Maze-Runner: Robot Autonom Wall-Follower

Acest proiect consta in realizarea unui robot mobil autonom capabil sa navigheze printr-un labirint, mentinand o traiectorie stabila prin urmarirea peretilor (Wall-Following).

• Ce face: Utilizeaza trei senzori ultrasonici (HC-SR04) pentru a masura distanta fata de obstacole. Pe baza datelor, un algoritm PID ajusteaza viteza motoarelor via PWM pentru a mentine robotul la o distanta fixa de perete.
• Scopul lui: Realizarea unui sistem de navigare autonoma bazat pe reactii rapide la mediu prin bucle de feedback negativ, fara o harta predefinita.
• Ideea de la care am pornit: Explorarea roboticii mobile si implementarea unui algoritm de control clasic (PID) pentru a elimina mersul in “zig-zag”.
• De ce este util: Pentru echipa, este un exercitiu esential de procesare a semnalelor prin intreruperi si implementare a controlului automat bare-metal. Pentru ceilalti, exemplifica generarea unui comportament autonom complex printr-o logica de control simpla.

Fluxul de date planificat si interactiunea modulelor:

1. Citire ADC: Sistemul citeste potentiometrul pentru a stabili distanta dorita fata de perete (referinta).
2. Preluare Date Senzori: La intervale regulate (ex. 50ms), MCU declanseaza senzorii ultrasonici si calculeaza distantele (Fata, Stanga, Dreapta) folosind Timere/Intreruperi.
3. Calcul Eroare: Se calculeaza diferenta dintre distanta laterala curenta si referinta dorita.
4. Procesare PID: Modulul central aplica algoritmul de control pe baza erorii pentru a calcula corectia necesara.
5. Generare Semnal: MCU genereaza semnalele PWM ajustate si pinii de directie.
6. Actionare: Driverul L298N primeste comenzile si modifica asimetric turatia celor doua motoare DC pentru a corecta traiectoria.

Logica de navigare foloseste o ierarhie stricta: EVITARE COLIZIUNE FRONTALA > URMARIRE PERETE LATERAL. Daca senzorul frontal scade sub un prag critic, robotul suprascrie bucla PID si executa o rotatie de urgenta.

Design-ul fizic este conceput pentru a asigura stabilitatea robotului in timpul navigarii prin labirint, utilizand un sasiu alungit 2WD care permite montarea strategica a senzorilor. Elementul central il reprezinta sistemul de detectie format din trei senzori ultrasonici, dispusi pentru a acoperi zonele frontala, stanga si dreapta, oferind robotului o “viziune” completa asupra mediului inconjurator.

Lista de piese:

• 1 x Microcontroler ATmega324P (pe placa de dezvoltare)
• 1 x Kit Sasiu Masina 2WD (include 2 motoare DC, roti, roata caster si suport baterii)
• 1 x Modul Driver Motoare Dual L298N
• 3 x Senzori Ultrasonici HC-SR04 (pentru detectia peretilor pe 3 directii)
• 1 x Potentiometru 10 kΩ (pentru reglarea dinamica a parametrilor PID - Lab 4)
• 1 x Baterie 9V + Conector (alimentare logica microcontroler)
• 1 x Pachet 4 baterii AA (alimentare forta motoare)
• 1 x Breadboard 830 puncte
• Fire de conexiune Dupont (Tata-Tata pentru breadboard, Mama-Tata pentru senzori si driver)

Dezvoltarea software-ului se realizeaza la nivel bare-metal, avand la baza o arhitectura orientata pe evenimente (intreruperi) si o bucla de control principala.

• Mediu de dezvoltare: Codul este scris in C, folosind un mediu precum Visual Studio Code cu avr-gcc si Makefile (sau Atmel/Microchip Studio).
• Librarii si surse 3rd-party: Se vor folosi exclusiv bibliotecile standard AVR (`<avr/io.h>`, `<avr/interrupt.h>`, `<util/delay.h>`). Nu se folosesc biblioteci externe (cum ar fi cele de Arduino), tot codul interactionand direct cu registrii.
• Algoritmi si structuri de date:
  • Algoritm PID: Calcul matematic folosit pentru a mentine distanta constanta fata de perete si a elimina oscilatiile (mersul in zig-zag).
  • Finite State Machine (FSM): Masina de stari pentru controlul logicii de navigare (ex. stari: `FOLLOW_WALL`, `CORNER_TURN`, `AVOID_FRONT_OBSTACLE`).
  • Structuri de tip `struct` pentru a grupa datele senzorilor si coeficientii PID (Kp, Ki, Kd, eroarea_anterioara).
• Surse si functii implementate:
  • `init_timers_and_pwm()`: Configureaza registrele pentru generarea PWM-ului motoarelor si timerele pentru senzori.
  • `read_ultrasonic(sensor_pin)`: Declanseaza senzorul si masoara durata semnalului Echo prin intreruperi pentru a calcula distanta.
  • `compute_PID(current_dist, setpoint)`: Calculeaza eroarea si aplica formula Proportional-Integral-Derivativ.
  • `drive_motors(speed_left, speed_right)`: Aplica rezultatul PID pe pinii de comanda ai driverului L298N.

Export to PDF