Dálkově ovládaný 6WD All Terrain Robot: 10 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Většina robotů, které jsem dosud postavil, byly 4 kolové roboty s nosností několik kilogramů. Tentokrát jsem se rozhodl postavit většího robota, který na své cestě snadno překoná různé překážky a bude se moci pohybovat s nákladem minimálně tucet kilo. Také jsem předpokládal, že by si robot měl poradit v těžkém terénu, jako je písek, sníh a suť. Aby to bylo možné, postavil jsem 6kolový podvozek vybavený 6 motory dostatečně vysokého výkonu a vhodného ovladače motoru a napájecího zdroje. Také jsem chtěl, aby byl můj robot ovládán z velké vzdálenosti (alespoň 200 metrů), takže jsem použil kvalitní vysílač a přijímač 2,4 GHz.

Jakmile byly splněny všechny výše uvedené požadavky a byly úspěšné první testy, rozhodl jsem se projekt rozšířit o manipulátor a dvě kamery. Díky obrazu z kamery můžete robota ovládat, i když není v dohledu. Tato funkce umožňuje operátorovi robota provádět dálkové inspekční úkoly v těžko přístupných oblastech nebo nebezpečných pro lidi.

Z popisu tohoto projektu se dozvíte, jak:

• postavte 6kolový robotický podvozek schopný přepravit nejméně tucet kilogramů

  • umožňuje přepravu těžších věcí
  • možné komerční využití a ne jen robot jako hračka!

• dálkově ovládat takového robota z velké vzdálenosti

  • spojte vysílač 2,4 GHz s přijímačem
  • číst příkazy z 2,4 GHz přijímače přes Arduino
  • ovládání polohy robota

• nastavit náhled z kamer v počítači nebo smartphonu

  implementace bezdrátového přenosu videa na velkou vzdálenost na 5,8 GHz

Parametry robota (základní verze):

• Vnější rozměry (DxŠxV): 405x340x120 mm
• Celková hmotnost: 5 kg
• Světlá výška: 45 mm

Rozšířená verze (s manipulátorem a kamerami):

• Vnější rozměry (DxŠxV): 405x340x220 mm (robot připraven k přepravě)
• Celková hmotnost: 6,5 kg

Krok 1: Seznam dílů a materiálů

Podvozek robota je vyroben výhradně z hliníku a duralu. V tomto projektu jsem použil 6 kol Monster Truck o průměru 125 mm, což usnadňuje překonávání malých překážek. Robot je poháněn 6 vysoce výkonnými 12 V kartáčovanými stejnosměrnými motory (180 ot / min, 27 kg-cm) s kovovými převody. Jako ovladač motoru můžete použít jakýkoli ovladač, který je schopen zajistit nepřetržitý proud alespoň 10 A na motor, například: VNH2SP30, BTS7960B.

Díly potřebné v tomto projektu:

1. Stejnosměrný stejnosměrný motor s vysokým točivým momentem 12V 180 otáček za minutu x6
2. 6mm šestihranný konektor stejnosměrného převodového motoru x6
3. Nouzový vypínač x1
4. Tlačítko z nerezové oceli x2
5. 7.4V 2700mAh 10C Lipo baterie x1
6. 11.1V 5500mAh 3S 45C Lipo baterie x1
7. Ovladač motoru, například: VNH2SP30 x6 nebo BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Ráfky a pneumatiky HSP Monster Truck 1:10 x2
10. Deska micro USB x1

Řízení:

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

Materiály (podvozek):

1. Duralový plech o tloušťce 2 mm (DxŠ): 345x190 mm x2
2. Hliníkový úhelník ve tvaru L o tloušťce 2 mm: 190x40x20 mm x2
3. Hliníkový úhelník ve tvaru C o tloušťce 2 mm: 341 x 40 x 20 mm x 2

4. Šrouby a matice:

   • M3 10 mm x 10
   • M2 6 mm x 8

Nástroje:

Elektrická mini vrtačka HILDA

Rozšířená verze:

1. Rozdělená kamera RunCam x1
2. 2osý kardan x1
3. Robotické rameno x1
4. Robotický kovový chapač x1
5. Laserový senzor To53 VL53L0X x1

