Самодельное шасси для робота. Обзор готовых каркасов для создания роботов на Arduino. Гусеничные шасси для танков на Arduino
Сегодня я начинаю публиковать статьи, посвященные созданию своего мобильного робота. На семейном совете ему решено было дать имя Роботоша, собственно поэтому, свой блог я назвал именно так. Целью его создания является изучение различных алгоритмов и элементов робототехнических систем на практике.
На текущий момент мой робот представляет из себя четырехколесную платформу с установленной на ней платой микроконтроллера и обвешенный некоторым количеством датчиков и интерфейсов для взаимодействия с пользователем. Программное обеспечение находится в самом зачаточном состоянии, поэтому я подробно буду разбирать что и почему именно так реализовано на текущий момент и постепенно двинусь дальше, добавляя функциональность и наделяя его «разумом». Это мой первый робот, поэтому, возможно, какие-то этапы его создания будут ошибочными или тупиковыми.
Идея
Идея в первом приближении выглядит следующим образом: автономный робот, обладающий следующими особенностями:
- 4-х колесная платформа
- Использование внутри помещения (квартиры)
- Бесконтактные способы определения препятствий для избежания столкновений
- Режимы управления:
- автономный режим «случайного блуждания» с целью построения карты помещения
- режим дистанционного управления
- режим выполнения голосовых команд с распознаванием голоса
- Контроль заряда батареи и самостоятельная подзарядка
- Вывод информации на символьный LCD-дисплей
- Звуковая сигнализация
Шасси робота
В качестве шасси я решил использовать покупную четырехколесную платформу из чисто экономических соображений (как ни считал, по частям получалось дороже, а эта одна из самых дешевых, которую удалось найти). Мой выбор пал на шасси DAGU 4WD chasis kit, представляющее из себя 4-х колесную платформу с моторами. Вот так выглядит комплект поставки.
Площадки для установки различного навесного оборудования сделаны из красного акрилового стекла с большим количеством крепежных отверстий для установки датчиков, контроллеров, сервомоторов. Акриловое стекло, надо сказать, сверлится очень даже легко, поэтому, если даже что-то не попадет в будущем в готовые отверстия, всегда можно легко сделать дополнительные. Колеса прорезиненные. Моторы коллекторные с пластиковыми редукторами.
Платы
Размеры: 175 х 109 х 3 мм
Расстояние между платами (высота идущих в комплекте стоек): 24мм
Клиренс: 45 мм
Колеса
Диаметр колес: 67 мм
Ширина обода: 26 мм
Моторы
Напряжение: 4.5 — 7.2 В
Обороты холостого хода: 90 ± 10 об/мин
Ток холостого хода: 190 мА (макс. 250 мА)
Крутящий момент: 0.8 кг · см
Максимальный ток: 1 А
На сборку уходит минут двадцать. В собранном виде шасси выглядит вот так:
С двигателями, честно говоря, у меня вышла засада. Эти двигатели не предназначены для установки на них энкодеров, а для меня это важно, так как я планирую использовать энкодеры для обеспечения обратной связи для более точного позиционирования. Поэтому, скорее всего, если не удастся переделать эти, двигатели в дальнейшем буду менять на другие.
В целом, собранная платформа выглядит достаточно симпатично. Если бы не проблема с энкодерами, я был бы доволен на 100%.
Как вы оцениваете эту публикацию?
Доброго времени суток, мозгоинженеры ! Перед вами руководство о том, как сделать простой, небольшой, мобильный, устойчивый и вездеходный робот, без лишних девайсов и со всеми ведущими колесами.
Я довольно долго экспериментировал с конструкцией этой мозгоподелки
и достиг хороших результатов, которые выкладываю в этой статье. К примеру, шасси робота собрана из алюминиевых деталей «Actobotics» , что позволяет легко его собрать, и обеспечивает устойчивость, малый вес и надежность.
Каждое из шести колес имеет свой двигатель, что увеличивает тягу, при этом двигатели каждого борта, левого и правого, объединены в группы по три штуки, то есть маневрирует робот как танк. Большие колеса повышают проходимость и амортизацию, а также предотвращают повреждения при падениях.
