Kauko -ohjattava 6WD -maastorobotti: 10 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Suurin osa tähän mennessä rakentamistani roboteista oli nelipyöräisiä, joiden kantavuus oli useita kiloja. Tällä kertaa päätin rakentaa isomman robotin, joka voittaa helposti erilaisia esteitä matkallaan ja pystyy liikkumaan vähintään tusinan kilon kuormalla. Oletin myös, että robotin pitäisi pystyä selviytymään vaikeasta maastosta, kuten hiekasta, lumesta ja raunioista. Tämän mahdollistamiseksi rakensin kuusipyöräisen alustan, joka oli varustettu kuudella riittävän suuritehoisella moottorilla ja sopivalla moottorinohjaimella ja virtalähteellä. Halusin myös, että robottiani ohjataan kaukaa (vähintään 200 metriä), joten käytin hyvälaatuista 2,4 GHz: n lähetintä ja vastaanotinta.

Kun kaikki edellä mainitut vaatimukset täyttyivät ja ensimmäiset testit onnistuivat, päätin jatkaa projektia manipulaattorilla ja kahdella kameralla. Kameran kuvan ansiosta voit ohjata robottia, vaikka se olisi poissa näkyvistä. Tämän ominaisuuden avulla robotin käyttäjä voi suorittaa etätarkastustehtäviä alueilla, joihin on vaikea päästä tai jotka ovat vaarallisia ihmisille.

Tämän projektin kuvauksesta opit:

• rakentaa kuusipyöräinen robottirunko, joka pystyy kuljettamaan vähintään tusinaa kiloa
  • voit kuljettaa raskaampia esineitä
  • mahdollista kaupallista käyttöä eikä vain robottia leluna!
• hallita tällaista robottia etänä kaukaa
  • sido 2,4 GHz: n lähetin vastaanottimeen
  • lukea komentoja 2,4 GHz: n vastaanottimelta Arduinon kautta
  • robotin aseman hallinta
• aseta esikatselu tietokoneen tai älypuhelimen kameroista

  langattoman pitkän kantaman videolähetyksen toteuttaminen taajuudella 5,8 GHz

Robottiparametrit (perusversio):

• Ulkomitat (PxLxK): 405x340x120 mm
• Kokonaispaino: 5 kg
• Maavara: 45 mm

Laajennettu versio (manipulaattori ja kamerat):

• Ulkomitat (PxLxK): 405x340x220 mm (robotti kuljetusta varten)
• Kokonaispaino: 6,5 kg

Vaihe 1: Osien ja materiaalien luettelo

Robotin runko on valmistettu kokonaan alumiinista ja duralumiinista. Tässä projektissa käytin 6 Monster Truck -pyörää, joiden halkaisija oli 125 mm, mikä helpottaa pienten esteiden voittamista. Robottia ohjaavat 6 suuritehoista 12 V: n harjattua tasavirtamoottoria (180 r / min, 27 kg-cm) ja metallivaihteet. Moottoriajurina voit käyttää mitä tahansa ohjainta, joka pystyy tuottamaan vähintään 10 A: n jatkuvavirran moottoria kohti, esim. VNH2SP30, BTS7960B.

Tässä projektissa tarvittavat osat:

1. Suuren vääntömomentin vaihteenvähennys DC -moottori 12V 180 rpm x6
2. 6 mm: n kuusiokantavaihteinen moottoriliitin x6
3. Hätäpysäytyskytkin x1
4. Ruostumattomasta teräksestä valmistettu virtakytkin x2
5. 7,4 V 2700 mAh 10C Lipo -akku x1
6. 11.1V 5500mAh 3S 45C Lipo -akku x1
7. Moottorin ohjain, esim.: VNH2SP30 x6 tai BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Pyörän vanteet ja renkaat HSP 1:10 Monster Truck x2
10. Micro USB -kortti x1

Ohjaus:

1. FrSky TARANIS Q X7 2,4 GHz 7CH lähetin x1
2. FrSky V8FR-II 2,4 GHz: n vastaanotin x1

Materiaalit (runko):

1. Duralumiinilevy 2 mm paksu (PxL): 345x190 mm x2
2. L-muotoinen alumiininen kulmakiinnike 2 mm paksu: 190x40x20 mm x2
3. C-muotoinen alumiininen kulmakiinnike 2 mm paksu: 341x40x20 mm x2

4. Mutterit ja pultit:

   • M3 10 mm x 10
   • M2 6 mm x 8

Työkalut:

HILDA sähköinen minipora

Laajennettu versio:

1. RunCam Split -kamera x1
2. 2 -akselinen kardaani x1
3. Robottivarsi x1
4. Robottimetallikahva x1
5. VL53L0X Laser ToF -anturi x1

Vaihe 2: Robottirungon kokoaminen

Robottirungon kokoaminen on melko helppoa. Kaikki vaiheet on esitetty yllä olevissa kuvissa. Päätoimintojen järjestys on seuraava:

