Robot tot terreny controlat a distància 6WD: 10 passos (amb imatges)

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

La majoria dels robots que he construït fins ara eren robots de 4 rodes amb una capacitat de càrrega de diversos quilograms. Aquesta vegada he decidit construir un robot més gran que superi fàcilment diversos obstacles en el seu camí i es pugui moure amb una càrrega d'almenys una dotzena de quilos. També vaig suposar que el robot hauria de poder fer front a terrenys difícils com ara sorra, neu i runa. Per fer-ho possible, vaig construir un xassís de 6 rodes equipat amb 6 motors de potència suficient suficient i un controlador i font d’alimentació adequats. També volia que el meu robot es controlés des de llargues distàncies (com a mínim 200 metres), de manera que vaig utilitzar un transmissor i un receptor de 2,4 GHz de bona qualitat.

Un cop es van complir tots els requisits anteriors i les primeres proves van tenir èxit, vaig decidir ampliar el projecte amb un manipulador i dues càmeres. Gràcies a la imatge de la càmera podeu controlar el robot encara que no estigui a la vista. Aquesta característica permet a l’operador del robot realitzar tasques d’inspecció remota en zones de difícil accés o perilloses per als humans.

A partir de la descripció d’aquest projecte aprendreu a:

• construeix un xassís de robot de 6 rodes capaç de transportar almenys una dotzena de quilos

  • us permet transportar objectes més pesats
  • possible ús comercial i no només un robot com a joguina!
• controlar de forma remota un robot d’aquest tipus a distància
  • connecteu un transmissor de 2,4 GHz amb un receptor
  • llegir ordres d’un receptor de 2,4 GHz mitjançant Arduino
  • control de la posició del robot

• configureu la previsualització des de les càmeres de l'ordinador o del telèfon intel·ligent

  implementació de transmissió de vídeo de llarg abast sense fils a 5,8 GHz

Paràmetres del robot (versió bàsica):

• Dimensions externes (LxWxH): 405x340x120 mm
• Pes total: 5 kg
• Distància al terra: 45 mm

Versió ampliada (amb un manipulador i una càmera):

• Dimensions externes (LxWxH): 405x340x220 mm (robot preparat per al transport)
• Pes total: 6,5 kg

Pas 1: la llista de peces i materials

El xassís del robot està fabricat completament amb alumini i duralumini. En aquest projecte he utilitzat 6 rodes Monster Truck amb un diàmetre de 125 mm que faciliten la superació de petits obstacles. El robot està impulsat per 6 motors de corrent continu de 12 V de gran potència (180 RPM, 27 kg-cm) amb engranatges metàl·lics. Com a controlador de motor, podeu utilitzar qualsevol controlador que sigui capaç de proporcionar un corrent continu d'almenys 10A per motor, per exemple: VNH2SP30, BTS7960B.

Parts necessàries en aquest projecte:

1. Reductor d'engranatges de parell elevat Motor CC 12V 180RPM x6
2. Connector de motor d'engranatge hexagonal de 6 mm x6
3. Interruptor d'aturada d'emergència x1
4. Interruptor de botó d'alimentació d'acer inoxidable x2
5. Bateria Lipo de 7.4V 2700mAh 10C x1
6. Bateria Lipo 11.1V 5500mAh 3S 45C x1
7. Controlador de motor, per exemple: VNH2SP30 x6 o BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Llantes i pneumàtics HSP 1:10 Monster Truck x2
10. Tauler micro USB x1

Control:

1. Transmissor FrSky TARANIS Q X7 2.4GHz 7CH x1
2. Receptor FrSky V8FR-II de 2,4 GHz x1

Materials (xassís):

1. Full de duralumini de 2 mm de gruix (LxA): 345x190 mm x2
2. Suport angular d'alumini en forma de L de 2 mm de gruix: 190x40x20 mm x2
3. Suport angular d'alumini en forma de C de 2 mm de gruix: 341x40x20 mm x2

4. Femelles i cargols:

   • M3 10 mm x10
   • M2 6 mm x8

Eines:

Mini trepant elèctric HILDA

Versió extesa:

1. Càmera RunCam Split x1
2. Cardan de 2 eixos x1
3. Braç Robòtic x1
4. Pinça metàl·lica robot x1
5. VL53L0X Làser ToF Sensor x1

