Робот Arduino RC: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Описание

Прочный, напечатанный на 3D-принтере робот на базе Arduino с дистанционным управлением и радиусом действия несколько сотен метров. Модульная схема двигателя с быстрым подключением позволяет быстро создавать прототипы различных конструкций роботов без каких-либо инструментов. Идеально подходит для обучения детей робототехнике.

О чем все это?

Итак, вы только начали изучать Arduino или, может быть, 3D-печать и готовы создать что-то классное. Вы хотите создать что-то значимое, практичное, но увлекательное… Вы готовы создать OmniBot. Если Arduino - это швейцарский армейский нож для электроники, то OmniBot - это швейцарский армейский нож для робототехники! OmniBot является результатом нескольких месяцев проекта Bolts and Bytes Maker Academy, целью которого было разработать универсальный и простой в использовании комплект для робототехники с дистанционным управлением. А теперь все с открытым исходным кодом! OmniBot питается от батареи, может управлять четырьмя каналами двигателя постоянного тока, двумя серводвигателями и имеет дистанцию дистанционного управления в несколько сотен метров! И все это помещается в изящном корпусе, напечатанном на 3D-принтере, на котором, как вы уже догадались, работает мозг Arduino Uno.

Хорошо, а почему?

Мы действительно хотели сделать так, чтобы маленьким детям было очень легко взять картон и клей и в итоге получить работающего робота. С традиционными наборами роботов, которые вы можете купить в Интернете, вам приходится иметь дело с множеством беспорядочных перемычек, писать свой собственный код и - о да … вы почти никогда не сможете управлять ими удаленно. Они просто запускают один и тот же код в цикле. С помощью OmniBot вы просто подключаете аккумулятор, включаете двигатель, склеиваете или приклеиваете в любом месте, и - стрела. робот. Весь код, который мы написали, автоматически волшебным образом работает с тем же контроллером, который вы можете использовать для дрона или самолета RC. Это идеальный комплект для быстрого прототипирования готовых к работе роботов. Когда вы закончили создание своей платформы OmniBot, вы только начали. За десять коротких минут вы можете перейти от критически важного робота по обезвреживанию бомбы до футбольного бота в стиле Ракетной лиги, и это то, что делает OmniBot мощным. Итак, приступим!

Рекомендуемые уровни навыков:

• Этот проект включает в себя легкую пайку, это довольно удобно для новичков.
• Общее понимание Arduino и того, как работать в Arduino IDE, загружая скетчи и добавляя библиотеки. Кодирования не требуется, но опытные пользователи могут при желании настроить свой код.
• Некоторое легкое оборудование работает с отверткой и кусачками / инструментами для снятия изоляции. Для маленьких детей рекомендуется наблюдение взрослых. (Конечный продукт подходит для всех возрастов!)

Запасы

Необходимые инструменты:

• Паяльник и припой
• Шестигранный ключ / ключ или отвертка с шестигранной головкой
• Крестообразная или плоская отвертка (в зависимости от клеммных колодок моторного щита)
• Пистолет для горячего клея и стержни для горячего клея (не требуется, но настоятельно рекомендуется!)
• Кусачки (рекомендуются кусачки заподлицо, так как их можно использовать на других этапах)
• Инструмент для зачистки проводов
• Игольчатые плоскогубцы (не требуются, но значительно упрощают очистку 3D-отпечатка)
• Доступ к 3D-принтеру (если у вас его нет, спросите у местного производителя, в школе, лаборатории или библиотеке!)
• Компьютер с программным обеспечением Arduino IDE

Спецификация материалов:

Следующие товары и ссылки были получены с Amazon (все или большинство из них являются товарами Amazon Prime), но следует отметить, что большинство из них, если не все, можно найти гораздо дешевле на таких сайтах, как Banggood и AliExpress, если вы готовы подождать несколько недель на доставку. Это может снизить стоимость проекта вдвое, если вы будете выглядеть достаточно хорошо.

