ساخت ربا ت کاوشگر مین
طرح ربات
طرح پیشنهادی شامل سه طبقه است:
طبقه اول شامل سنسورهای فلزیاب و برد های آن و موتور و سنسور های انکودر می باشد.
طبقه دوم شامل برد اصلی، سنسورهای آلتراسونیک(فاصله سنج)، LCDها، برد دکمه وLED ها می باشد.
طبقه سوم شامل پروگرمر و پایه سنسورقطب نما می باشد.
2
3
طراحی مکانیک ربات
این قسمت با استفاده ازنرم افزار اتوکد یا Solid work طراحی می شود که شامل بدنه جهت قرار گیری اجزای ربات و موتور وچرخ می باشد که برای استفاده در سطوح ناهموار طراحی می شود.
لازم است LCD دربیشترین فاصله ممکن نسبت به سنسور مین یاب قرار گیرد تا این قطعه روی ناحیه فلزیابی سنسور تاثیر نگذارد.
درطراحی مکان سنسور التراسونیک سعی می شود که دو سنسور مجاور حداکثر فاصله را نسبت به هم داشته باشند تا احتمال هرگونه سنس طرفین ازبین برود.
4
طراحی مکانیک ربات
سنسورهای جلو کمی بالاتر از سنسورهای طرفین طراحی شود تا احتمال سنس کردن قسمت جلویی ربات نیز ازبین برود.
سنسورهای آلتراسونیک(فاصله سنج) طوری قرار گیرند که سنسور فلزیاب را به عنوان مانع سنس ننمایند.
5
طراحی مکانیک ربات
سنسور قطب نما با فاصله مناسب از موتور قرار می گیرد و لازم است پایه عمود بر راستای حرکت ربات باشد تا لزرش ربات در موقع ترمز دچار مشکل تشخیص نشود.
استفاده از چرخ هایی از جنس پلاستیک می تواند باعث کاهش میزان اشباع سنسور فلزیاب گردد و باعث افزایش عملکرد ربات مین یاب شود.
در طراحی لازم است محاسبات مربوط به حفظ تعادل(گرانیگاه) و اصطکاک لازم جهت حرکت در سطوح مختلف بررسی و تست شود.
الگوریتم مسیر یابی ربات
دراین ربات سعی می شود ازالگوریتم مسیر یاب بهینه استفاده شود تا امکان بررسی تمام سطح مورد نظر انجام شود و کمترین مسافت وزمان جهت یافتن نقطه هدف ایجاد شود.
استفاده از گراف وزن دار یا الگوریتم های بازگشتی مسیریابی توصیه می شود.
الگوریتم بهینه سازی شده جستجو برای ربات قابل طراحی می باشد و پیشنهادها و توصیه هایی دراین مورد نیز وجود دارد.
6
1- انکودرها
برای بدست آوردن مقدار حرکت ربات روبه جلو ومیزان چرخش ربات از انکودرها که بر روی چرخ ها متصل شده اند استفاده می شود.
2- سنسورآلتراسونیک(فاصله سنج)
خطاهای ناشی از انکودرها یا خطای لغزش ربات باعث می شود ربات درمسافت های طولانی دچارانحراف گردد. برای رفع این مشکل از سنسورهای آلتراسونیک در اطراف ربات استفاده شده
7
اصلاح خطای حرکت ربات وموقعیت ربات
اصلاح خطای حرکت ربات وموقعیت ربات
تا این مشکل را برطرف نماییم و در صورتی که ربات به محدوده فضای مورد نظر می رسد با الگوریتم مناسب ربات را مجدداً به فضای جستجو بازگرداند.
با استفاده از این روش ربات همیشه در مرکز بلوک مورد بررسی قرار می گیرد و میزان انحراف زاویه ای که ربات پیدا کرده است برطرف می شود.
3- سنسور قطب نما
درمواقعی که ربات اصلاحی توسط سنسور آلتراسونیک ندارد لازم
8
است ربات میزان انحراف زاویه ای خود را اصلاح نماید. این سنسور جهت افزایش قابلیت اطمینان در ربات قرار داده می شود.
مین ها به دونوع رو سطحی و زیر سطحی تقسیم می شوند که لازم است ربات مین یاب هردونوع مین را شناسایی نماید.
ربات با تشخیص مانع یا هرمنطقه ممنوعه دیگر با سنسور آلتراسونیک نقشه ثبت شده در ربات را به روز می کند.