1. Poraa 3 reikää, joiden halkaisija on 13 mm, alumiiniprofiileihin (reiät moottorin akselille)
2. Poraa 6 reikää, joiden halkaisija on 3 mm, alumiiniprofiileihin (reiät, jotka kiinnittävät moottorit profiiliin)
3. Ruuvaa tasavirtamoottorit kiinni alumiiniprofiileihin
4. Ruuvaa sivualumiiniprofiilit tasavirtamoottorilla pohjaan
5. Ruuvaa etu- ja takaprofiili kiinni alustaan
6. Asenna tarvittavat virtakytkimet ja muut elektroniset komponentit (katso seuraava osa)

Vaihe 3: Elektronisten osien liittäminen

Tämän elektronisen järjestelmän pääohjain on Arduino Mega 2560. Kuuden moottorin ohjaamiseen käytin kahta BTS7960B-moottoriajuria (H-siltoja). Kolme moottoria kummallakin puolella on kytketty yhteen moottorikäyttöön. Jokaista moottoriajuria voidaan ladata 43A: n virralla, mikä antaa riittävän tehomarginaalin jopa liikkuvalle robotille, joka liikkuu epätasaisessa maastossa. Elektroninen järjestelmä on varustettu kahdella virtalähteellä. Yksi DC -moottoreiden ja servojen (LiPo -akku 11,1 V, 5500 mAh) syöttämiseen ja toinen Arduinon, Bluetooth -moduulin, fpv -kameran ja antureiden (LiPo -akku 7,4 V, 2700 mAh) toimittamiseen.

Elektronisten moduulien liitännät ovat seuraavat:

BTS7960 -> Arduino Mega 2560

• MotorRight_R_FI - 22
• MotorRight_L_FI - 23
• MotorLeft_R_FI - 26
• MotorLeft_L_FI - 27
• Rpwm1 - 2
• Lpwm1 - 3
• Rpwm2 - 4
• Lpwm2 - 5
• VCC - 5V
• GND - GND

FrSky V8FR -II 2,4 GHz: n vastaanotin -> Arduino Mega 2560

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

2,4 GHz: n vastaanottimen ja Arduinon väliset langalliset liitännät on esitetty yllä olevassa kytkentäkaaviossa. Kytke Arduinon 5V- ja GND -virtajohdot vastaanottimen nastoihin + (VCC) ja - (GND). Lisäksi sinun on liitettävä käytetyt vastaanottimen kanavat (ch2 ja ch3) Arduino -digitaalisiin nastoihin (esim. 7 ja 8 aivan kuten ohjelmassa). Jos olet vasta aloittamassa elektroniikan oppimista etkä tiedä kuinka kytkeä virtalähde, kytkimet ja moottorin ohjain, tämä kytkentäkaavio samasta projektistani on hyödyllinen. Ennen kuin aloitat robotin ohjauksen 2,4 GHz: n Taranis Q X7 2,4 GHz: n lähettimestä, sinun on ensin sidottava lähetin vastaanottimeen. Sitomismenettely on kuvattu yksityiskohtaisesti videossani.

Vaihe 4: Arduino Mega Code

Olen valmistellut seuraavat esimerkit Arduino -ohjelmista:

• RC 2,4 GHz: n vastaanottimen testi
• 6WD -robotin ohjaus

Ensimmäisen ohjelman "RC 2.4GHz Receiver Test" avulla voit helposti käynnistää ja tarkistaa Arduinoon yhdistetyn 2,4 GHz: n vastaanottimen, ja toisen "6WD Robot Control" -toiminnon avulla voit hallita robotin liikettä. Ennen näyteohjelman kokoamista ja lataamista varmista, että olet valinnut kohdealustaksi "Arduino Mega 2560", kuten yllä on esitetty (Arduino IDE -> Työkalut -> Hallitus -> Arduino Mega tai Mega 2560). Taranis Q X7 2,4 GHz lähettimen komennot lähetetään vastaanottimelle. Vastaanottimen kanavat 2 ja 3 on liitetty Arduinon digitaalisiin nastoihin 7 ja 8. Arduinon vakiokirjastosta löytyy funktio "pulseIn ()", joka palauttaa pulssin pituuden mikrosekunneissa. Käytämme sitä lukemaan vastaanottimesta PWM (Pulse Width Modulation) -signaalin, joka on verrannollinen lähettimen kallistuskulmaan ohjaussauva. PulseIn () -funktio sisältää kolme argumenttia (nasta, arvo ja aikakatkaisu):

• pin (int) - nastan numero, josta haluat lukea pulssin
• arvo (int) - luettavan pulssin tyyppi: joko HIGH tai LOW
• aikakatkaisu (int) - valinnainen määrä mikrosekunteja odottamaan pulssin valmistumista

Lukupulssin pituuden arvo yhdistetään sitten arvoon -255 ja 255, joka edustaa eteenpäin/taaksepäin ("moveValue") tai käänny oikealle/vasemmalle ("turnValue"). Jos esimerkiksi työnnämme ohjaussauvan kokonaan eteenpäin, pitäisi saada "moveValue" = 255 ja kokonaan taaksepäin painamalla "moveValue" = -255. Tämän tyyppisen ohjauksen ansiosta voimme säätää robotin liikkeen nopeutta koko alueella.

