Hướng Dẫn Làm Robot 2 Bánh Tự Cân Bằng Ga25, Robot 2 Bánh Tự Cân Bằng

Hôm nay mình xin chia sẻ với các bạn cách làm một robot tự cân bằng trên hai bánh xe bằng hoimegame.com từ xe đồ chơi bị hỏng của thằng nhóc ở nhà. Tất nhiên, hai động cơ và hai bánh xe chưa bị hỏng nhé. . Để robot tự cân bằng trên hai bánh xe thì chuyển động của nó tương tự như việc giữ thăng bằng một cây gậy trên ngón tay. Điều này chắc các bạn cũng đã từng thử trước đây. Để giữ thăng bằng, chúng ta phải di chuyển ngón tay của mình nhanh hay chậm theo hướng nghiêng và tốc độ nghiêng của cây gậy. Chúng ta bắt đầu tìm hiểu xem làm thế nào mà hoimegame.com có thể tự điều chỉnh được như thế.

Đang xem: Hướng dẫn làm robot 2 bánh tự cân bằng

I. DẪN NHẬP

Hôm nay mình xin chia sẻ với các bạn cách làm một robot tự cân bằng trên hai bánh xe bằng hoimegame.com từ xe đồ chơi bị hỏng của thằng nhóc ở nhà. Tất nhiên, hai động cơ và hai bánh xe chưa bị hỏng nhé.. Để robot tự cân bằng trên hai bánh xe thì chuyển động của nó tương tự như việc giữ thăng bằng một cây gậy trên ngón tay. Điều này chắc các bạn cũng đã từng thử trước đây. Để giữ thăng bằng, chúng ta phải di chuyển ngón tay của mình nhanh hay chậm theo hướng nghiêng và tốc độ nghiêng của cây gậy. Chúng ta bắt đầu tìm hiểu xem làm thế nào mà hoimegame.com có thể tự điều chỉnh được như thế.

II. B.O.M

Các vật tư cần thiết để làm một robot 2 bánh tự cân bằng như sau:

No.

Item

Spec

Q”ty

Unit

Remarks

1

hoimegame.com Uno

 

1

pcs

 

2

MPU-6050

 

1

pcs

 

3

L298

 

1

pcs

 

4

DC Motor

 

2

pcs

 

5

Bánh xe

60mm

2

pcs

 

6

Biến trở

5Kohm

4

pcs

 

7

PCB đục lỗ

4×6 cm, màu xanh, hai mặt

2

pcs

 

8

Trụ đồng

 

8

pcs

 

9

Nguồn 5V & 12V

 

1

pcs

 

10

Bus 4

 

1

pcs

 

11

Mica trong/đục

 Dày 5mm

1

pcs

 Làm khung

12

Dây – jack nguồn/ hàng rào

 

1

pcs

 

III. CHUẨN BỊ

Trước tiên, chúng ta phải bỏ một ít thời gian để tìm hiểu các thông tin cơ bản sau đây trước khi tiến hành làm một robot tự cân bằng.

3.1. Nguyên tắc con lắc ngược (inverted pendulum)

Nó giống như việc giữ thăng bằng một cây gậy trên ngón tay. Để giữ thăng bằng, chúng ta phải di chuyển ngón tay của mình theo hướng nghiêng và tốc độ nghiêng của cây gậy. Để điều khiển động cơ bánh xe cho robot tự cân bằng qua mạch cầu L298N, chúng ta cần một số thông tin về trạng thái của robot như: điểm thăng bằng cần cài đặt cho robot, hướng mà robot đang nghiêng, góc nghiêng và tốc độ nghiêng. Tất cả các thông tin này được thu thập từ MPU6050 và đưa vào bộ điều khiển PID để tạo ra một tín hiệu điều khiển động cơ, giữ cho robot ở điểm thăng bằng.Về phần lý thuyết và các công thức, các bạn có thể tìm hiểu qua google với các từ khóa: inverted pendulum (con lắc ngược), self-balancing robot hay 2 wheel self-balancing.

3.2. Điều khiển vòng kín P.I.D

Ở đây, giá trị cài đặt bộ P.I.D (SP) là điểm cân bằng được hiểu là góc so với phương thẳng đứng, vuông góc với robot. Nếu phần cứng cho robot hoàn hảo, cân bằng và đối xứng thì với thiết kế của mình góc này sẽ là 1800, thực tế điểm SP của mình là 178.700 . Tại sao là 1800 hay 178.700, các bạn hãy xem chương trình bên dưới. Tín hiệu hồi tiếp feedback (PV) là sự kết hợp giữa Gyroscope và Accelerometer được thu thập từ MPU-6050. Output của bộ PID là tín hiệu điều xung tốc độ cho hai động cơ DC sao cho PV tiến tới điểm cân bằng SP.

