Op afstand bestuurbare 6WD All Terrain Robot - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

De meeste robots die ik tot nu toe heb gebouwd, waren 4-wielige robots met een laadvermogen van enkele kilo's. Deze keer heb ik besloten om een grotere robot te bouwen die onderweg gemakkelijk verschillende obstakels kan overwinnen en zich kan verplaatsen met een last van minstens een dozijn kilo's. Ik ging er ook vanuit dat de robot het hoofd moet kunnen bieden in moeilijk terrein zoals zand, sneeuw en puin. Om het mogelijk te maken heb ik een 6-wielig chassis gebouwd voorzien van 6 motoren van voldoende hoog vermogen en geschikte motoraandrijving en voeding. Ik wilde ook dat mijn robot vanaf een grote afstand (minstens 200 meter) kon worden bestuurd, dus gebruikte ik een 2,4 GHz-zender en -ontvanger van goede kwaliteit.

Nadat aan alle bovenstaande eisen was voldaan en de eerste tests succesvol waren, besloot ik het project uit te breiden met een manipulator en twee camera's. Dankzij het beeld van de camera bedien je de robot ook als hij uit het zicht is. Met deze functie kan de robotoperator inspectietaken op afstand uitvoeren in gebieden die moeilijk toegankelijk zijn of gevaarlijk zijn voor mensen.

Uit de beschrijving van dit project leert u hoe u:

• een robotchassis met 6 wielen bouwen dat minstens een dozijn kilo's kan vervoeren

  • kunt u zwaardere items vervoeren
  • mogelijk commercieel gebruik en niet alleen een robot als speelgoed!

• zo'n robot op afstand besturen vanaf een grote afstand

  • bind een 2,4 GHz-zender met een ontvanger
  • lees commando's van een 2,4 GHz ontvanger via Arduino
  • controle van de positie van de robot

• stel een voorbeeld van camera's in op uw computer of smartphone

  implementatie van draadloze langeafstandsvideotransmissie op 5,8 GHz

Robotparameters (basisversie):

• Buitenafmetingen (LxBxH): 405x340x120 mm
• Totaal gewicht: 5 kg
• Bodemvrijheid: 45 mm

Uitgebreide versie (met een manipulator en een camera):

• Buitenafmetingen (LxBxH): 405x340x220 mm (robot voorbereid voor transport)
• Totaal gewicht: 6,5 kg

Stap 1: De lijst met onderdelen en materialen

Chassis van de robot is volledig gemaakt van aluminium en duraluminium. In dit project heb ik 6 Monster Truck wielen gebruikt met een diameter van 125 mm waardoor het gemakkelijk is om kleine obstakels te overwinnen. De robot wordt aangedreven door 6 krachtige 12 V brushed DC-motoren (180 RPM, 27 kg-cm) met metalen tandwielen. Als motordriver kunt u elke driver gebruiken die een continue stroom van minimaal 10A per motor kan leveren, bijvoorbeeld: VNH2SP30, BTS7960B.

Onderdelen nodig in dit project:

1. High Torque Gear Reducer DC Motor 12V 180RPM x6
2. 6 mm zeskantige DC-reductiemotorconnector x6
3. Noodstopschakelaar x1
4. Roestvrijstalen drukknopschakelaar x2"
5. 7.4V 2700mAh 10C Lipo-batterij x1
6. 11.1V 5500mAh 3S 45C Lipo-batterij x1
7. Motorstuurprogramma bijv.: VNH2SP30 x6 of BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Velg & Banden HSP 1:10 Monster Truck x2
10. Micro USB-kaart x1

Controle:

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

Materialen (chassis):

1. Duraluminium plaat 2 mm dik (LxB): 345x190 mm x2
2. L-vormige aluminium hoekbeugel 2mm dik: 190x40x20 mm x2
3. C-vormige aluminium hoekbeugel 2 mm dik: 341x40x20 mm x2

4. Bouten en moeren:

   • M3 10mm x10
   • M2 6mm x8

Gereedschap:

HILDA elektrische miniboormachine

Uitgebreide versie:

1. RunCam Split-camera x1
2. 2-assige gimbal x1
3. Robotarm x1
4. Robot metalen grijper x1
5. VL53L0X Laser ToF-sensor x1

Stap 2: Het robotchassis monteren

Het monteren van robotchassis is vrij eenvoudig. Alle stappen worden weergegeven in de bovenstaande foto's. De volgorde van de belangrijkste bewerkingen is als volgt:

