Nuotoliniu būdu valdomas 6WD visureigis robotas: 10 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Dauguma mano pagamintų robotų buvo keturių ratų robotai, kurių keliamoji galia siekė kelis kilogramus. Šį kartą nusprendžiau sukurti didesnį robotą, kuris lengvai įveiks įvairias kliūtis savo kelyje ir galės judėti ne mažiau kaip keliolikos kilogramų apkrova. Aš taip pat dariau prielaidą, kad robotas turėtų sugebėti susidoroti su sudėtingomis vietovėmis, tokiomis kaip smėlis, sniegas ir griuvėsiai. Kad tai būtų įmanoma, aš sukūriau šešių ratų važiuoklę, kurioje buvo 6 pakankamai didelės galios varikliai ir tinkama variklio tvarkyklė bei maitinimo šaltinis. Taip pat norėjau, kad mano robotas būtų valdomas iš didelio atstumo (mažiausiai 200 metrų), todėl naudojau geros kokybės 2,4 GHz siųstuvą ir imtuvą.

Kai visi minėti reikalavimai buvo įvykdyti ir pirmieji bandymai buvo sėkmingi, nusprendžiau pratęsti projektą manipuliatoriumi ir dviem kameromis. Dėl fotoaparato vaizdo galite valdyti robotą, net jei jis nematomas. Ši funkcija leidžia roboto operatoriui atlikti nuotolinio tikrinimo užduotis sunkiai prieinamose arba žmonėms pavojingose vietose.

Iš šio projekto aprašymo sužinosite, kaip:

• sukonstruoti šešių ratų robotų važiuoklę, galinčią pervežti bent keliolika kilogramų

  • leidžia gabenti sunkesnius daiktus
  • galimas komercinis naudojimas, o ne tik robotas kaip žaislas!

• nuotoliniu būdu valdyti tokį robotą iš didelio atstumo

  • susieti 2,4 GHz siųstuvą su imtuvu
  • skaityti komandas iš 2,4 GHz imtuvo per „Arduino“
  • roboto padėties kontrolė

• nustatyti peržiūrą iš kompiuterio ar išmaniojo telefono kamerų

  belaidžio didelio nuotolio vaizdo perdavimo 5,8 GHz dažniu įgyvendinimas

Roboto parametrai (pagrindinė versija):

• Išoriniai matmenys (LxWxH): 405x340x120 mm
• Bendras svoris: 5 kg
• Atstumas nuo žemės: 45 mm

Išplėstinė versija (su manipuliatoriumi ir kameromis):

• Išoriniai matmenys (LxPxH): 405x340x220 mm (robotas paruoštas transportavimui)
• Bendras svoris: 6,5 kg

1 žingsnis: dalių ir medžiagų sąrašas

Roboto važiuoklė yra visiškai pagaminta iš aliuminio ir duraluminio. Šiame projekte panaudojau 6 „Monster Truck“ratus, kurių skersmuo yra 125 mm, todėl lengva įveikti mažas kliūtis. Robotas varomas 6 didelės galios 12 V šepečiu nuolatinės srovės varikliais (180 aps./min., 27 kg-cm) su metalinėmis pavaromis. Kaip variklio vairuotojas galite naudoti bet kurį tvarkyklę, galinčią užtikrinti ne mažesnę kaip 10A srovę vienam varikliui, pvz.: VNH2SP30, BTS7960B.

Šiam projektui reikalingos dalys:

1. Didelio sukimo momento pavarų reduktorius DC variklis 12V 180RPM x6
2. 6 mm šešiakampė nuolatinės srovės pavarų variklio jungtis x6
3. Avarinio stabdymo jungiklis x1
4. Nerūdijančio plieno maitinimo mygtuko jungiklis x2
5. 7.4V 2700mAh 10C lipo baterija x1
6. 11.1V 5500mAh 3S 45C Lipo baterija x1
7. Variklio tvarkyklė, pvz.: VNH2SP30 x6 arba BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Ratlankiai ir padangos HSP 1:10 Monster Truck x2
10. Mikro USB plokštė x1

Kontrolė:

1. „FrSky TARANIS Q X7“2,4 GHz 7 kanalų siųstuvas x1
2. „FrSky V8FR-II“2,4 GHz imtuvas x1

Medžiagos (važiuoklė):

1. Duralumino lakštas 2 mm storio (LxW): 345x190 mm x2
2. L formos aliuminio kampinis laikiklis 2 mm storio: 190x40x20 mm x2
3. C formos aliuminio kampinis laikiklis 2 mm storio: 341x40x20 mm x2

4. Veržlės ir varžtai:

   • M3 10 mm x 10
   • M2 6 mm x8

Įrankiai:

Elektrinis mini gręžtuvas HILDA

Prailginta versija:

1. „RunCam Split“kamera 1
2. 2 ašių kardanas x1
3. Robotinė ranka x1
4. Roboto metalinis griebtuvas x1
5. VL53L0X lazerinis ToF jutiklis x1

