Robot za sve terene sa daljinskim upravljanjem 6WD: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Većina robota koje sam dosad izgradio bili su roboti s 4 kotača nosivosti nekoliko kilograma. Ovaj put sam odlučio izgraditi većeg robota koji će lako svladati razne prepreke na svom putu i moći će se kretati s teretom od najmanje desetak kilograma. Također sam pretpostavio da bi se robot trebao moći nositi s teškim terenima poput pijeska, snijega i ruševina. Kako bih to omogućio, izgradio sam šasiju sa 6 kotača opremljenu sa 6 motora dovoljne snage i odgovarajućim pogonom motora i izvorom napajanja. Također sam želio da se mojim robotom upravlja s velike udaljenosti (najmanje 200 metara) pa sam koristio kvalitetan odašiljač i prijemnik od 2,4 GHz.

Nakon što su svi gore navedeni zahtjevi ispunjeni i prvi testovi uspješni, odlučio sam produžiti projekt manipulatorom i dvije kamere. Zahvaljujući slici s kamere možete upravljati robotom čak i ako je izvan vidokruga. Ova značajka omogućuje operateru robota obavljanje zadataka daljinske inspekcije u područjima koja su teško dostupna ili su opasna za ljude.

Iz opisa ovog projekta naučit ćete kako:

• izraditi šasiju robota sa 6 kotača sposobnu za prijevoz najmanje desetak kilograma
  • omogućuje prijevoz težih predmeta
  • moguća komercijalna upotreba, a ne samo robot kao igračka!

• daljinski upravljati takvim robotom s velike udaljenosti

  • vezati odašiljač od 2,4 GHz s prijemnikom
  • čitati naredbe s prijemnika na 2,4 GHz putem Arduina
  • kontrola položaja robota

• postavite pregled s kamera na računalu ili pametnom telefonu

  implementacija bežičnog video prijenosa velikog dometa na 5,8 GHz

Parametri robota (osnovna verzija):

• Vanjske dimenzije (DxŠxV): 405x340x120 mm
• Ukupna težina: 5 kg
• Udaljenost od tla: 45 mm

Proširena verzija (s manipulatorom i kamerama):

• Vanjske dimenzije (DxŠxV): 405x340x220 mm (robot pripremljen za transport)
• Ukupna težina: 6,5 kg

Korak 1: Popis dijelova i materijala

Šasija robota u potpunosti je izrađena od aluminija i duraluminija. U ovom projektu koristio sam 6 kotača Monster Truck promjera 125 mm što olakšava prevladavanje malih prepreka. Robota pokreće 6 visokonaponskih istosmjernih motora od 12 V (180 o / min, 27 kg-cm) s metalnim zupčanicima. Kao pokretač motora možete koristiti bilo koji pogon koji može osigurati kontinuiranu struju od najmanje 10A po motoru, npr.: VNH2SP30, BTS7960B.

Dijelovi potrebni u ovom projektu:

1. Reduktor zupčanika visokog okretnog momenta 12V 180RPM x6
2. 6 mm konektor šesterokutnog istosmjernog motora x6
3. Prekidač za zaustavljanje u nuždi x1
4. Prekidač za napajanje od nehrđajućeg čelika x2
5. 7.4V 2700mAh 10C Lipo baterija x1
6. 11.1V 5500mAh 3S 45C Lipo baterija x1
7. Upravljački program motora, na primjer: VNH2SP30 x6 ili BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Naplatak i gume na kotačima HSP 1:10 Kamion čudovište x2
10. Mikro USB ploča x1

Kontrolirati:

1. FrSky TARANIS Q X7 Odašiljač 7CH 2,4 GHz 7CH x1
2. FrSky V8FR-II prijemnik na 2,4 GHz x1

Materijali (šasija):

1. Duraluminijski lim debljine 2 mm (DxŠ): 345x190 mm x2
2. Aluminijski kutni držač u obliku slova L debljine 2 mm: 190x40x20 mm x2
3. Aluminijski kutni držač u obliku slova C debljine 2 mm: 341x40x20 mm x2

4. Matice i vijci:

   • M3 10 mm x10
   • M2 6 mm x8

Alati:

Električna mini bušilica HILDA

Proširena verzija:

1. RunCam Split kamera x1
2. 2 -osovinski kardan x1
3. Robotska ruka x1
4. Robot hvataljka za metal x1
5. VL53L0X Laserski ToF osjetnik x1