1. Микроконтроллер Arduino Uno (для этого лучше подходит тип с микросхемой для поверхностного монтажа)
2. Моторный щит Arduino V1
3. Передатчик Turnigy Evo (режим 2) (он идет в комплекте с приемником, но должно работать большинство приемников с интерфейсом iBus)
4. Вилки и розетки JST (я настоятельно рекомендую тип с силиконом, потому что они более гибкие)
5. Кулисный переключатель 13,5 x 9 мм
6. Винты M3x6 мм с потайной головкой (на самом деле нужно всего 6 винтов)
7. Батарея 2S Lipo (ее можно заменить на неперезаряжаемую батарею от 7 до 12 вольт)
8. Зарядное устройство 2S Lipo (требуется только при использовании аккумулятора Lipo)
9. Нить для 3D-принтера PETG (можно использовать PLA, но PETG более прочный и термостойкий к горячему клею)
10. Моторы и колеса ТТ
11. Серводвигатели (также можно использовать более крупные серводвигатели)

Если у вас есть все инструменты и детали, следуйте за мной! Нам нужно построить роботов…

Шаг 1. 3D-печать корпуса вашего робота

Для этого шага вам понадобятся:

3D-принтер с минимальным объемом сборки 4,5 дюйма X x 4,5 дюйма Y x 1,5 дюйма Z

Хорошая новость в том, что я уже разработал его для вас! Все файлы 3D STL находятся внизу. Но сначала несколько примечаний.

На принте представлены три отдельные твердые модели: верхняя часть, нижняя часть и крышка батарейного отсека. Нижняя секция требует вспомогательных материалов, но только под той секцией, где будет установлен коммутатор.

Нижнюю секцию и крышку батарейного отсека можно распечатать за один раз в качестве модели «печать на месте», что означает, что вы можете снять ее сразу с принтера, когда это будет сделано, и дверца сразу же заработает без установки. Однако некоторые принтеры более низкого качества могут столкнуться с трудностями при соблюдении допусков и объединить эти две части вместе, поэтому я также включил отдельные файлы для печати для каждой дверцы батарейного отсека и нижней секции, чтобы вы могли распечатать их по отдельности и собрать их после.

Шаг 2: Очистка 3D-печати

Для этого шага вам понадобятся:

• Плоскогубцы
• Нож для хобби

Осторожно удалите отпечаток с рабочей пластины. Если вы напечатали все за один снимок, как это сделал я, возможно, вам придется стряхнуть нить между частями. Используя плоскогубцы, вытяните опорный материал за отверстие, в которое войдет переключатель. На некоторых принтерах первый или два слоя крышки батарейного отсека могут быть соединены с нижней частью, в этом случае вы можете использовать нож для хобби, чтобы вырезать дверцу. Если закрепление слишком плохое, возможно, вам придется распечатать дверцу и нижнюю часть отдельно, а затем соединить их вместе.

Шаг 3: Подготовка Arduino Uno

Для этого шага вам понадобятся:

• Arduino Uno
• Компьютер с установленной Arduino IDE (вы можете установить IDE отсюда)
• USB-кабель для программирования

Код OmniBot зависит от нескольких различных библиотек.

1. "Servo.h" (он встроен в среду IDE и не требует загрузки)
2. "AFMotor.h" (эту отличную библиотеку от Adafruit, а также руководство по ее установке можно найти здесь)
3. «OmniBot.h» (следуйте инструкциям ниже, чтобы установить эту библиотеку)

Чтобы установить библиотеку OmniBot, найдите папку с библиотеками Arduino (обычно в разделе «Документы»> «Arduino»> «Библиотеки») и создайте новую папку с именем OmniBot. Вставьте файлы OmniBot.h, OmniBot.cpp и keywords.txt в эту новую папку. Закройте и перезапустите Arduino IDE, чтобы завершить установку. Если все прошло успешно, теперь вы должны увидеть библиотеку OmniBot, перейдя в «Скетч»> «Включить библиотеку» в среде IDE.

После установки библиотек просто подключите Arduino Uno, выберите правильную плату в меню Tools> Board:> Arduino / Genuino Uno, выберите активный COM-порт, затем загрузите эскиз!