Vaihe 5: Mobiilirobotin testaus

Nämä videot esittävät mobiilirobotitestejä, jotka perustuvat edellisen osan ohjelmaan (Arduino Mega Code). Ensimmäinen video näyttää 6WD -robotin testit huoneessani. Tämä robotti pystyy kantamaan useita kiloja erittäin helposti, videolla se kuljettaa 8 pulloa vettä, jotka vastaavat 12 kg. Robotti voi myös helposti voittaa matkalla kohtaamansa esteet, kuten pysäköinnin reunat, kuten näet toisessa videossa. Tämän ohjeen alussa näet myös kuinka hyvin se selviytyy vaikeassa maastossa.

Vaihe 6: Esimerkkejä suunnittelun parannuksista

Voit laajentaa tätä projektia lisäkomponenteilla, kuten:

• robotin tarttuja
• robotti käsivarsi (kuvattu tässä ohjeessa)
• gimbal kameralla

Yllä on kaksi videota, jotka esittävät mainitut parannukset. Ensimmäisessä videossa näytetään, kuinka ohjataan panorointikameraa ja robottipidintä käyttämällä Taranis Q X7 2,4 GHz: n lähetintä ja FrSky V8FR-II -vastaanotinta. Seuraava video näyttää lyhyen esittelyn siitä, miten 2 -akselinen gimbal voidaan kytkeä ja ohjata käyttäen samaa lähetin- ja vastaanotinsarjaa 2,4 GHz: n taajuudella.

Vaihe 7: Robot Arm Arming

Tein robotin varren aiemmin ja kuvailin sen tässä ohjeessa. Päätin kuitenkin muokata hieman alkuperäistä projektia ja lisätä uuden vapauden (wirst) ja FPV -kameran. Robotissa on tällä hetkellä 4 pyörivää liitosta:

• Wirst
• Kyynärpää
• Olkapää
• Pohja

Neljän akselin pyöriminen mahdollistaa esineiden helpon tarttumisen ja käsittelyn robotin työtilassa. Pyörivä ote, joka suorittaa ranteen tehtävän, mahdollistaa eri kulmista sijoitettujen esineiden poimimisen. Se tehtiin seuraavista osista:

• LF 20MG 20 KG Digitaalinen Servo x1
• Servokannatin x1
• Duralumiinisylinteri, jonka paksuus on 4 mm ja halkaisija 50 mm
• Duralumiinilevy 36x44 mm ja paksuus 2 mm
• Pultit ja mutterit M3 x4
• FPV -kamera - RunCam OWL Plus x1

Kamera on sijoitettu suoraan tarttujan yläpuolelle, jotta käyttäjän on helpompi tarttua pieniin esineisiin.

Vaihe 8: Robotin tilan tarkistaminen ja valmistautuminen kuljetukseen

Robottivarret ja kamerateline on taitettu, mikä tekee robotin kuljetuksesta paljon helpompaa. Robotin takapaneelissa on 3 LEDiä. Kaksi niistä näyttää elektroniikan, moottoreiden ja servojen virran tilan (päällä tai pois päältä). Kolmas RGB -LED näyttää akun tilan ja vian. Ohjelmoinnin helpottamiseksi robotti on varustettu mikro -USB -portilla. Tämä ratkaisu tekee testaamisesta paljon helpompaa ilman, että robotin koteloa on irrotettava.

Vaihe 9: Esikatselun testaaminen Wifi- ja Fpv -kameroista

Robottiin asennettiin kaksi kameraa. Wifi -kamera asetettiin säädettävälle alumiinipidikkeelle robotin takana. Pieni fpv -kamera sijoitettiin juuri robotin tarttujan yläpuolelle.

Tässä testissä käytetyt kamerat:

• RunCam OWL Plus
• XiaoMi YI Wifi -kamera

Ensimmäinen video näyttää molempien kameroiden testin. Näkymä wifi -kamerasta näkyy älypuhelimessa ja näkymä kannettavan tietokoneen fpv -kamerassa. Kuten videosta näemme, esikatselun viive on pieni ja Wifi -kamerassa tämä viive on hieman suurempi.

Toisessa videossa näytin sinulle vaihe vaiheelta, kuinka saat esikatselun tietokoneellasi olevasta 5,8 GHz: n fpv -kamerasta. Kamerasta tuleva kuva lähetetään lähettimestä 5,8 GHz: n vastaanottimeen. Sitten se menee videokaappaajaan, joka on kytketty kannettavaan tietokoneeseen USB -portin kautta ja näkyy lopulta VLC -soittimessa.