Robot FREEbot na zestawie FREEDOM-KL25Z

„FREEbot” to konstrukcja należąca do popularnej w robotyce amatorskiej kategorii Linefollower. Jego zadaniem jest podążanie po trasie wyznaczonej przez linię narysowaną na kontrastującym tle, w sposób całkowicie autonomiczny i jak najbardziej dokładny. Chociaż daleko mu do medalistów większych polskich zawodów robotycznych, to znakomicie nadaje się jako prototyp do testowania wszelkiego rodzaju algorytmów i rozwiązań konstrukcyjnych.

 

Wygląd gotowego robota "Freebot"Wygląd gotowego robota "Freebot"
Wygląd gotowego robota „Freebot”

 


Film prezentujący działanie robota

 

„Sercem” robota jest tani zestaw Freescale Freedom KL25Z – płytka o standardowych wyprowadzeniach Arduino, z mikrokontrolerem zbudowanym na rdzeniu Cortex M0+ oraz zintegrowanym interfejsem debuggera. Znakomicie współpracuje on z darmowym środowiskiem CodeWarrior, w którym można skorzystać z dobrodziejstw takich narzędzi, jak Processor Expert. W prosty sposób można także użyć w projekcie darmowego systemu operacyjnego – MQX Lite, na którym bazuje oprogramowanie robota.

 

"Sercem" robota jest FRDM-KL25Z
„Sercem” robota jest FRDM-KL25Z

 

Dzięki standardowi złącz oraz zgodności napięć zasilających, z płytką KL25Z doskonale współpracują tzw. shieldy dla Arduino – w tym przypadku jest to sterownik silników, Arduino Motor Shield Rev3. Konstrukcja „kanapkowa” jest bardzo wygodna i umożliwia łatwą podmianę wybranych podzespołów w zależności od zapotrzebowania. Szybki demontaż ma dodatkowe plusy w postaci prostszego nanoszenia poprawek w połączeniach.

 

Freedom KL25Z jest w pełni kompatybilny z większością płytek zaprojektowanych dla ArduinoFreedom KL25Z jest w pełni kompatybilny z większością płytek zaprojektowanych dla Arduino
Freedom KL25Z jest w pełni kompatybilny z większością płytek zaprojektowanych dla Arduino

 

W celu uproszczenia konstrukcji, zastosowano gotowy zestaw podwozia firmy DFRobot: MiniQ 2WD. Zawiera on komplet podstawowych części – silniki, koła napędzające, chassis, „kulkę” podporową oraz niezbędne śrubki i nakrętki. Wszystkie podzespoły zostały zamocowane na zwykłych, stalowych tulejkach dystansowych M3 o długości 15 mm (sterownik) oraz 10 mm (czujniki). Konieczne okazało się wywiercenie paru otworów w chassis, aby dobrze wyśrodkować listwę czujników.

 

Podzespoły zostały zamocowane na metalowych tulejkach dystansowych M3Podzespoły zostały zamocowane na metalowych tulejkach dystansowych M3
Podzespoły zostały zamocowane na metalowych tulejkach dystansowych M3

 

Za czujnik linii służy FREEbotowi płytka Pololu QTR-8A, zawierająca 8 miniaturowych transoptorów odbiciowych KTIR0711S ułożonych w jednym rzędzie. Transoptory te działają na zasadzie pomiaru ilości światła odbitego od podłoża – kolor czarny pochłania więcej fotonów, więc do fototranzystora trafia mniej światła, przez co napięcie sygnału wyjściowego jest niższe. Dla podłoża jasnego efekt jest odwrotny. FREEbot korzysta tylko z 6 czujników, ponieważ praca najdalej wysuniętych na boki transoptorów może być w łatwy sposób zakłócona przez światło z otoczenia. Umiejscowienie czujników dalej od brzegu robota sprawi natomiast, że zmniejszy się płynność ruchów podczas jazdy po linii prostej.

 

Listwa czujników linii - QTR-8A
Listwa czujników linii – QTR-8A

 

Robot zasilany jest z pakietu litowo-polimerowego 2S, 7,4 V. Pakiety takie charakteryzują się małymi wymiarami, niską wagą i dużą wydajnością prądową, przez co są wyjątkowo często spotykane w polskich robotach amatorskich. Silniki zasilane są bezpośrednio z pakietu, natomiast płytki sterowników korzystają z gotowej przetwornicy step-down – Pololu Step-Down Voltage Regulator D24V3ALV. Przetwornica ta posiada możliwość regulacji napięcia wyjściowego w zakresie 2,5…7,5 V przy maksymalnym obciążeniu 300 mA. W FREEbot napięcie zostało ustawione dokładnie na 5 V. Aby włączyć układ w obwód zasilania, należy nieco zmodyfikować złącze – ja zastosowałem dwa rzędy goldpin typu F, przylutowane w sposób widoczny na zdjęciu.

 

Akumulator litowo-polimerowy (LiPo) oraz przetwornicaAkumulator litowo-polimerowy (LiPo) oraz przetwornica
Akumulator litowo-polimerowy (LiPo) oraz przetwornica

 

FREEbot jest bardzo dobrą konstrukcją do „wejścia w świat? robotów mobilnych kategorii Linefollower oraz źródłem mobilizacji do zapoznania się ze stosunkowo nową rodziną mikrokontrolerów firmy Freescale. Wartym odnotowania jest również fakt, że sterownik o znacznie większych możliwościach od platformy Arduino, jest od niej zdecydowanie tańszy.

Do pobrania

O autorze