王吉賢作機器人的日常🤖️ 第三集- 霍爾傳感器

大家好 我是極險 現在是第二天了吧 通過一宿的折騰 我終於把這臺 雲臺的這個 攝像頭裝好了 同時呢 我又買了點別的材料 又做了個小的 這個呢 是咱們純國產的 中國契丹製造啊 這個攝像頭呢 是360度的這個旋轉自由度 這剁機勁還挺大的 帶一個軸承 這邊是360度 上下俯仰角呢 是180度 這是一個小的 這個底下用的小剁機呢 是90s 所以這個剁機呢 是金屬齒輪 但是左右角度呢 也是隻有180 不是360的 上下的俯仰角呢 這個是 180能最大到天 往下到地 昨天呢 咱們不是說這個有一個 有一個計劃 我準備做一個大的 對吧 那麼現在咱們去看看 這大的大概會長什麼樣 來跟我走吧 好 就是這個玩意兒 兒童車 你看最開始視頻那邊 我做這個小模型 弄一小騎車 然後我的一個計劃呢 是做一個全尺寸的 對吧 所以我就選了一個這麼不大不小的平臺 也就是這個玩意兒呢 家裏還能擱得下 再大家裏邊弄不了 我就能車庫了 然後呢 現在問題就來了 來離近點 我們來看一下這個車子結構啊 全塑料車身 把這引擎蓋打開 這我已經開始拆了 其實這個呢 是它的相當於ECU 這個相當於它的ECU 就是它是裝在這的 這是裏邊的電路板 等於我們這個工程呢 就是需要重新做一套新的ECU的板子 因爲這個 兒童車這控制呢 從電路板上你可以看非常簡單 基本上什麼功能都沒有 跟機器人也沒什麼關係 然後呢 在我診斷這個電路的時候 我還發現它設計了一個bug 就是這有一個 不應該出現的電解電容帶急性的 因爲 這條線是連着轉向機的 轉向機呢 是如果它是正 它是負 是往那邊轉 就是正轉 如果要反轉 那這倆的正負極就要顛倒過來 如果正負極顛倒過來 從電路上 它這倆連的是這個電解電容 它就會爆炸 所以這是它的設計上的一個缺陷 不過這個不重要 反正咱們基本上不用它的這套板子 那麼我看這個這個小玩具車的其他的結構是什麼樣的 這是它的這個轉向機的電機 是兩個觸點的 也就是說不帶任何控制 最普通的DC電機 我們一般能夠買着的這個 便宜的DC電機 那基本上都是這種兩個觸點 這種兩個觸點的呢 勁兒大 但是什麼控制都沒有 所以你要想用它做精準控制 要加很多的電路 然後這就沒什麼了 這些個燈光啊喇叭啊什麼的 就不重要了 動力總成呢 下邊有四個輪子 我把車翻起來 我們可以看見這個車有四個電機 分別在這兒 這兒 這是它的主電機 還有這550的 這是電機直接配了一個塑料齒輪箱 也就是電機經過這個齒輪箱 做了一個減速增加扭矩 直接輸出給輪子 好 問題來了 我們要分幾個步驟來去升級改造這個玩意兒啊 這個我比較喜歡這底盤的是 它至少還帶了四個懸掛 來來來來 近一點 你可以看到這個這個懸掛系統還是基本上可以用的 如果不是樣子貨 是一個可調節的懸掛 也就是如果我想讓車軟一點 我把這懸掛往上調 這樣彈簧的形成就大 這形成大約有這麼長 從這到這 所以我可以調節這個底盤的軟硬 那麼這個呢 就是如果我在它這個上邊承載這部分 放一些 比如說 攝像頭啊 一些需要穩定性強的設備 那它確實能起到一個不錯的緩衝 那麼咱們現在開始啊 你跟着我手走啊 就是我們先第一步呢 先看轉向系統 它分轉向和動力輸出系統 對吧 現在這個車的轉向 咱從電路上看 它根本它有一電機 但是其實呢 就根本沒有在電路中連上 現在的這個轉向方向盤 這個轉向機 也就是我控制這個軸 是和輪子直接機械聯動的 你看 哎 右轉是這樣 左轉是這樣 對吧 那麼作爲轉向控制呢 我們其實要做 兩個升級改造 就是首先呢 肯定是通過程序給命令 它可以控制轉向 但是第一個問題呢 就是說轉多少度 現在你可以看到 它是一個純電機 配着這個控制 沒有任何回饋 所以它的這個 就即便它電路是通的 你通過接正電 接反電 實現雙向電機反轉 那它也就是左打滿加右打滿 它是沒法控制精準的這個轉了多少度的這個問題的 那這個你在比如說機器人的這個需要 