Fjernstyret 6WD All Terrain Robot: 10 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

De fleste af de robotter, jeg hidtil har bygget, var 4 hjulede robotter med en lasteevne på flere kilo. Denne gang besluttede jeg at bygge en større robot, der let vil overvinde forskellige forhindringer på vej og vil kunne bevæge sig med en belastning på mindst et dusin kilo. Jeg antog også, at robotten skulle kunne klare sig i vanskeligt terræn som sand, sne og murbrokker. For at gøre det muligt byggede jeg et 6-hjulet chassis udstyret med 6 motorer med tilstrækkelig høj effekt og passende motordriver og strømforsyning. Jeg ville også have, at min robot skulle styres på lang afstand (mindst 200 meter), så jeg brugte en 2,4 GHz sender og modtager af god kvalitet.

Når alle ovenstående krav var opfyldt, og de første test var vellykkede, besluttede jeg at forlænge projektet med en manipulator og to kameraer. Takket være billedet fra kameraet kan du styre robotten, selvom den er ude af syne. Denne funktion gør det muligt for robotoperatøren at udføre fjerninspektionsopgaver i områder, der er vanskelige at få adgang til eller er farlige for mennesker.

Fra beskrivelsen af dette projekt lærer du, hvordan du:

• bygge et 6 -hjulet robotchassis, der er i stand til at transportere mindst et dusin kilo

  • giver dig mulighed for at transportere tungere genstande
  • mulig kommerciel brug og ikke kun en robot som legetøj!

• fjernstyre en sådan robot på lang afstand

  • binde en 2,4 GHz sender med en modtager
  • læse kommandoer fra en 2,4 GHz modtager via Arduino
  • kontrol af robotens position

• indstil forhåndsvisning fra kameraer på din computer eller smartphone

  implementering af trådløs langdistancevideotransmission ved 5,8 GHz

Robotparametre (grundversion):

• Udvendige mål (LxBxH): 405x340x120 mm
• Samlet vægt: 5 kg
• Frihøjde: 45 mm

Udvidet version (med en manipulator og et kamera):

• Udvendige dimensioner (LxBxH): 405x340x220 mm (robot klar til transport)
• Samlet vægt: 6,5 kg

Trin 1: Listen over dele og materialer

Robotens chassis er udelukkende fremstillet af aluminium og duralumin. I dette projekt brugte jeg 6 Monster Truck hjul med en diameter på 125 mm, hvilket gør det let at overvinde små forhindringer. Robotten drives af 6 kraftige 12 V børstede DC-motorer (180 omdr./min., 27 kg-cm) med metalgear. Som motorfører kan du bruge enhver driver, der er i stand til at levere en kontinuerlig strøm på mindst 10A pr. Motor f.eks.: VNH2SP30, BTS7960B.

Nødvendige dele til dette projekt:

1. Højt drejningsmoment Gear Reducer DC Motor 12V 180RPM x6
2. 6 mm Hex DC gearmotorstik x6
3. Nødstopkontakt x1
4. Strømafbryder i rustfrit stål x2
5. 7,4V 2700mAh 10C Lipo batteri x1
6. 11.1V 5500mAh 3S 45C Lipo batteri x1
7. Motordriver f.eks.: VNH2SP30 x6 eller BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Fælge og dæk HSP 1:10 Monster Truck x2
10. Micro USB -kort x1

Styring:

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

Materialer (chassis):

1. Duraluminiumark 2 mm tykt (LxB): 345x190 mm x2
2. L-formet vinkelbeslag i aluminium 2 mm tykt: 190x40x20 mm x2
3. C-formet vinkelbeslag i aluminium 2 mm tykt: 341x40x20 mm x2

4. Møtrikker og bolte:

   • M3 10 mm x10
   • M2 6 mm x8

Værktøjer:

HILDA elektrisk mini -boremaskine

Udvidet version:

1. RunCam Split kamera x1
2. 2 aksel gimbal x1
3. Robotarm x1
4. Robot metal griber x1

5. VL53L0X Laser ToF -sensor x1

Trin 2: Montering af robotchassis

Montering af robotchassis er ganske let. Alle trin er vist på billederne ovenfor. Rækkefølgen af hovedoperationerne er som følger:

1. Bor 3 huller med en diameter på 13 mm i side aluminiumsprofiler (huller til motorakslen)
2. Bor 6 huller med en diameter på 3 mm i side -aluminiumsprofiler (huller, der fastgør motorerne til profilen)
3. Skru DC -motorerne fast på aluminiumsprofilerne i siden
4. Skru side -aluminiumsprofilerne med DC -motorer til bunden
5. Skru den forreste og bageste profil til basen
6. Installer de nødvendige afbrydere og andre elektroniske komponenter (se i næste afsnit)

Trin 3: Tilslutning af elektroniske dele

Hovedcontrolleren i dette elektroniske system er Arduino Mega 2560. For at kunne styre seks motorer brugte jeg to BTS7960B motordrivere (H-broer). Tre motorer på hver side er forbundet til en motordriver. Hver af motorførerne kan belastes af strømmen op til 43A, der giver en tilstrækkelig kraftmargen, selv for den mobile robot, der bevæger sig over ujævnt terræn. Det elektroniske system er udstyret med to strømkilder. Den ene til levering af DC -motorer og servoer (LiPo -batteri 11,1V, 5500 mAh) og den anden til levering af Arduino, bluetooth -modul, fpv -kamera og sensorer (LiPo -batteri 7,4V, 2700 mAh).

Forbindelserne mellem elektroniske moduler er følgende:

BTS7960 -> Arduino Mega 2560

• MotorRight_R_DA - 22
• MotorRight_L_DA - 23
• MotorLeft_R_DA - 26
• MotorLeft_L_DA - 27
• Rpwm1 - 2
• Lpwm1 - 3
• Rpwm2 - 4
• Lpwm2 - 5
• VCC - 5V
• GND - GND

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

• ch2 - 7 // Aileron
• ch3 - 8 // Elevator
• VCC - 5V
• GND - GND

De kabelforbundne forbindelser mellem 2,4 GHz -modtageren og Arduino er vist i ledningsdiagrammet ovenfor. Tilslut 5V- og GND -strømkablerne fra Arduino til henholdsvis modtagerens ben + (VCC) og - (GND). Derudover skal du tilslutte brugte modtagerkanaler (ch2 og ch3) til Arduino digitale ben (f.eks. 7 og 8 ligesom i programmet). Hvis du lige er begyndt at lære elektronik, og du ikke ved, hvordan du tilslutter strømforsyning, kontakter og motordriver, vil dette ledningsdiagram fra mit lignende projekt være nyttigt. Inden du starter robotstyringen fra 2,4 GHz Taranis Q X7 2,4 GHz senderen, skal du tidligere binde senderen med modtageren. Bindingsproceduren er beskrevet detaljeret i min video.

Trin 4: Arduino Mega Code

Jeg har forberedt følgende prøve Arduino -programmer:

• RC 2,4 GHz modtager test
• 6WD robotstyring

Det første program "RC 2,4 GHz modtagertest" giver dig mulighed for let at starte og kontrollere 2,4 GHz modtageren, der er tilsluttet Arduino, den anden "6WD Robot Control" gør det muligt at styre robotens bevægelse. Inden du samler og uploader prøveprogrammet, skal du sikre dig, at du har valgt "Arduino Mega 2560" som målplatform som vist ovenfor (Arduino IDE -> Tools -> Board -> Arduino Mega eller Mega 2560). Kommandoerne fra Taranis Q X7 2,4 GHz sender sendes til modtageren. Kanal 2 og 3 på modtageren er forbundet til henholdsvis Arduino digitale ben 7 og 8. I Arduino standardbibliotek kan vi finde funktionen "pulseIn ()", der returnerer pulslængden i mikrosekunder. Vi vil bruge den til at aflæse PWM (Pulse Width Modulation) signalet fra modtageren, som er proportionalt med senderens hældning kontrolpind. PulseIn () -funktionen tager tre argumenter (pin, værdi og timeout):

• pin (int) - nummeret på den pin, du vil aflæse pulsen på
• værdi (int) - type puls, der skal læses: enten HIGH eller LOW
• timeout (int) - valgfrit antal mikrosekunder, der skal vente på, at pulsen er fuldført

Læseimpulslængdeværdien kortlægges derefter til en værdi mellem -255 og 255, der repræsenterer frem/tilbage ("moveValue") eller drej til højre/venstre ("turnValue") hastighed. Så for eksempel, hvis vi skubber kontrolpinden helt fremad, skal vi få "moveValue" = 255 og skubbe helt tilbage få "moveValue" = -255. Takket være denne type kontrol kan vi regulere hastigheden af robotens bevægelse i hele området.