Krok 2: Sestavení podvozku robota

Montáž podvozku robota je celkem snadná. Všechny kroky jsou uvedeny na fotografiích výše. Pořadí hlavních operací je následující:

1. Do bočních hliníkových profilů vyvrtejte 3 otvory o průměru 13 mm (otvory pro hřídel motoru)
2. Do bočních hliníkových profilů vyvrtejte 6 otvorů o průměru 3 mm (otvory, které upevňují motory k profilu)
3. Našroubujte stejnosměrné motory na boční hliníkové profily
4. Na základnu přišroubujte boční hliníkové profily se stejnosměrnými motory
5. Přišroubujte přední a zadní profil k základně
6. Nainstalujte potřebné vypínače a další elektronické součástky (viz následující část)

Krok 3: Připojení elektronických součástek

Hlavním ovladačem v tomto elektronickém systému je Arduino Mega 2560. Abych mohl ovládat šest motorů, použil jsem dva ovladače motoru BTS7960B (H-Bridges). Tři motory na každé straně jsou připojeny k jednomu ovladači motoru. Každý z ovladačů motoru může být zatížen proudem až 43 A, což poskytuje dostatečnou rezervu výkonu i pro mobilní roboty pohybující se po nerovném terénu. Elektronický systém je vybaven dvěma zdroji energie. Jeden pro napájení stejnosměrných motorů a serv (LiPo baterie 11,1 V, 5500 mAh) a druhý pro napájení Arduina, bluetooth modulu, fpv kamery a senzorů (LiPo baterie 7,4 V, 2700 mAh).

Připojení elektronických modulů je následující:

BTS7960 -> Arduino Mega 2560

• MotorRight_R_CS - 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

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

• ch2 - 7 // Křidélka
• ch3 - 8 // Výtah
• VCC - 5V
• GND - GND

Kabelová spojení mezi přijímačem 2,4 GHz a Arduinem jsou uvedena ve schématu zapojení výše. Připojte napájecí vodiče 5V a GND od Arduina k pinům přijímače + (VCC) a - (GND). Kromě toho musíte připojit použité kanály přijímače (ch2 a ch3) k digitálním pinům Arduino (např. 7 a 8, stejně jako v programu). Pokud se teprve začínáte učit elektroniku a nevíte, jak připojit napájecí zdroj, spínače a ovladač motoru, pomůže vám toto schéma zapojení z mého podobného projektu. Před spuštěním ovládání robota z vysílače 2,4 GHz Taranis Q X7 2,4 GHz byste měli předtím spojit vysílač s přijímačem. Postup vazby je podrobně popsán v mém videu.

Krok 4: Mega kód Arduino

Připravil jsem následující ukázkové programy Arduino:

• Test přijímače RC 2,4 GHz
• Ovládání robota 6WD

První program „Test přijímače RC 2,4 GHz“vám umožní snadné spuštění a kontrolu přijímače 2,4 GHz připojeného k Arduinu, druhý „6WD Robot Control“umožňuje ovládat pohyb robota. Před kompilací a nahráním ukázkového programu se ujistěte, že jste jako cílovou platformu vybrali „Arduino Mega 2560“, jak je uvedeno výše (Arduino IDE -> Nástroje -> Deska -> Arduino Mega nebo Mega 2560). Příkazy z vysílače Taranis Q X7 2,4 GHz jsou odesílány do přijímače. Kanály 2 a 3 přijímače jsou připojeny k digitálním pinům 7 a 8 Arduino. Ve standardní knihovně Arduino najdeme funkci „pulseIn ()“, která vrací délku pulsu v mikrosekundách. Použijeme ho ke čtení signálu PWM (Pulse Width Modulation) z přijímače, který je úměrný náklonu vysílače ovládací páčka. Funkce pulseIn () má tři argumenty (pin, hodnota a časový limit):

• pin (int) - číslo pinu, na kterém chcete načíst puls
• hodnota (int) - typ pulzu ke čtení: buď VYSOKÝ nebo NÍZKÝ
• timeout (int) - volitelný počet mikrosekund, které čekají na dokončení pulsu

Hodnota délky načteného pulsu je poté mapována na hodnotu mezi -255 a 255, která představuje rychlost vpřed/vzad („moveValue“) nebo rychlost doprava/doleva („turnValue“). Pokud například zatlačíme ovládací páku úplně dopředu, měli bychom získat „moveValue“= 255 a úplné zatlačení zpět „getValue“= -255. Díky tomuto druhu ovládání můžeme regulovat rychlost pohybu robota v celém rozsahu.