Pas 2: Muntatge del xassís del robot

El muntatge del xassís del robot és bastant senzill. Tots els passos es mostren a les fotos anteriors. L'ordre de les operacions principals és el següent:

1. Traieu 3 forats de diàmetre 13 mm en perfils laterals d'alumini (forats per a l'eix del motor)
2. Traieu 6 forats amb un diàmetre de 3 mm en perfils laterals d'alumini (forats que subjecten els motors al perfil)
3. Cargoleu els motors de corrent continu als perfils laterals d'alumini
4. Cargoleu els perfils laterals d'alumini amb motors de corrent continu a la base
5. Cargoleu el perfil frontal i posterior a la base
6. Instal·leu els interruptors d’alimentació necessaris i altres components electrònics (vegeu la secció següent)

Pas 3: Connexió de peces electròniques

El controlador principal d’aquest sistema electrònic és Arduino Mega 2560. Per poder controlar sis motors he utilitzat dos controladors de motor BTS7960B (ponts H). Tres motors a cada costat estan connectats a un controlador de motor. Cadascun dels controladors de motor es pot carregar fins a 43A de corrent, cosa que proporciona un marge de potència suficient fins i tot perquè el robot mòbil es mogui per terrenys difícils. El sistema electrònic està equipat amb dues fonts d’energia. Un per subministrar motors i servos de corrent continu (bateria LiPo 11.1V, 5500 mAh) i l’altre per subministrar Arduino, mòdul bluetooth, càmera fpv i sensors (bateria LiPo 7.4V, 2700 mAh).

Les connexions dels mòduls electrònics són les següents:

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

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

• ch2 - 7 // Aleró
• ch3 - 8 // Ascensor
• VCC - 5V
• GND - GND

Les connexions cablejades entre el receptor de 2,4 GHz i l’Arduino es mostren al diagrama de cablejat anterior. Connecteu els cables d’alimentació de 5V i GND d’Arduino als pins + (VCC) i - (GND) del receptor, respectivament. A més, heu de connectar els canals de receptor usats (ch2 i ch3) als pins digitals Arduino (per exemple, 7 i 8 igual que al programa). Si tot just comenceu a aprendre electrònica i no sabeu connectar la font d'alimentació, els interruptors i el controlador del motor, aquest diagrama de cablejat del meu projecte similar us serà útil. Abans d’iniciar el control del robot des del transmissor Taranis Q X7 de 2,4 GHz a 2,4 GHz, prèviament hauríeu d’enllaçar el transmissor amb el receptor. El procediment d’enquadernació es descriu detalladament al meu vídeo.

Pas 4: Mega Codi Arduino

He preparat els següents exemples de programes Arduino:

• Prova del receptor RC 2,4 GHz
• Control del robot 6WD

El primer programa "Prova del receptor RC 2,4 GHz" us permetrà iniciar i comprovar fàcilment el receptor de 2,4 GHz connectat a Arduino, el segon "Control del robot 6WD" permet controlar el moviment del robot. Abans de compilar i carregar el programa de mostra, assegureu-vos que heu triat "Arduino Mega 2560" com a plataforma de destinació, tal com es mostra més amunt (Arduino IDE -> Eines -> Tauler -> Arduino Mega o Mega 2560). Les ordres del transmissor Taranis Q X7 de 2,4 GHz s’envien al receptor. Els canals 2 i 3 del receptor estan connectats als pins digitals 7 i 8 d’Arduino respectivament. A la biblioteca estàndard Arduino podem trobar la funció "pulseIn ()" que retorna la longitud del pols en microsegons. L'utilitzarem per llegir el senyal PWM (Pulse Width Modulation) del receptor que és proporcional a la inclinació del transmissor pal de control. La funció pulseIn () té tres arguments (pin, valor i temps d'espera):

• pin (int): el número del pin en què voleu llegir el pols
• value (int): tipus de pols a llegir: HIGH o LOW
• timeout (int): nombre opcional de microsegons per esperar a completar el pols

El valor de la longitud del pols de lectura es mapeja a un valor entre -255 i 255 que representa l'avanç / retrocés ("moveValue") o gira a la dreta / esquerra ("turnValue"). Per tant, per exemple, si empenyem la barra de control completament cap endavant hauríem d'obtenir el valor "moveValue" = 255 i empènyer-lo completament cap endavant per obtenir "moveValue" = -255. Gràcies a aquest tipus de control, podem regular la velocitat del moviment del robot en tota la seva gamma.

