Универсальное гусеничное шасси для робота. Обзор готовых каркасов для создания роботов на Arduino Готовый робот, готовый корпус или создание Arduino робота с нуля
Мы ознакомились ZiChip-устройством 105-Bender, научились работать с программой Тюнером и создали несколько несложных сценариев. Для того чтобы двигаться дальше и показать как работает прошивка 105-Bender c моторами нам понадобится тележка.
Для отладки устройства я использовал своего, , но для Вас, читателей блога – это не очень подходящий вариант. Поэтому, было решено взять для демонстрации устройства готовую тележку для проектов на Arduino.
Тележку и модули под этот проект мне предоставил магазин DiyLab . В этом магазине Вы можете приобрести и много других интересных вещей.
Набор тележки выглядит следующим образом
Как Вы понимаете, внешний вид тележки не имеет значения. Можно использовать совсем другую конструкцию. Это может быть тележка с 4-мя приводными колесами или даже гусеничная тележка.
Кроме самой тележки нам еще понадобится:
— плата Arduino (Uno или Nano)
— драйвер двигателя L298N (или другого типа)
— фотоприемник и ИК-пульт (можно использовать бытовой пульт и TSOP4836)
— пьезоизлучатель или небольшой динамик
— светодиод
— макетная плата и соединительные провода (для удобства монтажа)
Сборка тележки и соединение модулей между собой не должны вызвать затруднений. Модули нужно соединять по схеме
Используйте для соединения макетку или сразу соединяйте все проводами – как сделал я. Компоновка модулей зависит только от Вас – делайте как удобней Вам.
В качестве фар использованы 3 ваттные светодиоды с родными коллиматорами. При использовании двух таких светодиодов включенных последовательно, нет необходимости в драйвере для них – при питании от 6 вольт ток не превышает номинала. Можно использовать и одноватные светодиоды. В качестве ключа для мощных светодиодов использован полевой транзистор. Динамик нужно включать через конденсатор 10 – 100 мкФ
Тележка собрана. В следующей статье мы ее запустим и научим подчиняться командам с пульта.
(Visited 4 275 times, 1 visits today)
Конструктор послужит хорошей базой для целого ряда различных проектов. На платформе достаточно места для установки датчиков, сервомоторов, манипулятора, фар и многого другого. На его основе можно проводить различные конкурсы и соревнования.
1. Комплект деталей конструктора.
2. Установка крепления двигателя.
3. Крепление привинчиваются двумя винтами с гайками. Сильно затягивать крепление не надо, т.к. это помешает установке двигателя.
Ред.
4. Необходимо таким образом привинтить четыре крепления.
5. Установка стенки шасси.
6. Вид с днища шасси.
7. Необходимо таким образом установить четыре стенки, для этого понадобится четыре винтовых соединения.
8. Вид днища шасси после установки стенок.
9. Установка первой верхней платформы шасси. Крышка ставится в пазы, винты не используются на этом этапе.
10. Установка второй верхней платформы шасси. Для фиксации обоих платформ на данном шаге надо использовать шесть винтов с гайками.
Номинальное напряжение одного литий-ионного элемента 18650 составляет 3,6-3,7 В. Полностью заряженный элемент выдаёт 4,1-4,2 В. А вот с минимальным напряжением сложнее – конечное напряжение разряда зависит от типа аккумулятора и эта цифра может колебаться в пределах 2,6-3,2 В. Разрядить можно и ниже, но это верный путь к быстрой деградации элемента питания. Я решил загрубить оценку выдаваемого аккумулятором напряжения диапазоном номинал-максимум. Тогда получается, что сборки из двух, трёх и четырёх последовательных аккумуляторов дают нам диапазоны 7,2-8,4 В, 10,8-12,6 В, 14,4-16,8 В. От такой сборки нам нужно получить два напряжения – какое-то напряжение для питания двигателей и 5 В для питания электроники. Сборкой из двух аккумуляторов можно запитать двигатели на 6 В, использовав понижающий DC/DC преобразователь, но разница между минимальным значением напряжения (при разрядке аккумуляторной батареи до номинала это будет 7,2 В) и 6 В будет порядка 1,2 В, что может быть недостаточно для стабильной работы понижающего DC/DC преобразователя – во избежание проблем, необходимо иметь разницу напряжений между его входом и выходом не менее 2 В (на самом деле может быть и меньше для low dropout преобразователей, но на них не будем ориентироваться). Нам вполне подходит сборка из трёх элементов, необходимые напряжения мы получим путём применения понижающих DC/DC преобразователей. Двигатели можно запитать и на 9 В, тогда в худшем случае мы получим разницу 1,8 В, что должно быть вполне достаточно. Сборка из четырёх элементов так же подойдёт, но нужно понимать, что дополнительный аккумулятор – это лишний вес и занимаемое место, хотя и большая энергоёмкость всей батареи.
Второй путь организации питания – использовать параллельные соединения тех же аккумуляторов и повышающий DC/DC преобразователь. Тогда с 3,6-4,2 В напряжение можно повысить до 5 В для электроники и до 6-9 В для двигателей. Кажется, что ёмкость такой аккумуляторной сборки легко варьировать путём добавления новых элементов, однако не стоит забывать, что используемые аккумуляторы должны иметь схожие ёмкость и внутреннее сопротивление.
Для зарядки/разрядки последовательных или параллельных аккумуляторных батарей существуют специальные платы-контроллеры. Контроллеры защиты защищают аккумуляторную сборку от чрезмерного заряда или разряда (контроль напряжения), короткого замыкания, превышения допустимого тока разряда. При использовании таких простых плат, требуется внешний источник питания с ограничением зарядного тока. Контроллеры заряда/разряда самостоятельно умеют заряжать аккумуляторы по методу cc/cv с ограничением зарядного тока. Продвинутые контроллеры для последовательного соединения аккумуляторов так же могут обеспечивать индивидуальный заряд для каждого аккумулятора – производят балансировку элементов аккумуляторной батареи.
Я выбрал последовательную схему соединения аккумуляторов с использованием платы защиты и внешним зарядным устройством. В будущем такую простую плату контроля можно заменить на контроллер заряда с балансировкой. Хотя, при параллельном соединении балансировка не требуется, нужно учитывать, что при сильном износе какого-то одного аккумулятора, контроллер обнаружить это не сможет и это может быть чем-то чревато. Стоит учитывать также тот факт, что режимы работы каждого аккумулятора будут другие. Например, при съёме одной и той же мощности, аккумуляторам при параллельном соединении придётся отдавать бóльший ток, чем при параллельном соединении.
Следовательно, подойдут двигатели с номинальным напряжением 6 В и рабочим диапазоном 3-9 В. Я выбрал двигатель со скоростью 281 об/мин и потреблением, в режиме холостого хода, 80 мА. Под нагрузкой скорость проседает до 238 об/мин, ток возрастает до 380 мА, при этом двигатель выдаёт мощность в 2 Вт и развивает крутящий момент в 0,5 кг*см. При стопоре двигателя крутящий момент возрастает до 4 кг*см, а ток до 900 мА. Все эти характеристики были взяты из таблички, выложенной на сайте одного из продавцов товара, так как нормального «даташита» мне найти не удалось.