Trin 5: Test af mobilrobot

Disse videoer viser test af mobil robot baseret på program fra det foregående afsnit (Arduino Mega Code). Den første video viser test af 6WD -robot i mit værelse. Denne robot er meget let til at bære en belastning på flere kilo, på videoen transporterer den 8 flasker vand svarende til 12 kg. Robotten kan også let overvinde forhindringer, der er stødt på sin vej som kantsten på parkering, hvad du kan se i den anden video. I begyndelsen af denne instruktion kan du også se, hvor godt den klarer sig i vanskeligt terræn.

Trin 6: Eksempler på designforbedringer

Du kan udvide dette projekt med yderligere komponenter, såsom:

• robot griber
• robotarm (beskrevet i denne vejledning)
• gimbal med et kamera

Ovenfor finder du to videoer, der præsenterer de nævnte forbedringer. Den første video viser, hvordan man styrer et pan-tilt kamera og en robotgreb ved hjælp af Taranis Q X7 2,4 GHz sender og FrSky V8FR-II modtager. Næste video viser en hurtig introduktion til, hvordan du tilslutter og styrer en 2 -akset gimbal ved hjælp af det samme sæt sender og modtager ved 2,4 GHz.

Trin 7: Robotarmindstilling

Jeg lavede robotarmen tidligere og beskrev den i denne vejledning. Jeg besluttede dog at ændre det originale projekt lidt og tilføje endnu en grad af frihed (første) og FPV -kamera. Robotten har i øjeblikket 4 roterende led:

• Tørst
• Albue
• Skulder
• Grundlag

Rotation i 4 akser muliggør let greb og manipulation af objekter i robotens arbejdsområde. En roterende griber, der udfører håndledets rolle, giver dig mulighed for at opfange genstande, der er placeret i forskellige vinkler. Det var lavet af følgende dele:

• LF 20MG 20 KG Digital Servo x1
• Servobeslag x1
• Duralumin -cylinder med en tykkelse på 4 mm og en diameter på 50 mm
• Duralumin ark 36x44 mm og tykkelse på 2 mm
• Bolte og møtrikker M3 x4
• FPV kamera - RunCam OWL Plus x1

Kameraet er placeret direkte over griberen for at gøre det lettere for operatøren at få fat i selv små genstande.

Trin 8: Kontrol af robotens status og forberedelse til transport

Robotarmen og kamerastativet er foldet, hvilket gør robotten meget lettere at transportere. Robotens bagpanel er udstyret med 3 lysdioder. To af dem viser strømstatus for elektronik, motorer og servoer (til eller fra). Den tredje RGB -LED viser batteristatus og fejl. For lettere programmering er robotten udstyret med en mikro -USB -port. Denne løsning gør test meget lettere uden at skulle fjerne robothuset.

Trin 9: Test af forhåndsvisning fra Wifi- og Fpv -kameraer

To kameraer blev installeret på robotten. Wifi -kameraet blev placeret på en justerbar aluminiumsholder bag på robotten. Et lille fpv -kamera blev placeret lige over robotgriberen.

Kameraer brugt i denne test:

• RunCam OWL Plus
• XiaoMi YI Wifi kamera

Den første video viser testen af begge kameraer. Udsigten fra wifi -kameraet vises på smartphonen og udsigten fra fpv -kameraet på den bærbare computer. Som vi kan se på videoen, er forsinkelsesforsinkelsen lille, og for Wifi -kamera er denne forsinkelse lidt større.

I den anden video viste jeg dig trin for trin, hvordan du får en forhåndsvisning fra 5,8 GHz fpv -kamera på din computer. Billedet fra kameraet sendes fra senderen til 5,8 GHz -modtageren. Derefter går den til en video grabber forbundet til en bærbar computer via en usb -port og vises endelig på VLC -afspilleren.