بلاطات مغناطيسية ومسار يتغير: مشروع تخرج لروبوت Arduino

يركب الطالب أربع بلاطات لتكوين مسار: بداية ومستقيم ومنعطف ونهاية. يضع روبوتاً صغيراً عند البداية، فيتبع الخط ويضيء رقم البلاطة التي يمر فوقها. إذا فصل بلاطتين يتوقف عند الفجوة، وإذا أعاد ترتيبهما يبدأ تجربة جديدة. للباحث عن مشاريع تخرج Arduino في الروبوتات، تضيف هذه الفكرة إلى تتبع الخط سؤالاً عن هوية الطريق وصحة تركيبه. المغناطيس يثبت البلاطات ببعضها، بينما تقرأ الحساسات المسار؛ لا نفترض أن الروبوت يعرف ترتيب البلاطات من شكلها وحده.

أربع قطع وقاعدة تمنع الخروج

صمّم البلاطات بأبعاد تسمح بمرور الروبوت وثبات ارتفاعه عن السطح، مع خط داكن متصل عند الوصلات. ثبّت المغناطيس داخل المادة بحيث لا ينفصل أثناء التركيب، واجعل شكل الوصلة يمنع انقلاب القطعة إلى اتجاه غير مقصود. النسخة الأولى تملك مساراً واحداً بلا تقاطعات، وروبوتاً بمحركين صغيرين وحساسات انعكاس أمامية. استخدم صينية اختبار ذات حواف ومساحة توقف، وحد سرعة منخفضاً وزر إيقاف في متناول المشرف. لا تعتمد على رؤية خط أسود وحدها لمنع سقوط روبوت من طاولة مفتوحة.

افصل تثبيت الطريق عن تشغيل المحركات

تحتاج Arduino وحساسات خط متعددة وسائق محرك ومحركين بعجلتين وحساساً إضافياً لرمز البلاطة، مع تغذية منخفضة الجهد مناسبة. يشرح دليل Adafruit لـDRV8833 تشغيل محركين والتحكم بالتيار، ويذكر مجال تغذية المحرك 2.7–10.8 فولت للوحة المشار إليها. افحص تيار تعثر المحرك وحدود السائق والبطارية؛ جهد اسمي متوافق لا يكفي. غذِّ المحركات عبر السائق، واربط الأرضي بحسب المخطط، ولا تسحب تيارها من أرجل المتحكم.

تفرق وثائق Pololu بين حساسات انعكاس ذات خرج تماثلي وأخرى تقرأ بزمن تفريغ إشارة. اختر نوعاً محدداً، ثم راجع جهد تغذيته وخرجه قبل ربطه باللوحة. تحتاج معايرة فوق اللونين وعلى ارتفاع التشغيل نفسه؛ اللمعان والإضاءة المحيطة وارتفاع الحساس قد تغير الفرق المقاس حتى مع بقاء الخط في موضعه.

مثال بسيط لتصحيح المسار

لنفترض ثلاثة حساسات بقيم مصححة يزداد فيها الرقم فوق الخط، وأوزان مواقع −1 و0 و1. إذا كانت القراءات الافتراضية 100 و300 و600، فالخطأ = (−100 + 0 + 600) ÷ 1000 = 0.5، أي أن الخط أقرب إلى اليمين. عدّل فرق سرعتي المحركين باتجاه التصحيح الذي تتحقق منه عملياً. حدّ الخرج ضمن المجال المسموح، ولا ترفع السرعة لتعويض فقد الخط. إذا اقترب مجموع القراءات من الصفر، يصبح الحساب غير موثوق وينتقل الروبوت إلى التوقف بدلاً من القسمة على قيمة صغيرة.

امنح البلاطة هوية لا تختلط بالمنعطف

أضف عند مدخل كل بلاطة شريطاً جانبياً من مربعات داكنة وفاتحة يقرأه حساس مستقل، مع علامة بدء واضحة. يمكن للنسخة الأولى استخدام ثلاث بتات وهوية لا تتكرر في المسار، وشريط عريض يبطئ الروبوت عند قراءته. لا تستخدم الخط المركزي نفسه للهوية كي لا يفسر تغير الترميز بوصفه منعطفاً. استلهم مبدأ قبول التغير مرة واحدة من مثال Arduino لاكتشاف تغير الحالة، مع منطق قراءة خاص بعلاماتك وسرعتها.

الرمز المجهول أو غير المكتمل ينتج توقفاً وفحصاً، لا تخميناً لأقرب بلاطة. سجّل تسلسل الهويات المقبول، ثم قارنه بالترتيب الذي وضعه المستخدم على ورقة التجربة. هذه القراءة لا تعني وجود خريطة عامة أو تحديد موقع مستمر.

بدء من علامة معروفة وعودة مقيدة

ابدأ والمحركات معطلة، وضع الروبوت يدوياً على بلاطة البداية، وتحقق من الخط والهوية قبل قبول زر التشغيل. هذا هو مرجع النسخة الأولى؛ لا تسمه عودة آلية إلى الأصل. إذا أضفت محطة رجوع لاحقاً، خصص لها علامة مستقلة ومفتاح نهاية أو حساس اقتراب يتحقق من الوصول، وحد مسافة وزمن للبحث البطيء. بعد رفع الروبوت أو إعادة التشغيل امسح تقدير مكانه السابق واطلب بدءاً جديداً. الرجوع بعداد زمن فقط لا يثبت الوصول إلى المحطة.

اختبر الوصلة التي تبدو صغيرة

خط الأساس مسار خطي متصل مرسوم على لوح واحد. قارنه بالمسار المركب عند السرعة نفسها، وسجل فقد الخط والتوقفات وصحة تسلسل الهويات. اختبر فجوة صغيرة، وبلاطة معكوسة، ورمزاً ملطخاً، وعجلة تنزلق، وضعف التغذية، ونهاية غير موجودة. صمم مهلة أو مسافة قصوى عند غياب العلامات حتى لا يستمر الروبوت في حلقة بلا نهاية. دوّن أي اختبار أُجري فعلاً؛ الأرقام في هذا المقال حسابات تعليمية ولم يعمل الروبوت على عتاد.

ثلاث إضافات ومخرجات واضحة

التوسع الأول بلاطة اختيار فرع، مع قاعدة معلنة للاتجاه وقراءة تؤكد الفرع المختار. الثاني محرر يرسم ترتيب البلاطات المتوقع ويكشف الوصلات المستحيلة. الثالث مقارنة تحكم تناسبي وتحكم أبسط على المسار نفسه، مع زمن الرحلة وعدد مرات فقد الخط. سلّم ملفات البلاطات ومخطط الروبوت وقاموس الرموز ومعايرة الحساسات وسجل المحاولات. عند اعتماد النطاق عبر مشاريع التخرج ومناقشة تنفيذ الروبوت، احسم طريقة البداية والتوقف قبل زيادة عدد القطع.