Корпус и сборка ходовой
Двигатели я заказал следующие.
Если посмотреть на фотографию, то можно увидеть шлицы на валах, выступающих из двигателей. Для этих двигателей был найден комплект муфт и колёс.
Колеса диаметром 80 мм, резина мягкая, шипованная.
Само основание я собирался изготовить из широких алюминиевых уголков (или чего-то подобного что можно найти в строительных магазинах) с помощью которых сделать «бортовой» каркас, который закрыть какими-то легкими, прочными, металлическими пластинами. В нужных местах сверлятся отверстия и нарезается резьба по мере необходимости. Однако сначала я решил поискать что может предложить китайская промышленность. И нашел кит - комплект шасси для конструирования робота, который содержал в себе сам корпус, вышеупомянутые двигатели, муфты и колёса, а также батарейный отсек для батареек AA, переключатель питания, гнездо питания и крепёж. Сам корпус имеет множество отверстий, что по логике делает его легче и их наличие должно минимизировать объём слесарных работ.
Прикинув размеры и объём внутреннего пространства (параллельно выбиралась электроника для платформы, которая и должна была поместиться в этот корпус), я заказал этот кит. На пришедших двигателях, как можно видеть выше, почему-то написано JGA25-370-9v-281rpm. Почему именно 9v, когда номиналом этой подгруппы является 6 В, я не понял, но, наверное, китайцам виднее, что писать, чтобы лучше продавалось.
Сам корпус весит почти 400 граммов. Из какого материала он изготовлен, затрудняюсь ответить, но на чистый алюминий непохож.
Снимаем крышку и устанавливаем двигатели. Отверстия под двигатели имеют диаметр как раз под винты М3, не оставлено никакого запаса на юстировку положения, но, надо отдать должное, это не доставило проблем - отверстия четко совпадают с резьбой на корпусе двигателей.
Устанавливаем муфты.
И прикручиваем колёса.
Получилась готовая платформа с дорожным просветом порядка 23 мм.
Вес «холостого» шасси составил чуть больше килограмма. Помните картинки с замером массы отдельных деталей? 393+(58+85+20)*4 = 1045 граммов. Всё в сборе весит 1057 граммов. 12 граммов добавили 16 болтиков.
Вот такая получилась, вполне симпатичная, платформа.
Электрическая схема
Тут стоит пояснить важный момент, почему именно этот кит. Дело в том, что если мы изготавливаем корпус сами, то его внутренний объём можно сделать произвольным. Покупной же корпус предоставляет нам строго фиксированный объём, в который должно всё поместиться. В идеале ещё и запас остаться. Это нужно учитывать изначально и понимать: поместится ли нужная начинка именно в этот корпус или нет и нужно будет, или электронику менять, или корпус другой выбирать. Внутри корпуса будут установлены: двигатели, аккумуляторная батарея, драйвер для двигателей, плата питания, на которой также будет располагаться какая-то электроника – те же преобразователи напряжения.Вроде бы понятно, что именно у нас будет внутри. Но как это всё будет соединяться? Если у вас есть идея, но вы не можете создать её образ – у вас нет идеи. В электронике получается так, что образа должно быть два – визуальный, который уже вполне представляем, и электрический (на самом деле есть ещё алгоритмический – когда расписывается поведение устройства, обусловленное его аппаратными и/или программными (функционал прошивка) возможностями).
Я трачу достаточно много времени в пути на работу. Вообще говоря, при правильном подходе, далекую дорогу можно обратить в плюс, читая книги, смотря/слушая научно-популярные программы или аудиокниги, которые бы никогда не прочитал, не послушал и не посмотрел. Именно благодаря таким вот условиям, я стал фанатом и отслушал все рассказы Модели для сборки (чтобы не было вопросов в комментариях - ). Роботоблудие не стало исключением и принципиальную схему платформы я продумал и нарисовал в дороге на планшете .
Схема нарисована в OneNote. Картинка кликабельна. Да, мне стыдно – принципиальная схема выглядит непринципиально. Последние три недели я никак не могу уделить время на доводку статьи и уже встал вопрос – публиковать вообще что-то или отложить «на потом». Решил опубликовать так, иначе «на потом» может быть чревато. Нарисую нормальные схемы – заменю картинки. С другой стороны, такое оформление выглядит в стиле оригинального DIY. На работе или дома, когда формируется какая-то идея сначала берётся обычный лист бумаги и обычный карандаш…
Давайте посмотрим по принципиальной схеме, что и с чем у нас будет соединяться. К контроллеру литий-ионных аккумуляторов D1 подключаются три аккумулятора формата 18650. У всей схемы «общая земля», которой и подключен выход P- контроллера D1. Выход P+, через предохранитель FU1 и выключатель SW, подключен к входам DC/DC преобразователей D3 и D4. Преобразователь D3 формирует напряжение для двигателей, D4 – для питания всей электроники. Выходы этих преобразователей подключены к драйверу двигателей D5, к которому подключены двигатели. К каналу МА подключены двигатели ML1, ML2 левого борта, а к MB – MR1, MR2 правого борта. Драйвер двухканальный, это значит, что можно будет управлять двумя группами двигателей (каналы А и В), но не индивидуально каждым двигателем. Для управления скоростью и направлением вращения двигателей предназначены порты ENA, ENB, IN1-IN4. Резистивная цепочка, формирующая напряжение Vbat’ подобрана так, чтобы сформировать в диапазоне 0…5 В телеметрию напряжения Vbat аккумуляторного блока. Если Vbat = 13 В (чего не должно быть, так как аккумуляторный блок может выдать максимум 12,6В, но я немного перестраховался), то Vbat’ = 3,94 В (то есть значение гарантированно не выйдет за предел 5 В). Ток, протекающий через резистивную цепочку при 12 В будет равен 3,6 мА, и эти потери я посчитал допустимыми (порядка 0,1% при ёмкости аккумуляторной батареи 3000 мАч). К входу контроллера D1 подключается гнездо для подачи внешнего питания. Но, мы видим по схеме, что оно подключено через реле D2.
Сначала хочу пояснить наличие резистора 10 кОм, подтягивающего один из выводов в разъёме питания к напряжению 5 В. Разъём питания у нас с тремя выходами. Пара выходов передают напряжение источника питания. Третий выход является информационным. Он замкнут на отрицательный выход (он у нас подключен к «земле»), если штекера в гнезде нет и размыкается, если штекер вставлен в гнездо. Таким образом, мы получаем сигнал телеметрии Vinon’ о подключении источника питания: если напряжение Vinon’ = 0, то внешнее питание не подключено, если Vinon’ = 5 В – подключено. Резистор 10 кОм подтягивает этот выход к 5 В. При подключении штекера через резистор будет протекать ток 0,5 мА, что вполне приемлемо.