2 žingsnis: Roboto važiuoklės surinkimas

Robotų važiuoklės surinkimas yra gana lengvas. Visi veiksmai parodyti aukščiau esančiose nuotraukose. Pagrindinių operacijų tvarka yra tokia:

1. Gręžkite 3 skyles, kurių skersmuo yra 13 mm, šoniniuose aliuminio profiliuose (skylės variklio velenui)
2. Išgręžkite 6 skylutes, kurių skersmuo yra 3 mm, šoniniuose aliuminio profiliuose (skylės, tvirtinančios variklius prie profilio)
3. Prisukite nuolatinės srovės variklius prie šoninių aliuminio profilių
4. Prisukite šoninius aliuminio profilius su nuolatinės srovės varikliais prie pagrindo
5. Prisukite priekinį ir galinį profilį prie pagrindo
6. Įdiekite reikiamus maitinimo jungiklius ir kitus elektroninius komponentus (žr. Kitame skyriuje)

3 žingsnis: Elektroninių dalių prijungimas

Pagrindinis šios elektroninės sistemos valdiklis yra „Arduino Mega 2560“. Kad galėčiau valdyti šešis variklius, naudojau dvi „BTS7960B“variklių tvarkykles („H-Bridges“). Trys varikliai iš abiejų pusių yra prijungti prie vienos variklio tvarkyklės. Kiekvienas variklio vairuotojas gali būti pakrautas iki 43A srovės, o tai suteikia pakankamai galios net ir mobiliam robotui, judančiam nelygiu reljefu. Elektroninėje sistemoje yra du maitinimo šaltiniai. Vienas skirtas nuolatinės srovės varikliams ir servo tiekimui („LiPo“akumuliatorius 11,1 V, 5500 mAh), o kitas - „Arduino“, „Bluetooth“modulis, fpv kamera ir jutikliai („LiPo“baterija 7,4 V, 2700 mAh).

Elektroninių modulių jungtys yra šios:

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

„FrSky V8FR -II“2,4 GHz imtuvas -> „Arduino Mega 2560“

• ch2 - 7 // Aileron
• ch3 - 8 // Liftas
• VCC - 5V
• GND - GND

Laidinės jungtys tarp 2,4 GHz imtuvo ir „Arduino“parodytos aukščiau esančioje laidų schemoje. Prijunkite 5V ir GND maitinimo laidus iš „Arduino“prie imtuvo kaiščių + (VCC) ir - (GND). Be to, turite prijungti panaudotus imtuvo kanalus (ch2 ir ch3) prie „Arduino“skaitmeninių kaiščių (pvz., 7 ir 8, kaip ir programoje). Jei tik pradedate mokytis elektronikos ir nežinote, kaip prijungti maitinimo šaltinį, jungiklius ir variklio tvarkyklę, ši mano panašaus projekto prijungimo schema bus naudinga. Prieš pradėdami valdyti robotą iš 2,4 GHz „Taranis Q X7 2,4 GHz“siųstuvo, turite anksčiau susieti siųstuvą su imtuvu. Įrišimo procedūra išsamiai aprašyta mano vaizdo įraše.

4 žingsnis: „Arduino“mega kodas

Aš paruošiau šiuos „Arduino“programų pavyzdžius:

• RC 2,4 GHz imtuvo testas
• 6WD robotų valdymas

Pirmoji programa „RC 2.4GHz Receiver Test“leis lengvai paleisti ir patikrinti 2,4 GHz imtuvą, prijungtą prie „Arduino“, antroji „6WD Robot Control“leidžia valdyti roboto judėjimą. Prieš sudarydami ir įkeldami pavyzdinę programą, įsitikinkite, kad pasirinkote „Arduino Mega 2560“kaip tikslinę platformą, kaip parodyta aukščiau („Arduino IDE“-> Įrankiai -> Lenta -> „Arduino Mega“arba „Mega 2560“). „Taranis Q X7“2,4 GHz siųstuvo komandos siunčiamos į imtuvą. Imtuvo 2 ir 3 kanalai yra prijungti prie atitinkamai 7 ir 8 „Arduino“kaiščių. „Arduino“standartinėje bibliotekoje galime rasti funkciją „pulseIn ()“, kuri grąžina impulso ilgį mikrosekundėmis. Mes jį naudosime skaitydami PWM (impulso pločio moduliacijos) signalą iš imtuvo, kuris yra proporcingas siųstuvo posvyriui valdymo lazda. Funkcijai pulseIn () reikalingi trys argumentai (kaištis, vertė ir skirtasis laikas):

• smeigtukas (int) - kaiščio, ant kurio norite nuskaityti impulsą, numeris
• value (int) - impulsas, kurį reikia skaityti: HIGH arba LOW
• timeout (int) - pasirenkamas mikrosekundžių skaičius, kurio reikia laukti, kol impulsas bus baigtas

Tada nuskaitymo impulso ilgio vertė susiejama su reikšme nuo -255 iki 255, kuri reiškia pirmyn/atgal („moveValue“) arba posūkį į dešinę/kairę („turnValue“). Taigi, pavyzdžiui, jei visiškai stumiame valdymo lazdą į priekį, turėtume gauti „moveValue“= 255, o visiškai paspaudę atgal -„moveValue“= -255. Šio tipo valdymo dėka galime reguliuoti roboto judėjimo greitį visame diapazone.

