Projeler / Elektronik Projeler / Pic Projeleri / Çizgi İzleyen Robot Yapımı


Yazar: Mehmet Özlav
Gönderen: Elektro   Tarih: 12-12-2007 11:14
Yorumlar: (0)   Oylar:


Bu çalışmanın amacı genel amaçlı bir mobil robotun tasarlanması ve gerçekleştirilmesidir. Gerçekleştirilen mobil robot beyaz bir zemin üzerine çizilen siyah çizgiyi izleyecek şekilde tasarlanmıştır. Robot platformu oluşturmak için bir pertinaks kullanılmıştır. Bu robotta iki adet motor bulunmaktadır. Motorlardan bir tanesi sağa dönüş hareketi sağlamakta diğeri ise sola dönüş hareketini sağlamaktadır. Bu şekilde robot hareketi için simetrik motor tasarımı kullanılması çizgi üzerinde daha rahat ilerleyebilmesi sağlamış ve dönüşleri daha rahat bir şekilde yapabilmesini mümkün kılmıştır. Mobil robotun bütün fonksiyonlarını kontrol etmek amacıyla Microchip firmasının üretmiş olduğu bir mikrodenetleyici olan PIC16F628 kullanılmıştır. Gerçekleştirilen mobil robotun zemin üzerindeki çizgiyi algılaması kızılötesi alıcı-verici çiftler kullanılarak sağlanmıştır. Gerçekleştirilen mobil robotun çalışması bir blok şemayla aşşagıdaki şekilde verilmiştir.


Gerçekleştirilen mobil robotun blok şeması

Gerçekleştirilen mobil robotun tüm işlevleri bir PIC16F628 mikrodenetleyicisi ile kontrol edilmektedir. Mobil robot için gerçekleştirilen yazılım Ek-A’da verilmiştir. Yazılım geliştirme ortamı olarak Mecanique UK firmasının internet sitesinden ücretsiz olarak indirilebilen MicroCode Studio programı kullanılmıştır. Bu programla yazılan kodlar PicBasic Pro Compiler ile derlenmiştir.

MOBİL ROBOTUN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ
Gerçekleştirilecek olan mobil robot zemin üzerinde ilerlerken zemine çizilmiş olan çizgiyi sensörleriyle algılayacak ve bunu izleyerek ilerlemesine devam edecektir. Burada altı çizilmesi gereken kelime sensördür. Bir insan için gözleri ne kadar önemli ise sensörler de bir robot için o kadar değerlidir. Yaşadığımız gerçek dünyaya bilgisayar simülasyonlarını aşarak fiziksel bir robot gerçekleştirmek zor bir işlemdir ve kesinlikle iyi bir ekip çalışması gerektirmesinin yanında mükemmel bir finansman kaynağına da ihtiyaç duyar. Bu çalışmada bütün bu zorluklar aşılarak gerçekleştirilen Mobil Robot üç ana başlıkta incelenecektir; platform seçimi, elektronik donanım ve yazılım.

Platform Seçimi
Mobil robot yapımı için öncelikle bir platform seçilmesi gerekmektedir. Bu platformları bacaklı ve tekerlekli platformlar olarak iki bölüme ayırabiliriz. Bacaklı platformların isimlerinden de anlaşılacağı üzere hareket etmek için insanlardan veya hayvanlardan örnek alınan bacak biçimli unsurları vardır. Bu bacaklar çift olabileceği gibi tek bacaklı robot platformları da mevcuttur. Bu tür robotlar dengede kalabilmeleri için küçük de olsa sürekli hareket etmek zorundadırlar. Çift ayaklı olanlar ise ilk bakışta kolay dengelenebilecek gibi görünse de hakikaten yürümeyi bir yana bırakırsak ayakta dengede durdurmak için bile birçok sensöre ve güçlü bir yazılıma ihtiyaç duyarlar. Tekerlekli platformlarda ise durum farklıdır. Tekerlekli platformlar ekstradan yazılım ve donanıma ihtiyaç duymadan dengede kalabilecek şekilde üretilirler. Tekerlekli platformları tahrik biçimlerine göre ikiye ayırabiliriz. Araba biçimli dediğimiz platformların dört tekerleği vardır. Bunlarda tahrik öndeki veya arkadaki iki tekerden verilir. Yön değişimi ise aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi (soldaki) gibi öndeki iki tekerin platforma göre açıları değiştirilerek yapılır.
İkinci tip platformlarsa üç tekerleğe sahiptirler. Bu üç tekerleğin bir tanesi dengeyi sağlamak üzere bulunurlar ve herhangi bir hareket sağlamazlar. Diğer ikisi ise ayrı ayrı tahrik özelliğine sahiptirler. Bu tip platformlar aşağıdaki resimde(sağdaki) görülmektedir. Bu platform çeşitinde herhangi bir yönde düz ilerleyebilmek için her iki tekerinde aynı yönde eşit hızda dönmesi gerekmektedir. Örnek olarak platform ilerlerken sağa doğru gitmesi istenirse sol tekerleğin açısal hızını sağ tekerleğinkinden yüksek tutmak yeterli olmaktadır. Bu platformun araba biçimli platformlara olan bir üstünlüğü ise platformun ağırlık merkezinin yeri değiştirilmeden platform sağa veya sola döndürülebilmesidir. Bu hareket ise her iki tekerin birbirine zıt ve eşit hızda dönmesiyle sağlanabilir.