تشخیص مین ها به وسیله سنسور فلزیاب زیر ربات انجام می شود به اینصورت که پس از شناسایی محل مین توسط سنسور
9
بررسی بلوک و تشخیص مین ومانع
تشخیص مین زیر سطحی و روی سطحی
فلزیاب، با توجه به ولتاژی که از سنسور 1 و 2 دریافت می شود ربات تشخیص میدهد که مین ازنوع روسطحی است یا ازنوع زیر سطحی است برای این کار با آزمون و سعی وخطا محدوده ولتاژی هریک شناسایی می گردد و می توان انواع مختلف من یاب را براین اساس طبقه بندی و تولید نمود، می توان گفت این حدود وابسته به نوع سنسورمی باشد.
البته لازم است نرم افزارهای ربات به صورت آنلاین با ماژول وایرلس کنترل و به روز رسانی گردد.
10
مدارات الکترونیکی ربات مین یاب
مدارات الکترونیکی ربات شامل سه بخش اصلی زیر می باشد:
1- مدارات پردازنده و فرمان دهنده
2- مدارات مربوط به سنسور ها
3- مدارت مربوط به بخش کنترلی و راهبری ربات
.
تصویر بردهای اصلی ربات
.
اجزای برد های اصلی
1- برد اصلی ربات که شامل میکروکنترلرها، درایور موتورها، بخش های تقسیم ولتاژ وکانکتورهایی برای اتصال سایربخش ها به برد اصلی
2- برد پروگرمر شامل آی سی FT232RL و چند کانکتور
3- برد اعلام مین شامل چند عدد LED و LCD کاراکتری
4- برد تقسیم که شامل تعداد زیادی کانکتور برای اتصال سنسور ها وموتوراست
5- برد دکمه ها شامل تعدادی دکمه برای روشن وخاموش کردن ربات وکالیبره کردن بخش های مختلف آن
14
اجزای برد های اصلی
6- برد LED ها شامل تعدادی LED و Buzzer برای مواقع لزوم
7- برد فلزیاب
سنسورهای به کار رفته شامل این موارد می باشد:
الف – سنسورهای فلزیاب
ب – سنسور فاصله سنج (SER05) به تعداد مورد نظر
ج – سنسورهای انکودر در چرخ ها که به تعداد مورد نیاز
د – سنسور قطب نما (SMPS03)
اجزای برد اصلی
15
16
اجزای برد اصلی
1- ATMEGA128A
2-ATMEGA8
3-فیش آداپتور 12 ولت
4-تهیه ولتاژ 5 ولت
5-IC درایور موتور LC93DD
6- دیود های محافظت از مدار
7و8- ترانزیستورPN2222A(دوکلید الکترونیکی سنسورفلزیاب)
9- ترانزیستورPN2222A(کلید الکترونیکی LED های روی برد اعلام مین)
10- کانکتور مخابراتی اتصال سنسور قطب نما (Compass)
11تا 15 – کانکتورهای IDC اتصال با سایربردهای الکترونیکی
پردازش های مربوط به سنسورهای فاصله سنج توسط ATMEGA8 صورت می گیرد ونتایج به پردازنده اصلی منتقل می شود.
درایور موتورها با دستور پردازنده مرکزی دستورتوقف وحرکت چرخ ها را با واسطه برد تقسیم صادر می کند.
دوپایه USART0 پردازنده مرکزی از طریق IDC شماره 11 به برد پروگرمر می روند و درآنجا به IC مبدل سریال و همچنین ماژول وایرلس متصل می شوند.
17
18
برد پروگرمر
اجزای روی برد پروگرمر
1- FT232RL
2- کانکتور IDC اتصال به برد اصلی
3- کانکتور IDC اتصال به پروگرام ATMEGA8
4- کانکتور IDC اتصال به پروگرام ATMEGA128
5- محل قرار گیری HM-TR
6- محل اتصال کابل USB
7- محل قرارگیری ماژول آماده مبدل سریال(یدکی)
FT232RL آی سی مبدل سریال می باشد که وظیفه ایجاد ارتباط USART0 میکروکنترلرATMEGA128 و USB کامپیوتر را برعهده دارد.
19
HM-TR
برای پروگرام کردن وایرلس میکروکنترلر از ماژول HM-TR استفاده می شود.
