描述

項(xiàng)目目標(biāo)

這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是能夠設(shè)計(jì)和建造一個(gè)“Roomba”類型的功能機(jī)器人。將來，當(dāng)然，隨著時(shí)間的推移，我們將實(shí)現(xiàn)距離傳感器，以僅在檢測(cè)到物體在 6 英寸以內(nèi)時(shí)觸發(fā)此中斷以更改狀態(tài)。這個(gè)新的狀態(tài)變化將被觸發(fā)，以便由 Quade 執(zhí)行轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)以避免碰撞。

未來發(fā)展

Quade 正在開發(fā)一種“爬行步態(tài)”，但尚未完成。這種步態(tài)是通過抬起一條腿并向前旋轉(zhuǎn)而另一條腿緩慢地向后旋轉(zhuǎn)來操作的，每條腿都會(huì)重復(fù)這種步態(tài)。代碼已開發(fā)但未完全實(shí)現(xiàn)。這是由于在確定所需角度方面存在不可預(yù)見的困難

創(chuàng)建了遠(yuǎn)程供電的 Quade 的設(shè)計(jì)，但也沒有實(shí)施。這涉及使用 7.4V LIPO 電池和分壓器，以便將電壓降低到 MSP432 所需的必要 5V。然后，MSP 將能夠?yàn)?PCA 板和伺服系統(tǒng)供電。由于缺少將分壓器電路連接到 MSP USB 插座所需的適配器，因此從未實(shí)施此添加。

功能框圖

軟件圖

頂級(jí)軟件圖：

LED軟件圖：

PCA 到 Servos 軟件圖：

IMU軟件圖：

引腳圖

接線圖

項(xiàng)目要求

操作要求：

• Quade 應(yīng)識(shí)別自身 6 英寸內(nèi)的障礙物
• Quade 將自動(dòng)前進(jìn)
• 當(dāng)檢測(cè)到障礙物時(shí)，Quade 應(yīng)將自身重新定位到右側(cè)
• Quade 應(yīng)在向前移動(dòng)或重新定位之前評(píng)估障礙物的新位置
• Quade 將在前進(jìn)時(shí)閃爍綠色 LED
• Quade 應(yīng)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)閃爍紅色 LED

物理要求：

• 每個(gè)伺服應(yīng)提供高達(dá) 1200 g-cm 的扭矩
• Quade 應(yīng)穩(wěn)定，即在空閑或移動(dòng)時(shí)重心應(yīng)位于足跡內(nèi)

電源要求：

• Quade 應(yīng)使用板載電池供電
• MSP432R 應(yīng)提供 5V
• 每個(gè)伺服應(yīng)提供 5V
• 每個(gè)伺服應(yīng)提供最大電流 494.32 mA
• 7.4 V 電源應(yīng)轉(zhuǎn)換為 5V
• 超聲波傳感器應(yīng)提供 5V
• 超聲波傳感器應(yīng)提供 15 mA
• IMU 應(yīng)提供 3.3V
• IMU 應(yīng)提供 0.55 mA
• PCA 板應(yīng)提供 3.3V

傳感器要求：

• 超聲波傳感器應(yīng)接收到 ECHO 引腳的 10mu 波以觸發(fā)傳感器
• 超聲波傳感器應(yīng)返回一個(gè)范圍成比例的波
• MSP432R 應(yīng)轉(zhuǎn)換從超聲波傳感器接收到的時(shí)間和返回距離
• MSP432 應(yīng)通過 I2C 與 IMU 通信
• MSP432 和 IMU 的 SCL 頻率應(yīng)在 0 到 100 kHz 之間

測(cè)試和調(diào)試

2個(gè)伺服電機(jī)控制的單元測(cè)試

磁力計(jì)輸出驗(yàn)證測(cè)試：

為了確保伺服運(yùn)動(dòng)，需要對(duì)每個(gè)組件進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，以確保正確的結(jié)果。在上圖中，通過調(diào)試器顯示磁力計(jì)已成功連接并正在與 MSP401R 板通信。

