Robô todo-o-terreno 6WD com controle remoto: 10 etapas (com fotos)

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

A maioria dos robôs que construí até agora eram robôs de 4 rodas com capacidade de carga de vários quilos. Desta vez decidi construir um robô maior que superará facilmente vários obstáculos em seu caminho e será capaz de se mover com uma carga de pelo menos uma dúzia de quilos. Eu também presumi que o robô deveria ser capaz de lidar com terrenos difíceis como areia, neve e escombros. Para tornar isso possível, construí um chassi de 6 rodas equipado com 6 motores de alta potência suficiente e driver de motor e fonte de alimentação adequados. Eu também queria que meu robô fosse controlado de uma longa distância (pelo menos 200 metros), então usei um transmissor e receptor de 2,4 GHz de boa qualidade.

Uma vez que todos os requisitos acima foram atendidos e os primeiros testes bem-sucedidos, decidi estender o projeto com um manipulador e duas câmeras. Graças à imagem da câmera você pode controlar o robô mesmo que ele esteja fora de vista. Este recurso permite que o operador do robô execute tarefas de inspeção remota em áreas de difícil acesso ou perigosas para humanos.

Com a descrição deste projeto, você aprenderá como:

• construir um chassi de robô de 6 rodas capaz de transportar pelo menos uma dúzia de quilos

  • permite que você transporte itens mais pesados
  • possível uso comercial e não apenas um robô como um brinquedo!
• controlar remotamente esse robô de uma longa distância
  • vincular um transmissor de 2,4 GHz a um receptor
  • ler comandos de um receptor de 2,4 GHz via Arduino
  • controle da posição do robô

• definir pré-visualização de câmeras em seu computador ou smartphone

  implementação de transmissão de vídeo de longo alcance sem fio a 5,8 GHz

Parâmetros do robô (versão básica):

• Dimensões externas (LxWxH): 405x340x120 mm
• Peso total: 5 kg
• Distância ao solo: 45 mm

Versão estendida (com um manipulador e câmeras):

• Dimensões externas (LxWxH): 405x340x220 mm (robô preparado para transporte)
• Peso total: 6,5 kg

Etapa 1: A lista de peças e materiais

O chassi do robô é feito inteiramente de alumínio e duralumínio. Neste projeto usei 6 rodas Monster Truck com diâmetro de 125 mm que facilitam a superação de pequenos obstáculos. O robô é movido por 6 motores DC escovados 12 V de alta potência (180 RPM, 27 kg-cm) com engrenagens de metal. Como driver de motor, você pode usar qualquer driver que seja capaz de fornecer uma corrente contínua de pelo menos 10A por motor, por exemplo: VNH2SP30, BTS7960B.

Peças necessárias neste projeto:

1. Motor DC do redutor de engrenagem de alto torque 12V 180RPM x6
2. Conector de motor de engrenagem DC 6 mm hexadecimal x6
3. Interruptor de parada de emergência x1
4. Botão liga / desliga de aço inoxidável x2
5. Bateria Lipo 7,4 V 2700mAh 10C x1
6. Bateria Lipo 11.1V 5500mAh 3S 45C x1
7. Motorista, por exemplo: VNH2SP30 x6 ou BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. Aro da roda e pneus HSP 1:10 Monster Truck x2
10. Placa Micro USB x1

Ao controle:

1. Transmissor FrSky TARANIS Q X7 2,4 GHz 7CH x1
2. Receptor FrSky V8FR-II 2.4 GHz x1

Materiais (chassis):

1. Folha de duralumínio com 2 mm de espessura (LxW): 345x190 mm x2
2. Suporte angular de alumínio em forma de L com 2 mm de espessura: 190x40x20 mm x2
3. Suporte angular de alumínio em forma de C 2 mm de espessura: 341x40x20 mm x2

4. Porcas e parafusos:

   • M3 10 mm x10
   • M2 6 mm x8

Ferramentas:

HILDA Mini Furadeira Elétrica

Versão extendida:

1. Câmera RunCam Split x1
2. 2 eixos cardan x1
3. Braço Robótico x1
4. Garra de metal robotizada x1
5. VL53L0X Laser ToF Sensor x1