Шаг 4: Подготовка робота-приемника

Для этого шага вам понадобятся:

• паяльник и припой
• кусачки
• устройства для зачистки проводов
• Ардуино Уно
• Модуль приемника IBus (желательно тот, который поставляется с рекомендованным передатчиком, но могут работать и другие приемники iBus)

1. Начните с поиска соединительных проводов, которые идут в комплекте с модулем приемника. Должно получиться четыре пряди. Желтый провод, соответствующий PPM на нашем модуле, не нужен и может быть удален или отрезан от жгута заголовка.
2. Отрежьте отдельный охватывающий разъем с концов проводов и снимите примерно 1 см изоляции.
3. Совет от профессионала: скрутите оголенный многожильный провод, чтобы предотвратить изнашивание, и залудите концы припоем.
4. Найдите на Arduino доступные отверстия Gnd, Vcc и Rx. (при использовании рекомендованного Arduino их можно найти рядом друг с другом, чуть ниже контактов ICSP.)
5. Вставьте луженые провода в соответствующие отверстия и припаяйте их с обратной стороны. Белый - RX, красный - 5V, черный - GND.
6. Обрежьте оставшийся провод сзади, чтобы предотвратить короткое замыкание.
7. Подключите гнездовой четырехъядерный разъем к модулю приемника: красный - к VCC, черный - к GND, а белый - к S. BUS.
8. Вставьте модуль приемника в Arduino. Я обнаружил, что мой плотно вставляется между конденсаторами и кристаллом через порт USB.

Шаг 5: Подготовка кожуха привода мотора

Для этого шага вам понадобятся:

• Пара плоских ножей или ножниц.
• Небольшая отвертка с плоской головкой или крестообразным шлицем (в зависимости от клеммных колодок, установленных на щитке двигателя)
• Семь (7) гнездовых переходников для кабелей JST.

1. Попытайтесь прижать моторный щит к Arduino с зажатой между ними приемником.
2. Если штыри моторного щита не полностью входят в гнездовые штыри Arduino, на нижней стороне моторного щита могут быть длинные штыри, которые торчат в приемник, предотвращая это. Их можно обрезать ножами заподлицо или ножницами, как показано на рисунке 2.
3. Когда сэндвич с Arduino, Motor Shield и приемником готов (назовем это «стеком»), начинайте прикручивать кабельные адаптеры JST к клеммным колодкам, как показано на рисунках. Все красные провода кабелей находятся на крайних концах клеммных колодок, а черные провода - в центре. (обратите внимание, что клеммы M1 и M2 на экране должны иметь по два кабеля JST, M3 и M4 должны иметь по одному, клемма батареи должна иметь один)
4. Обратите особое внимание на клемму аккумулятора на моторном щите. Неправильное подключение кабеля JST к этому может привести к сгоранию вашего стека при подключении батареи. Помните, красный цвет идет на M +, черный - на GND.
5. Убедитесь, что справа от клеммной колодки аккумулятора есть желтая перемычка, соединяющая контакты «PWR». Это обеспечивает питание нижних частей стека.
6. Совет от профессионала: когда все кабели прикручены, слегка потяните за каждый провод, чтобы убедиться, что он надежно прикреплен и не выпадает.

Пока были здесь, позвольте мне рассказать вам, к чему относятся эти разъемы. Клеммные колодки M1 и M2 (каждая представляет собой набор из двух отдельных разъемов) предназначены для правого и левого приводных двигателей робота соответственно. В середине ряда есть пятая розетка, которая, как мне кажется, подключена к земле и для наших целей использоваться не будет. Клеммные колодки M3 и M4 будут «вспомогательными двигателями», которые выламываются на передней панели OmniBot для любых необходимых вам общих функций двигателя. Вспомогательный двигатель M3 может иметь скорость от 0% до 100%, вращаясь в одном направлении, и управляется движением левого джойстика вверх и вниз. Двигатель M4 может вращаться на 100% по часовой стрелке и против часовой стрелки, управляемый левым джойстиком влево и вправо. Эта ось джойстика имеет пружину «возврата в центр», которая естественным образом устанавливает скорость двигателя на 0%.

Шаг 6: Установка стека Arduino на нижнюю часть корпуса

Для этого шага вам понадобятся:

• Завершенный стек из предыдущих шагов.
• Нижняя часть шасси, напечатанная на 3D-принтере
• Два (2) крепежных винта M3 6 мм
• Шестигранный ключ / ключ или длинная шестигранная отвертка.