При подключении внешнего источника через нормально-замкнутое реле D2 и предохранитель FU1 аккумуляторы начнут заряжаться. Нормально-замкнутое реле – это значит – его выводы всегда замкнуты и размыкаются только при подаче напряжения на управляющий контакт. Зачем реле D2? Допустим, у нас нет этого реле. Если блок питания подключили к платформе, но забыли его включить в розетку – как плата микроконтроллера узнает - заряжается сейчас аккумуляторный блок или нет? А, если источник питания включен в розетку, но не выдаёт напряжение? Или всё работает, но источник питания выдаёт только 10В вместо положенных 12В? А, если я такой источник (который только 10 В выдаёт) подключил к аккумуляторной батарее, которая еще не разряжена до конца и выдаёт 11 В, то как я узнаю – эти 11 В формирует аккумуляторный блок (который на самом деле выше 10В не выдаёт) или внешний источник? Для таких ситуаций и был продуман алгоритм, для которого потребовалось реле. О подключении внешнего источника питания мы узнаем по телеметрии Vinon’. Отключаем реле и смотрим на телеметрию Vin’. Если она устраивает и это напряжение находится в ожидаемом диапазоне, то включаем реле и сигнализируем о процессе заряда. Если не устраивает – не включаем реле и сигнализируем о неисправности. Процессом анализа и индикации пусть занимается бортовая плата управления, а не платформа. Для этого мы передадим ей все необходимые напряжения и сигнал управления для реле Vinoff’. Управляющий вход модуля реле через резистор 10 кОм подтягиваем к 5 В, обеспечивая постоянное включение реле. При подаче 0 В на этот вход реле отключится.
Но почему, именно, допотопное механическое реле? Ведь можно поставить MOSFET транзистор. Такая идея была, но от неё пришлось отказаться. Современные МДП транзисторы обладают низким сопротивлением (десятки миллиом) в открытом состоянии и при протекании тока в 2-5 А на нём не будет сильно значимого падения напряжения и, как следствие, нагрева – небольшую мощность способен рассеять сам корпус транзистора даже без радиатора. Но это всё касается схемы, в которой такой цифровой ключ будет управлять подключением источника питания к пассивной нагрузке. Мы же ставим транзистор между двумя источниками, в результате чего разница напряжений между стоком и истоком может быть существенна, что будет приводить к повышенному тепловыделению и транзистор будет сильно греться. Так же, для открытия или запирания транзистора нужно будет делать цепь управления (драйвер), потому что уровень управляющего напряжения от платы микроконтроллера 5 В, что недостаточно для создания разницы напряжения затвор-исток для управления транзистором (для управления транзистором, например, IRFZ44N нам придётся подать на его затвор 8-12 В для того, чтобы его открыть). То ли дело – готовый модуль реле, который надо просто подключить и который, если уж замкнут, то гарантированно соединяет выход с входом без всяких заморочек.
Таким образом, у нас получилась не просто коммутационная плата, а полноценная плата питания. На плате устанавливаются DC/DC преобразователи, резистивные цепочки, предохранитель и куча разъёмов для подключения электроники. Структурно можно выделить два разъёма. Разъём CON1, к которому будут подключаться батарейный блок, переключатель/кнопка питания, разъём питания, модуль реле, двигатели, плата драйвера двигателей – вся периферия внутри платформы. И разъём CON2, назначение которого – соединение с платой управления. На этот разъём выводятся сигналы телеметрии и управления, напряжения 5 В, а также полезно «прокинуть» напряжение с аккумуляторного блока Vbat – мы даём возможность «уровнем выше» организовать свои каналы питания с различными напряжениями, например, 6 В для питания сервоприводов.
Электроника шасси
Электроника выбиралась параллельно с разработкой электрической схемы устройства.
Гнездо питания с тумблером пошли в дело из полученного комплекта шасси. Были выбраны и приобретены драйвер для двигателей на базе микросхемы L298N, платы DC/DC преобразователей XL4005, безымянный модуль реле, батарейный отсек и монтажная плата размерами 50х70 мм и шагом отверстий 2,54 мм.
Помимо этого, нам ещё понадобятся следующие материалы.
Вверху фотографии можно увидеть несколько длинных штыревых разъёмов с шагом 2,54 мм, а также гнёзд, ниже – металлические контакты на кабель, левее – гнёзда для них, справа – винты, гайки и шайбы М2. Разъёмы на плату и кабель в разных магазинах называются по-разному. В силу исторических причин я называю штыревые разъёмы для платы PLS, гнёзда на плату – PBS, разъёмы на кабель – BLS. В интернете на заграничных сайтах такие разъёмы ищутся по запросу вида «2.54mm connector» или «dupont connector». Помимо этого, потребуется различный расходный материал – припой, флюс, провода и так далее, а также набор ручных инструментов – кусачки, пинцет, отвёртки и прочее – всё это обычно есть у тех, кто хоть как-то занимается DIY (Do It Yourself – сделай это сам).
Прежде, чем заказать электронику и корпус, я прикинул - выбранная электроника должна без проблем уместиться во внутреннем пространстве. Наступило время это проверить: расставляем электронику и отмечаем будущие посадочные места.
Теперь примемся за подготовку плат.
Начал я с аккумуляторного блока. Контроллер литий-ионных аккумуляторов был «посажен» на термоклей и к нему припаяны выводы контактов в соответствии с принципиальной схемой. Я думаю, читателям будет интересно, что и каким инструментом делалось, поэтому в конце статьи, под спойлером, я разместил картинки некоторого используемого оборудования со своими краткими комментариями. Термоклей наносился с помощью термопистолета. Однако, перед этим мне пришлось провести работу по, так скажем, повышению надежности этого отсека. Предупрежу всех, кто соберётся что-то делать – лучше не допускать моей ошибки и взять более прочные батарейные отсеки. Одно время я никак не мог найти такие отсеки в розницу и когда нашёл, то набрал их немало на радостях по простоте душевной. А с ними всё не так просто. Потому что в этом отсеке аккумуляторы с плоскими, невыступающими плюсовыми площадками просто не достают до контакта. Кроме этого, все подпружиненные контакты вращаются, контакт плохой. Поэтому пришлось ввернуть болтики М2, откусить лишнее, навернуть гайки и затянуть для улучшения контакта. Но мне этого показалось мало, и я ещё и хорошенько пропаял все соединения. Потому что, если что-то делается, то это должно быть надёжно, чтобы это в будущем не доставляло проблем и к этому потом не возвращаться снова.
Следует заметить, что для литий-ионных аккумуляторов используется обычный контроллер без балансировки. Это значит, что при заряде одного из трёх аккумуляторов, контроллер наверняка прервёт заряд всех аккумуляторов. Фактически – это просто плата защиты от низкого разряда и перезаряда аккумуляторных батарей и контролем тока разряда. Поэтому желательно использовать аккумуляторы с одинаковой реальной ёмкостью. Если использовать контроллер с балансировкой, то подбор по ёмкости менее критичен и аккумуляторные батареи будут использоваться более эффективно, но такие контроллеры стоят дороже и занимают побольше места. Как же подобрать аккумуляторные батареи с одинаковой реальной ёмкостью? Ведь, купив одинаковые аккумуляторы из одной и той же серии даже от брендов, ёмкость может различаться на 5-10%, а китайские аккумуляторы с надписями 6000-8000 мАч, вообще, представляют собой аккумуляторы с неизвестной ёмкостью. Для замера реальных ёмкостей я использовал довольно популярное в своей среде зарядное устройство OPUS BT-C3100. С помощью него было проверено 12 приобретённых аккумуляторов и отобраны три, разброс ёмкостей которых минимален и не превышает нескольких процентов. Ёмкость аккумуляторов LG LGABC21865 была заявлена в 2800 мАч, но в реальности колебалась в диапазоне 2400-2500 мАч (тестировал на токе 700 мА).