Управляется поделка микроконтроллером Arduino, который отвечает за всю электрику, а еще имеет потенциал для дальнейших доработок. Основой пульта дистанционного управления является модуль XBee, который прост в эксплуатации, надежен и дает дальность сигнала большую чем требуется.
Шаг 1: Алюминиевая рама
Для сборки рамы нам понадобится:
3 алюминиевых уголка» Actobotics » по 40см.
6 алюминиевых кронштейнов для двигателей
6 двигателей 12 В с диаметром вала 6мм
6 колес 127 х 62мм
6 покрышек 5.6см
6 шестигранных ступиц для колес
36 винтов M3x8
алюминиевый лист 343x190mm
8 шестигранных распорок M3x40mm
Шаг 2: Подготовка рамы
Один из алюминиевых уголков разрезаем пополам пилкой по металлу. На двух других, цельных уголках размечаем места под кронштейны мозгодвигателей , высверливаем 3мм-ые отверстия под болты крепления (голубой цвет на фото) и прикручиваем сами кронштейны к уголкам.
Шаг 3: Сборка рамы
На кронштейны монтируем двигатели, размещая их как можно ниже. Затем длинные уголки скрепляем, друг с другом двумя короткими (которые разрезали ранее), в местах показанными красным цветом.
После этого на алюминиевый лист монтируем 8 распорок, и с помощью них крепим его к раме из уголков.
Шаг 4: Электроника
Данный шаг подразумевает у вас мозгоопыт работы в области электроники, в частности сборки цепи с Arduino и XBee.
Для сборки электроцепи поделки необходимо:
Литиевая батарея 3S на 4000 мАч
цифровой электронный переключатель – нужен для возможного последующего апгрейда, и его можно заменить на простой переключатель, рассчитанный на ток не более 10 ампер.
модуль Arduino Mega 2560
плата XBee Explorer
передатчик XBee Pro 60 мВт с антенной
плата управления Sabertooth 12А на два двигателя
ULN 2803 и IC разъем
На алюминиевой пластине размечаем три линии, соответствующие трем осям двигателей (на фото обозначены красным), затем между двумя первыми осями крепим литиевую батарею, а после устанавливаем электрический переключатель, если вы все же решили его использовать.
Приступаем к Arduino: припаиваем на обратной стороне платы красный провод к Vin, черный к двум GND и белый к TX1 (18-й контакт), ориентируемся по фото. При монтаже платы старайтесь разместить ее между колесами так, чтобы USB порт был легкодоступен для программирования. Саму плату крепим к пластине шестью болтами с двумя шайбами на каждом, чтобы приподнять плату над пластиной. Используйте также пластиковые шайбы и гайки, чтобы избежать короткого замыкания.
Прямо на алюминиевую пластину монтируем плату управления Sabertooth и закрепляем четырьмя болтами с гайками. Пластина играет здесь еще и роль радиатора. Далее, ориентируясь на схему, подключаем компоненты самоделки друг с другом.
На плату для XBee монтируем сам XBee модуль и делаем 4 соединения: 5В к 5В, GND к заземлению, DIN к TX3 (14 контакт) и Dout к RX3(15 контакт).
А в завершение, на небольшой монтажной плате собираем цепь, отвечающую за работу светодиодных фар на передней части поделки, при сборке так же смотрим на схему.
Шаг 5: Программирование Xbee
Перед началом программирования модуля XBee желательно ознакомится с руководством .
Помимо знаний нам понадобится:
Плата USB XBee explorer
USB-кабель
После установки и обновления программы X_CTU настраиваем каждый XBee модуль как приемник и передатчик одновременно. Задаем три мозгопараметра
:
Для приемника: DL=321, MY=123 and BD = 3 (9600 baud).
Для передатчика: DL=123, MY=321 and BD = 3 (9600 baud).
Шаг 6: Сборка пульта управления
Необходимые материалы:
Литиевая батарея 3S на 800 мАч
Arduino Nano 5В, 16 МГц или аналогичный
плата XBee Explorer
модуль XBee Pro 60 мВт с антенной
джойстик
LED
резистор 220 Ом
два миниатюрных переключателей
пластиковый корпус
После сборки основной схемы сделать пульт это простой шаг. При этом, как обычно, ориентируемся на схему. Код для Arduino
Шаг 7: И в заключение
Собранная мозгоподелка имеет следующие характеристики: длина — 42 см, ширина — 32см, высота — 12,5см, вес — 3.430 кг.