3.3. MPU-6050

MPU-6050 là cảm biến của hãng InvenSense tích hợp 6 trục cảm biến bao gồm:Con quay hồi chuyển 3 trục (Gyroscope).Cảm biến gia tốc 3 chiều (Accelerometer).Khi tìm hiểu về MPU-6050, các bạn sẽ gặp phải thuật ngữ QUATERNION, YAW, PITCH, ROLL. Và theo mình, đây là cách giải thích đơn giản và dể hiểu nhất:

Xin phép tác giả trích lược lại như sau:

Một máy bay có thể thực hiện bao nhiêu kiểu chuyển động. Các loại chuyển động đó xảy ra xung quanh những trục nào?

Một máy bay có thể thực hiện 3 kiểu chuyển động. Nó có thể gọi pitch, roll và yaw.

Pitch là kiểu chuyển động khi mũi của máy bay chúc lên trên hoặc chúi xuống dưới. Chuyển động pitch diễn ra xung quanh trục ngang của máy bay.

Roll là kiu chuyn đng khi mt trong hai cánh ca máy bay ling xung còn cánh còn li thì ling lên. Ví d, nếu máy bay đang roll sang bên trái thì cánh trái s ling xung còn cánh phi thì ling lên. Chuyn đng roll din ra xung quanh trc dc thân máy bay.

Xem thêm: Tổng Hợp Cách Làm Bánh Bao Chay Nhiều Màu Đơn Giản Với Khoai Lang Tím

Yaw là kiu chuyn đng khi mũi ca máy bay di chuyn qua phi hoc qua trái. Chuyn đng yaw din ra xung quanh trc thng đng, vuông góc vi thân máy bay.

IV. SƠ ĐỒ MẠCH VÀ KHUNG ROBOT

4.1. Phần cứng và khung robot

Khi làm phần cứng các bạn lưu ý làm phần khung cho robot phải cứng cáp, chịu được va đập trong quá trình test và đối xứng thì robot sẽ đẹp và dễ cân bằng hơn.Phần khung robot: bằng mica, thiết kế của mình còn thiếu một tầng chứa pin do chưa có đủ tiền để mua nó.

*

.Robot bằng đồ chơi dễ tìm được điểm cân bằng do bánh của nó có các gai nhỏ. Do đây là đồ chơi bị hỏng nên nó bị vẹo một tí. Sau đó mình đã mua 2 động cơ DC và bánh xe khác để thử. Kết quả thật tuyệt vời! Đây là hai phiên bản của em nó.

*

4.2. Sơ đồ hiệu chỉnh P, I, D bằng chương trình

Với sơ đồ này, các bạn phải tìm các thông số P, I, D bằng các phép thử và theo mình sẽ mất nhiều thời gian. Nhưng hoimegame.com sẽ còn nhiều chân Analog để có thể làm việc khác. Một cách khác là điều chỉnh P, I, D qua Serial nhưng nó sẽ không hiệu quả lắm do hoimegame.com thường xuyên bị treo (pending/ freezing). Qua tìm hiểu, mình thấy có rất nhiều người trên các diễn đàn than phiền về vấn đề này nhưng vẫn chưa có cách giải quyết….

*

4.3. Sơ đồ hiệu chỉnh P.I.D qua biến trở

Với việc có thêm các biến trở để hiệu chỉnh các hệ số P, I, D sẽ làm giảm rất nhiều thời gian mò mẫm các hệ số này sao cho robot hoạt động ổn định, mượt mà. Các hệ số P, I và D được tìm như sau:

Đặt tất cả các biến trở P, I, D về 0.Tăng dần biến trở P cho đến khi robot bắt đầu dao động qua lại xung quanh điểm cân bằng nhưng robot vẫn không bị ngã.Tăng dần biến trở D cho đến khi robot không còn dao động. Lúc này, robot hoạt động tương đối ổn định nhưng sẽ bị khựng khựng khi bị tác động bằng tay.Tăng dần biến trở I từ từ cho đến khi hệ thống hoạt động ổn định mượt mà ngay cả khi đẩy mạnh robot về một phía. Nếu giá trị biến trở I lớn nó sẽ làm cho robot đáp ứng chậm.

Với robot của mình, các thông số PID tìm được là:

KP = 10.50.KI = 67.44.KD = 0.88.

