Wat je nodig hebt om je eigen autonome robot te bouwen

Altijd al je eigen robot willen bouwen? Het is niet zo moeilijk als je zou denken, met een kit of een reeks standaard elektronische componenten.

De belangrijkste hindernis is het navigeren door het verbijsterende aantal beschikbare opties voor het bouwen van een robot op wielen, inclusief de microcontroller, het chassis, de motoren en de sensoren. De eenvoudigste optie is om een ​​volledige robotkit te kopen, maar als je een op maat gemaakte robot wilt maken, nemen we je stap voor stap door de belangrijkste keuzes die je moet maken.

1. Microcontroller / SBC

Uw robot heeft een elektronisch 'brein' nodig om al zijn functies te besturen, inclusief beweging. Twee van de meest populaire opties zijn de Raspberry Pi en Arduino.

De Raspberry Pi is een single-board computer (SBC) met een Arm-microprocessor die een volledig Linux-besturingssysteem kan draaien. Het belangrijkste voordeel voor het bouwen van robots is dat het: krachtiger dan een microcontroller zoals een Arduino, waarmee u complexere programma's kunt uitvoeren. Dit is ideaal voor gezichtsherkenning en andere vormen van AI, zodat je een echt slimme robot kunt maken.

Een ander voordeel is dat je het in vrijwel elke taal kunt programmeren. Een van de meest populaire voor robotica in Python, wat minder ontmoedigend is dan C voor nieuwkomers in het coderen.

Een Arduino is daarentegen ideaal voor eenvoudigere roboticaprojecten. Het is niet alleen goedkoper, maar verbruikt ook minder stroom, dus het duurt langer om een ​​draagbare powerbank of batterij leeg te maken.

Hoewel het normaal gesproken in C is geprogrammeerd met behulp van de Arduino IDE op een computer, is het mogelijk om a grafische IDE genaamd Xod om Arduino-robots te besturen.

Andere microcontrollers zijn ook geschikt voor robotica, waaronder Teensy, BeagleBone, micro: bit en Raspberry Pi Pico.

2. Chassis

Voor je robot op wielen heb je een chassis nodig om zijn lichaam te vormen, de elektronica te huisvesten en de motoren te monteren (met behulp van beugels).

Er zijn talloze chassis kits beschikbaar, in verschillende maten en materialen, meestal voor twee- of vierwielige robots - soms zes wielen. De meeste zijn eenvoudige platforms voor het monteren van de elektronica en motoren; duurdere opties kunnen een ophangsysteem omvatten.

Als alternatief kunt u uw eigen DIY-chassis op maat bouwen, van materialen zoals plastic, metaal, hout, Legoblokjes of zelfs karton. Een belangrijke overweging is hoe robuust u wilt dat uw robot is. Als u met moeilijk terrein om moet gaan, wilt u een duurzamer chassis.

3. Motoren

Om je robot te laten bewegen, heb je motoren nodig. Voor een robot op wielen zijn dit standaard gelijkstroommotoren die - in tegenstelling tot servo's of stappenmotoren - vrij ronddraaien op hoge snelheid.

Sommige motoren hebben een ingebouwde versnellingsbak om het koppel te verhogen en zwaardere lasten aan te drijven. Controleer de overbrengingsverhouding (of snelheidsreductie): hoe hoger deze is, hoe meer koppel en hoe lager de snelheid. Hogere verhoudingen worden aanbevolen voor beginnende projecten.

Als u nauwkeurige aflezing en controle van het motortoerental nodig heeft, is er ook de mogelijkheid om een magnetische of optische snelheidsencoder naar elke motoras, die de gegevens terugvoert naar uw microcontroller.

De snelheid van elke motor wordt meestal geregeld door PWM (pulsbreedtemodulatie), waarbij een stroom digitale aan-uit-pulsen wordt verzonden: hoe meer pulsen in een cyclus, hoe sneller deze draait.

4. Motor bestuurder

U kunt DC-motoren niet rechtstreeks op uw computer met één bord of microcontrollerbord aansluiten, omdat deze laatste niet genoeg stroom voor de motoren kan leveren en u het bord kunt beschadigen.

In plaats daarvan hebt u een motorstuurprogramma / controllerkaart nodig die is aangesloten tussen de motoren en uw microcontroller, en ook op de stroombron. Goedkope driver boards zijn vaak gebaseerd op een L298N of DRV8833 dual-channel H-bridge chip. Het aantal kanalen bepaalt hoeveel motoren onafhankelijk kunnen worden aangestuurd, dus je hebt meer kanalen (en drivers) nodig voor 4WD of 6WD.

