Robot De Tracción Diferencial (Unidade Diferencial): 10 Passos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

La robótica de enjambre se inspira en insectos que actúan colaborativamente. É uma disciplina basada em conjuntos de robôs que são coordenados para realizar tareas grupales. Os robôs individuais deben ser capaces de sensar e atuar em um ambiente real. Entre as instituições que apresentam plataformas para probar robótica de enjambre están Georgia Tech (Estados Unidos), Aalborg University (Dinamarca), y EPFL (Suiza). O robô consta de atuadores (llantas), o módulo de potência, um conjunto de sensores (módulo de instrumentação eletrónica) e um módulo de comunicação inalámbrica.

El robot é relevante por su costo relativamente bajo, de aproximadamente $ 167, em comparação com outras plataformas que pueden custar mais de $ 1000. El diseño es modular, escalable, y fue realizado por estudiantes de la Universidad del Valle de Guatemala, durante o ano de 2017.

Etapa 1: Módulos Del Robot Y Listado De Materiales

O robô se divide em três módulos:

1. Estructura y potencia eléctrica
2. Instrumentación electrónica (sensores e programación que los gobierna)
3. Comunicación inalámbrica (WiFi)

Para a elaboração do robô, é necessário disponibilizar as seguintes ferramentas:

• impresora 3D
• cortadora láser
• fresadora de circuitos.

Em caso de não se atender com ellas, se você solicitar serviços em linha como pcbcart para PCB, ou esculpir para impressão 3D e corte láser.

Se adjunta un archivo de Excel con los materiais necesarios for fabricar el robot. El precio tiro de $ 167 por robot se calculó sen incluir el costo ni materiales para la impresora 3D, cortadora, y fresadora.

En el listado feno materiales que se adquirem en línea (mouser, adafruit, robotshop), por lo que se debe tomar en cuenta el tiempo de envío anterior a la fabricación del robot.

Etapa 2: Fabricación De Los Circuitos Impresos (PCB)

El diseño del robot incluye tres PCB. Se adjuntan los archivos Gerber para su fabricación.

1. Placa de potencia y control de motores, dos capas. Potencia de Fabricación PCB
2. Placa de control de sensores ultrasónicos, dos capas (Gerber PCB control ultrasonicos final.zip)
3. Placa de módulos WiFi, Teensy, IMU *, una capa (Gerber PCB modulos final.zip)

* La IMU é opcional. Recomenda-se usar um de 9 graus de liberdade com acelerômetro, giroscópio e magnetômetro. Realizar compras com um de 6 DOF e não obter resultados satisfatórios.

Se não houver necessidade de uma fresadora de circuitos, será necessário tomar em consideração o tempo de fabricação e o envio de um serviço em linha.

Se você deseja modificar as placas antes de mandarlas para fabricar, ajusta os arquivos para modificar as placas.

Recomendación:

Soldar de primero los componentes SMD mas pequeños hasta los mas grandes.

Utilizar equipo adecuado para realizar soldadura SMD.

Github del proyecto

Etapa 3: Impresión De Piezas 3D Y Corte Láser

Para o robô filho necesarias las siguientes piezas (Entre paréntesis se indica la cantidad):

Impresora 3D:

1. ultradonicos1 de base)
2. porta switch e fusível (1)
3. espaciadores largos de placa de potencia e placa de sensores ultrasónicos (2)
4. espaciadores cortos de placa de potencia (4)
5. rodízio de bola (1) *

Cortadora láser:

1. porta bateria MDF (2)
2. base de MDF (1)
3. Tapa de acrílico (1)

* El Ball caster é compone de uma pieza impresa y una canica que funcionará como la tercera rueda.

Se você ajusta os arquivos necessários para a impressão 3D de cada pizza e para o corte de cada pizza 2D. Solo deben de ser exportados a stl desde o inventor 2018 ou sacar los archivos.stl e.pdf de la carpeta llamadafabricar.

Se adjunta también el ensamblaje en inventor (assemblyfinalultimaversion) para poder entender melhor a estrutura ou por si desea modificar.

Piezas 3D e 2D

Etapa 4: Soldadura De Componentes En Los PCB

Primero se hace la soldadura de componentes de superficie, del más pequeño al más grande. Luego se hace la soldadura de componentes através de furo.

Se recomienda usar pasta y no flux. La limpieza del PCB usando acetona solo remueve la pasta.

É importante regular a temperatura de la estación de soldadura SMD, para no dañar los componentes.