V. THƯ VIỆN VÀ CHƯƠNG TRÌNH

5.1. Chương trình chính

Chương trình chính và việc áp dụng các thư viện được tham khảo từ nhiều nguồn khác nhau, trang tham khảo chính: https://github.com/lukagabric/Franko

#include “PID_v1.h”#include “LMotorController.h”#include “I2Cdev.h”#include “MPU6050_6Axis_MotionApps20.h”#if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_hoimegame.com_WIRE #include “Wire.h”#endif#define LOG_INPUT 0#define MANUAL_TUNING 1#define LOG_PID_CONSTANTS 1 //MANUAL_TUNING must be 1#define MOVE_BACK_FORTH 0#define MIN_ABS_SPEED 5//MPUMPU6050 mpu;// MPU control/status varsbool dmpReady = false; // set true if DMP init was successfuluint8_t mpuIntStatus; // holds actual interrupt status byte from MPUuint8_t devStatus; // return status after each device operation (0 = success, !0 = error)uint16_t packetSize; // expected DMP packet size (default is 42 bytes)uint16_t fifoCount; // count of all bytes currently in FIFOuint8_t fifoBuffer<64>; // FIFO storage buffer// orientation/motion varsQuaternion q; // quaternion containerVectorFloat gravity; // gravity vectorfloat ypr<3>; // yaw/pitch/roll container and gravity vector//PID#if MANUAL_TUNING double kp , ki, kd; double prevKp, prevKi, prevKd;#endifdouble originalSetpoint = 178.70;// 181.13double setpoint = originalSetpoint;double movingAngleOffset = 0.15;// 0.3- OK, 0.15 – OKdouble input, output;int moveState=0; //0 = balance; 1 = back; 2 = forth#if MANUAL_TUNING PID pid(&input, &output, &setpoint, 0, 0, 0, DIRECT);#else PID pid(&input, &output, &setpoint, 10.50, 67.44, 0.88, DIRECT);// time 5ms & 10ms, sometimes Kp(17.35, 16.86) Ki(302.05, 301.05) Kd(1.21)#endif//MOTOR CONTROLLERint ENA = 3;int IN1 = 4;int IN2 = 8;int IN3 = 5;int IN4 = 7;int ENB = 6;LMotorController motorController(ENA, IN1, IN2, ENB, IN3, IN4, 1, 1);//timerslong time1Hz = 0;long time5Hz = 0;volatile bool mpuInterrupt = false; // indicates whether MPU interrupt pin has gone highvoid dmpDataReady(){ mpuInterrupt = true;}void setup(){ // join I2C bus (I2Cdev library doesn”t do this automatically) #if I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_hoimegame.com_WIRE Wire.begin(); TWBR = 24; // 400kHz I2C clock (200kHz if CPU is 8MHz) #elif I2CDEV_IMPLEMENTATION == I2CDEV_BUILTIN_FASTWIRE Fastwire::setup(400, true); #endif // initialize serial communication // (115200 chosen because it is required for Teapot Demo output, but it”s // really up to you depending on your project) Serial.begin(115200); while (!Serial); // wait for Leonardo enumeration, others continue immediately // initialize device Serial.println(F(“Initializing I2C devices…”)); mpu.initialize(); // verify connection Serial.println(F(“Testing device connections…”)); Serial.println(mpu.testConnection() ? F(“MPU6050 connection successful”) : F(“MPU6050 connection failed”)); // load and configure the DMP Serial.println(F(“Initializing DMP…”)); devStatus = mpu.dmpInitialize(); // supply your own gyro offsets here, scaled for min sensitivity mpu.setXGyroOffset(39); mpu.setYGyroOffset(14); mpu.setZGyroOffset(6); mpu.setZAccelOffset(1788); // 1688 factory default for my test chip // make sure it worked (returns 0 if so) if (devStatus == 0) { // turn on the DMP, now that it”s ready Serial.println(F(“Enabling DMP…”)); mpu.setDMPEnabled(true); // enable hoimegame.com interrupt detection Serial.println(F(“Enabling interrupt detection (hoimegame.com external interrupt 0)…”)); attachInterrupt(0, dmpDataReady, RISING); mpuIntStatus = mpu.getIntStatus(); // set our DMP Ready flag so the main loop() function knows it”s okay to use it Serial.println(F(“DMP ready! Waiting for first interrupt…”)); dmpReady = true; // get expected DMP packet size for later comparison packetSize = mpu.dmpGetFIFOPacketSize(); //setup PID pid.SetMode(AUTOMATIC); pid.SetSampleTime(5);// 10 – OK, 5 – GOOD, 1- CHANGE PID pid.SetOutputLimits(-255, 255);// 80 – OK Strong enough } else { // ERROR! // 1 = initial memory load failed // 2 = DMP configuration updates failed // (if it”s going to break, usually the code will be 1) Serial.print(F(“DMP Initialization failed (code “)); Serial.print(devStatus); Serial.println(F(“)”)); }}void loop(){ // if programming failed, don”t try to do anything if (!dmpReady) return; // wait for MPU interrupt or extra packet(s) available while (!mpuInterrupt && fifoCount = 1000) { loopAt1Hz(); time1Hz = currentMillis; } if (currentMillis – time5Hz >= 5000) { loopAt5Hz(); time5Hz = currentMillis; } } // reset interrupt flag and get INT_STATUS byte mpuInterrupt = false; mpuIntStatus = mpu.getIntStatus(); // get current FIFO count fifoCount = mpu.getFIFOCount(); // check for overflow (this should never happen unless our code is too inefficient) if ((mpuIntStatus & 0x10) || fifoCount == 1024) { // reset so we can continue cleanly mpu.resetFIFO(); Serial.println(F(“FIFO overflow!”)); // otherwise, check for DMP data ready interrupt (this should happen frequently) } else if (mpuIntStatus & 0x02) { // wait for correct available data length, should be a VERY short wait while (fifoCount 1 packet available // (this lets us immediately read more without waiting for an interrupt) fifoCount -= packetSize; mpu.dmpGetQuaternion(&q, fifoBuffer); mpu.dmpGetGravity(&gravity, &q); mpu.dmpGetYawPitchRoll(ypr, &q, &gravity); #if LOG_INPUT Serial.print(“ypr “); Serial.print(ypr<0> * 180/M_PI); Serial.print(” “); Serial.print(ypr<1> * 180/M_PI); Serial.print(” “); Serial.println(ypr<2> * 180/M_PI); #endif input = ypr<1> * 180/M_PI + 180; }}void loopAt1Hz(){#if MANUAL_TUNING setPIDTuningValues();#endif}void loopAt5Hz(){ #if MOVE_BACK_FORTH moveBackForth(); #endif}//move back and forthvoid moveBackForth(){ moveState++; if (moveState > 2) moveState = 0; if (moveState == 0) setpoint = originalSetpoint; else if (moveState == 1) setpoint = originalSetpoint – movingAngleOffset; else setpoint = originalSetpoint + movingAngleOffset;}//PID Tuning (3 potentiometers)#if MANUAL_TUNINGvoid setPIDTuningValues(){ readPIDTuningValues(); if (kp != prevKp || ki != prevKi || kd != prevKd) {#if LOG_PID_CONSTANTS Serial.print(kp);Serial.print(“, “);Serial.print(ki);Serial.print(“, “);Serial.println(kd);#endif pid.SetTunings(kp, ki, kd); prevKp = kp; prevKi = ki; prevKd = kd; }}void readPIDTuningValues(){ int potKp = analogRead(A0); int potKi = analogRead(A1); int potKd = analogRead(A2); kp = map(potKp, 0, 1023, 0, 25000) / 100.0; //0 – 250 ki = map(potKi, 0, 1023, 0, 100000) / 100.0; //0 – 1000 kd = map(potKd, 0, 1023, 0, 500) / 100.0; //0 – 5}#endif

