します。私のコードは可能な限りシンプルで、重要なコード行にコメントを付けてヒントを提供しています。

完全なソースコードとファイルは、https：//github.com/makerobotics/RPIbot

から入手できます。

サプライ品：

力学

• 1x合板（A4サイズ、厚さ4 mm）
• 3x M4 x80ネジとナット
• エンコーダ用のセカンダリ出力シャフトを備えた2xギアモーター。ホイール。
• 1xフリーホイール
• 1xパンおよびチルトカメラの取り付け（オプション）

エレクトロニクス

• ヘッダーとカメラを備えた1xRaspberry Pi Zero
• 1x PCA9685サーボ制御
• 2x光学式エンコーダホイールと回路
• 1xメスジャンパー線
• 1xUSBパワーバンク
• 1xDRV8833デュアルモータードライバー
• カメラのパンとチルト用の2xマイクロサーボSG90（オプション）
• 1x MPU9250 IMU（オプション）
• 1x HC-SR04超音波距離センサー（オプション）
• 1x穴あきボードとはんだ付けワイヤー、ヘッダー、…

ステップ1：シャーシを構築する

私は優れた整備士ではありません。また、プロジェクトの目標は、シャーシに多くの時間を費やすことではありません。とにかく、私は次の要件を定義しました：

• 安い材料
• 迅速な組み立てと分解
• 拡張可能（例：センサーを追加するためのスペース）
• 電子機器のエネルギーを節約するための軽い材料

簡単で安価なシャーシは合板で作ることができます。フレットソーとハンドドリルで簡単に加工できます。小さな木製の部品を接着して、センサーとモーターの保持を作成できます。

欠陥コンポーネントの交換または電気的デバッグについて考えてください。交換するには、主要部品をネジで固定する必要があります。ホットグルーガンは単純かもしれませんが、おそらくシャーシを構築するための最良の方法ではありません…部品を簡単に分解するための簡単なコンセプトを考えるのに多くの時間が必要でした。 3D印刷は優れた代替手段ですが、非常に費用がかかるか、時間がかかる可能性があります。

フリーホイールはついに非常に軽く、取り付けが簡単になりました。選択肢はすべて重いか摩擦でいっぱいでした（最後のものを見つける前にいくつか試しました）。メインホイールを取り付けた後、テールフリーホイールを水平にするために木製のスペーサーを切るだけで済みました。

ホイールのプロパティ（ソフトウェア計算用）

円周：21.5cm
パルス：20パルス/回転
解像度：1,075cm（最終的に1パルスは約1cmで、ソフトウェア計算が簡単です）

ステップ2：電子機器と配線

図に示すように、プロジェクトはさまざまなモジュールを使用しています。

ラズベリーパイゼロ メインコントローラーです。センサーを読み取り、PWM信号でモーターを制御しています。 Wi-FiでリモートPCに接続されています。

DRV8833 デュアルモーターHブリッジです。モーターに十分な電流を供給しています（出力は一部のmAしか供給できないため、Raspberry Piではできません）。

光学式エンコーダ 光がエンコーダホイールを通過するたびに正方形の信号を提供します。 Raspberry PiのHW割り込みを使用して、信号が切り替わるたびに情報を取得します。

pca9695 サーボ制御盤です。 I2Cシリアルバスで通信しています。このボードは、カムのパンとチルトのサーボを制御するPWM信号と供給電圧を提供します。

MPU9265 は、3軸加速度、3軸角回転速度、3軸磁束センサーです。主にコンパスの方位を取得するために使用します。

異なるモジュールはすべてジャンパー線で接続されています。 ブレッドボード はディスパッチャとして機能し、供給電圧（5Vおよび3.3V）とグランドを提供します。接続はすべて接続テーブルに記載されています（添付ファイルを参照）。 5Vを3.3V入力に接続すると、おそらくチップが破壊されます。供給する前に注意してすべての配線を2回チェックしてください（ここでは特にエンコーダーを考慮する必要があります）。すべてのボードを接続する前に、マルチメータを使用してディスパッチボードの主電源電圧を測定する必要があります。モジュールはナイロンネジでシャーシに固定されました。また、ここでそれらを修正してもらいましたが、誤動作が発生した場合に取り外し可能でした。

唯一のはんだ付けは、最終的にモーターとブレッドボードとヘッダーでした。正直なところ、私はジャンパー線が好きですが、接続が緩む可能性があります。状況によっては、一部のソフトウェアモニタリングが、接続の分析をサポートする場合があります。

出典：Rpibot –ロボット工学の学習について