Robot All Terrain controlat de la distanță 6WD: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Majoritatea roboților pe care i-am construit până acum erau roboți cu 4 roți cu o capacitate de încărcare de câteva kilograme. De data aceasta am decis să construiesc un robot mai mare care va depăși cu ușurință diferite obstacole pe drum și se va putea mișca cu o sarcină de cel puțin o duzină de kilograme. De asemenea, am presupus că robotul ar trebui să poată face față terenurilor dificile, cum ar fi nisip, zăpadă și moloz. Pentru a face acest lucru posibil, am construit un șasiu cu 6 roți echipat cu 6 motoare cu o putere mare suficientă și un șofer și o sursă de alimentare adecvate. De asemenea, am vrut ca robotul meu să fie controlat de la distanță mare (cel puțin 200 de metri), așa că am folosit un transmițător și un receptor de 2,4 GHz de bună calitate.

Odată ce toate cerințele de mai sus au fost îndeplinite și primele teste au avut succes, am decis să extind proiectul cu un manipulator și două camere. Datorită imaginii de pe cameră puteți controla robotul chiar dacă nu este vizibil. Această caracteristică permite operatorului robotului să efectueze sarcini de inspecție la distanță în zone greu accesibile sau periculoase pentru oameni.

Din descrierea acestui proiect veți afla cum să:

• construiește un șasiu robot cu 6 roți capabil să transporte cel puțin o duzină de kilograme

  • vă permite să transportați obiecte mai grele
  • posibilă utilizare comercială și nu doar un robot ca jucărie!

• controlați de la distanță un astfel de robot de la distanță mare

  • conectați un transmițător de 2,4 GHz cu un receptor
  • citiți comenzile de la un receptor de 2,4 GHz prin Arduino
  • controlul poziției robotului

• setați previzualizarea de pe camerele de pe computer sau smartphone

  implementarea transmisiei video wireless cu rază lungă de acțiune la 5,8 GHz

Parametrii robotului (versiunea de bază):

• Dimensiuni externe (LxLxH): 405x340x120 mm
• Greutate totală: 5 kg
• Gardă la sol: 45 mm

Versiune extinsă (cu un manipulator și o cameră foto):

• Dimensiuni externe (LxLxH): 405x340x220 mm (robot pregătit pentru transport)
• Greutate totală: 6,5 kg

Pasul 1: Lista pieselor și materialelor

Șasiul robotului este fabricat în întregime din aluminiu și duraluminiu. În acest proiect am folosit 6 roți Monster Truck cu un diametru de 125 mm, ceea ce face ușoară depășirea obstacolelor mici. Robotul este acționat de 6 motoare de curent continuu de 12 V de mare putere (180 RPM, 27 kg-cm) cu angrenaje metalice. Ca driver de motor, puteți utiliza orice driver care poate furniza un curent continuu de cel puțin 10A pe motor, de exemplu: VNH2SP30, BTS7960B.

Piese necesare în acest proiect:

1. Reductor de cuplu ridicat Motor DC 12V 180RPM x6
2. Conector motor hexagonal 6 mm x6
3. Comutator de oprire de urgență x1
4. Comutator cu buton de alimentare din oțel inoxidabil x2
5. Baterie Lipo 7.4V 2700mAh 10C x1
6. Baterie Lipo 11.1V 5500mAh 3S 45C x1
7. Driver motor de ex.: VNH2SP30 x6 sau BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Jantă și anvelope HSP 1:10 Monster Truck x2
10. Placă micro USB x1

Control:

1. Transmițător FrSky TARANIS Q X7 2.4GHz 7CH x1
2. Receptor FrSky V8FR-II 2,4 GHz x1

Materiale (șasiu):

1. Foaie de duraluminiu grosime 2 mm (LxL): 345x190 mm x2
2. Suport unghiular din aluminiu în formă de L grosime 2 mm: 190x40x20 mm x2
3. Suport unghiular din aluminiu în formă de C grosime 2 mm: 341x40x20 mm x2

4. Piulițe și șuruburi:

   • M3 10 mm x10
   • M2 6 mm x8

Instrumente:

Mini burghiu electric HILDA

Versiunea extinsa:

1. Camera RunCam Split x1
2. Gimbal cu 2 axe x1
3. Braț robotizat x1
4. Robot metal gripper x1

5. VL53L0X Laser ToF Senzor x1

Pasul 2: Asamblarea șasiului robotului

Asamblarea șasiului robotului este destul de ușoară. Toți pașii sunt afișați în fotografiile de mai sus. Ordinea operațiilor principale este următoarea:

1. Găuriți 3 găuri cu un diametru de 13 mm în profiluri laterale din aluminiu (găuri pentru arborele motorului)
2. Găuriți 6 găuri cu diametrul de 3 mm în profilurile laterale din aluminiu (găuri care fixează motoarele la profil)
3. Înșurubați motoarele de curent continuu pe profilele laterale din aluminiu
4. Înșurubați profilele laterale din aluminiu cu motoare de curent continuu la bază
5. Înșurubați profilul frontal și posterior la bază
6. Instalați întrerupătoarele de alimentare necesare și alte componente electronice (a se vedea în secțiunea următoare)

Pasul 3: Conexiunea pieselor electronice

Principalul controler al acestui sistem electronic este Arduino Mega 2560. Pentru a putea controla șase motoare am folosit două drivere de motor BTS7960B (H-Bridges). Trei motoare pe fiecare parte sunt conectate la un singur motor. Fiecare dintre driverele de motor poate fi încărcat de curent până la 43A, care oferă o marjă suficientă de putere chiar și pentru robotul mobil care se deplasează pe teren accidentat. Sistemul electronic este echipat cu două surse de alimentare. Unul pentru alimentarea motoarelor de curent continuu și servomotoare (baterie LiPo 11.1V, 5500 mAh) și celălalt pentru furnizarea Arduino, modul bluetooth, cameră fpv și senzori (baterie LiPo 7.4V, 2700 mAh).

Conexiunile modulelor electronice sunt următoarele:

BTS7960 -> Arduino Mega 2560

• MotorRight_R_EN - 22
• MotorRight_L_EN - 23
• MotorLeft_R_EN - 26
• MotorLeft_L_EN - 27
• Rpwm1 - 2
• Lpwm1 - 3
• Rpwm2 - 4
• Lpwm2 - 5
• VCC - 5V
• GND - GND

Receptor FrSky V8FR-II 2,4 GHz -> Arduino Mega 2560

• ch2 - 7 // Eleron
• ch3 - 8 // Ascensor
• VCC - 5V
• GND - GND

Conexiunile prin cablu între receptorul de 2,4 GHz și Arduino sunt prezentate în schema de cablare de mai sus. Conectați firele de alimentare 5V și GND de la Arduino la pinii receptorului + (VCC) și respectiv - (GND). În plus, trebuie să conectați canalele de recepție utilizate (ch2 și ch3) la pinii digitali Arduino (de exemplu, 7 și 8 la fel ca în program). Dacă abia începeți să învățați electronica și nu știți cum să conectați sursa de alimentare, întrerupătoarele și driverul motorului, această schemă de cablare din proiectul meu similar va fi de ajutor. Înainte de a porni controlul robotului de la transmițătorul Taranis Q X7 de 2,4 GHz de 2,4 GHz, ar trebui să legați anterior transmițătorul de receptor. Procedura de legare este descrisă în detaliu în videoclipul meu.

Pasul 4: Arduino Mega Code

Am pregătit următoarele exemple de programe Arduino:

• Test receptor RC 2,4 GHz
• Control robot 6WD

Primul program „Test de recepție RC 2,4 GHz” vă va permite să porniți cu ușurință și să verificați receptorul de 2,4 GHz conectat la Arduino, al doilea „6WD Robot Control” permite să controlați mișcarea robotului. Înainte de a compila și încărca programul eșantion, asigurați-vă că ați ales „Arduino Mega 2560” ca platformă țintă așa cum se arată mai sus (Arduino IDE -> Instrumente -> Placă -> Arduino Mega sau Mega 2560). Comenzile de la transmițătorul Taranis Q X7 2,4 GHz sunt trimise către receptor. Canalele 2 și 3 ale receptorului sunt conectate la pinii Arduino digitale 7 și respectiv 8. În biblioteca standard Arduino putem găsi funcția "pulseIn ()" care returnează lungimea impulsului în microsecunde. O vom folosi pentru a citi semnalul PWM (Pulse Width Modulation) de la receptor, care este proporțional cu înclinarea emițătorului stick de control. Funcția pulseIn () ia trei argumente (pin, valoare și timeout):

• pin (int) - numărul pinului pe care doriți să citiți pulsul
• value (int) - tipul de impuls de citit: fie HIGH, fie LOW
• timeout (int) - număr opțional de microsecunde pentru a aștepta finalizarea impulsului

Valoarea lungimii impulsului citit este apoi mapată la o valoare cuprinsă între -255 și 255 care reprezintă viteza înainte / înapoi ("moveValue") sau rotirea la dreapta / stânga ("turnValue"). Deci, de exemplu, dacă împingem butonul de control complet înainte, ar trebui să obținem „moveValue” = 255 și împingând complet înapoi să obținem „moveValue” = -255. Datorită acestui tip de control, putem regla viteza de mișcare a robotului în întreaga gamă.

