RC Four Wheel Ground Rover - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:20

Dit is een "Monoliet op wielen" (met dank aan Stanley Kubrick:D)

Het was een van mijn dromen om een op afstand bestuurbare grondrover te bouwen sinds ik begon te sleutelen aan elektronica, omdat draadloze dingen me altijd hebben gefascineerd. Ik had niet genoeg tijd en geld om er een te bouwen tot voor mijn universiteitsproject. Dus bouwde ik een vierwielige rover voor mijn afstudeerproject. In deze instructable zal ik uitleggen hoe ik de behuizing van een oude versterker gebruikte om de rover helemaal opnieuw te bouwen en hoe ik de radiocontroller kon maken.

Dit is een vierwielige grondrover, met vier afzonderlijke aandrijfmotoren. Het motorstuurcircuit is gebaseerd op L298N en de RF-besturing is gebaseerd op het HT12E- en HT12D-paar van Holtek-halfgeleider. Het maakt geen gebruik van Arduino of andere microcontrollers. De versie die ik heb gemaakt maakt gebruik van goedkope 433 MHz ISM-band ASK zender en ontvanger paar voor draadloze bediening. De rover wordt bestuurd door vier drukknoppen en de gebruikte rijmethode is differentieelaandrijving. De controller heeft een bereik van ongeveer 100 m in open ruimte. Laten we nu beginnen met bouwen.

(Alle afbeeldingen zijn in hoge resolutie. Open ze in een nieuw tabblad voor hoge resolutie.)

Stap 1: Benodigde onderdelen en gereedschappen

• Wielen van 4 x 10 cm x 4 cm met gaten van 6 mm (of die compatibel zijn met de motoren die je hebt)
• 4 x 12V, 300 of 500 RPM motorreductoren met 6 mm as
• 1 x metalen behuizing van geschikte grootte (ik heb een oude metalen behuizing hergebruikt)
• 4 x L-vormige motorklemmen
• 2 x 6V 5Ah, loodzuuraccu's
• 1 x 9V batterij
• 1 x L298N Motor Driver Board of kale IC
• 1 x 433 MHz zender
• 2 x 433MHz-ontvanger (compatibel)
• 4 x 12 mm drukknoppen
• 1 x DC-cilinderaansluiting
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR-poort IC
• 1 x CD4069 Quad NIET Gate IC
• 4 x 100uF elektrolytische condensatoren
• 7 x 100nF keramische condensatoren
• 4 x 470R-weerstanden
• 1 x 51K Weerstand (belangrijk)
• 1 x 680R-weerstand
• 1 x 1M Weerstand (belangrijk)
• 1x 7805 of LM2940 (5V)
• 1x 7809
• 3 x 2-pins schroefaansluitingen
• 1 x SPDT-tuimelschakelaar
• 1 x matzwarte verf
• LED's, draden, gewone PCB's, IC-sockets, schakelaars, boormachine, Dremel, schuurpapier en ander gereedschap

Onderdelen zoals motoren, wielen, klemmen enz. kunnen worden geselecteerd volgens uw vereisten.

Stap 2: Motorbesturingsschema

De HT12D is een 12-bits decoder die een seriële input-parallelle outputdecoder is. De ingangspin van de HT12D wordt aangesloten op een ontvanger die een seriële uitgang heeft. Van de 12 bits zijn 8 bits adresbits en de HT12D zal de invoer decoderen, al was het maar als de binnenkomende gegevens overeenkomen met het huidige adres. Dit is handig als u veel apparaten op dezelfde frequentie wilt bedienen. U kunt een 8-pins DIP-switch gebruiken om de adreswaarde in te stellen. Maar ik heb ze rechtstreeks aan GND gesoldeerd, wat het adres 00000000 oplevert. De HT12D wordt hier op 5V gebruikt en de Rosc-waarde is 51 KΩ. De waarde van de weerstand is belangrijk omdat het veranderen ervan problemen kan veroorzaken bij het decoderen.

De uitgang van de 433MHz-ontvanger is verbonden met de ingang van de HT12D en de vier uitgangen zijn verbonden met de L298 2A dual H-bridge driver. De bestuurder heeft een koellichaam nodig voor een goede warmteafvoer, omdat deze erg heet kan worden.

Als ik op de linkerknop op de afstandsbediening druk, wil ik dat M1 en M2 in een richting tegengesteld aan die van M3 en M4 lopen en vice versa voor rechtsbediening. Voor Voorwaartse werking moeten alle motoren in dezelfde richting draaien. Dit wordt differentiële aandrijving genoemd en wordt gebruikt in gevechtstanks. Daarom hebben we niet slechts één pin nodig om te bedienen, maar vier tegelijk. Dit kan niet worden bereikt door SPST-drukknoppen die ik heb, tenzij je een aantal SPDT-schakelaars of een joystick hebt. U zult dit begrijpen door naar de bovenstaande logische tabel te kijken. De vereiste logica wordt in de volgende stap aan de zenderzijde bereikt.