1. Boor 3 gaten met een diameter van 13 mm in aluminium zijprofielen (gaten voor de motoras)
2. Boor 6 gaten met een diameter van 3 mm in aluminium zijprofielen (gaten die de motoren aan het profiel bevestigen)
3. Schroef de DC-motoren aan de aluminium zijprofielen
4. Schroef de aluminium zijprofielen met DC-motoren op de basis
5. Schroef het voor- en achterprofiel op de basis
6. Installeer de benodigde stroomschakelaars en andere elektronische componenten (zie in de volgende sectie)

Stap 3: Aansluiting van elektronische onderdelen

De hoofdcontroller in dit elektronische systeem is Arduino Mega 2560. Om zes motoren te kunnen besturen heb ik twee BTS7960B Motor Drivers (H-Bridges) gebruikt. Drie motoren aan elke kant zijn verbonden met één motoraandrijver. Elk van de motordrivers kan worden belast door de stroom tot 43A, wat een voldoende krachtmarge geeft, zelfs voor de mobiele robot die over ruw terrein beweegt. Het elektronische systeem is uitgerust met twee stroombronnen. Een voor de voeding van de DC-motoren en servo's (LiPo-batterij 11.1V, 5500 mAh) en de andere voor de voeding van Arduino, bluetooth-module, fpv-camera en sensoren (LiPo-batterij 7.4V, 2700 mAh).

De aansluitingen van elektronische modules zijn de volgende:

BTS7960 -> Arduino Mega 2560

• MotorRight_R_EN - 22
• MotorRight_L_EN - 23
• MotorLinks_R_EN - 26
• MotorLinks_L_EN - 27
• Rpwm1 - 2
• Lpwm1 - 3
• Rpwm2 - 4
• Lpwm2 - 5
• VCC - 5V
• GND - GND

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

• ch2 - 7 // Rolroer
• ch3 - 8 // Lift
• VCC - 5V
• GND - GND

De bedrade verbindingen tussen de 2,4 GHz-ontvanger en de Arduino zijn weergegeven in het bedradingsschema hierboven. Sluit de 5V- en GND-stroomdraden van Arduino aan op respectievelijk de pinnen + (VCC) en - (GND) van de ontvanger. Daarnaast moet je gebruikte ontvangerkanalen (ch2 en ch3) aansluiten op de Arduino digitale pinnen (bijvoorbeeld 7 en 8 net als in het programma). Als je net begint met het leren van elektronica en je weet niet hoe je de voeding, schakelaars en motordriver moet aansluiten, dan zal dit bedradingsschema van mijn vergelijkbare project nuttig zijn. Voordat u de robotbesturing vanaf de 2,4 GHz Taranis Q X7 2,4 GHz-zender start, moet u de zender eerst aan de ontvanger binden. De bindende procedure wordt uitgebreid beschreven in mijn video.

Stap 4: Arduino Mega-code

Ik heb de volgende voorbeeld Arduino-programma's voorbereid:

• RC 2,4 GHz-ontvangertest
• 6WD-robotbesturing

Met het eerste programma "RC 2.4GHz Receiver Test" kunt u eenvoudig de 2,4 GHz-ontvanger die op Arduino is aangesloten starten en controleren, met het tweede "6WD Robot Control" kunt u de beweging van de robot controleren. Voordat u het voorbeeldprogramma compileert en uploadt, moet u ervoor zorgen dat u "Arduino Mega 2560" als doelplatform hebt gekozen, zoals hierboven weergegeven (Arduino IDE -> Tools -> Board -> Arduino Mega of Mega 2560). De opdrachten van de Taranis Q X7 2,4 GHz zender worden naar de ontvanger gestuurd. Kanalen 2 en 3 van de ontvanger zijn respectievelijk verbonden met de Arduino digitale pinnen 7 en 8. In de Arduino-standaardbibliotheek kunnen we de functie "pulseIn()" vinden die de lengte van de puls in microseconden retourneert. We zullen deze gebruiken om het PWM-signaal (Pulse Width Modulation) van de ontvanger te lezen, dat evenredig is met de kanteling van de zender. stuurknuppel. De functie pulseIn() heeft drie argumenten (pin, waarde en time-out):

• pin (int) - het nummer van de pin waarop u de puls wilt lezen
• waarde (int) - type te lezen puls: ofwel HOOG of LAAG
• time-out (int) - optioneel aantal microseconden om te wachten tot de puls is voltooid

De waarde van de leespulslengte wordt dan toegewezen aan een waarde tussen -255 en 255 die de snelheid voor vooruit/achteruit ("moveValue") of rechts/links ("turnValue") vertegenwoordigt. Als we bijvoorbeeld de stuurknuppel volledig naar voren duwen, krijgen we de "moveValue" = 255 en als we volledig naar achteren duwen, krijgen we "moveValue" = -255. Dankzij dit type besturing kunnen we de bewegingssnelheid van de robot over het volledige bereik regelen.