Небольшое отступление в виде размышления. Зарядное устройство посчитало нам ёмкость аккумуляторов с учётом их заряда до 4,2 В и разряда, если я не ошибаюсь для OPUS BT-C3100, до 2,8 В. У нас же аккумуляторы не должны разряжаться меньше номинала в 3,5-3,7 В. То есть, наша рабочая ёмкость батарей сильно ниже измеренной. Это нужно учитывать. Возможно, в будущем, стоит подумать об аккумуляторном блоке из четырёх аккумуляторов. А можно ли будет просто заменить аккумуляторный блок и блок питания для его заряда? Давайте прикинем. У нас получится диапазон напряжений 14,4-16,8 В. Преобразователи напряжения работают с входным напряжением до 32 В. Резистивные делители нам дадут диапазон напряжений сигналов телеметрии 4,3-5,1 В, что немного выходит за верхний диапазон 0-5 В. Но это можно парировать на уровне платы управления – если напряжение телеметрии 5 В, то аккумуляторный блок через некоторое время будет почти заряжен. С другой стороны, если понизить напряжение на двигатели до 6-7 В, можно сильнее разряжать имеющийся аккумуляторный блок и более эффективно использовать аккумуляторные батареи – в этом случае нужно будет только лишь подстроить один преобразователь напряжения. На первый взгляд, есть простор для будущих исследований вообще без изменения аппаратной части, а уж, как именно интерпретировать сигналы телеметрии в зависимости от установленного аккумуляторного блока – это пусть решается на уровне платы управления, то есть, пока об этом можно не думать.
Выходные провода с получившегося аккумуляторного блока я зачистил специальными клещами (стриппер) и обжал в металлические контакты, используя обжимные клещи (кримпер), для надёжности пропаял и надел на них пластиковые корпуса, получив BLS разъёмы. При пайке использовалась паяльная станция, в качестве припоя – ПОС-61 без канифоли, в качестве флюса – безотмывочный FluxPlus NC-D500.
После сборки аккумуляторного блока и установки в него аккумуляторных батарей, он выдавать ничего не будет. Так устроены многие контроллеры литий-ионных батарей – они обесточивают нагрузку при коротком замыкании, сильном разряде, превышении разрядного тока. Для того, чтобы «сбросить» защиту и привести аккумуляторный блок в рабочий вид его нужно подать 12-12,6 В на контакты +P/-P. Тоже самое надо сделать после первого подсоединения аккумуляторных батарей к контроллеру. После этого можно убедиться, что блок выдаёт напряжение, если аккумуляторы правильно подсоединены к контроллеру.
Для заряда подобных сборок аккумуляторов существуют блоки питания с выходным напряжением 12,6 В (3х4,2 В). С таким блоком питания аккумуляторы будут использоваться более эффективно, хотя можно использовать и источники питания номиналом 12 В. У меня уже имеется такой блок питания с выходом 12,6 В и током 5 А. Если же подобный источник будет приобретаться, то стоит убедиться соответствует ли он заявляемым характеристикам. Простейшая проверка – проверка нагрузочной способности. Для этого я использовал керамические резисторы номиналом 1 Ом 10 Вт и 4,7 Ом 10 Вт. Собрав из таких резисторов сборку сопротивлением 2,5 Ом, я подключил к ней блок питания и замерил напряжение на его выходе. При расчётном токе в 12,6/2,5 = 5 А мой блок питания выдавал 12,6 В – это отличный результат. Китайские блоки питания, на которых написано нечто, типа – 12V3А, нередко начинают «проседать» на 10-20% при нагрузке всего около 1 А.
По аналогии были подготовлены переключатель и гнездо питания.
С модуля реле с помощью фена была снята клеммная колодка и припаяны PLS контакты. Для подключения этого модуля к плате питания я изготовил провода – зачистил, обжал и пропаял провода питания (через которые будет соединяться разъём питания и аккумуляторный блок) сечением 18-20 AWG. А для управления использовал имеющиеся у меня провода, с более тонкими жилами, которые легко ищутся по названию «Dupont».
То же самое было проделано с драйвером двигателей.
На DC/DC преобразователи были напаяны «ножки». Стоит упомянуть, что эти контакты сделаны из такого металла, который хорошо паяется только активным флюсом. Тогда вместо FluxPlus я использую ЛТИ-120 с последующим протиранием мест пайки тряпочкой, смоченной изопропанолом, для удаления остатков флюса.
Теперь изготавливаем нашу плату с электроникой. Для начала неплохо представить себе в целом как и что будет соединяться на плате. То есть попробовать нарисовать монтажную плату.
[Плата питания]
Догадайтесь, где я придумывал и «вылизывал» эту плату? Мы видим два разъёма на плате, два преобразователя напряжения. Появился дополнительный джампер (снимаемая перемычка), который можно установить, исключив предохранитель из электрической схемы – я это сделал специально из-за банального отсутствия предохранителя на момент изготовления платы.
Распайка платы – работа довольно нудная и кропотливая. Для питания я использовал провода сечением 18-20 AWG, для остальных сигналов - 26-30 AWG. Почему именно макетная плата и морока с проводками? Потому что у нас ещё только первый прототип. Что-то может меняться, поэтому перепаять проводки проще, чем резать дорожки и напаивать всякие перемычки на готовой печатной плате. Сделать печатную плату нужно время – развести, сделать маску, протравить, рассверлить, залудить, распаять – вряд ли для этого потребуется меньше времени, чем изготовить плату с «проводками». Хотя печатная плата будет надёжнее, а выглядеть - профессиональнее.
Из этих же соображений не распаиваются на плате модули DC/DC преобразователей, а выполняются в виде съемных модулей, в идеале, после первичной отладки, их надо дополнительно скрепить с разъёмом, например, капнув термоклея. Неплохо таким же способом увеличить надежность соединения всех разъёмов. Но, пока у нас прототип, нам удобнее делать всё съёмным, чтобы в процессе будущей отладки иметь свободный доступ к любому важному узлу и облегчить его замену в случае необходимости.
После изготовления платы нужно обязательно проверить полученное на предмет соответствия принципиальной и монтажной схемам. Используя мультиметр, я проверяю входы и выходы на предмет короткого замыкания (лучше не «прозванивать» контакты, а измерять их сопротивление, так как в случае ошибочного изготовления или проектирования может образоваться, например, сопротивление в сотню ом по входу, которое может не «прозвониться», но его наличие будет ошибкой в схеме и может доставить большие неприятности), а также убеждаюсь, что всё подсоединено так как нужно внутри платы.
После проверки перед сборкой следует убедиться, что плата будет нормально работать при подключении всей периферии. Для этого нужно сначала подключить аккумуляторный блок, переключатель питания и щелкнуть переключателем. Должны загореться светодиоды на преобразователях напряжения и ничего не сгореть. Пока ничего не подключено необходимо отрегулировать выходное напряжение преобразователей. Затем отключается питание, подключается модуль реле и снова подаётся питание. Таким образом, поэтапно и под контролем подключается вся периферия.