De hele opstelling wordt gevoed door twee 6V, 5Ah-loodzuurbatterijen in serieconfiguratie. Op deze manier hebben we voldoende ruimte om de batterijen in het chassis te plaatsen. Maar het is beter als je Li-Po-batterijen kunt vinden in het bereik van 12V. Een DC barrel jack wordt gebruikt om de Pb-Acid batterijen aan te sluiten op een externe oplader. 5V voor HT12D wordt gegenereerd met behulp van een 7805-regelaar.

Stap 3: De motordriver bouwen

Ik gebruikte een perfboard voor het solderen van alle componenten. Plaats de componenten eerst zo dat ze gemakkelijker te solderen zijn zonder veel jumpers te gebruiken. Dit is een kwestie van ervaring. Zodra de plaatsing naar tevredenheid is, soldeert u de poten en snijdt u de overtollige delen weg. Nu is het tijd voor routering. Mogelijk hebt u de auto-routerfunctie op veel PCB-ontwerpsoftware gebruikt. Jij bent hier de router. Gebruik uw logica voor de beste routering met minimaal gebruik van jumpers.

Ik heb een IC-voet voor de RF-ontvanger gebruikt in plaats van deze direct te solderen, omdat ik deze later opnieuw kan gebruiken. Het hele bord is modulair, zodat ik ze later gemakkelijk kan demonteren. Modulair zijn is een van mijn voorliefdes.

Stap 4: Schema RF-afstandsbediening:

Dit is een 4-kanaals RF-afstandsbediening voor de rover. De afstandsbediening is gebaseerd op HT12E en HT12D, 2^12 serie encoder-decoder paar van Holtek halfgeleider. De RF-communicatie wordt mogelijk gemaakt door een 433MHz ASK zender-ontvangerpaar.

De HT12E is een 12-bits encoder en in feite een parallelle input-seriële output-encoder. Van de 12 bits zijn 8-bits adresbits die kunnen worden gebruikt voor het aansturen van meerdere ontvangers. De pinnen A0-A7 zijn de adresinvoerpinnen. De oscillatorfrequentie moet 3 KHz zijn voor 5V-werking. Dan is de Rosc-waarde 1,1 MΩ voor 5V. We klagen een 9V-batterij aan en daarom is de Rosc-waarde 1 MΩ. Raadpleeg de datasheet om de exacte oscillatorfrequentie en weerstand te bepalen die voor een specifiek spanningsbereik moeten worden gebruikt. AD0-AD3 zijn de besturingsbit-ingangen. Deze ingangen zullen de D0-D3-uitgangen van de HT12D-decoder aansturen. U kunt de uitgang van de HT12E aansluiten op elke zendermodule die seriële data accepteert. In dit geval verbinden we de uitgang met de ingangspin van de 433MHz zender.

We hebben vier motoren om op afstand te besturen, waarvan elke twee parallel zijn aangesloten voor differentiële aandrijving zoals te zien is in het vorige blokschema. Ik wilde de motoren voor differentieelaandrijving aansturen met vier SPST-drukknoppen die algemeen verkrijgbaar zijn. Maar er is een probleem. We kunnen niet meerdere kanalen van de HT12E-encoder bedienen (of inschakelen) met alleen SPST-drukknoppen. Dit is waar de logische poorten in het spel komen. Een 4069 CMOS NOR en een 4077 NAND vormen de logische driver. Voor elke druk op de drukknoppen genereert de logische combinatie de vereiste signalen op meerdere ingangspinnen van de encoder (dit was een intuïtieve oplossing, in plaats van iets dat door experimenten tot stand was gebracht, zoals een "gloeilamp!"). De uitgangen van deze logische poorten zijn verbonden met de ingangen van de HT12E en worden serieel door de zender gestuurd. Na ontvangst van het signaal, zal de HT12D het signaal decoderen en dienovereenkomstig aan de uitgangspinnen trekken, die vervolgens de L298N en de motoren zullen aandrijven.

Stap 5: De RF-afstandsbediening bouwen

Ik heb twee afzonderlijke perfboard-stukken gebruikt voor de afstandsbediening; een voor de knoppen en een voor de logische schakeling. Alle boards zijn volledig modulair en kunnen dus worden losgemaakt zonder desolderen. De antennepin van de zendermodule is verbonden met een externe telescopische antenne die uit een oude radio is geborgen. Maar je kunt er een stuk draad voor gebruiken. De afstandsbediening gebruikt rechtstreeks een 9V-batterij.

Alles was gepropt in een kleine plastic doos die ik in de rommeldoos vond. Niet de beste manier om een afstandsbediening te maken, maar het dient het doel.

Stap 6: De afstandsbediening schilderen

Alles zat erin verpakt met de drukknoppen, DPDT-schakelaar, power-on-indicator-LED en de antenne zichtbaar. Ik heb een paar gaten geboord in de buurt van de zender die is geplaatst omdat ik merkte dat deze na langdurig gebruik een beetje warm wordt. Dus de gaten zorgen voor wat luchtstroom.

