Variação inteligente da engrenagem de direção do controle ultrassônico de Arduino e ajuste automático do ângulo

Você já se deparou com esta situação - você pressiona oservocom a mão e quer que ele gire em um ângulo preciso, mas o resultado está sempre alguns graus errado, ou você precisa ajustar automaticamente de acordo com a distância do objeto, mas não sabe por onde começar? Muitas pessoas brincam comservos e deixe-os balançar de maneira fixa no início. Mas para realmente tornar o projeto “vivo”, oservoEles devem ter “olhos”, que são os sensores ultrassônicos dos quais falaremos hoje. Ele pode sentir a distância e então dizer ao servo quanto se mover, para que sua lata de lixo inteligente, veículo automático para evitar obstáculos ou braço robótico possam realmente se tornar inteligentes.

Por que deixar o ultrassom controlar a direção?

Muitos iniciantes perguntarão, o servo gira bem sozinho, por que temos que usar ondas ultrassônicas para controlá-lo? Na verdade, o motivo é muito simples, assim como se você pegar uma xícara com os olhos fechados, há uma grande probabilidade de ela tombar. Se o servo não tiver feedback, é uma “pessoa cega”. O sensor ultrassônico é como dar-lhe um par de olhos. Quando um mecanismo servo-acionado (como uma aba ou câmera) precisa mudar sua posição de acordo com as mudanças no ambiente externo, somente através do alcance ultrassônico esse tipo de controle inteligente "visível" pode ser alcançado, atualizando o trabalho da simples execução para a interação perceptiva.

É realmente difícil usar a medição de distância ultrassônica?

Para ser honesto, conectar ondas ultrassônicas e servos parece um blefe, mas na verdade sua lógica subjacente é muito direta. Você pode pensar nele como um morcego, emitindo sons pela boca e ouvindo os ecos. Isto é o que o módulo ultrassônico faz. Ele emite um som inaudível ao ouvido humano e retorna quando atinge um objeto. A distância pode ser calculada com base na diferença horária. Você não precisa se preocupar com sua base de programação deficiente, porque as bibliotecas prontas já encapsularam cálculos complexos. Você só precisa aprender a ler um número, que é o valor da distância, e então usar esse número para determinar o ângulo do servo. É tão simples.

Como corresponder a distância ao ângulo da caixa de direção?

Esta é a etapa mais crítica e central de todo o processo e é também onde muitas pessoas encontram obstáculos e enfrentam problemas. O que você obtém é um valor de distância, como 10 centímetros, 50 centímetros, etc., mas o que o servo precisa para operar é um valor de ângulo, como 0 graus, 90 graus, etc. ️O método principal é o "mapeamento". Você pode definir uma regra: quando o objeto estiver na posição de 20 cm, o servo girará para 0 graus de acordo; quando o objeto estiver na posição de 5 cm, o servo girará 180 graus. A distância específica no meio destes dois valores de distância corresponderá a um ângulo no meio destes dois valores de ângulo. Neste ambiente de programação, existe uma função mágica chamadamapa(), o que pode ajudá-lo automaticamente a corresponder com precisão esses dois intervalos diferentes de valores, um por um. Dessa forma, você não precisa calcular você mesmo essas fórmulas matemáticas complicadas.

Qual caixa de direção deve ser escolhida?

Não compre apenas um servo à vontade. Depois de escolher o errado, seu projeto pode falhar. Você precisa se perguntar seriamente quanto pesa o objeto que deseja mover. Se você acionar apenas uma estrutura pequena relativamente leve, como o próprio sensor ultrassônico, o servo 9g mais barato e comum poderá atender totalmente às necessidades. Mas se você planeja usá-lo para empurrar a tampa de uma lata de lixo ou acionar um braço robótico, você deve escolher um servo de engrenagem de metal com maior torque. Lembre-se deste princípio: é melhor escolher um torque grande do que um torque pequeno. Como o servo fraco não consegue empurrar as coisas, ele continuará emitindo um zumbido e queimará em breve. Você pode acessar a Internet e pesquisar "como escolher o torque da caixa de direção" e encontrar muitas tabelas de comparação relacionadas.

Além disso, existem alguns detalhes que precisam ser observados na hora de escolher um servo. O desempenho e a qualidade dos servos de diferentes marcas e modelos também variam. Alguns servos podem funcionar bem em termos de torque, mas não em termos de precisão; enquanto outros podem ter um pouco de falta de estabilidade. Portanto, além de selecionar uma caixa de direção com torque adequado com base no peso do objeto a ser conduzido, outros fatores também precisam ser considerados de forma abrangente. Por exemplo, você pode verificar as avaliações de outros usuários sobre diferentes servos para entender seu desempenho no uso real; você também pode consultar alguns artigos de avaliação profissional para obter informações mais abrangentes. Só assim você pode garantir que o servo escolhido se adequará perfeitamente ao seu projeto e evitará diversos problemas no projeto causados ​​por problemas no servo.

O que fazer como um primeiro passo prático

Não tente tornar todo o sistema perfeito desde o início, pois isso facilmente o atingirá. Eu recomendo que você conclua primeiro um teste mínimo de viabilidade. O primeiro passo é testar apenas o seu sensor ultrassônico e usar o monitor serial para ver se a distância que ele lê é precisa. O segundo passo é escrever um programa separado para fazer o servo balançar para frente e para trás de acordo com o ângulo que você definiu. Se ambas as etapas forem bem-sucedidas, combine-as. A primeira versão do programa é a mais simples: se a distância for menor que 10 centímetros, o servo gira 90 graus; caso contrário, ele retorna a 0 graus. Ver esse efeito lhe dará confiança para continuar se aprofundando.

Como fazer os movimentos parecerem mais suaves

Depois de implementar as funções básicas, você poderá descobrir que os movimentos do mecanismo de direção são particularmente rígidos e ele gira com um movimento oscilante, o que parece muito mecânico. Como torná-lo mais natural? Isto requer a introdução de uma técnica chamada “atraso” ou “escalonamento”. Você não precisa fazer o ângulo saltar de 0 a 180 de uma só vez, mas fazer o ângulo aumentar pouco a pouco em um período muito curto de tempo, como aumentar 1 grau a cada 15 milissegundos. Desta forma, o servo irá “andar” em vez de “pular”. Combinado com a faixa ultrassônica contínua, você pode fazer um gimbal ultrassônico que pode "rastrear" o movimento da sua mão, e a experiência será muito melhor.

Depois de ler isso, você já sentiu coceira e quer experimentar? Na verdade, usar ondas ultrassônicas para controlar o leme é um processo de conversão de dados (distância) do mundo físico em ações (ângulos). A lógica é clara e não é difícil começar. Quero te perguntar, se você instalasse "olhos" no seu servo, qual seria o primeiro projeto para o qual você mais gostaria de usá-lo? É uma lancheira que abre e fecha automaticamente ou um carro inteligente que consegue evitar obstáculos? Bem-vindo a deixar uma mensagem na área de comentários para compartilhar sua criatividade, e não se esqueça de curtir e compartilhar este artigo com mais amigos práticos!