高精度一點的控制 那這就不行了 對吧 第二呢 就是它這個轉向呢 還有一個就是一個是我主動要求控制 比如我現在要往左打輪 那麼它往這邊去控制 左打輪15度 假如說 還有一種呢 就是說路面信息會對這個轉向進行干擾 說白了就是你路不平 或者各個小石子 那麼它會被動的 就是我 你看我這樣 如果路面遇到顛簸 它也會被動的去拉動這個轉向 所以我們需要轉向機和傳感器呢 知道我當前 被動的這個位置 如果這是一個不期待的 就是不是我們 主控的意願 它產生了一個方向的翻轉 那麼我們就需要電機 加以足夠的力把它糾正回來 也就說白了 我平時希望它直着走 如果它路上有一個石頭 割了它一下 導致它歪了 那麼我希望這個時候電腦能夠檢測到 並且把它糾正回來 那麼現在就有一個特別有意思的問題了 我怎麼知道它歪了多少度 我怎麼控制回來它 如果說咱們玩航模的朋友啊 就是 呃 用剛纔我演示的那個小舵機 那個玩意兒呢 你別看它小 它裏邊是五臟俱全 所以它裏邊是有電位器的 那麼它通過這個脈衝信號 你那個電機啊 那個舵機是能夠精準的控制多少度的 它比如最大的形成範圍是180度 那麼你給它的這個脈衝信號的這個頻佔比是多少 也就對應它的度數 如果你讓它打到這個度數 它就會打到這 並且它會鎖定在這 當然你要給它施加別的力 它會自動糾正回來 那有人說你爲什麼不用那個舵機往上裝就完了呢 這就是航模和我說的機器人在這個機械結構中有一個最大的區別 就是那個舵機好是好 但是功率極爲小 那個舵機呢 就是咱從這個輸出的扭矩來說吧 反正最大就到了 十幾公斤吧 這個量級 它的那個那個舵機的百幣 那你放這上放 就是如果這是一個承重車的話 你一個小孩坐上去 這個車的載重至少是 60公斤往上 我用這個車的平臺 我不想說太大的改 所以我基本上 原則上動力系統呢 就用這車的這五臺電機 這也是我們經常 最容易能買到的 那麼增加控制電路來實現它的這個 轉向控制的功能 我會注意看這塊的轉向結構 在這給個特寫 你可以看到這個呢 相當於是前橋 就是這是一個固定的部件 這是它的轉向的一個搖臂 那麼當我在打轉向的時候 等於這個這個部件 它是在左右的在在動 對不對 所以呢 它就像一個尺子一樣 它這個不是尺條結構 但無所謂了 呃 它就像一個尺子一樣 也就是說 如果我知道這個這個臂相對於它的相對位置 我就知道了它當前的角度 對吧 那我就可以控制它啊 到了我想要的角度就停車 或者是如果它歪了 那我就把它糾正回來 那麼我們怎麼來知道這個鐵片相對於它的一個位置呢 就蠻簡單的 我不知道 好 那過去那邊到電腦這 我來帶你們做個試驗 走 這是一個大家比較常見的adreno 這是uno的一個單板機的開發版 在最終實際工程的時候呢 我可能會用它nano的板子 但是無所謂原理都一樣 那我現在呢 手裏接了一個這麼一個小玩意 這個呢 叫霍爾傳感器 霍爾傳感器呢 就是通過感應磁信號來去輸出一個電瓶 它是一個模擬信號 一般的霍爾傳感器啊 是三條腿 這個呢 多了一條腿 數字腿 其實我們並用不着它 因爲我不需要零和一 我就需要一個很細膩的模擬信號 那我在這呢 把它的連接線呢 就是很簡單的五伏的這個電壓 接地黑色的線 然後呢 這個是一個灰色的模擬腿的一條線 所以這個白的線呢 現在我可以先不接它 它回的是零和一 也就這有三條線 好 我現在呢 這搭了一個簡單的磁場環境 這是兩個磁鐵 它倆呢 是n級s級互斥的 我也不知道哪個是n 但是沒關係 就是你看它 它這是能給推開的 對吧 所以我們呢 先確保它這個磁場環境呢 是足夠的強 那我大概放這麼一個距離 這個距離呢 就是它就相互推開了 當我把這個霍爾傳感器 放到這個磁場中間的時候 哎 你們就會看到它能夠檢測到這個傳感器相對於這兩個磁場的位置 那麼在這兒 我在Adreno這塊做了一個簡單輸出 好 我們現在把它編譯上傳 我們現在可以看到電腦上的這個讀數呢 基本上當我的這個傳感器離開這個磁場的時候 是539 538 