Установка и подключение электроники платформы
Электроника готова. Теперь необходимо её установить. Помните, отмечались посадочные места электронных плат? Аккумуляторным шуруповёртом в нужных местах сверлятся отверстия. Затем шлифуются минидрелью с шлифовальной насадкой. В отверстия вкручиваются винты М2. Под винты и гайки обязательно подкладываются шайбы. Кроме того, я накрутил по второй гайке – контргайка обеспечит более надежное резьбовое соединение и уменьшит вероятность его раскручивания. Мы же машинку делаем.
Замечу, что расстояние между двумя соседними двигателями довольно большое. Это важный момент, на который стоит обратить внимание по следующей причине. Дело в том, что выбранные двигатели без обратной связи. Просто подаём на них определённый уровень напряжения и они крутятся с определённой скоростью. Но характеристики двигателей могут отличаться, что наверняка будет приводить к проблемам при прямолинейном движении. Если разброс двигателей мал и робот будет управляться только оператором, который всегда может подкорректировать движение, то это может быть несущественной проблемой. Но если разброс значимый или робот должен будет проехать большое расстояние «по прямой» в автоматическом режиме, то необходимо предусмотреть обратную связь. Существует идентичная по конструктиву серия двигателей GM25-370, на которых уже установлены датчики Холла. Что это такое? С обратной стороны двигателя, на удлинённый вал, крепится диск, с размещённым на нём магнитом, который будет влиять на датчик Холла. После каждого полного оборота диска мы получаем импульсный сигнал, обрабатывая который можно установить количество оборотов в минуту. Таким образом, в нашу платформу закладывается довольно серьёзный задел на будущее: возможно установить двигатели с обратной связью, подключить их к плате питания, которая запитает датчики на них, а сигналы телеметрии передать на плату управления - система управления может автоматически выравнивать скорость двигателей.
Провода к двигателям я припаял в соответствии с метками на них – на каждом двигателе около одного из двух контактов была нанесена красная точка. После получения двигателей я проверял их, но не обратил внимания на корректность этой маркировки. Один из двигателей, кстати, пришёл с браком и совсем не прокручивался, продавец любезно мне выслал замену, которая добиралась до меня не менее месяца. Впоследствии оказалось, что у одного из двигателей маркировка была перепутана, но это не беда – достаточно просто поменять полярность подключения этого двигателя к плате питания. Забегая вперёд, скажу, что такая же ситуация случилась и с подключением «бортов» - при подаче команды «вперёд» колёса по правому борту вращались вперёд, по левому – назад. Это исправляется так же изменением полярности подключения нужного канала драйвера двигателей к плате питания. Изменение полярности подключения – не надо ничего перепаивать или переделывать, нужно просто поменять провода местами.
Для того, чтобы исключить электрический контакт плат электроники с корпусом я вырезал из блистерной упаковки пластиковые пластины на дно платформы.
Устанавливаем аккумуляторный блок. Пластик очень мягкий и буквально проседает под головкой винта, не спасает даже шайба, поэтому пришлось использовать длинную металлическую пластинку.
Все наши болтики и гаечки со стороны дна несильно уменьшили дорожный просвет и смотрятся довольно эстетично.
Изолируем дно в местах установки электронных плат. На металлическую пластинку в аккумуляторном блоке тоже вырезаем и кладем полоску пластика, чтобы исключить даже царапание корпуса аккумулятора о головку винта, литий – это же серьезно!
Устанавливаем и прикручиваем электронные платы и разъём питания.
Кошмар, сколько проводов… Подключаем периферию к плате питания.
Электроника управления платформой
Как Вы понимаете, в принципе, задача выполнена. Платформа получена, всё довольно удачно получилось. Для управления платформой можно использовать любой микроконтроллер, ПЛИС, платы Arduino, Intel Galileo и прочее.Я выбрал плату Arduino Nano, нашел к ней недорогую и удобную плату расширения для подключения периферии и модуль bluetooth. Базовая идея – управление нашей платформой с смартфона через bluetooth. Плата расширения, своим обилием контактов для подключения внешних устройств, позволит в будущем беспроблемно подключить будущую периферию робота.
Теперь нам необходимо разработать и сделать монтажную плату для этой электроники. Будем делать «бутерброд»: монтажная плата, на которую устанавливаются модуль bluetooth и плата расширения, в которую, в свою очередь, устанавливается плата с микроконтроллером.
По сравнению с платой питания эта плата практически чисто коммутационная. В центре к 18-контактному трёхрядному разъёму подключается шлейф, соединяющий эту плату управления с платой питания. С этого разъёма сигналы разводятся на нужные контакты платы расширения, которые потом попадают на нужные, заранее выбранные, контакты микроконтроллера. Также на отдельные контакты на плате выводится напряжение 5 В и Vbat. На плате подведено питание к модулю bluetooth, его входы Rx/Tx соединены с входами Rx/Tx платы Arduino Nano через плату расширения. На плате располагается съёмный двухполярный светодиод, предназначение которого – индикация всех процессов, связанных с питанием. Светодиод может формировать зеленое и красное постоянное свечение, мигать с заданной частотой – этого должно хватить для индикации нормального напряжения аккумуляторного блока, его разряда, индикации процесса заряда и сообщения исправности подключенного источника питания.
Для того, чтобы не запутаться, что и куда нужно подключать, я схематично нарисовал плату Arduino Nano и распределил сигналы для нее.
Порты Rx/Tx занимает модуль bluetooth, который работает по протоколу UART. Сигналы IN1-IN4 по возможности заведены на цифровые порты – полярность этих сигналов будет определять направление вращения двигателей, а ENA/ENB на те порты, которые позволяют выдавать ШИМ сигналы – эти сигналы будут задавать скорость вращения двигателей. Значения сигналов телеметрии платформы будут оцифровываться аналоговыми входами A0-A3 платы Arduino Nano. Светодиод занимает порты A4 и A5, причём он подключен через джамперы. Дело в том, что именно эти два порта нужны для простой организации протокола I2C и, если он нам понадобится, мы просто можем снять джамперы. Светодиод же можно «перекинуть» на другие свободные порты или подключить к освободившимся портам А4 и А5 модуль расширения портов (например, на базе микросхемы PCF8574T – даст дополнительных восемь цифровых портов ввода/вывода, управление модулем осуществляется как раз по протоколу I2C), к паре выводов которого и подключить светодиод. В результате такого распределения подключения сохранились возможности беспроблемного подключения устройств SPI, оцифровки ещё двух аналоговых сигналов, выдачи до четырёх ШИМ сигналов (например, для управления сервоприводами). В общем-то свободных сигналов хотелось бы больше, но их количество можно увеличить, используя PCF8574T. В конце концов, можно использовать еще один Arduino Nano или заменить его на более подходящую для требуемых задач платформу – определённый минимум данное решение вполне обеспечивает.
Также наша плата обеспечивает простое подключение к питанию: присутствуют контакты питания 5 В и напряжения с аккумуляторного блока (до 12,6 В).