Krok 5: Testování mobilního robota

Tato videa ukazují testy mobilního robota na základě programu z předchozí části (Arduino Mega Code). První video ukazuje testy robota 6WD v mém pokoji. Tento robot dokáže velmi snadno unést několik kilogramů, na videu přepraví 8 lahví vody, což odpovídá 12 kg. Robot může také snadno překonat překážky, se kterými se potýká na cestě, jako jsou obrubníky při parkování, co můžete vidět na druhém videu. Na začátku této instrukce můžete také vidět, jak dobře si poradí v těžkém terénu.

Krok 6: Příklady vylepšení designu

Tento projekt můžete rozšířit o další komponenty, jako například:

• uchopovač robota
• robotické rameno (popsané v tomto návodu)
• kardan s kamerou

Nahoře najdete dvě videa představující zmíněná vylepšení. První video ukazuje, jak ovládat naklápěcí kameru a robotický chapač pomocí vysílače Taranis Q X7 2,4 GHz a přijímače FrSky V8FR-II. Následující video ukazuje rychlý úvod, jak připojit a ovládat 2osý kardan pomocí stejné sady vysílače a přijímače na frekvenci 2,4 GHz.

Krok 7: Ladění ramene robota

Rameno robota jsem vyrobil dříve a popsal ho v tomto návodu. Rozhodl jsem se však původní projekt mírně upravit a přidat další stupeň volnosti (wirst) a FPV kameru. Robot má v současné době 4 otočné klouby:

• Žízeň
• Loket
• Rameno
• Základna

Rotace ve 4 osách umožňuje snadné uchopení a manipulaci s předměty v pracovním prostoru robota. Otočný chapač, který plní úlohu zápěstí, vám umožňuje sbírat předměty umístěné v různých úhlech. Byl vyroben z následujících částí:

• Digitální servo LF 20MG 20 KG x1
• Servo držák x1
• Duralový válec o tloušťce 4 mm a průměru 50 mm
• Duralový plech 36x44 mm a tloušťka 2 mm
• Šrouby a matice M3 x4
• Kamera FPV - RunCam OWL Plus x1

Kamera je umístěna přímo nad chapadlem, aby obsluha snáze uchopila i malé předměty.

Krok 8: Kontrola stavu robota a příprava na přepravu

Rameno robota a stojan fotoaparátu jsou složené, což značně usnadňuje přepravu robota. Zadní panel robota je vybaven 3 LED diodami. Dva z nich ukazují stav napájení elektroniky, motorů a serva (zapnuto nebo vypnuto). Třetí LED dioda RGB zobrazuje stav baterie a poruchu. Pro snazší programování je robot vybaven portem micro USB. Toto řešení velmi usnadňuje testování, aniž byste museli odstraňovat kryt robota.

Krok 9: Testování náhledu z Wifi a Fpv kamer

Na robota byly nainstalovány dvě kamery. Wifi kamera byla umístěna na nastavitelném hliníkovém držáku v zadní části robota. Těsně nad uchopovačem robota byla umístěna malá fpv kamera.

Kamery použité v tomto testu:

• RunCam OWL Plus
• Wifi kamera XiaoMi YI

První video ukazuje test obou kamer. Pohled z wifi kamery se zobrazí na smartphonu a pohled z fpv kamery na notebooku. Jak vidíme na videu, zpoždění náhledu je malé a u Wifi kamery je toto zpoždění o něco větší.

Ve druhém videu jsem vám krok za krokem ukázal, jak získat náhled z 5,8 GHz fpv kamery na vašem počítači. Obraz z kamery je odeslán z vysílače do přijímače 5,8 GHz. Poté přejde na video grabber připojený k notebooku přes USB port a nakonec se zobrazí na přehrávači VLC.