5.2. Các thư viện cho dự án

Các bạn phải inlcude các thư viện sau vào chương trình chính:

V. LỜI KẾT

Việc tinh chỉnh các thông số PID qua các biến trở sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về điều khiển vòng kín có hồi tiếp vốn dĩ là rất phức tạp và các mô phỏng vật thể qua MPU-6050 cho ta cảm nhận thực về các chuyển động trong không gian. Các chia sẻ ở trên trong phạm vi hiểu biết của tôi, chắc chắn sẽ có nhiều sai sót, mong được góp ý để có thể làm tốt hơn.Robot hai bánh tự cân bằng hoạt động khá tốt ngay cả ở mặt đường gồ ghề, nghiêng, trên thảm, trên nệm và mang thêm các vật nhẹ trên nó. Nó cũng có thể lấy lại cân bằng khi bị xoay trái – phải hay đẩy tới – lui.Dự án robot hai bánh tự cân bằng là một trải nghiệm thú vị vì lần đầu tiên con trai tôi thích món đồ chơi do tôi làm ra và bắt đầu có các câu hỏi về hoimegame.com (cu cậu mới học lớp 5 à). Nó cũng giúp tôi giảm bớt căng thẳng và dường như tìm lại được sự cân bằng cho chính mình.

Xem thêm: Phân Loại Các Loại Khuôn Làm Bánh (Baking Sheets And Pans), Phân Loại Các Loại Khuôn Làm Bánh Cơ Bản

*

MERRY CHRISTMAS 2017 – CHÚC CỘNG ĐỒNG hoimegame.com VIỆT NAM NGÀY CÀNG PHÁT TRIỂN.

See more articles in category: Làm Bánh

Sale off:

Best post:

Categories