Stap 5: Testen van mobiele robot

Deze video's tonen tests van mobiele robots op basis van het programma uit de vorige sectie (Arduino Mega Code). De eerste video toont tests van de 6WD-robot in mijn kamer. Deze robot kan heel gemakkelijk een lading van enkele kilo's dragen, op de video transporteert hij 8 flessen water gelijk aan 12 kg. De robot kan ook gemakkelijk obstakels overwinnen die hij onderweg tegenkomt, zoals stoepranden bij het parkeren, wat je kunt zien in de tweede video. Aan het begin van deze instructie kunt u ook zien hoe goed het op moeilijk terrein kan.

Stap 6: Voorbeelden van ontwerpverbeteringen

U kunt dit project uitbreiden met extra componenten zoals:

• robot grijper
• robotarm (beschreven in deze instructie)
• gimbal met een camera

Hierboven vindt u twee video's waarin de genoemde verbeteringen worden gepresenteerd. De eerste video laat zien hoe je een pan-tilt camera en een robotgrijper bestuurt met behulp van de Taranis Q X7 2,4 GHz-zender en FrSky V8FR-II-ontvanger. De volgende video toont een korte introductie over het aansluiten en bedienen van een 2-assige gimbal met dezelfde set zender en ontvanger op 2,4 GHz.

Stap 7: Robotarm afstemmen

Ik heb de robotarm eerder gemaakt en beschreven in deze instructie. Ik besloot echter om het oorspronkelijke project enigszins aan te passen en een andere vrijheidsgraad (pols) en FPV-camera toe te voegen. De robot heeft momenteel 4 roterende gewrichten:

• pols
• Elleboog
• Schouder
• Baseren

Rotatie in 4 assen maakt het gemakkelijk grijpen en manipuleren van objecten in de werkruimte van de robot. Een roterende grijper die de rol van de pols vervult, stelt u in staat om objecten op te pakken die onder verschillende hoeken zijn geplaatst. Het is gemaakt van de volgende onderdelen:

• LF 20MG 20 KG digitale servo x1
• Servo Beugel x1
• Duraluminium cilinder met een dikte van 4 mm en een diameter van 50 mm
• Duralumin plaat 36x44 mm en dikte van 2 mm
• Bouten en moeren M3 x4
• FPV-camera - RunCam OWL Plus x1

De camera is direct boven de grijper geplaatst om het voor de operator gemakkelijker te maken om zelfs kleine voorwerpen vast te pakken.

Stap 8: De status van de robot controleren en voorbereiden op transport

De robotarm en camerastandaard zijn ingeklapt, wat het transport van de robot een stuk eenvoudiger maakt. Het achterpaneel van de robot is voorzien van 3 LED's. Twee daarvan tonen de vermogensstatus van elektronica, motoren en servo's (aan of uit). De derde RGB-led geeft de batterijstatus en storing aan. Voor eenvoudiger programmeren is de robot uitgerust met een micro-USB-poort. Deze oplossing maakt het testen veel eenvoudiger zonder dat de robotbehuizing hoeft te worden verwijderd.

Stap 9: Voorbeeld testen van wifi- en Fpv-camera's

Op de robot zijn twee camera's geïnstalleerd. De Wifi-camera werd op een verstelbare aluminium houder aan de achterkant van de robot geplaatst. Net boven de robotgrijper werd een kleine fpv-camera geplaatst.

Camera's gebruikt in deze test:

• RunCam OWL Plus
• XiaoMi YI Wifi-camera

De eerste video toont de test van beide camera's. Het uitzicht van de wifi-camera wordt weergegeven op de smartphone en het uitzicht van de fpv-camera op de laptop. Zoals we op de video kunnen zien, is de preview-vertraging klein en voor Wifi-camera is deze vertraging iets groter.

In de tweede video liet ik je stap voor stap zien hoe je een voorbeeld van een 5,8 GHz fpv-camera op je computer kunt krijgen. Het beeld van de camera wordt van de zender naar de 5,8 GHz-ontvanger gestuurd. Vervolgens gaat het naar een videograbber die via een usb-poort op een laptop is aangesloten en wordt het uiteindelijk weergegeven op de VLC-speler.