Hoewel het voor iemand met kennis van elektronica mogelijk is om zijn eigen H-bridge motordriver te bouwen, is het gemakkelijker om een ​​driverboard te kopen. Er zijn talloze HAT's beschikbaar om op de Raspberry Pi te monteren, en een speciale Motorschild voor Arduino.

Een belangrijke factor bij het kiezen van een motoraandrijving is ervoor te zorgen dat deze de door de motoren vereiste spanning aankan, evenals hun continue bedrijfsstroom. Als u de laatste niet kunt vinden in de specificaties van de motoren, is deze doorgaans 20% tot 25% lager dan de blokkeerstroom. De maximale stroom van de motorbestuurder moet ongeveer het dubbele zijn van de continue stroom van de motoren.

5. Wielen

Deze zijn natuurlijk onmisbaar voor een robot op wielen! Een eenvoudige tweewielige robot is het gemakkelijkst voor beginners, meestal met een klein niet-aangedreven zwenkwiel, wiel of slede aan de voorkant om hem te helpen het evenwicht te bewaren.

Een vierwielige robot is de volgende stap, die zorgt voor extra stabiliteit en controle. Als je onafhankelijke controle over elke motor/wiel wilt voor echte 4WD, heb je twee dual-channel motordriverchips op je board nodig. Als alternatief kunt u een enkele driver gebruiken om twee motoren op elk kanaal aan te sturen, op voorwaarde dat deze voldoende maximale stroomcapaciteit heeft om ze allemaal aan te kunnen.

Voor off-road terrein wil je misschien zelfs tot zes wielen gaan, maar daarvoor heb je een langer chassis nodig. Je zou rupsbanden kunnen toevoegen voor extra grip, of zelfs een rocker-bogie-systeem zoals te zien is op NASA's Perseverance Mars-rover.

Hoewel het mogelijk is om stuurbare wielen te hebben met behulp van servo's om ze en hun motoren te laten draaien, is de meest gebruikelijke methode voor het besturen van een robot om simpelweg de wielen aan de ene kant sneller te laten draaien dan aan de andere.

Een andere interessante optie is het gebruik van Mecanum-wielen, waarvan de speciale rollen hen in staat stellen om zijwaarts te bewegen wanneer de vier wielen in een bepaald patroon worden gedraaid. Ideaal voor parallel parkeren!

6. Vermogen

Het zou een beetje beperkend zijn om je robot aan een stopcontact te koppelen, dus je hebt een draagbare stroombron nodig. Er zijn twee hoofdmethoden:

1. Gebruik aparte stroombronnen voor de motoren en elektronica.
2. Gebruik een enkele stroombron die op beide is aangesloten via een BEC (battery eliminator circuit). Uw motorbesturingskaart kan een BEC bevatten.

Welke optie u ook kiest, mogelijke stroombronnen zijn USB-powerbanks, batterijpakketten (bijv. 4x AA) en LiPo-batterijen. Zorg ervoor dat u de juiste spanningen en stroomniveaus levert. Veel motorbesturingskaarten bieden bescherming tegen overstroom en omgekeerde polariteit.

7. Sensoren

Hoewel het mogelijk is om uw robot te programmeren om in een vast patroon te bewegen of om hem handmatig te besturen vanaf een apparaat op afstand, zal het toevoegen van sensoren hem in staat stellen autonoom te handelen.

Een ultrasone afstandssensor, zoals de HC-SR04, zal de robot in staat stellen een muur of ander obstakel voor hem te detecteren, zodat hij uitwijken kan ondernemen.

Een robot een pad op de vloer laten volgen is een andere populaire optie. Een of meer IR-lijnvolgsensoren die aan de voorkant zijn gemonteerd, stellen hem in staat een donkere lijn op de vloer te detecteren en er langs te sturen.

Je kunt je robot zelfs 'ogen' geven door een kleine camera toe te voegen. Afbeeldingen kunnen worden geïnterpreteerd met behulp van een computervisiebibliotheek zoals OpenCV om objecten of zelfs gezichten te detecteren.

Bouw je eigen autonome robot: succes

U heeft nu een overzicht van hoe u uw eigen robot op wielen kunt bouwen. We hopen dat het je heeft geïnspireerd om je eerste uitstapje te maken in de wondere wereld van robotica. Als je eenmaal je eerste robot hebt gebouwd, wil je misschien een ander type maken, zoals een met benen of een robotarm.

De beste donkere webbrowser voor uw apparaat

Wil je toegang tot het dark web? U moet een donkere webbrowser gebruiken die u daarheen kan brengen en ook uw privacy kan beschermen.

Lees volgende

Over de auteur