1. Расположите разъемы JST таким образом, чтобы провода от клеммной колодки M1 доходили до правой стороны, провода от клеммной колодки M2 доходили до левой стороны, а провода от петли клеммной колодки M3 и M4 под стеком - вперед. (антенна приемника также может быть зациклена под стеком)
2. Убедившись, что логотип JST обращен вверх на корпусе красного разъема, вдавите головки разъема JST в соответствующие гнезда на распечатанной нижней части. Порядок правых кабелей не имеет значения, поскольку они оба идут к клеммной колодке M1. То же самое и с левыми боковыми разъемами клеммной колодки M2.
3. Кабели M3 и M4 должны проходить прямо под стопкой и подключаться к розетке, на которой они находятся.
4. Используя гаечный ключ Аллана и винты M3, прикрутите стопку к стойкам винтов нижней секции. Было бы полезно найти винт с головкой меньшего диаметра, так как один из винтов, скорее всего, войдет в гнездовой разъем Arduino. Не беспокойтесь о повреждении этого заголовка, поскольку мы ни для чего его не используем.
5. По возможности спрячьте всю незакрепленную проводку под стек, чтобы не было беспорядка.

Шаг 7: Установка и пайка выключателя питания

Для этого шага вам понадобятся:

• Паяльник и припой
• кусачки
• устройства для зачистки проводов
• Кулисный переключатель 13,5 x 9 мм

1. Вставьте кулисный переключатель в отверстие с нижней стороны нижней части до щелчка. Убедитесь, что | символ обращен вперед, а символ 0 обращен назад к отсеку для батареи.
2. Протяните черный провод JST от клеммы аккумулятора к клемме переключателя и обрежьте его, убедившись, что от клеммы GND достаточно черного провода, чтобы легко добраться до клеммы переключателя.
3. Зачистите и залудите оба конца отрезанной проволоки.
4. Припаяйте каждый обрезанный конец черного провода к каждой клемме переключателя, как показано на рисунках. (будьте осторожны, не держите паяльник на клемме переключателя слишком долго, так как тепло может легко перейти вниз и начать плавление пластикового корпуса переключателя!)
5. Проденьте соединительный конец кабеля клеммы батареи через выемку отсека батареи вниз по направлению к дверце батареи.

Шаг 8: закрытие корпуса

Для этого шага вам понадобятся:

• Ключ Аллана или отвертка с шестигранной головкой.
• Четыре (4) винта M3 с потайной головкой 6 мм

1. Осторожно разместите распечатанную верхнюю секцию над нижней секцией, убедившись, что теперь проволока зажата между двумя секциями. При необходимости вернитесь и заправьте под стопку еще немного проволоки, чтобы убрать их с дороги.
2. Вверните все четыре винта снизу. Совет от профессионала: прикрутите все до упора, прежде чем полностью вкручивать любую из них. Это помогает выровнять давление на печатные детали. Затягивайте каждый винт все сильнее и сильнее, чередуя углы, пока все винты не встанут заподлицо.

Шаг 9: Создание двигателей с быстрым подключением

Для этого шага вам понадобятся:

• Четыре (4) мотор-редуктора TT
• Четыре (4) штекерных соединительных кабеля JST
• Паяльник и припой
• Горячий клеевой пистолет и клей настоятельно рекомендуются, но не обязательны.

1. Припаяйте штекерный соединительный кабель JST к двигателю TT таким же образом, как показано на рисунках. Совет от профессионала: поскольку эти двигатели вращаются как по часовой, так и против часовой стрелки, полярность проводов не имеет значения, но вы должны обеспечить единообразие для всех двигателей, чтобы все они работали одинаково при подключении (т.е. как бы вы ни припаивали красный и черные провода теперь должны быть такими же, как вы паяете каждый мотор!)
2. Совет от профессионала: нанесите немного горячего клея на паяные соединения этих двигателей, чтобы значительно продлить их срок службы! У этих двигателей есть несколько хлипкие медные вкладыши, к которым вы должны припаять, и если они слишком сильно изгибаются, они могут привести к усталостному напряжению и сразу же сломаться, сделав ваш двигатель бесполезным. Горячий клей предотвращает такое изгибание!
3. Когда вы подключаете мотор к OmniBot, два металлических контакта должны быть обращены вверх. Их может быть немного сложно подключить в первые несколько раз, потому что нижняя часть шасси может немного сжимать гнездовые разъемы JST.