與磁力計(jì)的 I2C 通信：

雖然確認(rèn)磁力計(jì)通過 I2C 與 MSP 通信，但當(dāng) SDA 和 SCL 總線連接到 AD2 時(shí)，無法讀取邏輯。Waveforms 軟件不會(huì)清除起始位、數(shù)據(jù)位和確認(rèn)位，而是讀取錯(cuò)誤。這是出乎意料的，調(diào)試嘗試沒有產(chǎn)生任何結(jié)果。這將需要進(jìn)一步調(diào)查。

按下按鈕 S1 時(shí)觸發(fā)調(diào)試器中斷：

必要測(cè)試的下一部分是驗(yàn)證按鈕觸發(fā)的中斷是否正常工作。在上圖中，您可以看到按鈕被按下，并且在調(diào)試器中，觸發(fā)了中斷并執(zhí)行了伺服代碼。

伺服單元測(cè)試的完整電路：

上圖為 2 伺服單元測(cè)試的完整電路。總共有5個(gè)組件。IMU 通過引腳 1.6 和 1.7 連接到 MSP。PCA 也連接到這些相同的引腳，并具有與 MSP 板的電源和接地連接。最后，有兩個(gè)舵機(jī)（從 8 個(gè)簡(jiǎn)化為測(cè)試用）連接到 PCA 板。額外的電源連接來自連接到 PCA 板的 10A 5V 電源，以提供移動(dòng)伺服系統(tǒng)所需的額外電壓。

貿(mào)易研究

運(yùn)動(dòng)控制貿(mào)易研究傳感器

這是為確定創(chuàng)建 Quade 運(yùn)動(dòng)的最佳/最可行方法而進(jìn)行的第一次貿(mào)易研究。我們研究了三個(gè)選項(xiàng)：紅外線、超聲波和激光距離傳感器。我們用來對(duì)這三種方法進(jìn)行排名的標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)施的時(shí)間/難度、成本和功能。這是按照從 1 到 5 的等級(jí)進(jìn)行的，其中 1 是最差的，5 是最好的。

紅外距離傳感器：10

實(shí)施時(shí)間/難度：3

我們以前從未使用過紅外傳感器，因此我們需要了解它的工作原理，但它與 MSP432 兼容。

費(fèi)用：3

adafruit 的紅外距離傳感器的成本為 14.95 美元。

功能：4

它是一種短程距離傳感器，使用紅外光來確定物體的距離。它可以在一天中的任何時(shí)間使用，并且可以檢測(cè)具有更復(fù)雜表面的物體。

超聲波距離傳感器：13

實(shí)施時(shí)間/難度：4

我們已經(jīng)使用超聲波距離傳感器進(jìn)行了一個(gè)項(xiàng)目，因此我們熟悉它的工作原理，這意味著它應(yīng)該更容易實(shí)現(xiàn)。

費(fèi)用：5

這確實(shí)來自我們的課程套件，因此團(tuán)體成員無需額外費(fèi)用，盡管 Sparkfun 的費(fèi)用為 3.95 美元。

功能：4

它是一種短程距離傳感器，使用聲波來確定其附近物體的距離。因?yàn)樗褂寐暡?，Quade 可以在幾乎任何環(huán)境中的任何時(shí)間使用。它確實(shí)無法檢測(cè)具有極端表面的物體，但我們不希望遇到這樣的物體。此外，我們項(xiàng)目的應(yīng)用不需要遠(yuǎn)程目標(biāo)檢測(cè)。

激光距離傳感器：9

實(shí)施時(shí)間/難度：2

我們以前從未使用過 LiDAR 傳感器，因此我們需要學(xué)習(xí)如何使用它，但它與 MSP432 兼容。

費(fèi)用：2

我們能找到的最低 LiDAR 傳感器成本是 Seeed Studio 的 39.95 美元。

功能：5

它是一種遠(yuǎn)程距離傳感器，使用激光來確定物體的距離。它非常準(zhǔn)確，可以高頻檢查物體，因此可以檢測(cè)快速移動(dòng)的物體。激光雷達(dá)可以晝夜使用，由于波長(zhǎng)較短，可以探測(cè)到更小的物體。

在這些條件下，我們確定最適合我們的 Quade 運(yùn)動(dòng)實(shí)施的是使用超聲波距離傳感器。