Sonuç olarak bu çalışmada gerçekleştirilen Mobil Robot için düşük maliyetli, yapımının kolay olması ve hareket kabiliyetinin daha fazla olması nedeniyle cazip olan Çift tahrikli mobil robot platformu seçildi.


Çizgi İzleyen Robot İçin Kontrol Sistemi Tasarımı
Mobil Robot platformunun seçilmesinden sonra robotun hareket etmesi, algılaması yönünü değiştirmesi gibi işlemleri yapabilmesi için gerekli olan kontrol sistemini oluşturan donanım kısımları incelenecektir. Kontrol sistemi dört kısımdan oluşmaktadır. Bunlar:
1. Algılama sistemi
2. Karşılaştırma sistemi
3. Karar verme ve kontrol sistemi
4. Hareket sistemi

Algılama Sistemi
Öncelikle bu kısımda robotun beyaz platform üzerindeki siyah çizgiyi algılayabilmesi gerekiyordu. Bu da QRB1114 yansımalı nesne sensörlerini kullanmak sureti ile mümkündür. Bu sensörlerin seçilmesinin nedeni yapısında hem infrared diyot, hemde fototransistör bulundurmasıdır. Böylece sensörlerin tasarımında daha kompakt bir yapı elde edilmiş oldu. Sensörün çalışma prensibi kısaca şöyledir. İçerisinde prensip olarak bir Infrared diyot ve foto transistor bulunmaktadır. Aşağıda şekilde de gözlendiği gibi Infrared diyot gözle görülmeyen ışınları yansıtıcı yüzeye gönderir. Yansıtıcı yüzey yani platformun rengine göre ışığı soğurma mantığıyla siyah rengin tamamını emer, beyazı yansıtır. Platformdan yansıyan yada yansımayan ışığı foto transistor beyz akımı olarak kabul ederek kolektör ile emitter arasında değişen akımı oluşturmaktadır.



QRB1114 kılıf şekli ve iç yapısı             Algılayıcı sensör şeması



Karşılaştırma Sistemi
Algılama sisteminden elde ettiğimiz beyaz ve siyah renkler arasındaki gerilim farkını bir şekilde PIC mikro denetleyicinin anlayacağı lojik ifadelere dökmek gerekir. Algılayıcı sensör çıkışlarından alınan bilgiler analog işaretler olduğu için bu işaretleri Op-Amp LM324 entegresi kullanılarak bir karşılaştırıcı yapılmış böylece gelen bilgiler Op-Amp çıkışında 0V veya 5V olarak elde edilmektedir. Karşılaştırıcı sonucunda elde edeceğimiz lojik 0 (0V) siyahı, lojik 1 (5V) beyazı temsil edecektir. Karşılaştırma sisteminin çıkışı ise PIC’in RB.0-RB.2 portlarına bağlanarak kontrol sistemine giriş olarak verilmektedir. İşte tüm bu işlemleri yaptırabilmek amacıyla aşağıdaki devre Op-Amp LM324 entegresi kullanarak gerçekleştirildi.
10k’lık potansiyometre sensörler ile zemin arasındaki mesafeyi ve siyah çizginin algılanabilmesi için referans gerilimini ayarlamaktadır.





