Beleg

sledovač čáry/linefollower

Úvodní slovo

Beleg je sledovač čáry, který vznikl na začátku druhého ročníku na VŠB pro účely soutěží. Nebyly na něj kladeny žádné velké nároky či požadavky.
Jeho jméno vzniklo podle knížky od J.R.R.Tolkiena - Nedokončené příběhy. Konkrétně v příběhu Hůrinovy děti (teda myslím, je to už dávno) vystupoval elf se jménem Beleg a byl to stopař. Takže už jasné? :-)

Charakteristika

Čárobot spíš menších rozměrů.

Podvozek
Původně jsem použil prvotní podvozek ze Steva - obyčejné motory za 50 Kč zpřevodované v poměru cca 12:34. Kola vysoustružena z hliníku a na nich gumy pro auta Mini-Z.
V další části vývoje jsem robota osadil druhým podvozkem ze Steva (jelikož byl zrovna nefunkční a rozebraný). To znamená Faulhabery zpřevodované v poměru cca 1:10, větší kola, dobrá přilnavost a především prvotřídní dynamické vlastnosti. Je to něco nesrovnatelně lepšího, však můžete vidět na videích. Abych popsal své dojmy, při nevypaděném PD regulátoru robot drží střed čáry na rovném úseku i v zatáčce téměř jako přibitý. Vlastnosti v zatáčkách by šly ještě zlepšit posunutím senzoru čáry více dopředu.
jako přední "opěrný bod" jsem použil kolečko z wolkmenu, které se může normálně točit a navíc otáčet kolem svislé osy. Takže maximální snížení tření - převod ze smykového na valivé.

Mikročip
Belegovým mozkem (a dalo by se říct i srdcem) je Atmega16. Kvůli nedostatku místa je použit interní oscilátor a kvůli problémům s komunikací přes bluetooth při frekvenci 8 MHz jsem použil 4 MHz.

Senzor čáry
Celý senzor se skládá ze sedmi senzorů QRD1114. Jsou uspořádány lehce do kruhu, aby byla závislost údajů při výskytu čáry v libovolném místě pokud možno lineární. IR ledky jsou všechny pospojované paralelně s vlastním odporem pro omezení proudu (přesněji nastavení pracovního bodu) a spínané z čipu přes jeden tranzistor. Tudíž je možné číst údaj bez rozsvícených IR led a používat ho ke korekci okolního světla.
Každé čidlo je kryto smršťovací bužírkou. Běžně při kalibraci - celý senzor nad černou, sejmu hodnoty, senzor nad bílou, sejmu hodnoty - a poté pomocí nich přepočítávám údaje při jízdě na rozsah 0-100 nebo větší z každého jednotlivého senzoru. Ukázalo se však, že při tomto postupu pak při jízdě, kdy je čára jen pod jedním a kouskem jiných čidel, dochází ke zkreslení údajů, přesněji černá je udávána jako hodnota kolem 70 ze 100, ale má být 0. Bužírka tento problém vyřešila. Možnou úpravou je udělat kalibraci jinak, takovým přejížděním čáry pod senzorem zleva doprava a čtením minimální a maximální hodnoty. Pak by mohla kalibrace probíhat i automaticky. (Bez automatizace je tento systém úspěšně využíván na autíčku pro Freescale Cup)

Další části
Beleg má vyvedené konektory na připojení programátoru a bluetooth modulu, přes který probíhá ladění. Dále jsou na plošném spoji tři signalizační diody, dvě tlačítka a reset tlačítko. Vyvedený je také konektor pro připojení senzoru překážky, který bude údaj vracet analogově.
H - můstek je řešen pomocí mosfetů IRF7343 (P a N kanál v jednom pouzdře) a k nim připojeným driverům mosfetů MAX4427.
Robot je napájen ze dvou sériově spojených li-pol článků s kapacitou 500 až 600 mAh.

Program
Obsahuje kalibraci senzoru, ukládání a čtení z EEPROM, komunikaci přes UART, ovládání motorů přes PWM, čtení ze senzoru čáry přes AD převodník a přepočet hodnot na daný interval a následný výpočet pozice čáry dle Ondry Staňka - najdu nejnižší hodnotu, údaje zleva odečtu, údaje zprava přičtu, hotovo. Výsledek je použit v PD regulátoru pro úpravu otáček pomalejšího kola.

Obrázky

Beleg s Faulhabery



Videa

Klikatá cesta
První pokusy s podvozkem s Faulhabery. Regulátor jsem skoro neladil, rychlost byla snížena.



Rovná dráha
Testování na mé rovné dráze se zatáčkami. Nejvíce jsem se bál, ať Beleg nevyjede z desky, protože když jede po rovném úseku, je konec desky proklatě blízko jeho kolu. Ale držel tak perfektně, že nevyjížděl. Akorát další ladění bylo celkem nemožné, jelikož kdyby začal kmitat na čáře, nestihnu poladit regulátor, než právě vypadne na okraji desky. Nicméně v této podobě dosahuje rychlosti okolo 1 m/s a to je plnění PWM méně než 50 % !!! A opravdu mi přijde že na dráze drží perfektně.