Стоит отметить один нюанс используемой платы расширения для Arduino Nano. В принципе, плата расширения позволяет завести на неё Vbat. На плате расширения установлен преобразователь напряжения, который понижает входное напряжение до 5 В и подаёт его на плату Arduino Nano, преобразователь которой понижает его до 3,3 В, и уже это напряжение снимается с платы Arduino Nano и разводится по соответствующим контактам платы расширения. Однако, я не стал так делать и завёл 5 В на соответствующий контакт платы расширения. Кроме этого, контрольный светодиод на плате расширения вообще не светился, если не установлена плата Arduino Nano, то есть данная плата расширения без Arduino Nano, видимо, фактически неработоспособна. В причинах я разбираться не стал, но этот момент отметил.
Изготавливаем эту плату управления.
Устанавливаем на неё электронные платы.
Подготавливаем посадочные места под нашу плату. Заодно устанавливаем переключатель.
И всё собираем.
Теперь нужно изготовить кабель для соединения двух плат. Разъёмы питания так же пропаиваем для надёжности. Правильно и очень внимательно проверяем всё. 12 В должно приходить на 12 В, а 5 В – на 5 В. На картинках монтажных плат питания и управления изображён «вид сверху», то есть, если перевернуть платы, то с нижней, распаечной, стороны плат контакты меняются местами – это надо учитывать при изготовлении кабеля и проброса соответственных проводов в нём. Разъёмы я изготовил просто: сначала набирался ряд проводов с BLS разъёмами и обматывался на 2 раза скотчем. Потом собирались все два/три ряда вместе и снова туго обматывались скотчем. Получался целый и монолитный разъём. В неиспользованные контакты разъёма просто помещались пластиковые BLS разъёмы без контактов.
После изготовления кабеля с платы управления снимаются все электронные платы, и она проверяется с помощью мультиметра так же, как и плата питания. Соединяем плату управления с платой питания и подаём питание. С помощью мультиметра внимательно проверяем контакты питания всех модулей, любопытствуем напряжениями сигналов телеметрии – лишний раз убеждаемся, что всё разведено правильно. Можно этого и не делать, самоуверенно всё собрать, подать питание и обнаружить что каким-то, конечно же мистическим, образом перепутаны провода 5 В и Vbat и у нас сгорела плата Arduino и модуль bluetooth. Но лучше не повторять чужие ошибки.
На фотографии можно видеть, что один из красных проводов питания подкрашен серебристым цветом. Это обозначение проводника, который передаёт напряжение Vbat. Когда собирается устройство, полезно делать «ключи» для подключения. Например, специально не распаивать на разъёме один PLS контакт, а ответное гнездо в кабеле портить или забивать кусочком изоляции – в этом случае реализуется «защита от дурака», так как тогда такой кабель на соответствующий разъём на плате можно установить только безошибочно просто потому, что он иначе не установится (метод не даёт гарантии 100% - в интернете полно картинок, когда особо настойчивым индивидуумам всё же как-то удаётся обходить такую защиту, применив завидное упорство и свою недюжинную силу). Я обычно подкрашиваю соответствующие контакты на разъёмах. Полезно было бы на плате питания так обозначить входные разъёмы DC/DC преобразователей и подкрасить соответствующие гнёзда на плате. Это бы исключило неправильность установки преобразователей, а если использовать несколько цветов, то это исключит перепутывание плат преобразователей, которые формируют 5 В и 9 В. Для обозначения можно использовать яркий женский лак для ногтей. Это маленькое правило сильно помогает при частой сборке/разборке разрабатываемого устройства на этапе его отладки и тестирования.
Подключаем кабель к плате питания.
Я бы хотел ненадолго вернуться к началу статьи, к моменту, когда мы разделили платформу на две части и вынесли плату управления «отдельно». На тот момент это казалось весьма сбалансированным решением. Однако, смотря на обильное поле контактов на плате расширения для Arduino, мы понимаем, что добрая половина этих контактов не может быть задействована при текущей реализации платформы – мы же заняли почти половину разъёмов ввода/вывода на плате Arduino. Да и сам микроконтроллер «крутит» не просто программу для выдачи пары ШИМ сигналов на двигатели, а обеспечивает полный контроль по внутреннему и внешнему питанию всей платформы. Стоит подумать – может быть стоит микроконтроллер включить в состав двигательного отсека нашей платформы? Bluetooth «отдать» «надплатформенной» электронике, которая будет управлять устройствами робота, и продумать с ней интерфейсный стык. Можно организовать протокол UART (займёт два пина микроконтроллера) по которому будет передаваться пакет данных, содержащий направление и скорость вращения двигателей, а также общее состояние платформы… И нужно хорошо подумать над конструктивом, так как места в двигательном отсеке у нас не так много… Хотя… Если развернуть и подвинуть реле…
Ну вот и закончилось моё длинное и местами занудное повествование. Разработано, изготовлено и собрано только «железо» – аппаратное обеспечение платформы. Следующая часть работы – программная. Но это не значит, что дальше работать нужно будет только программистом. В процессе создания прошивки для микроконтроллера и её отладки порой приходится брать мультиметр, а то и осциллограф, и разбираться какой сигнал, куда и в каком виде приходит. Обычно именно в начале этого этапа, в большей степени, проявляются ошибки и недосмотры «железячного» этапа проектирования. Наше устройство очень простое, поэтому если что-то не заработает, то ошибка быстро найдётся. А представляете каково работать с действительно сложными схемами? Там нужно быть гораздо внимательнее и аккуратнее. Так же необходимо будет организовать интерфейс управления через bluetooth с смартфоном – придумать какой-то протокол информационного взаимодействия робота с телефоном. И разработать программное обеспечение, с помощью которого комфортно и удобно управлять роботом. Но это всё – уже другая, отдельная история.
Некоторые используемые инструменты и оборудование
BOSCH GluePen. Клеевой пистолет. По терминологии Bosch – клеевой карандаш. Отличное мобильное решение. Работает на аккумуляторе 18650, то есть с заменой в будущем проблем не будет, а больше там ломаться особо и нечему. Быстро нагревается (15 секунд) и готов к работе, после выключения практически сразу прекращает работу – клей из него не течёт как в других термопистолетах. Нашёл применение в быту и рукоделии. Единственный минус – не такие распространённые клеевые стержни: 7 мм, высокотемпературные 150…170С (подходят стержни DREMEL GG01 и GG03).
GROSS 17718. Инструмент для снятия изоляции (стриппер). Полный аналог известной модели KBT WS-04A, которую множество производителей передарала 1-в-1.
HT-202A. Инструмент для обжима проводов с контактами разъёмов (кримпер).
Solomon SL-30. Надежная паяльная станция. Напряжение питания паяльника 24В. Никелированное жало. Точный температурный контроль.
SAIKE 8858. Он же Element 8032. Он же Yihua 8858. Он же ZHaoxin 858DH. Вариации между этими моделями есть, но исполнение, нагреватели и электроника одни и те же. Неплохой, удобный, дешевый и реально компактный паяльный фен. Покупался на импортном сайте, с последующей доработкой дешевого китайпрома: вытряхивание всякого металлического (!) мусора, отмывка флюса, пропайка контактов на плате, силовой симистор посажен на КПТ8. Пока доволен, фен – как фен, дует, температура и скорость наддува регулируется. В принципе, фен свои деньги оправдывает. Относительно недавняя покупка и пока непонятна статистика по надёжности, но подозреваю, что для нечастых работ сгодится.