ارتباط این ماژول با میکروکنترلرازطریق پروتکل USART استفاده می شود.میکروکنترلر دارای بخشی به نام Loader Boot آن استفاده کرد که درصورت فعال کردن آن ازطریق فیوزبیت ها ویک بار پروگرام کردن یک برنامه بوتلودر روی میکروکنترلر، ازآن به بعد با هربارریست شدن میکرو، ابتدا پایه های USART خود را چک می کند تا در صورتی که در صف پروگرام شدن روی میکرو قرار داشت آن را درحافظه فلش قرار دهد و در غیر این صورت دستوراتی که از قبل روی فلش میکرو را داشته اجرا می شود.
20
نرم افزارMegaload
از برنامه های نرم افزاری بوت لودر می توانیم به مگالود اشاره نماییم که یک نرم افزارمتن باز است که می توان رفتار میکروکنترلر در هربار پروگرام شدن را تحت کنترل قرار داد.
برای راه اندازی بوتلودر در میکروکنترلر با استفاده از برنامه نرم افزاری مگالود یک برنامه به زبان C درمحیط کدویژن توسط پروگرامر روی میکروکنترلر ریخته می شود. با توجه به اینکه برنامه متن بازاست می توان خواسته هایی مطابق نظرخود در برنامه ایجاد نماییم و برنامه را کامپایل نماییم.
21
محیط کدویژن برنامه
22
برد اعلام مین
این برد شامل تعدادی LED می باشد که در موقع شناسایی مین با توجه به نوع مین و تعداد کشف شده روشن می شود ومدتی روشن می ماند و خاموش می شود. همچنین دراین برد یک LCD کاراکتری 2*16 نیزنصب گردیده است. دو پتانسیومتردرکنارLCD قرارگرفته اند که شدت نورLCD و Contrast آن را می توان تنظیم کرد.
23
برد تقسیم
24
اجزای برد تقسیم
این برد شامل تعدادی کانکتور است که موتور و سنسورها (به جز قطب نما) به آن وصل می شوند.
1- کانکتور 26 تایی برای اتصال به برد اصلی
2-کانکتوراتصال موتور
3-کانکتورسنسورانکودر
4-کانکتوراتصال سنسورفلزیاب
5-کانکتوراتصال سنسورهای فاصله سنج
6- محل قرارگیری جامپرانتخاب عملکرد فاصله سنج
25
برد کلیدها
اجزای برد کلیدها
1- کانکتورIDC 10 تایی اتصال به برد اصلی
2- کلید روشن وخاموش کردن ربات
3-دکمه ریست کردن میکروکنترلرها
4-دکمه کالیبراسیون قطب نما
5-دکمه متصل به PA4 میکروکنترلر
6-دکمه متصل به PA5 میکروکنترلر
7-دکمه متصل به اینتراپت 6 (PE6) میکروکنترلر
8-دکمه متصل به اینتراپت 7 (PE7) میکروکنترلر
9-خروجی از زمین و PA3 میکروکنترلر
برد LED ها
28
اجزای برد LED ها
1- کانکتورIDC 10 تایی اتصال به برد اصلی
2-BUZER متصل به PG0 میکروکنترلر
3-LED متصل به PA6 میکروکنترلر
4-LED متصل به PA7 میکروکنترلر
5-LED متصل به PG3 میکروکنترلر
6-LED متصل به PG2 میکروکنترلر
7-LED متصل به PG1 میکروکنترلر
8-LED وضعیت روشن وخاموش بودن ربات
9-LED مربوط به اتصال ربات به منبع تغذیه
10- LEDمربوط به کالیبراسیون قطب نما
29
30
CMPS03
انکودر
پایه های قطب نما به برد اصلی وصل می شود.
پایه های 2 و3 قطب نما نیاز به Pull Up دارند (به پیشنهاد دیتا شیت برای ارتباط با سرعت 100 کیلوهرتز) آنها را با یک مقاومت 1.8 کیلواهم به ولتاژ 5 ولت متصل کنید.
انکودر بر روی سرانتهایی موتور قرار می گیرد. سنسورلیزر تعداد چرخش های شفت موتور را اندازه می گیرد.
این سنسور دارای 4 سیم می باشد:
سیم قرمز:سیم تغذیه 5 ولت
سیم سیاه:سیم زمین
سیم سبز:حاوی اطلاعات تعداد چرخش موتور
سیم سفید:حاوی اطلاعات تعداد چرخش موتور(اختلاف فاز 90 درجه)
31
ماژول فاصله سنج
با ارسال یک موج صوتی و دریافت آن می توان زمان رفت وبرگشت موج را محاسبه و فاصله تا جسم مورد نظر را تعیین نمود که اساس کار سنسورهای فاصله سنج(آلتراسونیک) می باشد.