Скорость зависит от выбранных двигателей, у моего мозгоробота с передаточным числом 100: 1, она достигает 0,7 м / с (2,4 км / час). Если уменьшить передаточное число, скорость увеличится с уменьшением тяги. Напротив, если увеличить передаточное число: скорость уменьшится, но повысится тяга.
На видео показаны внедорожные качества самоделки .
Важные моменты:
при монтаже светодиодов соблюдайте полярность;
если колесо вращается в обратную сторону, то просто поменяйте полярность двигателя;
если вся группа колес вращается в обратную сторону, то полярность поменяйте на плате Sabertooth;
если все колеса вращаются в обратную сторону, то поменяйте полярность питающих проводов платы Sabertooth.
В плату Sabertooth встроен датчик напряжения батарейки, поэтому если самоделка перестает функционировать, то просто зарядите аккумуляторную батарею.
Планы на апгрейд: для начала на свою мозгоподелку я хочу добавить миниатюрную видеокамеру и аудио-видео передатчик, которые используются в авиамоделировании. Также в планах установка на поделку роботизированной руки-манипулятора.
Но это в планах, а пока благодарю за внимание и удачи в творчестве!
| Программа
В сегодняшней статье я расскажу, как собирать своими руками робота. Довольно простого, но очень симпатичного:). Так получилось, что я никогда особо не увлекался роботостроительством и до сегодня не собрал ни одного робота! Не знаю, в чем причина, но, похоже, всегда находились более важные для меня проекты. И вот теперь представилась возможность наверстать упущенное!
Встречайте проект робота Бендера!
Немного о выборе конструкции.
Причиной создания робота послужила необходимость демонстрации работы системы ZiChip. С момента как я начал понемногу описывать то, что мы с Денисом понапридумывали, для меня стала очевидной сложность объяснять работу системы, которая создавалась чисто для практических целей, без этой самой практики. Кроме того, система хоть и уже имеет довольно четкие (основополагающие) принципы, но еще «полируется» и использование ее в практических целях позволит лучше выявлять недостатки и устранять их. В общем, цель была поставлена и начались поиски ее реализации.
Изначально я отбросил варианты шагающих роботов (сложно и дорого реализовать, сложно управлять и зачастую это неуклюже выглядит), балансирующих роботов (вообще, наверное, создаются чисто из академического интереса работы с гироскопом и акселерометром — трудно повторяемы), гусеничных роботов (не достаточно мобильный со сложной конструкцией привода) – остались роботы на колесном приводе.
Рассматривалось несколько вариантов колесных платформ для создания робота:
Самый постой вариант – это купить детскую игрушку, выкинуть из нее все платы, оставив только привод и питание. Дальше добавлять свою начинку. Из недостатков стоит отметить довольно значительную стоимость игрушки удовлетворительного качества и неприспособленность конструкции для монтажа «посторонних» плат (разве что игрушка будет больших размеров).
Вот такой автомобиль мне понравился – цена около $80
Вариант получше – заказать у китайцев (ну или где-то поближе, если денег не жалко 🙂) платформу робота, специально предназначенную для конструирования. Она будет удобна для крепления плат и оборудования, будет в себя включать довольно неплохой привод и обойдется это, пожалуй, дешевле первого варианта. Недостаток один – по сути это будет этажерка на колесиках, и поделать с этим внешним видом ничего не получится.
Наборы для создания робота на базе Ардуино. Цена от 10$ на ebay (что-то адекватное начинается с 20-30$)
Так как я до этого не создавал никаких роботов, и руки чесались сделать что-то самому, мною был выбран третий вариант платформы, дешевый и сердитый – сделать платформу самому с нуля.
Подробней о Бендере — привод.
Так как эта конструкция предлагается мною Вам для изготовления, основное требование к ней – это повторяемость, соответственно, применение только тех материалов и запчастей, которые можно без труда достать. Второе требование – дешевизна.
Первый и, наверное, главный вопрос – это привод конструкции.
Поначалу я решил вообще делать ВСЕ с нуля, в том числе и редуктор привода, но потратив кучу времени на реализацию придуманного мною механизма, я хоть и получил приемлемые результаты, но у конструкции было столько недостатков (в том числе и с повторяемостью), что решено было взять готовый редуктор.