Metabo BZ 12SP. Очень старый шуруповёрт. Раритет. Такие уже, наверное, не продаются. Позволяет делать достаточно тонкую работу благодаря хорошей центровке и отсутствию биений шпинделя.
Velleman VTHD02. Минидрель. Или как еще называют – дремель (хотя это неверно так же, как копиры называть ксероксами). Когда-то по акции был куплен комплект, польстился больше на комплект насадок, чем на саму дрель. Однако, она оказалась неплоха с доработкой по питанию. От родного блока питания работает, но под нагрузкой ей как-то тяжеловато. Года два назад, конечно же, исключительно временно, был сделан мобильный блок питания из отсека для четырёх аккумуляторов 18650 с регулируемым выходом. Минидрель стала автономной. С таким питанием минидрель стала себя чувствовать намного лучше и оказалась весьма полезным устройством в хозяйстве.
Noble NB4000P-4. Мультиметр. Удобен тем, что провода убираются полностью внутрь. Приобретён в тяжёлые студенческие годы. То есть – давно. Провода давно отломились – пришлось «приоперировать» от другого вышедшего из строя мультиметра. Теперь провода убираться перестали. Не раз менялась батарейка и предохранитель. Работает до сих пор – удивительная надёжность при посредственной точности.
Fluke 179. Высокоточный мультиметр. Качественный, удобный и, главное, точный инструмент.
Получила как реклама какая-то. Хотя… почему бы и нет – где тут мои комиссионные тогда? Все эти инструменты приведены для общего информирования. В своё время, я, например, открыл для себя стрипперы, которые процесс зачистки проводов превращают из рутины в удовольствие и ничуть не жалею о покупке BOSCH GluePen. Может быть, кому-то поможет эта небольшая подборка.
Для сборки своего робота вовсе необязательно иметь разнообразный и дорогой инструмент, хотя он, безусловно, повышает качество работы и приносит бóльшее удовольствие от неё. Вполне достаточно иметь обычный паяльник, несколько отвёрток и дрель. В конце концов, когда-то у автора этой статьи, давным-давно, в распоряжении имелись всего лишь пассатижи, молоток, пара отвёрток, медная проволока, коловорот (до сих пор где-то есть!) и два сверла, кусочки телефонных проводов и много синей изоленты (нередко - ранее использованной), этого вполне хватало, чтобы сделать простейшую машинку, которая при нажатии на кнопку самостоятельно ехала прямо.
Основные комплектующие
По многочисленным просьбам читателей привожу ссылки (ebay/aliexpress) на основные комплектующие. Ссылки рабочие на сентябрь 2016 года. Заказывалось всё полгода назад (февраль-март 2016 года), поэтому рекомендую поискать дополнительно - может быть сейчас можно купить по более выгодной цене.
Шасси, двигатели, колёса, крепёж - платформа (выбор из двух цветов) + 4 * (колесо 80 мм + крепёж + двигатель(выбор из трёх скоростей))
Обратите внимание на следующий комплект - 130 мм колесо + крепёж + двигатель с датчиком Холла
Обратите внимание на ёмкие аккумуляторы (несколько раз с ними работал - у этих аккумуляторов реальная и заявленная ёмкости обычно совпадают, т.е. в них реально 3400 мАч!) - Panasonic NCR18650B 18650 / 3400мАч / 3,7V / незащищённые Module Bluetooth HC-06 5
0.9% Ужасно - где культура речи, нормальное построение предложений… автору синтаксис, да и морфологию подучить надо! 2
5.9% Затрудняюсь ответить или поясню в комментариях. 12
» ШАССИ ДЛЯ РОБОТА МИНИ-СУМО ЧАСТЬ1
ШАССИ ДЛЯ РОБОТА МИНИ-СУМО ЧАСТЬ1 |
|
ШАССИ ДЛЯ РОБОТА МИНИ-СУМО. Начинаем публиковать статью по изготовлению робота мини-сумо. Статья состоит из нескольких частей, в каждой из которых приводиться подробная инструкция по сборке. В этой части приводиться описание по сборке шасси робота. В интернете очень много информации, в которой есть описания тех или иных роботов. Эти статьи включают фотографии собранного робота, видеосъёмку его в движении, а также программный код. Но, как правило, мы видим уже готовые экземпляры, а сам процесс создания «от идеи-до модели», остается за кадром. Порой именно такого подробного изложения не хватает и затрудняет повторение конструкций приводимых в журналах или на сайтах. Хочу вам предложить материал по самостоятельной разработке шасси робота для соревнований мини-сумо. Информация будет очень полезна всем начинающим разработчикам, а также школьникам или студентам. Возможно, и опытные конструкторы смогут найти для себя интересные идеи, тем более что данный робот был изготовлен из доступных и подручных материалов, а купленные детали достаточно не дорогие. |
1.ПРАВИЛА СОРЕВНОВАНИЙ.
Для начала нам необходимо ознакомится с правилами соревнований по мини-сумо. Они здесь . Теперь мы знаем, что размеры нашего будущего робота, и его выступающих частей на момент старта, не должны превышать 10х10 см.
2.ПОДГОТОВКА ДЕТАЛЕЙ.
На данном этапе необходимо определится с элементарной базой, это то из каких деталей будет состоять наш робот: двигатели, колеса, плата микроконтроллера, датчики линии и т.д.
3.ДВИГАТЕЛИ И КОЛЁСА.
Двигатели выбираем с редуктором, и небольшим передаточным числом. Китайский магазин нам в помощь. Наш робот должен быть в меру быстрым, чтобы не вылететь на скорости с ринга, и достаточно сильным, чтобы вытолкнуть соперника. В качестве колес я взял ролики от слистывающего механизма денежно-счетной машинки. У них оказался подходящий диаметр, и хорошее резиновое покрытие, которое обеспечит необходимое сцепление с поверхностью ринга. Как вы понимаете, колеса могут быть абсолютно любые и из любого материала.
4.ДАТЧИКИ КРАЯ РИНГА.
Для того чтобы наш робот не уехал за границу ринга, нам необходимо оснастить его специальными датчиками (Рис.2) которые не дадут роботу пересечь ее. Принцип работы таких датчиков подробно описан здесь . Но если говорить кратко, их принцип основан на светоотражающих способностях поверхностей. Темная поверхность отражает меньше света, чем светлая. В качестве излучателя света используют инфракрасный светодиод, а в качестве приемника фототранзистор чувствительный к инфракрасному излучению. Ну а черное это или белое, разберется микроконтроллер, но об этом позже.
Изображенные на Рис.2 датчики, трофейные, и взяты из узла контроля бумаги чекового принтера кассового аппарата. Гибкие провода заменены на контакты, для удобства подключения. Могут использоваться и другие датчики, такие как на Рис. 3.
Рис.2 Рис.3.Датчик TCRT5000
Датчик довольно дешевый и очень распространен в интернет-магазинах радиодеталей. Можно сделать свои датчики из отдельных светодиодов и фототранзисторов, только обязательно нужно организовать между ними перегородку, как на рисунке, дабы предотвратить боковое засвечивание транзистора и его ложное срабатывание.
5.ДАТЧИКИ ПРЕПЯТСТВИЯ.
