自平衡机器人DIY(一)

2023-05-16

看到一篇DIY自平衡机器人的文章,感觉特别有意思! 正好趁着寒假的工夫,也来做一做。

参考过程:自平衡机器人-【蛋黄物语】


【原理】

原理 就是应用负反馈控制,由测量到的角度和自身平衡时的自然角度的差作为误差,通过一个叫做PID的控制 算法来控制电机转速和转向,偏离目标角度时,往前倒就向前跑一点,往后倒就向后跑一点,只要这个过 程做的足够快,参数合适,小车就能稳稳地站起来啦。也就是说我们通过MPU6050检测小车的角度作为PID 函数的输入,设定一个平衡角度作为PID函数的目标值,然后把PID函数的输出作为PWM值驱动电机。


【材料准备】我根据参考教程自己从淘宝上淘来的,总价约190元。


1、两个减速电机,最好带码盘,用于驱动车轮。

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2、.L298N电机驱动模块 

Arduino通过它来驱动电机,买这种带光耦隔离的模块很方便,体积也很小巧。

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3、Arduino nano
nano在Arduino系列中属于体积小巧,接口也很全的。而且和mini相比可以直接下载程序,很方便。
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4、MPU6050六轴陀螺仪加速度计模块 
这是让小车站立起来的核心元件,我们通过它来测量小车的自身倾角,通过I2C总线与Arduino连接。一般的陀螺仪和加速度计需要进行滤波角度合成,使用起来会麻烦一些,而6050则内部集成 了DMP模块帮助直接输出合成角度,Arduino开源的优势使得我们可以利用现成的DMP库方便地驱动这块芯片。
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5、蓝牙串口模块
 手机通过蓝牙连接模块之后,就能直接对机器人进行串口通信了,配合手机上的上位机,就可以 随心控制机器人的行动啦。蓝牙模块分为从机模块和主机模块或者主从一体机模块,区别在于从 机模块只能被搜索配对,而主机则可以主动搜索,在本项目中我们用手机连接,买从模块就行。
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6、电池
兼顾重量和性能,我选择了2S、7.4V、1100mah、20C航模电池,选择12V的也可以,而且动力会更强,不过体积会大一些。
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这家店有配套的充电器卖,我实验室有,所以就没有买
7、底盘
因为懒得自己再做底盘和打孔什么的,就顺手买2个
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8、其他
杜邦线、各种螺丝刀、电烙铁等等常用电工器材

【连线】

1、连接Arduino和MPU6050

首先是连接好arduino和陀螺仪:
MPU6050的vcc和gnd接Arduino的5v电源和地GND,SDA接Arduino的A4脚,SCL接Arduino 的A5脚,INT接Arduino的D2。


2、L298N连接两个电机和Arduino

L298N模块的四个输入口(OUT1~OUT4)分别接Arduino的D6,D7,D8,D9,用来控制两个电机的正反转

L298N的两个PWM口 ( EnA,EnB,注意要拔掉跳帽 ) 分别接Arduino的 D10,D11口,用于调节两个电机的转速。


3、蓝牙模块

连接蓝牙模块和Arduino的TX,RX ,注意是TX接RX,RX接TX。

由于控制需要115200的波特率,而蓝牙模块默认的波特率是9600,所以需要usb转ttl线把蓝牙模块连接到电脑上,用AT指令设置一下波特率。

(然而usb转ttl不小心被我给烧了,大过年的又买不到=。=)




不得不吐槽。。。线实在是太多了,拼完之后的样子:


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