5 žingsnis: Mobiliojo roboto testavimas

Šie vaizdo įrašai rodo mobiliojo roboto testus, pagrįstus ankstesnio skyriaus programa („Arduino Mega Code“). Pirmajame vaizdo įraše rodomi 6WD roboto bandymai mano kambaryje. Šis robotas gali labai lengvai nešti kelių kilogramų krovinį, vaizdo įraše jis gabena 8 butelius vandens, atitinkantį 12 kg. Robotas taip pat gali lengvai įveikti kliūtis, su kuriomis susiduria savo kelyje, pavyzdžiui, bortelių stovėjimo aikštelėje, ką galite pamatyti antrame vaizdo įraše. Šios instrukcijos pradžioje taip pat galite pamatyti, kaip ji puikiai susidoroja su sunkia vietove.

6 veiksmas: dizaino patobulinimų pavyzdžiai

Šį projektą galite išplėsti papildomais komponentais, tokiais kaip:

• roboto griebtuvas
• roboto ranka (aprašyta šioje instrukcijoje)
• kardanas su kamera

Viršuje rasite du vaizdo įrašus, kuriuose pristatomi minėti patobulinimai. Pirmajame vaizdo įraše parodyta, kaip valdyti pakreipiamą kamerą ir roboto griebtuvą naudojant „Taranis Q X7“2,4 GHz siųstuvą ir „FrSky V8FR-II“imtuvą. Kitame vaizdo įraše parodyta trumpa įžanga, kaip prijungti ir valdyti 2 ašių gimbalą naudojant tą patį siųstuvo ir imtuvo komplektą 2,4 GHz dažniu.

7 žingsnis: Roboto rankos derinimas

Aš padariau roboto ranką anksčiau ir aprašiau ją šioje instrukcijoje. Tačiau nusprendžiau šiek tiek pakeisti pradinį projektą ir pridėti dar vieną laisvės laipsnį (troškimą) ir FPV kamerą. Šiuo metu robotas turi 4 sukamąsias jungtis:

• Wirst
• Alkūnė
• Pečių
• Bazė

Sukimas 4 ašimis leidžia lengvai sugriebti ir manipuliuoti objektais roboto darbo vietoje. Besisukantis griebtuvas, atliekantis riešo vaidmenį, leidžia pasiimti skirtingais kampais išdėstytus daiktus. Jis buvo pagamintas iš šių dalių:

• LF 20MG 20 KG skaitmeninis servo x1
• Servo laikiklis x1
• Duralumino cilindras, kurio storis 4 mm ir skersmuo 50 mm
• Duralumino lakštas 36x44 mm ir storis 2 mm
• Varžtai ir veržlės M3 x4
• FPV kamera - „RunCam OWL Plus x1“

Fotoaparatas yra tiesiai virš griebtuvo, kad operatoriui būtų lengviau patraukti net mažus daiktus.

8 veiksmas: roboto būsenos tikrinimas ir pasiruošimas transportavimui

Roboto rankena ir fotoaparato stovas yra sulankstyti, todėl roboto transportavimas yra daug paprastesnis. Galiniame roboto skydelyje yra 3 šviesos diodai. Du iš jų rodo elektronikos, variklių ir servos (įjungtos arba išjungtos) galios būseną. Trečiasis RGB šviesos diodas rodo baterijos būseną ir gedimą. Kad būtų lengviau programuoti, robotas turi mikro USB prievadą. Šis sprendimas žymiai palengvina bandymus ir nereikia nuimti roboto korpuso.

9 veiksmas: peržiūros testavimas naudojant „Wifi“ir „Fpv“fotoaparatus

Ant roboto buvo sumontuotos dvi kameros. „Wifi“kamera buvo padėta ant reguliuojamo aliuminio laikiklio, esančio roboto gale. Maža fpv kamera buvo padėta tiesiai virš roboto griebtuvo.

Šiame bandyme naudojamos kameros:

• „RunCam OWL Plus“
• „XiaoMi YI Wifi“kamera

Pirmajame vaizdo įraše parodytas abiejų kamerų bandymas. Vaizdas iš „Wi -Fi“kameros rodomas išmaniajame telefone, o vaizdas iš nešiojamojo kompiuterio fpv kameros. Kaip matome vaizdo įraše, peržiūros vėlavimas yra mažas, o „Wifi“fotoaparatui - šiek tiek didesnis.

Antrame vaizdo įraše žingsnis po žingsnio parodžiau, kaip kompiuteryje gauti peržiūrą iš 5,8 GHz fpv kameros. Vaizdas iš fotoaparato siunčiamas iš siųstuvo į 5,8 GHz imtuvą. Tada jis eina į vaizdo įrašų griebtuvą, prijungtą prie nešiojamojo kompiuterio per USB prievadą, ir galiausiai rodomas VLC grotuve.