Для обнаружения противника нам нужен датчик, способный обнаружить перед собой препятствие. В робототехнике очень распространены два типа датчиков ультразвуковые и инфракрасные. Самые дешевые датчики - это ультразвуковые. Мы будем использовать именно такой датчик. По габаритам он конечно больше чем инфракрасный, но зато идеально подходит для поставленной задачи, прост в подключении, монтаже и программировании.
Рис. 4 Ultrasonic HC-SR04
Принцип работы такого датчика заключается в отражении ультразвуковой волны от препятствия. У летучих мышей и дельфинов аналогичные сонары. Один глазок нашего датчика излучает ультразвуковую волну, звук долетает до препятствия, отражается от него и этот сигнал принимает второй глазок датчика. Зная время, за которое сигнал вернется назад, несложно вычислить расстояние до препятствия. Не переживайте, нам вычислять ничего не нужно, на плате датчика уже есть микроконтроллер который занимается этими вычислениями. На выходе мы получим чистое значение в сантиметрах или других заданных величинах.
6.ДРАЙВЕР ДВИГАТЕЛЯ.
Любой электрический двигатель является отменным потребителем тока, и напрямую его конечно нельзя подключать к выводам микроконтроллера, микросхема может выйти из строя. Большую нагрузку подключают через мощные транзисторы. Мы бы тоже могли подключить двигатели таким способом, но транзистор может обеспечить прохождение тока только в одном направлении. Для робота, следующего по линии - это идеальный вариант, так как он движется только вперед, но в нашем случае робот мини-сумо должен двигаться и вперед и назад. Одним транзистором тут не обойтись, их понадобится по 4 штуки на каждый двигатель! Поэтому мы не будем искать себе проблем и дополнительных затрат и возьмем готовый драйвер для двух двигателей.
Этот недорогой драйвер рассчитан на ток двигателя 600Ма, в нашем случае этого будет достаточно. Каждая микросхема может крутить двигатель как в одну, так и в другую сторону. Управляется драйвер обычными логическими сигналами и подключается драйвер напрямую к контроллеру. К достоинствами драйвера еще можно отнести возможность использования отдельного источника питания двигателей. Это позволит избежать помех от работающих моторов, а так же использование моторов с питанием больше питания схемы. Ну и управление сигналом ШИМ - это позволит регулировать скорость вращения.
7.ИЗГОТОВЛЕНИЕ ШАССИ.
Настало время для творческой работы. Чтобы создать легкий и прочный корпус нам понадобится ПВХ пластик. Что это такое, и где его взять? ПВХ пластик это легкий, достаточно прочный и хорошо обрабатываемый материал белого цвета. Он широко применяется у рекламщиков, они используют его как основу для наклейки пленки Oracle с отпечатанным изображением. А обрезки у них есть всегда! Просто просим чуть-чуть.
Нам еще понадобится канцелярский нож, двусторонний скотч, супер клей, тонкий картон, наждачная бумага и железная линейка. Пластик ПВХ отлично режется ножом и прочно склеивается супер клеем. Швы и неровности легко обрабатываются наждачной бумагой. Для чертежей мы будем использовать обычный лист из школьной тетради в клетку. Первое что мы сделаем - это разметим основу робота и постараемся разместить все наши элементы на прямоугольнике со сторонами 9,5х9,5 см. Вы спросите, почему у нас сторона не 10см как в правилах? Поверьте, лучше сделать чуть меньше указанных размеров, так как если размеры будут чуть больше, то наш робот просто не пройдет квалификационный отбор. Ну, если очень хочется, то можно и по размерам 10х10см.
У нас получилась заготовка размером 9,5х8 см. Это будет у нас рама или днище. Недостающие 1,5 сантиметра с одной стороны мы используем для размещения датчиков края ринга. Колеса мы размещаем так, чтобы они были вровень с боковыми частями корпуса и не выступали наружу. Чем меньше выступающих частей, тем сложнее противнику будет за что либо зацепиться.
По нашему шаблону вырезаем выкройки из картона. Закрепляем двигатели при помощи двусторонней липкой ленты и проектируем боковые стенки. Я решил сделать корпус робота в виде «зубила», уже можно назвать это классикой у роботов мини-сумо. Но вы можете выбрать совершенно любой дизайн. Можно экспериментировать сколько угодно, картона хватит на все эксперименты.
Ну вот, наш картонный макет готов и все детали подогнаны. Можно приступать к изготовлению их из пластика.
ВАЖНО! Канцелярский нож очень острый! Будьте предельно аккуратны. Ручка ножа должна быть удобной и плотно сидеть в руке. Не стоит оставлять детей без присмотра во время работы острыми и опасными инструментами !
Не забывайте, что у пластика есть своя толщина и ее обязательно нужно учитывать при моделировании, чтобы не выйти за планируемые размеры. Толщина моего пластика составляет 3 мм, и если я приклею боковые стенки как показано на Рис. 9, то ширина моего робота составит чуть больше 10 см.
Если клеить боковые стенки сверху, Рис. 10, то мы получим некрасивый шов на всю длину. Конечно, его можно зашкурить, но если вы уже вырезали колесные арки, мы столкнемся с еще одной проблемой - арка будет выглядеть овальной, что так же выглядит плохо.
На Рис. 11 показано как мы поступим. От основания отрезается полоска шириной равной толщине листа пластика.
Эта же полоска пойдет в дело, как усилитель шва. Рис. 12.
Рис.12. Рис.13.
После того как клей окончательно высохнет, обрабатываем шов наждачной бумагой. Кстати супер клей или гель, может выступать в качестве шпаклевки. Достаточно еще раз промазать шов снаружи и дать ему высохнуть, затем зашкурить. После покраски шов видно не будет.
Размечаем место под двигатели и приклеиваем их. Предварительно к двигателям припаиваем провода, потом это будет сделать не просто. Рис. 13
Теперь закрепляем датчики края ринга как показано на Рис. 14. Снизу мы приклеиваем опорную планку, она будет служить третьей точкой опоры, и будет скользить по поверхности ринга. Максимальный контакт с поверхностью даст нам преимущество как можно ниже подлезть под противника.
В центре есть еще много места для установки дополнительных датчиков, скажем, еще трех. В перспективе, после этого можно будет смело запускать робота следовать по линии.
Продолжаем макетировать. На этот раз делаем «таран» с местом для датчика расстояния. Обратите внимание, на Рис. 16 двигатели уже закрыты пластиком. Это предотвратит случайные замыкания на поверхности двигателей и защитит редукторы от пыли. Но и дополнительная фиксация самих двигателей не помешает. Желательно капнуть на редукторы по капле смазки до момента их полного закрытия пластиком.
После окончательной подгонки размеров, вырезаем пластину «тарана» из пластика. Формируем подставочки для датчика расстояния и приклеиваем на место.
Вот так у нас выглядит законченный вариант корпуса для робота мини сумо. Осталось подготовить его к покраске, замотав колеса, датчики и провода малярной лентой. Пластик очень хорошо красится. Для покраски возьмем баллончик с черной матовой краской.
Продолжение во второй части.
Если у ВАС возникли вопросы пишите на ФОРУМЕ или в Online чат по робототехнике мы их обсудим!
Внимание! Полное либо частичное копирование материала без разрешения администрации запрещено!