Korak 2: Sklapanje šasije robota

Sastavljanje robotskog kućišta prilično je jednostavno. Svi koraci prikazani su na gornjim fotografijama. Redoslijed glavnih operacija je sljedeći:

1. Izbušite 3 rupe promjera 13 mm u bočnim aluminijskim profilima (rupe za osovinu motora)
2. Izbušite 6 rupa promjera 3 mm u bočnim aluminijskim profilima (rupe za pričvršćivanje motora na profil)
3. Pričvrstite istosmjerne motore na bočne aluminijske profile
4. Pričvrstite bočne aluminijske profile s istosmjernim motorima na podnožje
5. Pričvrstite prednji i stražnji profil na podnožje
6. Ugradite potrebne prekidače za napajanje i druge elektroničke komponente (pogledajte u sljedećem odjeljku)

Korak 3: Spajanje elektroničkih dijelova

Glavni kontroler u ovom elektroničkom sustavu je Arduino Mega 2560. Da bih mogao kontrolirati šest motora, upotrijebio sam dva BTS7960B motorna pogona (H-mostove). Tri motora sa svake strane spojena su na jednog vozača motora. Svaki od vozača motora može biti opterećen strujom do 43A koja daje dovoljnu marginu snage čak i za mobilnog robota koji se kreće po neravnom terenu. Elektronički sustav opremljen je s dva izvora napajanja. Jedan za opskrbu istosmjernih motora i servomotora (LiPo baterija 11.1V, 5500 mAh), a drugi za opskrbu Arduinom, bluetooth modulom, fpv kamerom i senzorima (LiPo baterija 7.4V, 2700 mAh).

Priključci elektroničkih modula su sljedeći:

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 prijemnik na 2,4 GHz -> Arduino Mega 2560

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

Ožičene veze između prijemnika od 2,4 GHz i Arduina prikazane su na gornjoj shemi ožičenja. Spojite 5V i GND žice za napajanje iz Arduina na pinove prijemnika + (VCC) i - (GND). Osim toga, morate povezati iskorištene kanale prijemnika (ch2 i ch3) na Arduino digitalne pinove (npr. 7 i 8, baš kao u programu). Ako tek počinjete učiti elektroniku, a ne znate spojiti napajanje, prekidače i upravljački program motora, ovaj dijagram ožičenja iz mog sličnog projekta bit će od pomoći. Prije nego što pokrenete upravljanje robotom s odašiljača Taranis Q X7 na 2,4 GHz na 2,4 GHz, prethodno morate povezati odašiljač s prijemnikom. Postupak vezivanja detaljno je opisan u mom videu.

Korak 4: Arduino Mega kod

Pripremio sam sljedeće uzorke Arduino programa:

• RC 2.4THz prijemnik Test
• 6WD Robot Control

Prvi program "RC 2.4GHz Receiver Test" omogućit će vam jednostavno pokretanje i provjeru 2.4 GHz prijemnika spojenog na Arduino, drugi "6WD Robot Control" omogućuje upravljanje kretanjem robota. Prije sastavljanja i učitavanja uzorka programa, provjerite jeste li odabrali "Arduino Mega 2560" kao ciljnu platformu kao što je prikazano gore (Arduino IDE -> Alati -> Ploča -> Arduino Mega ili Mega 2560). Naredbe s odašiljača Taranis Q X7 na 2,4 GHz šalju se prijemniku. Kanali 2 i 3 prijemnika spojeni su na Arduino digitalne pinove 7 i 8. U standardnoj biblioteci Arduino možemo pronaći funkciju "pulseIn ()" koja vraća duljinu impulsa u mikrosekundama. Koristit ćemo je za čitanje PWM (Pulse Width Modulation) signala iz prijemnika koji je proporcionalan nagibu odašiljača. kontrolni štapić. Funkcija pulseIn () uzima tri argumenta (pin, value i timeout):

• pin (int) - broj pina na kojem želite očitati puls
• value (int) - vrsta impulsa za očitavanje: VISI ili NISKI
• timeout (int) - izborni broj mikrosekundi za čekanje dovršetka impulsa

Vrijednost duljine očitanog impulsa tada se preslikava na vrijednost između -255 i 255 koja predstavlja brzinu naprijed/natrag ("moveValue") ili skretanje desno/lijevo ("turnValue"). Tako, na primjer, ako gurnemo upravljačku palicu do kraja naprijed, trebali bismo dobiti "moveValue" = 255, a gurnuvši u potpunosti unatrag dobiti "moveValue" = -255. Zahvaljujući ovoj vrsti kontrole, možemo regulirati brzinu kretanja robota u cijelom rasponu.