Het was een vergissing om het grote rechthoekige gat aan de bovenkant af te snijden in plaats van vier kleine. Ik dacht misschien iets anders. Voor de afwerking heb ik zilverkleurige metallic lak gebruikt.

Stap 7: het chassis bouwen

Ik gebruikte een oude metalen versterkerbehuizing als chassis van de rover. Het had gaten aan de onderkant en moest er een aantal verbreden met een boormachine, wat het bevestigen van de motorklemmen gemakkelijk maakte. Je moet iets soortgelijks vinden of er een maken van plaatstaal. De haakse motorklemmen (of L-klemmen) hebben elk zes schroefgaten. De hele opstelling was niet zo stevig omdat de plaatdikte klein was, maar genoeg om al het gewicht van batterijen en alles te dragen. De motoren kunnen aan de klemmen worden bevestigd met behulp van de moeren die bij de DC-motorreductoren worden geleverd. De motoras heeft een schroefdraadgat voor het bevestigen van de wielen.

Ik gebruikte 300 RPM DC motorreductoren met plastic versnellingsbak. Kunststof tandwielkasten (tandwielen zijn nog steeds van metaal) motoren zijn goedkoper dan Johnson motorreductoren. Maar ze slijten sneller en hebben niet zoveel koppel. Ik raad je aan om Johnson-motorreductoren te gebruiken met RPM's van 500 of 600. 300 RPM is niet genoeg voor een goede snelheid.

Elke motor moet worden gesoldeerd met keramische condensatoren van 100 nF om contactvonken in de motoren te verminderen. Dat zorgt voor een betere levensduur van de motoren.

Stap 8: het chassis schilderen

Verven is eenvoudig met spuitbussen. Ik heb matzwart gebruikt voor het hele chassis. U moet de metalen behuizing reinigen met schuurpapier en eventuele oude verflagen verwijderen voor een betere afwerking. Breng twee lagen aan voor een lange levensduur.

Stap 9: testen en afwerken

Ik was erg opgewonden om te zien dat alles de eerste keer dat ik het testte vlekkeloos werkte. Ik denk dat dat de eerste keer was dat zoiets gebeurde.

Ik gebruikte een tiffin-doos om het bestuurdersbord erin te houden. Omdat alles modulair is, is de montage eenvoudig. De antennedraad van de RF-ontvanger was buiten het chassis verbonden met een staaldraadantenne.

Alles zag er gewoon geweldig uit toen het werd gemonteerd, precies zoals ik had verwacht.

Stap 10: Zie het in actie

Hierboven heb ik de rover gebruikt om een GPS + Accelerometer-module te dragen voor een ander project. Op het bovenste bord bevinden zich de GPS, versnellingsmeter, RF-transceiver en een zelfgemaakte Arduino. Daaronder bevindt zich het motorstuurbord. U kunt zien hoe de Pb-Acid-batterijen daar zijn geplaatst. Er is daar genoeg ruimte voor ze ondanks de tiffin-doos in het midden.

Zie de rover in actie in de video. De video is een beetje wankel omdat ik hem met mijn telefoon heb opgenomen.

Stap 11: Verbeteringen

Zoals ik altijd zeg, er is altijd ruimte voor verbetering. Wat ik heb gemaakt is gewoon een eenvoudige RC rover. Het is niet krachtig genoeg om gewichten te dragen, obstakels te ontwijken en ook niet snel. Het bereik van de RF-controller is beperkt tot ongeveer 100 meter in open ruimte. Je moet proberen al deze nadelen op te lossen wanneer je er een bouwt; repliceer het niet alleen, tenzij u beperkt bent door de beschikbaarheid van onderdelen en gereedschappen. Hier zijn enkele van mijn verbetersuggesties voor u.

• Gebruik Johnson metalen versnellingsbakmotoren van 500 of 600 RPM voor een betere balans tussen snelheid en koppel. Ze zijn echt krachtig en kunnen tot 12 kg koppel leveren bij 12V. Maar je hebt een compatibele motordriver nodig en batterijen voor hoge stromen.
• Gebruik een microcontroller voor PWM-besturing van de motor. Op deze manier kun je de snelheid van de rover regelen. Heeft een speciale schakelaar nodig voor de snelheidsregeling aan het uiteinde van de afstandsbediening.
• Gebruik een beter en krachtiger radiozender- en ontvangerpaar voor een groter werkbereik.
• Een sterk chassis waarschijnlijk gemaakt van aluminium, samen met verende schokdempers.
• Een roterend robotplatform voor het bevestigen van robotarmen, camera's en andere dingen. Kan worden gemaakt met behulp van een servo op de bovenkant van het chassis.

Ik ben van plan een rover met 6 wielen te bouwen met alle bovengenoemde functies, en te gebruiken als een algemeen roverplatform. Ik hoop dat je dit project leuk vond en iets geleerd hebt. Bedankt voor het lezen:)