Diaľkovo ovládaný 6WD terénny robot: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Väčšinu z robotov, ktoré som doteraz zostrojil, tvorili 4 kolesové roboty s nosnosťou niekoľko kilogramov. Tentokrát som sa rozhodol postaviť väčšieho robota, ktorý na svojej ceste ľahko prekoná rôzne prekážky a bude sa môcť pohybovať s nákladom najmenej tucet kíl. Tiež som predpokladal, že robot by mal zvládať náročný terén ako piesok, sneh a suť. Aby to bolo možné, zostrojil som 6-kolesový podvozok vybavený 6 motormi s dostatočne vysokým výkonom a vhodným ovládačom motora a napájaním. Tiež som chcel, aby bol môj robot ovládaný z veľkej vzdialenosti (najmenej 200 metrov), a tak som použil kvalitný vysielač a prijímač 2,4 GHz.

Keď boli splnené všetky vyššie uvedené požiadavky a prvé testy boli úspešné, rozhodol som sa projekt rozšíriť o manipulátor a dve kamery. Vďaka obrázku z kamery môžete robota ovládať, aj keď je mimo dohľadu. Táto funkcia umožňuje operátorovi robota vykonávať diaľkové inšpekčné úlohy v ťažko dostupných oblastiach alebo nebezpečných pre ľudí.

Z popisu tohto projektu sa naučíte, ako:

• zostrojte 6 -kolesový robotický podvozok schopný prepraviť najmenej tucet kíl

  • umožňuje prepravu ťažších predmetov
  • možné komerčné využitie a nielen robot ako hračka!

• diaľkovo ovládať takého robota z veľkej vzdialenosti

  • spojte vysielač 2,4 GHz s prijímačom
  • čítať príkazy z 2,4 GHz prijímača cez Arduino
  • ovládanie polohy robota

• nastavte ukážku z kamier vo svojom počítači alebo smartfóne

  implementácia bezdrôtového prenosu videa na veľkú vzdialenosť na 5,8 GHz

Parametre robota (základná verzia):

• Vonkajšie rozmery (DxŠxV): 405x340x120 mm
• Celková hmotnosť: 5 kg
• Svetlá výška: 45 mm

Rozšírená verzia (s manipulátorom a kamerami):

• Vonkajšie rozmery (DxŠxV): 405x340x220 mm (robot pripravený na prepravu)
• Celková hmotnosť: 6,5 kg

Krok 1: Zoznam dielov a materiálov

Podvozok robota je vyrobený výhradne z hliníka a duralu. V tomto projekte som použil 6 koliesok Monster Truck s priemerom 125 mm, ktoré uľahčujú prekonávanie malých prekážok. Robota poháňa 6 vysokovýkonných 12 V kartáčovaných jednosmerných motorov (180 ot / min, 27 kg-cm) s kovovými prevodmi. Ako ovládač motora môžete použiť akýkoľvek ovládač, ktorý je schopný poskytnúť nepretržitý prúd najmenej 10 A na motor, napr.: VNH2SP30, BTS7960B.

Potrebné diely v tomto projekte:

1. Jednosmerný motor na radenie prevodových stupňov s vysokým krútiacim momentom 12V 180 otáčok za minútu x6
2. 6 mm šesťhranný konektor motora s prevodovkou DC x6
3. Núdzový vypínač x1
4. 2x vypínač z nerezovej ocele
5. 7,4 V 2700 mAh 10C Lipo batéria x1
6. 11.1V 5500mAh 3S 45C Lipo batéria x1
7. Ovládač motora, napr.: VNH2SP30 x6 alebo BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Ráfiky kolies a pneumatiky HSP 1:10 Monster Truck x2
10. Micro USB doska x1

Ovládanie:

1. Vysielač FrSky TARANIS Q X7 2,4 GHz 7CH x1
2. Prijímač FrSky V8FR-II 2,4 GHz x1

Materiály (podvozok):

1. Duralový plech 2 mm hrubý (DxŠ): 345 x 190 mm x 2
2. Hliníková uhlová konzola v tvare L hrubá 2 mm: 190 x 40 x 20 mm x 2
3. Hliníková uhlová konzola v tvare C s hrúbkou 2 mm: 341 x 40 x 20 mm x 2

4. Skrutky a matice:

   • M3 10 mm x 10
   • M2 6 mm x 8

Náradie:

Elektrická vŕtačka HILDA

Rozšírená verzia:

1. Rozdelená kamera RunCam x1
2. 2 -osý kardan x1
3. Robotické rameno x1
4. Robotický kovový chápadlo x1
5. Laserový snímač To53 VL53L0X x1

Krok 2: Zostavenie podvozku robota

Montáž podvozku robota je veľmi jednoduchá. Všetky kroky sú uvedené na fotografiách vyššie. Poradie hlavných operácií je nasledujúce:

1. Do bočných hliníkových profilov vyvŕtajte 3 otvory s priemerom 13 mm (otvory pre hriadeľ motora)
2. Do bočných hliníkových profilov vyvŕtajte 6 otvorov s priemerom 3 mm (otvory, ktorými sú motory pripevnené k profilu)
3. Priskrutkujte jednosmerné motory na bočné hliníkové profily
4. Na základňu priskrutkujte bočné hliníkové profily s jednosmernými motormi
5. Predný a zadný profil priskrutkujte k základni
6. Nainštalujte potrebné vypínače a ďalšie elektronické súčiastky (pozri v ďalšej časti)

Krok 3: Pripojenie elektronických súčiastok

Hlavným regulátorom v tomto elektronickom systéme je Arduino Mega 2560. Na ovládanie šiestich motorov som použil dva motorové ovládače BTS7960B (H-Bridges). Tri motory na každej strane sú spojené s jedným vodičom motora. Každý z vodičov motora môže byť nabitý prúdom až 43 A, čo poskytuje dostatočnú rezervu energie aj pre mobilného robota pohybujúceho sa po nerovnom teréne. Elektronický systém je vybavený dvoma zdrojmi energie. Jeden na napájanie jednosmerných motorov a serv (batéria LiPo 11,1 V, 5500 mAh) a druhý na napájanie Arduina, bluetooth modulu, fpv kamery a senzorov (batéria LiPo 7,4 V, 2 700 mAh).

Pripojenia elektronických modulov sú nasledujúce:

BTS7960 -> Arduino Mega 2560

• MotorRight_R_SK - 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

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

• ch2 - 7 // Krídlo
• ch3 - 8 // Výťah
• VCC - 5V
• GND - GND

Káblové pripojenia medzi prijímačom 2,4 GHz a Arduinom sú uvedené na schéme zapojenia vyššie. Pripojte napájacie vodiče 5V a GND od spoločnosti Arduino k pinom prijímača + (VCC) a - (GND). Okrem toho musíte k digitálnym kolíkom Arduino (napr. 7 a 8 rovnako ako v programe) pripojiť použité kanály prijímača (ch2 a ch3). Ak sa ešte len začínate učiť elektroniku a neviete zapojiť napájanie, vypínače a ovládač motora, pomôže vám táto schéma zapojenia z môjho podobného projektu. Pred spustením ovládania robota z vysielača 2,4 GHz Taranis Q X7 2,4 GHz by ste mali najskôr prepojiť vysielač s prijímačom. Postup väzby je podrobne popísaný v mojom videu.

Krok 4: Mega kód Arduino

Pripravil som nasledujúce ukážkové programy Arduino:

• Test prijímača RC 2,4 GHz
• Ovládanie robota 6WD

Prvý program „Test prijímača RC 2,4 GHz“vám umožní jednoduché spustenie a kontrolu prijímača 2,4 GHz pripojeného k Arduinu, druhý „6WD Robot Control“umožňuje ovládať pohyb robota. Pred zostavením a odoslaním ukážkového programu sa uistite, že ste ako cieľovú platformu vybrali „Arduino Mega 2560“, ako je uvedené vyššie (Arduino IDE -> Nástroje -> Doska -> Arduino Mega alebo Mega 2560). Príkazy z vysielača Taranis Q X7 2,4 GHz sú odoslané do prijímača. Kanály 2 a 3 prijímača sú pripojené k digitálnym pinom 7 a 8 Arduino. V štandardnej knižnici Arduino nájdeme funkciu „pulseIn ()“, ktorá vracia dĺžku impulzu v mikrosekundách. Použijeme ho na čítanie signálu PWM (Pulse Width Modulation) z prijímača, ktorý je úmerný náklonu vysielača ovládacia páčka. Funkcia pulseIn () má tri argumenty (pin, hodnota a časový limit):

• pin (int) - číslo kolíka, na ktorom chcete odčítať pulz
• hodnota (int) - typ čítaného impulzu: HIGH alebo LOW
• timeout (int) - voliteľný počet mikrosekúnd na čakanie na dokončenie impulzu

Hodnota dĺžky načítaného impulzu je potom mapovaná na hodnotu medzi -255 a 255, ktorá predstavuje rýchlosť vpred/vzad („moveValue“) alebo rýchlosť doprava/doľava („turnValue“). Ak napríklad zatlačíte ovládaciu páčku úplne dopredu, mali by ste dostať „moveValue“= 255 a úplné zatlačenie dozadu, aby ste dostali „moveValue“= -255. Vďaka tomuto druhu ovládania dokážeme regulovať rýchlosť pohybu robota v celom rozsahu.

Krok 5: Testovanie mobilného robota

Tieto videá ukazujú testy mobilného robota na základe programu z predchádzajúcej časti (Arduino Mega Code). Prvé video ukazuje testy robota 6WD v mojej izbe. Tento robot unesie niekoľko kíl veľmi ľahko, na videu prepraví 8 fliaš vody zodpovedajúcich 12 kg. Robot môže tiež ľahko prekonať prekážky, s ktorými sa stretne na ceste, ako napríklad obrubníky pri parkovaní, čo môžete vidieť v druhom videu. Na začiatku tohto pokynu môžete tiež vidieť, ako dobre si poradí v ťažkom teréne.

Krok 6: Príklady vylepšení dizajnu

Tento projekt môžete rozšíriť o ďalšie komponenty, ako napríklad:

• uchopovač robota
• robotické rameno (popísané v tomto návode)
• gimbal s kamerou

Hore nájdete dve videá predstavujúce spomínané vylepšenia. Prvé video ukazuje, ako ovládať výklopnú kameru a robotický uchopovač pomocou vysielača Taranis Q X7 2,4 GHz a prijímača FrSky V8FR-II. Nasledujúce video ukazuje rýchly úvod, ako pripojiť a ovládať 2 -osový kardan pomocou rovnakej sady vysielača a prijímača na frekvencii 2,4 GHz.

Krok 7: Ladenie ramena robota

Rameno robota som vyrobil skôr a popísal som ho v tomto návode. Rozhodol som sa však pôvodný projekt mierne upraviť a pridať ďalší stupeň voľnosti (wirst) a kameru FPV. Robot má v súčasnosti 4 otočné kĺby:

• Wirst
• Lakeť
• Rameno
• Základňa

Rotácia v 4 osiach umožňuje ľahké uchopenie a manipuláciu s predmetmi v pracovnom priestore robota. Rotačný chápadlo, ktoré plní úlohu zápästia, vám umožňuje vyberať predmety umiestnené v rôznych uhloch. Bol vyrobený z nasledujúcich častí:

• Digitálne servo LF 20MG 20 KG x1
• Servo držiak x1
• Duralový valec s hrúbkou 4 mm a priemerom 50 mm
• Duralový plech 36x44 mm a hrúbku 2 mm
• Skrutky a matice M3 x4
• Kamera FPV - RunCam OWL Plus x1

Kamera je umiestnená priamo nad uchopovačom, aby operátorovi uľahčilo uchopenie aj malých predmetov.

Krok 8: Kontrola stavu robota a príprava na prepravu

Rameno robota a stojan na kameru sú sklopné, čo robí prepravu robota oveľa jednoduchšou. Zadný panel robota je vybavený 3 LED diódami. Dva z nich zobrazujú stav napájania elektroniky, motorov a serva (zapnuté alebo vypnuté). Tretia LED dióda RGB zobrazuje stav a poruchu batérie. Pre jednoduchšie programovanie je robot vybavený portom micro USB. Toto riešenie veľmi uľahčuje testovanie bez nutnosti demontáže krytu robota.

Krok 9: Testovanie ukážky z kamier Wifi a Fpv

Na robota boli nainštalované dve kamery. Wifi kamera bola umiestnená na nastaviteľnom hliníkovom držiaku v zadnej časti robota. Malá fpv kamera bola umiestnená tesne nad uchopovačom robota.

Kamery použité v tomto teste:

• RunCam OWL Plus
• Wifi kamera XiaoMi YI

Prvé video ukazuje test oboch kamier. Pohľad z wifi kamery sa zobrazí na smartfóne a pohľad z fpv kamery na prenosnom počítači. Ako vidíme na videu, oneskorenie ukážky je malé a pre kameru Wifi je toto oneskorenie o niečo väčšie.

V druhom videu som vám krok za krokom ukázal, ako získať vo svojom počítači ukážku z 5,8 GHz fpv kamery. Obraz z kamery je odoslaný z vysielača do prijímača 5,8 GHz. Potom prejde na video grabber pripojený k notebooku cez USB port a nakoniec sa zobrazí na prehrávači VLC.