基本上這個數值 539 538這個數值 對吧 好 然後我現在呢 要把這個霍爾傳感器呢 放到這個磁場中間 好 我們先看 如果我往這邊去推它 哎 你可以看到綠燈亮了 對吧 它這個綠燈亮和滅呢 其實是對應的零和一 也就是它會給我這個針腳輸出 但我其實不要一個開關 我需要知道它到底離它有多近 好 那麼我們現在啊 你找一個鏡頭能把這個和屏幕一起看到 好 注意啊 我把它這個傳感器向這個磁場去推進 你會看到我離它越近 這個線就越往下走 對吧 能看到吧 所以我現在已經貼上它了啊 那這個讀數是150 這是它的一個敏感區間 剛纔是從538對吧 到150 如果我現在把它往回挪 越靠這邊的這個極向 它的輸出就越高 最高到900 你看現在我這個東西放在它相對中間的位置 那我讀數就是538 那麼這個模式呢 我們就可以用到剛纔的這個小汽車上 你現在想 如果這個是我方向盤對應的那個搖桿 我在車身上有兩個磁鐵 我是不是轉動的時候這個搖桿就向一邊靠攏 對吧 所以我用另一套 我就假設電機現在不存在 我只是讀一下這個傳感器的讀數 我就知道我當前的這個方向盤是向左歪了 還是向右歪了 並且知道歪了多少 然後呢 我就可以控制電機 我說你看這個現在才往左歪了 讓它往右轉 電機好 電機就咔往右轉 轉到什麼時候了 轉到我這讀數到538了 停 那這個時候它就自動糾正了這個電機 對吧 如果我想主動打方向呢 也是這麼一個方法 好 那這個小玩意兒呢 會有一些個小的問題 就是 它的敏感度 所以真正到那個車上呢 我們要去測量 因爲你看我這是可以貼上的 但是在車上的那個最大值是沒有東西會貼上它的 對吧 所以呢 我可能需要增加這個磁場的這個 磁性 也就是會裝一個更大一點的磁鐵給車上 所以這個電路呢 就相當於是一個邏輯的一個模型 好 那麼我們現在呢 大概量一下 我們可以看到在這個區間內 它是敏感的 那麼從這兩個磁鐵的磁極上來看啊 我大約有 這是多少 80 大約有80毫米左右的這個距離 我們現在回到那個小車上去 我們看就是 現在這個我做的標記這個黑的點 現在這個輪子位置基本上是居中的 對吧 好 那我現在把輪子放一個方向打滿 那麼這個時候呢 這個黑的點基本上到這個位置了 對吧 我往另外一個方向打滿 那麼黑的點基本上在這 所以它的活動範圍呢 大約是這麼長 那麼基於這個情況呢 我新的方案是準備把一個磁鐵 假如說就在黑的點這 我固定一個磁鐵 然後呢 在這三個白的標記上 我分別大約放三個霍爾傳感器 基本上你可以看到這個距離差不多就是四到五釐米左右 那麼在這個範圍內呢 霍爾傳感器是足夠能夠響應到這個磁鐵的這個 具體位置信息的 並且呢 當它達到這個點的時候 它是完全貼 幾乎貼上的狀態 所以這時候是最敏感的狀態 那麼真正在這個生產中呢 我肯定不會用昨天那個紅色的那個大的模塊啊 那個 其實後邊一部分電路是沒必要的 所以我們就只用那個小黑的像三極管似的那個三腳腿的霍爾傳感器 那個傳感器呢 真正 我估計在中國買更便宜了 在這買差不多和人民幣一塊到兩塊錢一個 反正也是很便宜的東西 那麼這樣的三個傳感器呢 它的正極負極完全是可以 呃 那叫什麼 並聯過去的 所以只是三個傳感器 三條數據信號線 也就是這塊會佔用三個模擬引腳來去感知這個方向的位置 然後我今兒跟朋友也聊了一下 這個東西 在國內可能是比較高級的 你們可以買到那個帶編碼器的 或者是帶執行器的那種電機 像這上面呢 用的就是全套的那個 都是DC有刷電機 就是最便宜的 就上面帶兩個小接頭的那種 所以整個控制電路呢都得從底層往上搭 也挺好 就當一個鍛鍊了 那麼這個方案確定了以後呢 接下來呢就是我 網上訂了一些個小的傳感器 然後現在就等到貨 等到貨來了以後呢 這塊我可能會用一個PCB板或者亞克力板什麼的 把它固定一下 因爲這塊最重要的是三個傳感器的相對位置一定要固定 然後到時候把它粘上就行了 行 那麼在等待這段時間呢 咱們先看看別的 等着到貨了 然後繼續做這塊