Etapa 2: montagem do chassi do robô

A montagem do chassi do robô é bastante fácil. Todas as etapas são mostradas nas fotos acima. A ordem das operações principais é a seguinte:

1. Faça 3 furos com um diâmetro de 13 mm em perfis de alumínio laterais (furos para o eixo do motor)
2. Faça 6 furos com diâmetro de 3 mm em perfis laterais de alumínio (furos que fixam os motores ao perfil)
3. Aparafuse os motores DC aos perfis de alumínio laterais
4. Aparafuse os perfis laterais de alumínio com motores DC à base
5. Aparafuse o perfil dianteiro e traseiro à base
6. Instale os interruptores de alimentação necessários e outros componentes eletrônicos (consulte a próxima seção)

Etapa 3: Conexão de peças eletrônicas

O controlador principal neste sistema eletrônico é o Arduino Mega 2560. Para controlar seis motores, usei dois Drivers de Motor BTS7960B (H-Bridges). Três motores de cada lado são conectados a um driver de motor. Cada um dos drivers do motor pode ser carregado pela corrente de até 43A, o que dá uma margem suficiente de potência, mesmo para o robô móvel se movendo em terrenos acidentados. O sistema eletrônico está equipado com duas fontes de alimentação. Um para fornecer os motores DC e servos (bateria LiPo 11,1V, 5500 mAh) e o outro para fornecer Arduino, módulo bluetooth, câmera fpv e sensores (bateria LiPo 7,4V, 2700 mAh).

As conexões dos módulos eletrônicos são as seguintes:

BTS7960 -> Arduino Mega 2560

• MotorRight_R_EN - 22
• MotorRight_L_EN - 23
• MotorLeft_R_EN - 26
• MotorLeft_L_EN - 27
• Rpwm1 - 2
• Lpwm1 - 3
• Rpwm2 - 4
• Lpwm2 - 5
• VCC - 5V
• GND - GND

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

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

As conexões com fio entre o receptor de 2,4 GHz e o Arduino são mostradas no diagrama de fiação acima. Conecte os fios de alimentação 5V e GND do Arduino aos pinos + (VCC) e - (GND) do receptor, respectivamente. Além disso, você deve conectar os canais do receptor usados (ch2 e ch3) aos pinos digitais do Arduino (por exemplo, 7 e 8, como no programa). Se você está começando a aprender eletrônica e não sabe como conectar a fonte de alimentação, os interruptores e o driver do motor, este diagrama de fiação do meu projeto semelhante será útil. Antes de iniciar o controle do robô do transmissor Taranis Q X7 2.4 GHz de 2,4 GHz, você deve vincular previamente o transmissor ao receptor. O procedimento de vinculação é descrito em detalhes no meu vídeo.

Etapa 4: Mega Código Arduino

Preparei os seguintes programas de amostra do Arduino:

• Teste de receptor RC 2.4 GHz
• 6WD Robot Control

O primeiro programa "RC 2.4GHz Receiver Test" permitirá que você inicie e verifique facilmente o receptor 2.4 GHz conectado ao Arduino, o segundo "6WD Robot Control" permite controlar o movimento do robô. Antes de compilar e enviar o programa de amostra, certifique-se de ter escolhido "Arduino Mega 2560" como a plataforma de destino, conforme mostrado acima (Arduino IDE -> Ferramentas -> Placa -> Arduino Mega ou Mega 2560). Os comandos do transmissor Taranis Q X7 2,4 GHz são enviados ao receptor. Os canais 2 e 3 do receptor são conectados aos pinos digitais 7 e 8 do Arduino, respectivamente. Na biblioteca padrão do Arduino, podemos encontrar a função "pulseIn ()" que retorna a duração do pulso em microssegundos. Vamos usá-la para ler o sinal PWM (Modulação por Largura de Pulso) do receptor, que é proporcional à inclinação do transmissor vara de controle. A função pulseIn () leva três argumentos (pin, value e timeout):

• pin (int) - o número do pino no qual você deseja ler o pulso
• valor (int) - tipo de pulso a ser lido: ALTO ou BAIXO
• tempo limite (int) - número opcional de microssegundos a aguardar até que o pulso seja concluído

O valor do comprimento do pulso lido é então mapeado para um valor entre -255 e 255 que representa a velocidade para frente / para trás ("moveValue") ou gire para a direita / esquerda ("turnValue"). Assim, por exemplo, se empurrarmos o stick de controle totalmente para a frente, devemos obter o "moveValue" = 255 e empurrando totalmente para trás obteremos "moveValue" = -255. Graças a este tipo de controle, podemos regular a velocidade do movimento do robô em toda a sua amplitude.