Для меня было 2 варианта готовых редукторов – заюзать пару редукторов с игрушечных сломанных машин или купить пару готовых редукторов специально для моделей. Так как у меня растет дочка и с машинками туго:), то я купил пару готовых редукторов, вот таких:
Вообще, в интернет-магазинах довольно скудный выбор редукторов для таких целей. Фактически это чуть-ли не единственный редуктор с колесами. Цена у них довольно приемлемая (в Украине я купил их по 6$ за штуку, у китайцев, конечно, можно найти и подешевле) и внешний вид на картинке нормальный. После того как эти редуктора пришли и я взял их в руки, мне стало понятно отчего в магазинах нет выбора. За такие деньги они очень хороши и вживую смотрятся гораздо круче, чем на картинках – просто нет смысла предлагать что-то еще, все и так хорошо!
Идея и конструкция головы Бендера.
Для начала, я покажу, что получилось у меня. Встречайте голову Бендера – героя мультяшного сериала Futurama!
А вот так голова выглядит с разных сторон:
Думаю, он Вам понравился. Мне нравится, даже очень! Хотите такого себе? Тогда читайте дальше!
Идея «Головы Бендера» родилась не сразу, было много других вариантов и размышлений по этому поводу. Прозрение наступило в процессе поедания орешков под пиво при просмотре очередной серии Футурамы:).
Конструкция головы выглядит очень презентабельно и создается впечатление, что повторить ее будет проблематично. Это не так! В голове Бендера присутствует много неожиданных вещей (как и внутри мультяшного Бендера), но все они привычны для нас и нас окружают. В процессе создания конструкции я получил огромное удовольствие, подбирая вещи которые бы сформировали голову. Фактически это был квест-головоломка.
Конечно, все что изображено на картинке может быть заменено Вами на то, что окажется под рукой.
Кроме того, что есть на картинке, для Бендера понадобятся листовой алюминий (немного, желательно не очень толстый до 1 мм), болты, шайбы, гайки и шпильки М4, для крепления мебельного колесика гайка М8, баллончик с краской.
Начнем сборку. Основа робота — банка.
Небольшая ремарка по иллюстрациям статьи. В процессе чтения Вы заметите некоторые расхождения между тем, что написано и иллюстрациями. Это не от того что я хочу Вас запутать, просто в процессе сборки, на своих ошибках, я приобрел некоторый опыт и в статье уже описываю как сделать лучше. Тоже касается и файла шаблонов, он подкорректирован мною в сторону улучшения, а фото остались старые.
Второй главный элемент, после редукторов, это основа головы – банка. Я выбрал банку из-под орешков Felix. Почему именно из-под орешков я описал выше, но есть и другая причина выбора такой банки. Орешки Felix международный бренд и такую банку Вы найдете в супермаркете любой страны мира. Если нет именно такой банки, ничего страшного, подойдет любая другая какая попадет под руки. Единственно, очень желательно, чтобы диаметр банки был 85мм (иначе придется переделывать все шаблоны сделанные мною именно под эту банку).
Первое, что необходимо сделать с банкой – это выесть все орешки из нее:). Дальше на нее нужно нанести разметку, просверлить по разметке отверстия, вырезать рот.
Для облегчения создания деталей робота и переноса разметки я создал файл с шаблонами в маштабе 1:1. Просто распечатайте нужный элемент, наклейте его на поверхность и вырезайте по нему.
Шаблоны элементов робота 1:1
Глазница.
Идем дальше, изготавливаем глазницу (та штука, где у Бендера вставлены глаза). В идеале этот элемент лучше подобрать готовый (я для этого приспособил бутылку из-под шампуня), так как довольно сложно из алюминия красиво сформировать этот элемент. Но если ничего подходящего не нашлось – придется выгибать из алюминия. Шаблон есть в файле шаблонов. В обеих случаях, приспособленной бутылки или сделанной из алюминия глазницы, необходимо подогнать прилегание кромки к поверхности банки. Это делается очень просто. Обматываем банку наждачной бумагой и трем глазницей по банке, пока прилегание не станет без щелей. После притирки обезжириваем банку и глазницу и приклеиваем глазницу к банке горячим клеем (ну или чем Вам больше нравится). Внутренности глазницы нужно покрасить в черный цвет (или заклеить черной бумагой, или самоклейкой, или бархатом).