با تهیه سنسورفاصله سنج وساخت مدارآن می توان یک فاصله سنج ساخت که برای صرفه جویی ازماژول های آماده استفاده می نماییم.
ماژول های آلتراسونیک به صورت SRF و یک عدد بیان می شود. تفاوت اصلی این ماژول ها درمقدار مینیمم و ماکسیمم برد قابل اندازه گیری ونوع ارتباطی است که استفاده می شود.
32
SRF05
ازاین ماژول دراین ربات استفاده شده است. طبق دیتا شیت مربوطه این ماژول قادربه اندازه گیری حداکثر4 متر و حداقل 3 سانتی متر را اندازه گیری می کند.
ویژگی مهم این ماژول این است که نیازی به هیچ ارتباطی ندارد.
این ماژول 10 پایه دارد که 5 پایه آن برای پروگرم درکارخانه استفاده شده و 5 پایه مطابق تصویر استفاده می شود. یک پایه VCC ویک پایه CND می باشد.
از سه پایه دیگر 2 پایه مربوط به کارماژول و یک پایه مربوط به تنظیمات (MODE) ماژول است که دو نوع کاربرد برای ماژول دارد.
33
ماژول SRF05
34
راه اندازی ماژول SRF05
1- راه اندازی با 2 پایه: دراین روش دستور از یک پایه ارسال وازیک پایه دیگرپاسخ دریافت می گردد.پایه MODE وصل نمی گردد و ازداخل ماژول Pull Up می گردد.
مطابق شکل پایه اول را به vcc پایه دوم و سوم به میکرو کنترلروپایه آخر را به GND وصل می کنیم.
2- راه اندازی با 1 پایه: دراین حالت ازیک پایه هم برای ارسال دستور و دریافت پاسخ استفاده می شود.دراین حالت MODE به GND وصل می شود. پایه خروجی Echo را وصل نمی کنیم و فقط یک پایه Trigger را به میکروکنترلر وصل می کنیم.
انواع سنسورفلزیاب
1- فلزیاب های نوع PI:طریقه آشکارسازی و تشخیص براساس تغییرشارمغناطیسی اطراف سیم پیچ جستجوگر می باشد.هنگامی که درحوالی فلزقرار می گیرد این پدیده پیش می آید و آن را به نوسانات کنترل شده با ولتاژ VCO که اصطلاحاً (Voltage Convertor) به سیم پیچ تبدیل می شود.
2-فلزیاب های نوع BI:این نوع فلزیاب ازدو نوع سیم پیچ تشکیل شده است که روی هم قرار گرفته و مانند فرستنده و گیرنده عمل می کند.کویل اول نقش ارسال امواج و کویل دوم نقش گیرنده امواج را دارد.
انواع سنسورفلزیاب
3- فلزیاب نوع TR:ازخاصیت Transmitter استفاده شده که موج ارسالی خود را درون زمین می فرستد ودریافت آن توسط دیسک بزرگی که به همراه دستگاه است انجام می شود.
4- فلزیاب GPR: این دستگاه ها تصویری بوده و سنسور جستجوی آنها رادارمی باشد که سیگنال وموج خود را به زمین می فرستد و شکل موج برگشتی نوع فلز را مشخص می سازد.
5-فلزیاب BFO:این نوع برای بازدید بدنی درفرودگاه ها و ورودی های عمومی کاربرد دارد.قطرکویل حدود 15 سانتی مترمی باشد.
فلزیاب PI
فلزیاب استفاده شده درربات مین یاب ازنوع PI می باشد چرا که نیازبه تفکیک فلزات نمی باشد، این فلزیاب به Gray Pulse Induction معروف است.
سیم پیچ جستجوگراز40 دورسیم لاکی 28AWG (0.35میلی متر) به قطرداخلی 15 تا 18 سانتی مترتهیه می شود. درتهیه این سیم پیچ دقت شود تا خاصیت خازنی سیم پیچ کاهش یابد. لازم است سیم پیچ به صورت منظم ومارپیچ تهیه شود و برای اتصال سیم پیچ به مدار بهتر است ازسیم های کواکسیال RG58-59 وکانکتورBNC استفاده شود.
38
مدارفلزیاب
39