Pas 5: prova del robot mòbil

Aquests vídeos mostren proves de robots mòbils basats en el programa de la secció anterior (Mega Code Arduino). El primer vídeo mostra proves del robot 6WD a la meva habitació. Aquest robot pot transportar una càrrega de diversos quilos molt fàcilment, al vídeo transporta 8 ampolles d’aigua equivalents a 12 kg. El robot també pot superar fàcilment els obstacles que es troben en el seu camí, com les vorades d’aparcament, que es pot veure al segon vídeo. Al començament d'aquesta instrucció també podeu veure el bon comportament que té en terrenys difícils.

Pas 6: exemples de millores en el disseny

Podeu ampliar aquest projecte amb components addicionals com:

• pinça robot
• braç robòtic (descrit en aquesta instrucció)
• cardà amb càmera

A la part superior trobareu dos vídeos que presenten les millores esmentades. El primer vídeo mostra com controlar una càmera panoràmica i una pinça robot mitjançant un transmissor Taranis Q X7 a 2,4 GHz i un receptor FrSky V8FR-II. El següent vídeo mostra una introducció ràpida sobre com connectar i controlar un cardà de 2 eixos mitjançant el mateix conjunt de transmissor i receptor a 2,4 GHz.

Pas 7: Optimització del braç del robot

Vaig fer el braç del robot abans i el vaig descriure en aquesta instrucció. No obstant això, vaig decidir modificar lleugerament el projecte original i afegir un altre grau de llibertat (wirst) i càmera FPV. Actualment, el robot té 4 juntes rotatives:

• Primera
• Colze
• Espatlla
• Base

La rotació en 4 eixos permet una fàcil subjecció i manipulació d'objectes a l'espai de treball del robot. Una pinça giratòria que fa el paper del canell permet recollir objectes col·locats en diferents angles. Estava format per les següents parts:

• Servo digital LF 20MG 20 KG x1
• Suport servo x1
• Cilindre de duralumini amb un gruix de 4 mm i un diàmetre de 50 mm
• Xapa de duralumini 36x44 mm i gruix de 2 mm
• Cargols i femelles M3 x4
• Càmera FPV: RunCam OWL Plus x1

La càmera es col·loca directament sobre la pinça per facilitar que l’operador agafi fins i tot objectes petits.

Pas 8: comprovació de l'estat del robot i preparació per al transport

El braç del robot i el suport de la càmera estan plegats, cosa que facilita el transport del robot. El panell posterior del robot està equipat amb 3 LED. Dos d’ells mostren l’estat de potència de l’electrònica, els motors i els servos (encès o apagat). El tercer LED RGB mostra l’estat i la fallada de la bateria. Per facilitar la programació, el robot està equipat amb un port micro USB. Aquesta solució fa que les proves siguin molt més fàcils sense necessitat de retirar la carcassa del robot.

Pas 9: provar la vista prèvia de càmeres Wifi i Fpv

Es van instal·lar dues càmeres al robot. La càmera Wifi es va col·locar sobre un suport d'alumini ajustable a la part posterior del robot. Es va col·locar una petita càmera fpv just a sobre de la pinça del robot.

Càmeres utilitzades en aquesta prova:

• RunCam OWL Plus
• Càmera XiaoMi YI Wifi

El primer vídeo mostra la prova de les dues càmeres. La vista des de la càmera wifi es mostra al telèfon intel·ligent i la vista des de la càmera fpv a l'ordinador portàtil. Com podem veure al vídeo, el retard de previsualització és petit i, per a la càmera Wifi, aquest retard és una mica més gran.

Al segon vídeo, us vaig mostrar pas a pas com obtenir una vista prèvia de la càmera fpv de 5,8 GHz a l'ordinador. La imatge de la càmera s’envia des del transmissor al receptor de 5,8 GHz. Després es dirigeix a un captador de vídeo connectat a un ordinador portàtil mitjançant un port USB i finalment es mostra al reproductor VLC.