Τηλεχειριζόμενο ρομπότ 6WD All Terrain: 10 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Τα περισσότερα από τα ρομπότ που έφτιαξα μέχρι τώρα ήταν ρομπότ 4 τροχών με χωρητικότητα αρκετών κιλών. Αυτή τη φορά αποφάσισα να φτιάξω ένα μεγαλύτερο ρομπότ που θα ξεπεράσει εύκολα διάφορα εμπόδια στο δρόμο του και θα μπορεί να κινείται με φορτίο τουλάχιστον δώδεκα κιλά. Υπέθεσα επίσης ότι το ρομπότ θα πρέπει να μπορεί να αντεπεξέλθει σε δύσκολα εδάφη όπως άμμος, χιόνι και μπάζα. Για να το καταφέρω, έχτισα ένα 6-τροχο σασί εξοπλισμένο με 6 κινητήρες επαρκούς υψηλής ισχύος και κατάλληλο οδηγό κινητήρα και τροφοδοτικό. Iθελα επίσης να ελέγχεται το ρομπότ μου από μεγάλη απόσταση (τουλάχιστον 200 μέτρα), οπότε χρησιμοποίησα πομπό και δέκτη καλής ποιότητας 2,4 GHz.

Μόλις πληρούνται όλες οι παραπάνω απαιτήσεις και οι πρώτες δοκιμές ήταν επιτυχημένες, αποφάσισα να επεκτείνω το έργο με χειριστή και δύο κάμερες. Χάρη στην εικόνα από την κάμερα, μπορείτε να ελέγξετε το ρομπότ ακόμη και αν δεν είναι ορατό. Αυτή η δυνατότητα επιτρέπει στον χειριστή ρομπότ να εκτελεί εργασίες απομακρυσμένης επιθεώρησης σε περιοχές που είναι δύσκολα προσβάσιμες ή είναι επικίνδυνες για τον άνθρωπο.

Από την περιγραφή αυτού του έργου θα μάθετε πώς:

• να κατασκευάσει ένα σασί 6 ροδών ρομπότ ικανό να μεταφέρει τουλάχιστον δώδεκα κιλά

  • σας επιτρέπει να μεταφέρετε βαρύτερα αντικείμενα
  • πιθανή εμπορική χρήση και όχι απλώς ένα ρομπότ ως παιχνίδι!

• να ελέγχετε εξ αποστάσεως ένα τέτοιο ρομπότ από μεγάλη απόσταση

  • συνδέστε έναν πομπό 2,4 GHz με έναν δέκτη
  • ανάγνωση εντολών από δέκτη 2,4 GHz μέσω Arduino
  • έλεγχο της θέσης του ρομπότ

• ορίστε προεπισκόπηση από κάμερες στον υπολογιστή ή το smartphone σας

  υλοποίηση ασύρματης μετάδοσης βίντεο μεγάλης εμβέλειας στα 5,8 GHz

Παράμετροι ρομπότ (βασική έκδοση):

• Εξωτερικές διαστάσεις (ΜxΠxΥ): 405x340x120 mm
• Συνολικό βάρος: 5 κιλά
• Απόσταση από το έδαφος: 45 mm

Εκτεταμένη έκδοση (με χειριστή και κάμερα):

• Εξωτερικές διαστάσεις (ΜxΠxΥ): 405x340x220 mm (ρομπότ προετοιμασμένο για μεταφορά)
• Συνολικό βάρος: 6,5 κιλά

Βήμα 1: Ο κατάλογος μερών και υλικών

Το πλαίσιο του ρομπότ είναι κατασκευασμένο εξ ολοκλήρου από αλουμίνιο και ντουραλουμίνη. Σε αυτό το έργο χρησιμοποίησα 6 τροχούς Monster Truck με διάμετρο 125 mm που καθιστά εύκολη την υπέρβαση μικρών εμποδίων. Το ρομπότ κινείται από 6 κινητήρες συνεχούς ρεύματος 12 V υψηλής ισχύος (180 RPM, 27 kg-cm) με μεταλλικά γρανάζια. Ως οδηγός κινητήρα μπορείτε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε πρόγραμμα οδήγησης που μπορεί να παρέχει συνεχές ρεύμα τουλάχιστον 10Α ανά κινητήρα, π.χ. VNH2SP30, BTS7960B.

Μέρη που απαιτούνται σε αυτό το έργο:

1. Μειωτής ταχύτητας υψηλής ροπής DC μοτέρ 12V 180RPM x6
2. 6mm Hex DC Gear Motor Connector x6
3. Διακόπτης διακοπής έκτακτης ανάγκης x1
4. Διακόπτης από ανοξείδωτο ατσάλι με κουμπί ισχύος x2
5. Μπαταρία 7.4V 2700mAh 10C Lipo x1
6. Μπαταρία 11.1V 5500mAh 3S 45C Lipo x1
7. Πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα π.χ. VNH2SP30 x6 ή BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Ζάντα & Ελαστικά HSP 1:10 Monster Truck x2
10. Micro USB Board x1

Ελεγχος:

1. FrSky TARANIS Q X7 Πομπός 2.4GHz 7CH x1
2. Δέκτης FrSky V8FR-II 2.4GHz x1

Υλικά (σασί):

1. Φύλλο Duralumin πάχους 2mm (ΜxΠ): 345x190 mm x2
2. Γωνιακός βραχίονας αλουμινίου σχήματος L πάχους 2mm: 190x40x20 mm x2
3. Γωνιακός βραχίονας αλουμινίου σχήματος C πάχους 2mm: 341x40x20 mm x2

4. Παξιμάδια και μπουλόνια:

   • M3 10 mm x10
   • Μ2 6 mm x8

Εργαλεία:

Ηλεκτρικό μίνι τρυπάνι HILDA

ΕΚΤΕΤΑΜΕΝΗ Εκδοση:

1. RunCam Split κάμερα x1
2. Gimbal 2 αξόνων x1
3. Ρομποτικός βραχίονας x1
4. Ρομπότ μεταλλική λαβή x1

5. VL53L0X Laser ToF Sensor x1

Βήμα 2: Συναρμολόγηση του πλαισίου ρομπότ

Η συναρμολόγηση του πλαισίου ρομπότ είναι αρκετά εύκολη. Όλα τα βήματα φαίνονται στις παραπάνω φωτογραφίες. Η σειρά των κύριων λειτουργιών έχει ως εξής:

1. Τρυπήστε 3 οπές με διάμετρο 13 mm σε πλευρικά προφίλ αλουμινίου (Τρύπες για τον άξονα του κινητήρα)
2. Τρυπήστε 6 οπές με διάμετρο 3 mm σε πλευρικά προφίλ αλουμινίου (Τρύπες που στερεώνουν τους κινητήρες στο προφίλ)
3. Βιδώστε τους κινητήρες DC στα πλευρικά προφίλ αλουμινίου
4. Βιδώστε τα πλαϊνά προφίλ αλουμινίου με κινητήρες DC στη βάση
5. Βιδώστε το μπροστινό και το πίσω προφίλ στη βάση
6. Εγκαταστήστε τους απαραίτητους διακόπτες ισχύος και άλλο ηλεκτρονικό εξάρτημα (δείτε στην επόμενη ενότητα)

Βήμα 3: Σύνδεση ηλεκτρονικών ανταλλακτικών

Ο κύριος ελεγκτής σε αυτό το ηλεκτρονικό σύστημα είναι το Arduino Mega 2560. Για να μπορώ να ελέγχω έξι κινητήρες χρησιμοποίησα δύο BTS7960B Motor Drivers (H-Bridges). Τρεις κινητήρες σε κάθε πλευρά συνδέονται με έναν οδηγό κινητήρα. Κάθε ένα από τα προγράμματα οδήγησης κινητήρα μπορεί να φορτωθεί με ρεύμα έως 43Α που δίνει επαρκές περιθώριο ισχύος ακόμη και για το κινητό ρομπότ που κινείται σε ανώμαλο έδαφος. Το ηλεκτρονικό σύστημα είναι εξοπλισμένο με δύο πηγές ενέργειας. Το ένα για την τροφοδοσία των κινητήρων DC και των σερβομηχανισμών (μπαταρία LiPo 11.1V, 5500 mAh) και το άλλο για τροφοδοσία Arduino, μονάδα bluetooth, κάμερα fpv και αισθητήρες (μπαταρία LiPo 7.4V, 2700 mAh).

Οι συνδέσεις των ηλεκτρονικών ενοτήτων είναι οι ακόλουθες:

BTS7960 -> Arduino Mega 2560

• MotorRight_R_EL - 22
• MotorRight_L_EL - 23
• MotorLeft_R_EL - 26
• MotorLeft_L_EL - 27
• Rpwm1 - 2
• Lpwm1 - 3
• Rpwm2 - 4
• Lpwm2 - 5
• VCC - 5V
• GND - GND

Δέκτης FrSky V8FR -II 2.4GHz -> Arduino Mega 2560

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

Οι ενσύρματες συνδέσεις μεταξύ του δέκτη 2,4 GHz και του Arduino φαίνονται στο παραπάνω διάγραμμα καλωδίωσης. Συνδέστε τα καλώδια τροφοδοσίας 5V και GND από το Arduino στις ακίδες + του δέκτη + (VCC) και - (GND) αντίστοιχα. Επιπλέον, πρέπει να συνδέσετε τα χρησιμοποιημένα κανάλια δέκτη (ch2 και ch3) στις ψηφιακές ακίδες Arduino (π.χ. 7 και 8 ακριβώς όπως στο πρόγραμμα). Εάν αρχίζετε να μαθαίνετε ηλεκτρονικά και δεν ξέρετε πώς να συνδέσετε τροφοδοτικό, διακόπτες και οδηγό κινητήρα, αυτό το διάγραμμα καλωδίωσης από το παρόμοιο έργο μου θα είναι χρήσιμο. Πριν ξεκινήσετε τον έλεγχο του ρομπότ από τον πομπό 2,4 GHz Taranis Q X7 2,4 GHz, θα πρέπει προηγουμένως να συνδέσετε τον πομπό με τον δέκτη. Η διαδικασία δέσμευσης περιγράφεται λεπτομερώς στο βίντεό μου.

Βήμα 4: Arduino Mega Code

Έχω προετοιμάσει τα ακόλουθα δείγματα προγραμμάτων Arduino:

• Δοκιμή δέκτη RC 2.4GHz
• Έλεγχος ρομπότ 6WD

Το πρώτο πρόγραμμα "RC 2.4GHz Receiver Test" θα σας επιτρέψει να ξεκινήσετε και να ελέγξετε εύκολα τον δέκτη 2,4 GHz που είναι συνδεδεμένος στο Arduino, το δεύτερο "6WD Robot Control" επιτρέπει τον έλεγχο της κίνησης του ρομπότ. Πριν από τη σύνταξη και τη μεταφόρτωση του δείγματος προγράμματος, βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει το "Arduino Mega 2560" ως πλατφόρμα -στόχο όπως φαίνεται παραπάνω (Arduino IDE -> Εργαλεία -> Πίνακας -> Arduino Mega ή Mega 2560). Οι εντολές από τον πομπό Taranis Q X7 2,4 GHz αποστέλλονται στον δέκτη. Τα κανάλια 2 και 3 του δέκτη συνδέονται με τις ψηφιακές ακίδες Arduino 7 και 8 αντίστοιχα. Στην τυπική βιβλιοθήκη Arduino μπορούμε να βρούμε τη συνάρτηση "pulseIn ()" που επιστρέφει το μήκος του παλμού σε μικροδευτερόλεπτα. Θα το χρησιμοποιήσουμε για να διαβάσουμε το σήμα PWM (Pulse Width Modulation) από τον δέκτη που είναι ανάλογο με την κλίση του πομπού ραβδί ελέγχου. Η συνάρτηση pulseIn () λαμβάνει τρία ορίσματα (pin, τιμή και χρονικό όριο):

• pin (int) - ο αριθμός του πείρου στον οποίο θέλετε να διαβάσετε τον παλμό
• τιμή (int) - τύπος παλμού για ανάγνωση: είτε Υ HIGHΗΛΟΣ είτε ΧΑΜΗΛΟΣ
• timeout (int) - προαιρετικός αριθμός μικροδευτερολέπτων για να περιμένετε να ολοκληρωθεί ο παλμός

Η τιμή του μήκους παλμού ανάγνωσης αντιστοιχίζεται στη συνέχεια σε μια τιμή μεταξύ -255 και 255 που αντιπροσωπεύει την ταχύτητα προς τα εμπρός/πίσω ("moveValue") ή στροφής δεξιά/αριστερά ("turnValue"). Έτσι, για παράδειγμα, αν σπρώξουμε πλήρως το μπαστούνι ελέγχου προς τα εμπρός, θα πρέπει να πάρουμε το "moveValue" = 255 και να σπρώξουμε πλήρως πίσω "moveValue" = -255. Χάρη σε αυτόν τον τύπο ελέγχου, μπορούμε να ρυθμίσουμε την ταχύτητα της κίνησης του ρομπότ σε όλο το εύρος.

Βήμα 5: Δοκιμή κινητού ρομπότ

Αυτά τα βίντεο δείχνουν δοκιμές κινητού ρομπότ με βάση το πρόγραμμα της προηγούμενης ενότητας (Arduino Mega Code). Το πρώτο βίντεο δείχνει δοκιμές ρομπότ 6WD στο δωμάτιό μου. Αυτό το ρομπότ μπορεί να μεταφέρει πολύ εύκολα ένα φορτίο αρκετών κιλών, στο βίντεο μεταφέρει 8 μπουκάλια νερό ισοδύναμο με 12 κιλά. Το ρομπότ μπορεί επίσης να ξεπεράσει εύκολα τα εμπόδια που συναντώνται στο δρόμο του, όπως τα κράσπεδα στο παρκάρισμα, όπως μπορείτε να δείτε στο δεύτερο βίντεο. Στην αρχή αυτής της οδηγίας μπορείτε επίσης να δείτε πόσο καλά αντέχει σε δύσκολο έδαφος.

Βήμα 6: Παραδείγματα Βελτιώσεων Σχεδιασμού

Μπορείτε να επεκτείνετε αυτό το έργο με πρόσθετα στοιχεία όπως:

• ρομπότ λαβή
• ρομποτικός βραχίονας (περιγράφεται σε αυτήν την οδηγία)
• gimbal με κάμερα

Πάνω θα βρείτε δύο βίντεο που παρουσιάζουν τις αναφερόμενες βελτιώσεις. Το πρώτο βίντεο δείχνει πώς μπορείτε να ελέγξετε μια κάμερα με κλίση και μια λαβή ρομπότ χρησιμοποιώντας πομπό Taranis Q X7 2,4GHz και δέκτη FrSky V8FR-II. Το επόμενο βίντεο δείχνει μια γρήγορη εισαγωγή πώς να συνδέσετε και να ελέγξετε ένα gimbal 2 αξόνων χρησιμοποιώντας το ίδιο σύνολο πομπού και δέκτη στα 2,4 GHz.

Βήμα 7: Ρύθμιση βραχίονα ρομπότ

Έφτιαξα το βραχίονα ρομπότ νωρίτερα και το περιέγραψα σε αυτήν την οδηγία. Ωστόσο, αποφάσισα να τροποποιήσω ελαφρώς το αρχικό έργο και να προσθέσω έναν άλλο βαθμό ελευθερίας (wirst) και κάμερα FPV. Το ρομπότ έχει επί του παρόντος 4 περιστροφικούς συνδέσμους:

• Wirst
• Αγκώνας
• Ωμος
• Βάση

Η περιστροφή σε 4 άξονες επιτρέπει εύκολο πιάσιμο και χειρισμό αντικειμένων στο χώρο εργασίας του ρομπότ. Μια περιστρεφόμενη λαβή που εκτελεί το ρόλο του καρπού σας επιτρέπει να μαζεύετε αντικείμενα τοποθετημένα σε διαφορετικές γωνίες. Κατασκευάστηκε από τα ακόλουθα μέρη:

• LF 20MG 20 KG Serηφιακό σερβο x1
• Servo Bracket x1
• Κύλινδρος ντουραλουμίνης με πάχος 4 mm και διάμετρο 50 mm
• Φύλλο Duralumin 36x44 mm και πάχος 2 mm
• Βίδες και παξιμάδια M3 x4
• Κάμερα FPV - RunCam OWL Plus x1

Η κάμερα τοποθετείται ακριβώς πάνω από τη λαβή για να διευκολύνει τον χειριστή να πιάσει ακόμη και μικρά αντικείμενα.

Βήμα 8: Έλεγχος της κατάστασης του ρομπότ και προετοιμασία για μεταφορά

Ο βραχίονας ρομπότ και η βάση της κάμερας είναι διπλωμένα, γεγονός που καθιστά τη μεταφορά του ρομπότ πολύ πιο απλή. Το πίσω πάνελ του ρομπότ είναι εξοπλισμένο με 3 LED. Δύο από αυτά δείχνουν την κατάσταση ισχύος των ηλεκτρονικών, των κινητήρων και των σερβομηχανισμών (ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση). Το τρίτο LED RGB δείχνει την κατάσταση και την αποτυχία της μπαταρίας. Για ευκολότερο προγραμματισμό, το ρομπότ διαθέτει θύρα micro USB. Αυτή η λύση κάνει τον έλεγχο πολύ πιο εύκολο χωρίς να χρειάζεται να αφαιρέσετε το περίβλημα του ρομπότ.

Βήμα 9: Δοκιμή προεπισκόπησης από κάμερες Wifi και Fpv

Δύο κάμερες εγκαταστάθηκαν στο ρομπότ. Η κάμερα Wifi τοποθετήθηκε σε ρυθμιζόμενη θήκη αλουμινίου στο πίσω μέρος του ρομπότ. Μια μικρή κάμερα fpv τοποθετήθηκε ακριβώς πάνω από τη λαβή ρομπότ.

Κάμερες που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη δοκιμή:

• RunCam OWL Plus
• Κάμερα XiaoMi YI Wifi

Το πρώτο βίντεο δείχνει τη δοκιμή και των δύο φωτογραφικών μηχανών. Η προβολή από την κάμερα wifi εμφανίζεται στο smartphone και η προβολή από την κάμερα fpv στο φορητό υπολογιστή. Όπως μπορούμε να δούμε στο βίντεο, η καθυστέρηση προεπισκόπησης είναι μικρή και για την κάμερα Wifi αυτή η καθυστέρηση είναι ελαφρώς μεγαλύτερη.

Στο δεύτερο βίντεο, σας έδειξα βήμα προς βήμα πώς μπορείτε να λάβετε μια προεπισκόπηση από την κάμερα fpv 5,8 GHz στον υπολογιστή σας. Η εικόνα από την κάμερα αποστέλλεται από τον πομπό στον δέκτη 5,8 GHz. Στη συνέχεια, πηγαίνει σε μια συσκευή λήψης βίντεο που συνδέεται με φορητό υπολογιστή μέσω θύρας usb και τελικά εμφανίζεται στη συσκευή αναπαραγωγής VLC.