تصميم روبوت ذاتي التوازن باستخدام الاردوينو اكتب تعليقُا

تم نشر هذا المشروع لجميع الأشخاص المهتمين في مجال تصنيع وابتكار المشاريع الإلكترونية والبرمجية، و نود التنويه أن موقع انا الكتروني يخلي مسؤوليته التامة في حال لم يعمل المشروع لدى العميل أو في حال الاستخدام الخاطئ للمكونات الإلكترونية والكهربائية التي قد تؤدي لحدوث الحرائق أو غيرها لا سمح الله.

مقدمـــــة عن المشروع

بعد أن استلهمت من محركات RYNO وغيرها من الدراجات البخارية ذات التوازن الذاتي ، أردت دائمًا بناء شيء مشابه . أفكر لفترة من الوقت ، قررت بناء روبوت التوازن الذاتي باستخدام اردوينو . وبهذه الطريقة ، سأكون قادرًا على فهم المفهوم الكامن وراء كل هذه الدراجات البخارية وأيضًا معرفة كيفية عمل خوارزمية PID .

في هذا المشروع  سأوثق تجربتي في بناء روبوت التوازن الذاتي . قد تكون مبتدئًا مطلقًا بدأ للتو أو ربما وصل إلى هنا بعد خيبة أمل طويلة لعدم تشغيل روبوتك . هذا المكان يهدف إلى أن يكون وجهتك النهائية . اذا هيا بنا نبدأ ……

متطلبات المشروع

  • Arduino UNO
  • Geared DC motors (Yellow coloured) – 2Nos
  • L298N Motor Driver Module
  • MPU6050
  • A pair of wheels
  • 7.4V Li-ion Battery
  • Connecting wires

طريقة العمل والتوصيل

يتم التوصيل وفقا للمخطط أدناه .

Circuit-Diagram-for-DIY-Self-Balancing-Robot-using-Arduino

بمجرد أن تكون كل التوصيلات جاهزًا  ، يمكنك تحميل الكود على لوحة الاردوينو  الخاصة بك . قم بتشغيل  وافتح الشاشة التسلسلية ، إذا كان بإمكان الاردوينو  التواصل مع MPU6050 بنجاح وإذا كان كل شيء يعمل كما هو متوقع ، فسترى  الشاشة التالية .

Communication-Between-Arduino-and-MPU6050

هنا نرى قيم المدخلات والمخرجات لخوارزمية PID في تنسيق الإدخال => الإخراج. إذا كان الروبوت متوازنًا تمامًا ، فستكون قيمة الإخراج هي 0. وتكون قيمة الإدخال هي القيمة الحالية من جهاز استشعار MPU6050 . تمثل الحرف “F” أن الروبوت يسير للأمام و “R” يمثل السير في الاتجاه المعاكس .

خلال المراحل الأولية لمعرف PID ، أوصي بترك كابل الاردوينو الخاص بك متصلاً بالروبوت بحيث يمكنك مراقبة قيم المدخلات والمخرجات بسهولة كما سيكون من السهل تصحيح وتحميل برنامجك لقيم Kp و Ki و Kd .

تنبيه : في حال لم تكن متأكد من قدرتك على تنفيذ خطوات المشروع يرجى استشارة شخص متخصص في هذا المجال.

الكـــــــــــود البرمجي

لتحميل الكود البرمجي اضغط هنا
#include "I2Cdev.h"
#include <PID_v1.h> 
#include "MPU6050_6Axis_MotionApps20.h" 
MPU6050 mpu;

// MPU control/status vars
bool dmpReady = false;  // set true if DMP init was successful
uint8_t mpuIntStatus;   // holds actual interrupt status byte from MPU
uint8_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 FIFO
uint8_t fifoBuffer[64]; // FIFO storage buffer

// orientation/motion vars
Quaternion q;           // [w, x, y, z]         quaternion container
VectorFloat gravity;    // [x, y, z]            gravity vector
float ypr[3];           // [yaw, pitch, roll]   yaw/pitch/roll container and gravity vector

 

/*********Tune these 4 values for your BOT*********/
double setpoint= 176; //set the value when the bot is perpendicular to ground using serial monitor. 
//Read the project documentation on circuitdigest.com to learn how to set these values
double Kp = 21; //Set this first
double Kd = 0.8; //Set this secound
double Ki = 140; //Finally set this 
/******End of values setting*********/

double input, output;
PID pid(&input, &output, &setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT);

 

volatile bool mpuInterrupt = false;     // indicates whether MPU interrupt pin has gone high
void dmpDataReady()
{
    mpuInterrupt = true;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  // 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
    devStatus = mpu.dmpInitialize();

    
    // supply your own gyro offsets here, scaled for min sensitivity
    mpu.setXGyroOffset(220);
    mpu.setYGyroOffset(76);
    mpu.setZGyroOffset(-85);
    mpu.setZAccelOffset(1688); 

      // 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 Arduino interrupt detection
        Serial.println(F("Enabling interrupt detection (Arduino 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(10);
        pid.SetOutputLimits(-255, 255);  
    }
    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(")"));
    }

//Initialise the Motor outpu pins
    pinMode (6, OUTPUT);
    pinMode (9, OUTPUT);
    pinMode (10, OUTPUT);
    pinMode (11, OUTPUT);

//By default turn off both the motors
    analogWrite(6,LOW);
    analogWrite(9,LOW);
    analogWrite(10,LOW);
    analogWrite(11,LOW);
}

 

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 < packetSize)
    {
        //no mpu data - performing PID calculations and output to motors     
        pid.Compute();   
        
        //Print the value of Input and Output on serial monitor to check how it is working.
        Serial.print(input); Serial.print(" =>"); Serial.println(output);
               
        if (input>150 && input<200){//If the Bot is falling 
          
        if (output>0) //Falling towards front 
        Forward(); //Rotate the wheels forward 
        else if (output<0) //Falling towards back
        Reverse(); //Rotate the wheels backward 
        }
        else //If Bot not falling
        Stop(); //Hold the wheels still
        
    }

    // 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 < packetSize) fifoCount = mpu.getFIFOCount();

        // read a packet from FIFO
        mpu.getFIFOBytes(fifoBuffer, packetSize);
        
        // track FIFO count here in case there is > 1 packet available
        // (this lets us immediately read more without waiting for an interrupt)
        fifoCount -= packetSize;

        mpu.dmpGetQuaternion(&q, fifoBuffer); //get value for q
        mpu.dmpGetGravity(&gravity, &q); //get value for gravity
        mpu.dmpGetYawPitchRoll(ypr, &q, &gravity); //get value for ypr

        input = ypr[1] * 180/M_PI + 180;

   }
}

void Forward() //Code to rotate the wheel forward 
{
    analogWrite(6,output);
    analogWrite(9,0);
    analogWrite(10,output);
    analogWrite(11,0);
    Serial.print("F"); //Debugging information 
}

void Reverse() //Code to rotate the wheel Backward  
{
    analogWrite(6,0);
    analogWrite(9,output*-1);
    analogWrite(10,0);
    analogWrite(11,output*-1); 
    Serial.print("R");
}

void Stop() //Code to stop both the wheels
{
    analogWrite(6,0);
    analogWrite(9,0);
    analogWrite(10,0);
    analogWrite(11,0); 
    Serial.print("S");
}

اترك تعليقاً



لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *