Robot De Tracció Diferencial: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

La robòtica d’enjambre s’inspira en insectes que actuen col·laborativament. És una disciplina basada en conjunts de robots que es coordina per realitzar tareas grupals. Els robots individuals han de ser capaces de sensar i actuar en un ambient real. Entre les institucions que plantegen plataformes per a probar robòtica d’enjambre estan Georgia Tech (Estats Units), Aalborg University (Dinamarca), i EPFL (Suiza). El robot consta d’actuadors (llantes), el mòdul de potencia, un conjunt de sensors (mòdul d’instrumentació electrònica) i un mòdul de comunicació inalàmbrica.

El robot és rellevant pel seu cost relativament baix, aproximadament de $ 167, comparat amb altres plataformes que poden costar més de $ 1000. El disseny és modular, escalable, i s’ha realitzat per estudiants de la Universitat del Valle de Guatemala, durant l’any 2017.

Pas 1: Módulos Del Robot Y Listado De Materiales

El robot es divideix en tres mòduls:

1. Estructura i potencia elèctrica
2. Instrumentació electrònica (sensors i programació que els gobierna)
3. Comunicació inalàmbrica (WiFi)

Per a l'elaboració del robot es requereix la disponibilitat de les següents eines:

• impressora 3D
• cortadora láser
• fresadora de circuits.

En cas que no es pugui comptar amb ellas, es poden sol·licitar serveis en línia com pcbcart per PCB, o esculturar per a impressió 3D i tall làser.

S'adjunta un arxiu d'Excel amb els materials necessaris per fabricar el robot. El preu calculat de $ 167 per robot es calcula sense incloure el cost ni materials per a la impressora 3D, cortadora, i fresadora.

En el llistat hi ha materials que es van adquirir en línia (mouser, adafruit, robotshop), per lo que s’ha de prendre en compte el temps d’enviament previ a la fabricació del robot.

Pas 2: Fabricació dels circuits impresos (PCB)

El disseny del robot inclou tres PCB. Se adjuntan los archivos Gerber para su fabricación.

1. Plaça de potencia i control de motors, dos caps. Fabricació de potencia de PCB
2. Plaça de control de sensors ultrasònics, dos capas (Gerber PCB control ultrasonicos final.zip)
3. Plaça de mòduls WiFi, Teensy, IMU *, una capa (Gerber PCB modulos final.zip)

* La IMU és opcional. Es recomana utilitzar un de 9 graus de llibertat amb accelerador, giroscopi i magnetòmetre. Es van realitzar proves amb una de 6 DOF i no es van obtenir resultats satisfactoris.

Si no es compte amb una fresadora de circuits, s’ha de prendre en compte el temps de fabricació i enviament d’un servei en línia.

Si es vol modificar les plaques abans de mandar-les a fabricar, s’adjunten els arxius per modificar les plaques.

Recomanació:

Soldar de primer els components SMD més petits fins als més grans.

Utilitzar equip adequat per realitzar soldadura SMD.

Github del projecte

Pas 3: Impressió De Piezes 3D I Corte Láser

Per al robot son necessari les següents peces (Entre parèntesi s’indica la quantitat):

Impresora 3D:

1. base ultradonicos1)
2. porta switch y fusible (1)
3. espaciadores grans de placa de potencia i placa de sensores ultrasónicos (2)
4. espaciadores cortos de placa de potencia (4)
5. llançadora de boles (1) *

Cortadora làser:

1. porta bateria MDF (2)
2. base de MDF (1)
3. Tapa d’acrílic (1)

* El Ball caster se compone d'una pieza impresa y una canica que funcionarà com la tercera rueda.

Se adjuntan los archivos necesarios para la impresora 3D de cada pieza y para el corte de cada pieza 2D. Solament han de ser exportats a stl des d’inventor 2018 o sacar els arxius.stl i.pdf de la carpeta llamadafabricar.

Se adjunta también el ensamblaje en inventor (assemblyfinalultimaversion) per poder entendre millor l'estructura o per si es desitja modificar.

Piezas 3D i 2D

Pas 4: Soldadura de components al PCB

Primer es fa la soldadura de components de superfície, del més petit a més gran. Luego se la soldadura de componentes throug-hole.

Es recomana utilitzar pasta i no flux. La limpieza del PCB usando acetona solo remueve la pasta.

És important regularment la temperatura de l’estació de soldadura SMD, per no donar els components.

Recomanacions addicionals per a cada placa:

1. Placa de potencia: Utilitzar cables d’un calibre que suporten al menys 1,5 amperios de carga continua para el switch de nueve polos. Antes de colocar les bateries lipo probar si no hi ha curt circuit. Consultar sempre els esquemàtics del PCB o els diagrames de connexions adjunts per saber on es colocar cada component. Mas detalls en: Fabricació de robot
2. Placa de sensores ultrasónicos: Los header macho de pines largos que interconectan amb la placa de potencia han de ser soldats en la capa inferior, en la capa superior han de quedar sols la part de plàstic amb la menor quantitat possible de metall del pin. Los sensores ultrasónicos van montados sobre headers hembra, no se sueldan directament al PCB. Si no tenen vies, es recomana soldar-se amb cable i aquest any, removent després les puntes amb un alicat.
3. Plaça de mòduls: El disseny del PCB té capçaleres addicionals que son opcionals. Se recomienda solo soldar los headers hembra para el teensy, para el WiFi y headers hembra de pins grans per a la interconnexió amb el PCB de sensors ultrasònics. (La IMU es deixa opcional). Hi ha espai per a colocar capçaleres que donin accés a altres pins del Teensy, més adelantat es mostra un diagrama d’ells.

Pas 5: Armar La Estructura

Vídeo instruccional:

Vídeo

Step 6: Conexiones Eléctricas En La Placa De Potencia

Connexions elèctriques dels motors, bateries i codificadors

A los encoders se les deu retirar la resistència R4 y en su lugar colocar esteño o un trozo de alambre, para que funcione con 3.3V.

En el diagrama es mostra la distribució de com han de ser les connexions. Els codificadors utilitzats posen redundància en la connexió de GND i 3.3V. En la placa de potencia solo hay dos pines de 3.3V y dos de GND, un per a cada codificador. El més important és l’ordre de les senyals dels codificadors a la placa de potencia. Si es desitja un altre ordre, ha de canviar la programació del mirocontrolador.

També és important la connexió de motors, ja que si es intercambien les posicions - y +, el robot irà en sentit contrari. Això es pot arreglar modificant la programació del microcontrolador.

Connexió del commutador de 9 polos i fusible

També se agrega un diagrama per connectar el commutador de 9 pols a la placa de potencia, al mateix que la connexió del fusible. Aquest commutador és important, ja que en una de les posicions ON coloca en paral·lel a les bateries per permetre la càrrega. En l’altra posició ON, les bateries es col·locaran en sèrie i alimentaran els reguladors de voltatge de 5V i 3.3V, que distribueixen energia a tot el robot. Per això és clau connectar-se adequadament.

En la línia que passa pel pin 9 del switch (ver diagrama) se agrega el fusible de protección de 1A.

Pas 7: Ensamblar La Parte Superior (Sensors, WiFi Y Teensy)

1. Colocar els sis sensors ultrasònics en la seva base.
2. Introducir los sensores, sosteniendo la base, en los headers hembra que se soldaron en la placa hexagonal.
3. Colocar el Teensy y el WiFi ESP8266 en la placa de módulos. Si es desitja, també s’ha de presentar la IMU en els encapçalaments.
4. Introducir la placa de módulos en la placa de sensores ultrasónicos, cuidando que los headers hembra de patas largas no se doblen.
5. Introducir la part superior en les barres roscades, verificant que sea la orientació correcta. Solo de una forma los 12 headers macho de patas largas de la parte superior encajan con los 12 headers hembra de la placa de potencia.

Pas 8: Calibració de codificadors i verificació de senyals

Antes d'iniciar les proves és important calibrar els codificadors.

Per a ell tenen els potenciómetres dels codificadors, que ajusten la sensibilitat. Amb un osciloscopi s’ha d’observar dos senyals quadrades en cada codificador, desfasades 90 °. Al girar la llanta manualment cap a adelant, una senyal apareix abans que l’altra. Al girar la llanta cap enrere, la senyal que abans apareix abans, ara apareix després.

Otra forma de calibrar els codificadors, encara que és menys eficaç i pot demorar més temps, llegint el contador de cada llanta des de la computadora.

Se adjunta el diagrama de pines de la placa de módulos, a la que se le soldaron headers hembra com punts de prova per verificar les senyals amb un osciloscopio.

Pas 9: carregueu el firmware del robot

Per realitzar proves amb algoritmes de control, es recomana cargar el firmware que es troba adjunt. És un script d’arduino que envia dades a la computadora i rep instruccions d’ella, mitjançant WiFi (amb el mòdul ESP8266).