Etapa 5: teste do robô móvel

Esses vídeos mostram testes de robô móvel com base no programa da seção anterior (Arduino Mega Code). O primeiro vídeo mostra testes de robô 6WD em minha sala. Este robô é capaz de carregar uma carga de vários quilos com muita facilidade, no vídeo transporta 8 garrafas de água equivalente a 12 kg. O robô também pode facilmente superar obstáculos encontrados em seu caminho, como meio-fio para estacionar, o que você pode ver no segundo vídeo. No início desta instrução, você também pode ver como ele lida bem em terrenos difíceis.

Etapa 6: Exemplos de melhorias de design

Você pode estender este projeto com componentes adicionais, como:

• agarrador de robô
• braço robótico (descrito nesta instrução)
• gimbal com uma câmera

Acima você encontrará dois vídeos apresentando as melhorias mencionadas. O primeiro vídeo mostra como controlar uma câmera pan-tilt e uma pinça de robô usando o transmissor Taranis Q X7 2.4 GHz e o receptor FrSky V8FR-II. O próximo vídeo mostra uma introdução rápida como conectar e controlar um gimbal de 2 eixos usando o mesmo conjunto de transmissor e receptor a 2,4 GHz.

Etapa 7: Ajuste do braço do robô

Eu fiz o braço do robô anteriormente e o descrevi nesta instrução. No entanto, decidi modificar um pouco o projeto original e adicionar outro grau de liberdade (wirst) e câmera FPV. O robô atualmente possui 4 juntas rotativas:

• Wirst
• Cotovelo
• Ombro
• Base

A rotação em 4 eixos permite fácil agarrar e manipular objetos na área de trabalho do robô. Uma pinça giratória que desempenha o papel do pulso permite que você pegue objetos colocados em diferentes ângulos. Era feito das seguintes partes:

• LF 20MG 20 KG Digital Servo x1
• Servo Bracket x1
• Cilindro de duralumínio com espessura de 4 mm e diâmetro de 50 mm
• Folha de duralumínio 36x44 mm e espessura de 2 mm
• Parafusos e porcas M3 x4
• Câmera FPV - RunCam OWL Plus x1

A câmera é colocada diretamente acima da garra para tornar mais fácil para o operador agarrar até mesmo objetos pequenos.

Etapa 8: Verificar o status do robô e se preparar para o transporte

O braço do robô e o suporte da câmera são dobrados, o que torna o transporte do robô muito mais simples. O painel traseiro do robô está equipado com 3 LEDs. Dois deles mostram o status de energia de eletrônicos, motores e servos (ligado ou desligado). O terceiro LED RGB mostra o status e a falha da bateria. Para facilitar a programação, o robô é equipado com uma porta micro USB. Esta solução torna o teste muito mais fácil sem a necessidade de remover a caixa do robô.

Etapa 9: teste de visualização de câmeras Wifi e Fpv

Duas câmeras foram instaladas no robô. A câmera Wifi foi colocada em um suporte de alumínio ajustável na parte de trás do robô. Uma pequena câmera fpv foi colocada logo acima da pinça do robô.

Câmeras usadas neste teste:

• RunCam OWL Plus
• Câmera wi-fi XiaoMi YI

O primeiro vídeo mostra o teste de ambas as câmeras. A visualização da câmera wi-fi é exibida no smartphone e a visualização da câmera fpv no laptop. Como podemos ver no vídeo, o atraso de visualização é pequeno e para a câmera Wifi esse atraso é um pouco maior.

No segundo vídeo, mostrei passo a passo como obter uma prévia de uma câmera fpv de 5,8 GHz no seu computador. A imagem da câmera é enviada do transmissor para o receptor de 5,8 GHz. Em seguida, ele vai para um capturador de vídeo conectado a um laptop por meio de uma porta USB e finalmente é exibido no reprodutor VLC.