Recomendaciones adicionales para cada placa:

1. Placa de potencia: Utilizar cabos de um calibre que carregue ao menos 1,5 amperios de carga continua para o switch de novos polos. Antes de colocar as baterias lipo probar si nenhum feno corto circuito. Consulte antes de mais nada os esquemáticos do PCB ou os diagramas de conexões adjuntos para saber donde colocar cada componente. Mas detalhes em: Fabricación de robot
2. Placa de sensores ultrasónicos: Los header macho de pinheiros largos que interconectan com a placa de potencia deben ser soldados na camada inferior, na camada superior debe quedar solo na parte de plástico com a menor cantidad possível de metal del pin. Los sensores ultrasónicos van montados sobre headers hembra, não se sueldan directamente no PCB. Si no se tienen vías, se recomienda soldarlas con cable y estaño, removiendo después las puntas con un alicate.
3. Placa de módulos: El diseño del PCB tiene headers adicionales that son opcionales. Se recomienda solo soldar los headers hembra para el adolescentes, para el WiFi y headers hembra de pinheiros largos para a interconexão com o PCB de sensores ultrasónicos. (A IMU é opcional). Hay espacio para colocar headers that dan access to other pines del Teensy, más adelante se muestra un diagrama de ellos.

Etapa 5: Armar La Estructura

Vídeo instruccional:

Vídeo

Etapa 6: Conexiones Eléctricas En La Placa De Potencia

Conexiones elétricos de los motores, baterias e codificadores

A los codificadores se les debe retirar la resistencia R4 y en su lugar colocar estaño on un trozo de alambre, para que funcione con 3.3V.

En el diagrama se muestra la distribución de cómo deben ir las conexiones. Os codificadores utilizados representam redundância na conexão de GND e 3.3V. Na placa de potencia solo hay dos pinheiros de 3.3V e dos de GND, uno para cada encoder. O mais importante é a ordenação das señales dos codificadores na placa de potencia. Si se desea otro orden, se debe cambiar la programación del mirocontrolador.

También é importante la conexión de motores, ya que si se intercambian las posiciones - y +, el robot irá en sentido contrario. Esto se puede arreglar modificando la programación del microcontrolador.

Conexão do interruptor de 9 pólos e fusível

Também é mostrado um diagrama para conectar o switch de 9 polos à placa de potência, igual à conexão do fusível. Esta opção é importante, você pode ter que colocar as baterias em paralelo para permitir a carga. Na outra posição ON, as baterias são colocadas em série e alimentam os reguladores de voltaje de 5V e 3.3V, que distribuem energia para todo o robô. Por eso es clave conectarlo adecuadamente.

Na linha que passa pelo pino 9 do interruptor (ver diagrama) aparece como o fusível de proteção de 1A.

Etapa 7: Ensamblar La Parte Superior (Sensores, WiFi Y Teensy)

1. Colocar los seis sensores ultrasónicos en su base.
2. Introducir los sensores, sosteniendo la base, en los headers hembra que se soldaron en la placa hexagonal.
3. Colocar el Teensy e WiFi ESP8266 na placa de módulos. Si se desea, también se debe introducir la IMU nos cabeçalhos.
4. Introducir a placa de módulos en la placa de sensores ultrasónicos, cuidando que los headers hembra de patas largas no se doblen.
5. Introduzir a parte superior nas barras roscadas, verificando se a orientação correta está correta. Solo de uma forma de 12 cabeçalhos macho de patas largas da parte superior encabeçada com 12 cabeçalhos hembra da placa de potência.

Etapa 8: Calibración De Encoders Y Verificación De Señales

Antes de iniciar as pruebas é importante calibrar os codificadores.

Para ello se tienen los potenciómetros de los encoders, que ajustan la sensibilidad. Com um osciloscópio se debe observar dos señales cuadradas em cada codificador, desfasadas 90 °. Al girar la llanta manualmente hacia adelante, um señal aparece antes que la otra. Al girar la llanta hacia atrás, o señal que antes aparece antes, logo aparece depois.

Otra forma de calibrar los coders, aunque es menos eficiente y puede demor más tiempo, es ler o contador de cada llanta from la computera.

Veja o diagrama de pinheiros da placa de módulos, a la que se le soldaron headers hembra como puntos de prueba para verificar las señales con un osciloscopio.

Etapa 9: Cargar El Firmware Del Robot

Para realizar pruebas con algoritmos de controle, recomenda-se carregar o firmware que se ajusta. É um script de arduino que envía dados a computador e recibir instruções de ella, via WiFi (com o módulo ESP8266).