Pasul 5: Testarea robotului mobil

Aceste videoclipuri prezintă teste ale robotului mobil bazate pe programul din secțiunea anterioară (Arduino Mega Code). Primul videoclip arată testele robotului 6WD din camera mea. Acest robot este capabil să transporte o sarcină de câteva kilograme foarte ușor, pe video transportă 8 sticle de apă echivalente cu 12 kg. De asemenea, robotul poate depăși cu ușurință obstacolele întâmpinate pe drum, precum bordurile de pe parcare, ceea ce puteți vedea în al doilea videoclip. La începutul acestei instrucțiuni puteți vedea, de asemenea, cât de bine se descurcă pe teren dificil.

Pasul 6: Exemple de îmbunătățiri de proiectare

Puteți extinde acest proiect cu componente suplimentare, cum ar fi:

• gripper robot
• braț robotizat (descris în această instrucțiune)
• cardan cu camera

Mai sus veți găsi două videoclipuri care prezintă îmbunătățirile menționate. Primul videoclip arată cum să controlați o cameră panoramică și un robot de prindere folosind transmițătorul Taranis Q X7 2,4 GHz și receptorul FrSky V8FR-II. Următorul videoclip prezintă o introducere rapidă despre cum să conectați și să controlați un cardan cu 2 axe utilizând același set de emițător și receptor la 2,4 GHz.

Pasul 7: Reglarea brațului robotului

Am făcut brațul robotului mai devreme și l-am descris în această instrucțiune. Cu toate acestea, am decis să modific ușor proiectul original și să adaug un alt grad de libertate (wirst) și camera FPV. Robotul are în prezent 4 articulații rotative:

• Wirst
• Cot
• Umăr
• Baza

Rotirea în 4 axe permite prinderea și manipularea ușoară a obiectelor din spațiul de lucru al robotului. Un dispozitiv de prindere rotativ care îndeplinește rolul încheieturii mâinii vă permite să ridicați obiecte așezate în unghiuri diferite. A fost alcătuit din următoarele părți:

• Servo digital LF 20MG 20 KG x1
• Suport pentru servomotor x1
• Cilindru de duralumin cu o grosime de 4 mm și un diametru de 50 mm
• Foaie de duraluminiu 36x44 mm și grosime de 2 mm
• Șuruburi și piulițe M3 x4
• Cameră FPV - RunCam OWL Plus x1

Camera este amplasată direct deasupra dispozitivului de prindere pentru a facilita operatorului să prindă chiar și obiecte mici.

Pasul 8: Verificarea stării robotului și pregătirea pentru transport

Brațul robotului și suportul camerei sunt pliate, ceea ce face transportul robotului mult mai simplu. Panoul din spate al robotului este echipat cu 3 LED-uri. Două dintre ele arată starea puterii electronice, motoarelor și servomotoarelor (pornite sau oprite). Al treilea LED RGB arată starea și defecțiunea bateriei. Pentru o programare mai ușoară, robotul este echipat cu un port micro USB. Această soluție face testarea mult mai ușoară fără a fi nevoie să scoateți carcasa robotului.

Pasul 9: Testarea previzualizării de pe camerele Wifi și Fpv

Două camere au fost instalate pe robot. Camera Wifi a fost așezată pe un suport de aluminiu reglabil din spatele robotului. O cameră mică FPV a fost plasată chiar deasupra dispozitivului de prindere a robotului.

Camere folosite în acest test:

• RunCam OWL Plus
• Camera XiaoMi YI Wifi

Primul videoclip arată testul ambelor camere. Vizualizarea de pe camera wifi este afișată pe smartphone și vizualizarea de pe camera fpv de pe laptop. După cum putem vedea în videoclip, întârzierea de previzualizare este mică, iar pentru camera Wifi această întârziere este puțin mai mare.

În al doilea videoclip, v-am arătat pas cu pas cum să obțineți o previzualizare de la camera fpv de 5,8 GHz pe computer. Imaginea de la cameră este trimisă de la transmițător la receptorul de 5,8 GHz. Apoi merge la un dispozitiv de captare video conectat la un laptop printr-un port USB și este afișat în cele din urmă pe playerul VLC.