Шаг 10: ваш первый OmniBot

Для этого шага вам понадобятся:

• Некоторые быстросъемные двигатели TT с колесами
• Желательно использовать двусторонний липкий скотч, но вы также можете использовать горячий клей или обычный скотч.
• Ваш контроллер передатчика
• Аккумулятор (подойдет от 7 В до 12 В, но лучше липо батареи 2S 7,4 В в списке материалов)

Сначала откройте аккумуляторный отсек с помощью шестигранного ключа или маленькой отвертки, вставьте аккумулятор и снова закройте его. После этого для сборки действительно нет никаких правил, кроме: левые приводные двигатели подключаются с левой стороны, правые приводные двигатели подключаются с правой стороны, а коричневый / задний провод серводвигателей обращен в сторону от ОмниБот. Кроме этого, сделайте это по-своему!

Вы можете перетекать мои фотографии, чтобы понять, как я построил свои. Я бы также рекомендовал использовать строительные материалы, такие как палочки для мороженого, горячий клей и картон, для других компонентов корпуса или увеличить размер корпуса.

Шаг 11: Управление вашим OmniBot

Для этого шага вам понадобятся:

• Ваш готовый OmniBot
• Ваш контроллер

Я не могу достаточно рекомендовать передатчик Turnigy Evo от Hobby King. Это отличный цифровой передатчик 2,4 ГГц с автоматической скачкообразной перестройкой частоты и множеством замечательных функций, включая сенсорный экран! Это то, что мы используем в Bolts and Bytes Maker Academy, и оно нам хорошо послужило. Если вы тоже его используете, убедитесь, что вы запустили обновление прошивки, чтобы использовать последнюю версию прошивки. Ссылку для этого можно найти на странице продукта на Hobby King.

Чтобы ваш OmniBot начал двигаться, нажмите на панели инструментов на контроллере Turnigy Evo и нажмите RX Bind, затем выключите и снова включите OmniBot с помощью переключателя. Контроллер должен издать звук, указывающий на то, что он подключился к приемнику внутри OmniBot.

А теперь езжай! Весь код должен работать без сбоев.

Вы обнаружите, что функции контроллера Turnigy Evo управляют OmniBot следующими способами:

• Правый джойстик по вертикали и горизонтали> левые порты (2) и правые порты (2) OmniBot для приводных двигателей.
• Левый джойстик по горизонтали> Передний порт двигателя 1, скорость двигателя от -100% до 100% и порт сервопривода 1
• Левый джойстик по вертикали> Передний порт двигателя 2, скорость двигателя от 0% до 100% и порт сервопривода 2
• Центральная ручка> Регулировка максимальной скорости привода OmniBot
• Центральный переключатель> Измените схему микширования дисков при оттягивании правого джойстика (там много чего нужно распаковать, так как микширование дисков - сложная тема, я сохраню объяснение, если кому-то это действительно нужно!)
• Левый переключатель> ВВЕРХ: позволяет управлять передними двигателями и серводвигателями, СРЕДНИЙ: разрешает управление только серводвигателями, ВНИЗ: позволяет управлять только передними двигателями. (это полезно, если вам нужен сервопривод, но не передний двигатель одновременно)
• Правый переключатель> в настоящее время не используется

В меню контроллера вы также найдете функции для «конечных точек», «реверса» и «обрезки», но по каждому из них есть что сказать, и я оставлю их для другого руководства. Если вас интересует какой-либо из них, поиск на YouTube по этим запросам должен выявить десятки полезных видео.

Все готово

Если вы зашли так далеко, поздравляю, я знаю, что это было долго.

Не могу дождаться, чтобы увидеть, что сообщество сделает с OmniBot. Я с нетерпением жду ответа на любой вопрос и хотел бы услышать любые отзывы. Следите за появлением более легкой версии OmniBot в будущем руководстве по Instructables!