Korak 5: Testiranje mobilnog robota

Ovi video zapisi prikazuju testove mobilnog robota na temelju programa iz prethodnog odjeljka (Arduino Mega Code). Prvi video prikazuje testove 6WD robota u mojoj sobi. Ovaj robot može vrlo lako nositi teret od nekoliko kilograma, na videu prenosi 8 boca vode ekvivalentno 12 kg. Robot također može lako prevladati prepreke na koje nailazi na svom putu, poput ivičnjaka pri parkiranju, što možete vidjeti u drugom videu. Na početku ove upute također možete vidjeti koliko se dobro nosi na teškom terenu.

Korak 6: Primjeri poboljšanja dizajna

Ovaj projekt možete proširiti dodatnim komponentama kao što su:

• robot hvataljka
• robotska ruka (opisana u ovoj uputi)
• gimbal s kamerom

Gore ćete pronaći dva videozapisa koji predstavljaju spomenuta poboljšanja. Prvi video prikazuje kako upravljati pan-tilt kamerom i robotskim hvataljkom pomoću Taranis Q X7 2.4GHz odašiljača i FrSky V8FR-II prijemnika. Sljedeći video prikazuje kratki uvod kako spojiti i kontrolirati dvoosni gimbal koristeći isti set odašiljača i prijemnika na 2,4 GHz.

Korak 7: Podešavanje robotske ruke

Robotsku ruku napravio sam ranije i opisao u ovoj uputi. Ipak, odlučio sam malo izmijeniti izvorni projekt i dodati još jedan stupanj slobode (wirst) i FPV kameru. Robot trenutno ima 4 rotacijska zgloba:

• Wirst
• Lakat
• Rame
• Baza

Rotacija u 4 osi omogućuje jednostavno hvatanje i rukovanje objektima u radnom prostoru robota. Rotirajući hvatač koji obavlja ulogu zgloba omogućuje vam da podignete predmete postavljene pod različitim kutovima. Napravljen je od sljedećih dijelova:

• LF 20MG 20 KG Digitalni servo x1
• Servo nosač x1
• Duralumin aluminijski cilindar debljine 4 mm i promjera 50 mm
• Duralumin list 36x44 mm i debljine 2 mm
• Vijci i matice M3 x4
• FPV kamera - RunCam OWL Plus x1

Kamera je postavljena izravno iznad hvataljke kako bi operateru bilo lakše uhvatiti čak i male predmete.

Korak 8: Provjera statusa robota i priprema za transport

Robotska ruka i stalak za kameru su presavijeni, što znatno pojednostavljuje transport robota. Stražnja ploča robota opremljena je s 3 LED diode. Dvije od njih prikazuju stanje napajanja elektronike, motora i servo -a (uključene ili isključene). Treća RGB LED prikazuje stanje baterije i kvar. Radi lakšeg programiranja, robot je opremljen mikro USB priključkom. Ovo rješenje znatno olakšava testiranje bez potrebe za uklanjanjem kućišta robota.

Korak 9: Testiranje pregleda s Wifi i Fpv kamera

Na robotu su instalirane dvije kamere. Wifi kamera postavljena je na podesivi aluminijski držač na stražnjoj strani robota. Mala fpv kamera postavljena je neposredno iznad hvataljke robota.

Kamere korištene u ovom testu:

• RunCam OWL Plus
• XiaoMi YI Wifi kamera

Prvi video prikazuje test obje kamere. Pogled s wifi kamere prikazuje se na pametnom telefonu, a pogled s fpv kamere na prijenosnom računalu. Kao što možemo vidjeti na videu, kašnjenje pregleda je malo, a za Wifi kameru ovo kašnjenje je nešto veće.

U drugom videu sam vam korak po korak pokazao kako dobiti pregled s fpv kamere od 5,8 GHz na vašem računalu. Slika s kamere šalje se s odašiljača na prijemnik od 5,8 GHz. Zatim ide na video grabber spojen na prijenosno računalo putem USB priključka i konačno se prikazuje na VLC playeru.