Купол головы.
Следующим идет купол головы Бендера. Тут, в отличие от глазницы, без вариантов – придется найти готовый элемент полусферы, так как такое выгнуть из алюминия ну никак не выйдет. К сожалению, мне не удалось подобрать бутылку международного бренда, но для Украины с этой задачей хорошо справилась бутылка минеральной воды Моршинская. Она имеет идеальную полусферу в верхней своей части, чем я и воспользовался. Поищите подобную бутылку (или что-то другое) в Ваших магазинах, я уверен, что-то да найдется. К бутылке еще нужно пластмассовое «яйцо» Kinder Surprise, которое сформирует основание антенны, трубка или часть ручки, для самой антенны и шарик в качества окончания антенны. В шарик нужно предварительно установить светодиод – этот элемент будет индикатором работы робота. Полусферу вырезаем таким образом, чтобы она хорошо подходила по диаметру к банке. Диаметр банки, как я уже писал выше, 85мм. Все элементы скрепляем между собой горячим клеем.
Глаза.
Для глаз берем шарик для пинг-понга (настольного тенниса) разрезаем его пополам. На половинках наносим рисунок квадратиков-зрачков и век. Я глаза разукрасил баллончиком черной краски, предварительно заклеив все белые элементы малярным скотчем. Еще можно наклеить на шарики черную самоклеющуюся пленку или элементарно навести все черным маркером. После высыхания склеиваем оба глаза между собой.
Как вариант попроще, можно распечатать готовые «глаза» из файла шаблонов, но эффект будет хуже.
Зубы.
Для зубов берем молочный пластик (или белую бутылку из под йогурта, как сделал я) и по шаблону из файла вырезаем зубы. На пластик наносим рисунок зубов. Варианты нанесения рисунка как для глаз.
Глаза и зубы должны быть изготовлены из молочного пластика, так как в будущем планируется их подсвечивать светодиодами.
Сигара.
Сигару просто распечатываем (шаблон) на цветном принтере и обклеиваем подходящего диаметра трубку.
Алюминиевые элементы.
Приступаем к алюминиевым элементам головы Бендера. Все они есть в файле шаблонов. Распечатываем элементы подвижной тележки, ободка головы, петли и усилителя жесткости дна банки (оно очень тонкое и легко гнется), переносим на алюминий, вырезаем.
Отверстия во всех алюминиевых элементах желательно подкорректировать по уже просверленным отверстиям в банке.
К подвижной тележке прикрепляем при помощи хомутов пару редукторов с колесами и мебельное колесико (продается в мебельных магазинах – размером, такое как в офисных креслах). Добиваемся горизонтальности площадки, подгибая «хвост» тележки.
Ободок головы выгибаем, сверяясь с куполом головы, добиваясь хорошего прилегания. Намечаем в куполе отверстия, вырезаем их. Гнем петельку из хвостика ободка (хорошо для этих целей подходят круглогубцы), ориентируясь на шпильку петли (у меня кусок гвоздя, диаметром 4мм).
Ответный элемент петли сначала изгибаем по банке, после этого из хвостиков формируем вторую часть петли.
Покраска.
До покраски все элементы должны быть изготовлены и подогнаны друг к дружке. Для головы Бендера необходимо взять краску металлик (серебрянка) или, на крайний случай, серую. Для алюминиевых элементов я взял черную краску – хорошее получается сочетание.
Как вариант, Бендер может быть золотой. Так выглядит Бендер из альтернативной вселенной.
Сборка.
После покраски мы имеем набор элементов конструктора по сборке головы Бендера:
Собираем все до кучи, используя, где нужно, хомутики, болтики М4, горячий клей и скотч 🙂
По факту сборки мы должны получить симпатичную голову Бендера.
Особенности конструкции.
Интересным элементом конструкции получился купол головы Бендера (вернее факт ее откидывания в сторону). Купол головы планируется задействовать под датчики, в то время как банка будет «наполнятся» платами драйверов и платой контроллера. Отрытая «голова» позволит получить удобный доступ, как к датчикам, так и схемам управления!
