Lijnvolgrobot

Introductie

Als tweede project moet ik voor het vak ELEPEE20 een lijnvolgrobot bouwen. Deze robot moet autonoom kunnen rijden over een grid/raster van zwarte lijnen op een witte ondergrond. Verder moet de robot obstakels kunnen detecteren en ontwijken, NFC kaarten uitlezen die over het parcours verspreid liggen en de afgelegde afstand en tijd bijhouden.Een groot onderdeel van het project is het programmeren van de robot. Wij hebben een requirement gekregen om alleen microcontrollers van de MSP430 serie van Texas Instruments te gebruiken. Deze zullen geprogrammeerd worden in C.Doordat dit project een hardware en software probleem bevat, zal het V-model in zekere mate twee keer doorlopen moeten worden. Omdat software niet zonder hardware bestaat, beginnen wij met het hardware probleem.

Definitiefase

In de definitiefase worden de eisen van de klant vastgelegd. Hierbij worden de systeem functies bepaald en de klanten eisen verwerkt naar requirements die VERSI – Verifieerbaar, Eenduidig, Realistisch, Specifiek en Identificeerbaar – zijn. Verder wordt de acceptatietest geschreven. Bij deze test wordt, nadat alle andere processen doorlopen zijn, getoets of het eindproduct voldoet aan alle eisen.Een Data Context Diagram(DCD) kan opgesteld worden om in grote lijnen weer te geven wat de interactie tussen systeem en omgeving is. In de context van een lijnvolgrobot kan dan gedacht worden aan de gebruiker, het parcours en obstakels, zoals weergegeven hiernaast.

Architectuurfase

Nadat alle eisen zijn vastgesteld en de acceptatietest geschreven is, volgt de architectuurfase. In deze fase worden de specificaties aan de hand van de requirements geschreven, en worden de interfaces opgesteld. Ook wordt de integratietest geschreven. Deze test beschrijft hoe de interfaces tussen deelsystemen getoets moeten worden wanneer deze aan elkaar gekoppeld worden.Ook kan er een Data Flow Diagram(DFD) en Architectuur Interconnect Diagram(AID) gemaakt worden. Een DFD splitst de hoofdfuncties op in deelfuncties en geeft de informatieuitwisseling tussen de deelfuncties weer, zaols hier linksonder weergegeven. Een AID Groepeert overeenkomende deelfuncties tot een unit en deze geeft in weze de deelsystemen en haar interfaces weer. Deze is rechtsonder weergegeven.

Detailontwerpfase

Bij de detailontwerpfase worden de deelsystemen, of units, die bij de architectuurfase gedefinieerd zijn verder uitgewerkt. Hierbij wordt duidelijk gemaakt hoe het deelprobleem opgelost wordt. Verder worden er unittests geschreven, waarmee de functionaliteit van het deelsysteem getoets wordt op basis van de specificaties vanuit de architectuurfase.Het is belangrijk dat er per deelsysteem uitgezet wordt welke mogelijke oplossingen er zijn. De oplossing waar uiteindelijk voor gekozen is moet goed onderbouwd zijn met bijvoorbeeld vergelijkingstabellen. Hetzelfde geldt voor de hardware waarmee de oplossing uiteindelijk geïmplementeerd wordt.Wij zijn op de volgende oplossingen gekomen:

18650 batterijen in 3S configuratie om 12V en voldoende stroom te leveren
SY8205 buck converter voor de 5V rails
ME3116AM6G buck converter voor de 3V3 rails
MSP430G2553IPW28 als microcontroller
JGA25-371 als aandrijving inclusief encoder voor RPM
DRV8871 als H-brug
1.3 inch I2C OLED als display
TCRT5000 om lijnen te detecteren
HC-SR04 om obstakels te detecteren
Pn532 of MFRC-522 als NFC-lezer

Verder is er een 2x16 pin header aanwezig om gemakkelijk debuggen te faciliteren. Voor de behuizing waren er geen requirement voor vorm en gewicht maar wel voor afmeting. Dus hebben wij ervoor gekozen om een tank te bouwen. Ook is het hebben van een richtingsaanwijzer een requirement. Normaliter zijn dit een paar lampjes, echter omdat wij gekozen hebben voor de tank als vorm, hebben wij de loop als richtingsaanwijzer aangewezen. De robot is oplaadbaar, maar om het vervangen van batterijen eenvoudig te maken, zitten de batterijen in een 18650 batterijhouder in de tankkoepel, waarbij de luik/klep magnetisch is. Ook zijn er 3 LEDs, 1 per voltage rail, om te indiceren dat er spanning is. Hieronder is het aansluitschema te zien.

Implementatiefase

In deze fase worden alle deelsystemen individueel opgebouwd. Omdat het testen van bepaalde deelsystemen ingewikkeld zou zijn zonder de behuizing, wordt een deel, zoals de lijnsensoren, alvast aan de tank gemonteerd.De tank wordt geprint van PLA en PETG. De body is geprint van PLA in een zandachtige kleur. De pinion, sprocket, wielen en rupsband zijn van PETG geprint. PETG heeft namelijk betere tensile strength, wat noodzakelijk is voor de rupsband omdat deze als kliksysteem ontworpen is. De wielen en sprocket hebben kogellagers zodat de tank zo soepel mogelijk voortbeweegt. In het luik/klep zijn neodymium magneten aanwezig zodat deze makkelijk te plaatsen en weg te halen is.

Resultaat

Uiteindelijk is de tank heel cool geworden en zelfs in de prijzen gevallen. Zo heeft het bij ELE-showt de schoonheidsprijs gewonnen en ook de competetie gewonnen.

Google Sites

Report abuse