Opamp karşılaştırıcı devresi


Karar verme ve kontrol sistemi
Karşılaştırma sisteminden bilgiler bu kısımda hazırlanan program tarafından işlenerek sensörlerden gelen bilgiye göre motorlara gerekli komutları iletir. Hazırlanan program 2 temel aşamada gerçekleştirilir.
• Ana program döngüsü
• Motor sürme bölümü
Ana program döngüsünde karşılaştırıcıdan gelen bilgiler değerlendirilerek hangi motorun ne kadarlık bir PWM ile sürüleceğine karar verir ve sonuçları motor sürme bölümüne iletir.
Program çalışmaya başladığında 2 saniyelik bir beklemeden sonra ana program döngüsüne geçer ve aşağıdaki şekilde verildiği üzere sensör bilgilerini değerlendirmeye başlar.


Sensör Bilgileri


Verilen şekilde 1’ler beyaz zemini 0’lar ise siyah çizgiyi temsil etmektedir. Diğer şekildeki kırmızı kareler ise gelen bilgiye göre hangi motorun aktif edileceğini göstermektedir. Ayrıca sensör bilgisine göre motorlara farklı hızlar uygulanmakta böylece robotun çizgiyi takip ederken dönüşleri rahat bir şekilde yapabilmesi sağlanmaktadır. Verilen şekilde L=sol, C=merkez (orta), R=sağ olmak üzere yönleri belirtmektedir. Örneğin çizgi sadece merkez sensör tarafından algılandığı zaman her iki motorda çalışmakta ve yarı güçte sürülmektedir, eğer sadece sol sensörü tarafından çizgi algılanıyorsa sağ motor belli bir oranda sürülmektedir. Robotun çalışmasına ilişkin program ek A olarak verilmiştir.

Hareket sistemi
Bu bölümde ise PIC tarafından üretilen PWM sinyalleri ile sürülen motorlar bulunmaktadır. Robotun hareket sistemi 2 adet Acoms AS-12 servo tarafından sağlanmaktadır. Motor olarak bu servoların seçilmesinin nedeni yeterince küçük, düşük akım çekmesi ve içerisinde oldukça güçlü dişli sistemi barındırmasıdır. Servoların iç yapısında 1 adet motor, redüksiyon dişlileri ve geri beslemeli kontrol sistemi bulunmaktadır. Bu uygulamada geri besleme sistemi kullanımına ihtiyaç duyulmadığı için servo içerisinde geri besleme sistemi çıkarılarak iptal edilmiştir ve böylece servonun 360° ‘lik tam dönüş yapmasını sağlamış olduk. Aşağıdaki resimde servoda kullanılan motora ait teknik veriler verilmiştir.


Motor Teknik Verileri

Mobil robota ait devre şeması



SONUÇ VE ÖNERİLER

Bu tez çalışmasında zemin üzerine çizilmiş olan çizgi izleyen bir mobil robot gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen mobil robot beyaz bir zemin üzerine çizilen siyah çizgiyi izleyecek şekilde tasarlanmıştır. Bu çalışmada kullanılan robot platformu diferansiyel yönlendirmeli (differential steering) robot platformu olarak seçilmiştir. Diferansiyel yönlendirmeli platformların manevra kabiliyetleri araba biçimli platfomların manevra kabiliyetlerine göre çok daha fazladır.

Bu robotta iki adet motor kullanılmış. Motorlardan bir tanesi sağa dönüş hareketi sağlamakta diğeri ise sola dönüş hareketini sağlamaktadır. Bu şekilde robot hareketi için simetrik motor tasarımı kullanılması çizgi üzerinde daha rahat ilerleyebilmesi sağlamış ve dönüşleri daha rahat bir şekilde yapabilmesini mümkün kılmıştır. Mobil robotun bütün fonksiyonlarını kontrol etmek amacıyla Microchip firmasının üretmiş olduğu bir mikrodenetleyici olan PIC16F628 kullanılmıştır.
Gerçekleştirilen mobil robotun zemin üzerindeki çizgiyi algılaması kızılötesi alıcı-verici çiftler kullanılarak sağlanmıştır. Kullanılan sensör devresinde 3 adet kızılötesi alıcı-verici çift kullanılarak yapılan projede yeterli izleme kabiliyetine sağlanmıştır. Sensör sayısı arttıralarak manevra kabiliyetinin artabileceği ve daha keskin dönüşlerde çizgi takip etmenin kolaylaşabileceği gözlenmiştir.

Yapılan bu proje çizgi izleyen robot sistemlerinde kullanılanılabilicek en temel gereksinimler gözönüne alınarak tasarlanmış, uygulamanın geliştirilmesiyle rahatlıkla endüstriyel sistemler için taşıma hatları oluşturabilmektedir.

  

  

  

  
İndir : Çizgi İzleyen Robot Yapımı
Boyut: 1KB, 5441 kez indirildi