Сами платы драйверов и управления будут устанавливаться (насаживаться) на три шпильки внутри банки и закрепляться с помощью гаек. Получается, своего рода бутерброд из плат. Шаблон платы есть в файле шаблонов.
Конструкция шасси робота готова! Правда у Бендера еще нет мозгов, но этим мы займемся в следующих статьях. Кстати, а чего бы Вам хотелось в плане функционала робота?
Напоследок интересные факты о Бендере.
— Во время путешествия во времени, голова Бендера выпала из корабля и пролежала в земле более 1000 лет. (Эпизод «Roswell That Ends Well»). Голова Бендера функционирует сама по себе, даже если тело отсутствует.
Наш случай!
— В первоначальном варианте Бендер пил, потому что просто любил выпить. Потом было решено объяснить это необходимостью заправки. Когда Бендер перестает пить, у него отрастает борода из ржавчины.
Можно сделать вариант трезвого Бендера, дорисовав ему ржавую бороду.
— В эпизоде «Overclockwise» при разгоне Бендера Кьюбертом Фарнсвортом видно лейбл процессора AMD Athlon II на внутренней стороне крышки. Согласно эпизоду «Fry and the Slurm Factory» процессор Бендера - восьмиразрядный 6502.
Надпись «AMD Athlon II» или «6502» можно нанести на внутренней части купола – это добавит «изюминку» в конструкцию.
— Бендер способен хранить 100001 Тб компьютерных данных — 1 Тб для основных данных и 100000 Тб для порнографии.
В будущем У Бендера планируется применение SD карты.
— У Бендера есть дистанционно управляемый регулятор громкости, тело Бендера имеет специальный разъем для микрофона, а также кнопку самоуничтожения.
Как-то нужно это обыграть в конструкции…
— До эпизода «Free Will Hunting» Бендер не имел свободы воли и лишь выполнял действия, заложенные в его программе.
Опять наш случай!
— Код уничтожения Бендера — 2B, что созвучно «To Be» — «быть» (англ.). (серия «Where No Fan Has Gone Before»)
— Бендер является патологическим лгуном и редко проявляет какие-либо эмпатии (наиболее частая фраза: «Поцелуй мой блестящий металлический зад!»).
В последствии планирую научить Бендера говорить (нужно будет надергать крылатых фраз из мультика).
— Его тайное желание — быть народным музыкантом, и стоит магниту оказаться рядом с его головой, как Бендер начинает петь народные песни.
Это можно запросто реализовать!
— Бендер курит сигары (потому что с ними он выглядит круто), подкуривая их рукой-зажигалкой, однако иногда использует Zippo.
— Панически боится консервных ножей, так как его отец погиб под огромной электрической открывалкой («I Second That Emotion»). Сам он однажды попал под такой нож и не смог двигаться, что помогло стать ему известным исполнителем.
При изготовлении головы таки нужно вскрывать банку – ирония конструкции 🙂
— Официально стоит около 30 $, но по словам самого Бендера, «десятку обычно скидывают».
Как ни странно, но примерно столько и придется потратить на голову.
(Visited 4 486 times, 1 visits today)
« « Шасси для робота за 200 рублей
Всякий робототехник, приступая к созданию робота, задумывается о шасси . Перед вами гениальная своей простотой и дешевизной идея изготовления шасси для робота из китайских машинок.
Для создания шасси нам потребуются два самых отвратительных китайских игрушечных танка на электротяге . Они совсем не обязаны уметь поворачивать - так гораздо дешевле.
Неприглядность несёт в себе два плюса: низкая цена и отсутствие жалости во время разбора танков.
Как предупреждает идеи, такие дешёвые детища китайской промышленности воняют аццки, потому жалко их не будет.
Итак, танки-доноры у нас есть. Поехали!
Снимаем крышки с танков-доноров.
Отсеки для батареек нам ещё пригодятся, потому просто очищаем их от лишней пластмассы.
Нам пригодятся оба отсека (от каждого танка).
Склеиваем отсеки для батареек вместе.
Откусываем-отпиливаем оси по самые редукторы, чтобы из одного танкового шасси получить половину шасси для робота.
Две шестерни, использовавшиеся для качания дулом, удалены за ненадобностью.
