Роботостроительство – делаем базовую платформу для будущего робота

/ ( ) ! , () .

«». , , , , , , , , .



– . , , . , . ó , , , - . . – . , , , . , , , … , - - , , , . « , ». - , . – .

, , RASH1. handmade, . , cyberWRT, . , , . , , , , , , , open source .



, , 300 , . , , . , , , . . , , ( ) , . , /, « » – «» - . , cyberWRT – , , , , Firefox . , , - /--__. , cyberWRT , , , WEB UART . , une communauté qui peut aider à trier les choses. Eh bien, le robot s'est avéré être plus pour la démonstration et l'étude que pour une utilisation purement pratique. Il a conduit beaucoup de plaisir et intelligemment sans deuxième étage, mais est devenu triste de façon notable lorsqu'un routeur avec un petit concentrateur USB et une caméra vidéo a été ajouté.



, RASH1 , , ( , ), , , , – , - . , : , cyberWRT, . Arduino ( ), - ( 1, 2) et sur Internet, recherchez des exemples d'utilisation de certains capteurs.

, , , , – ( ) , – , . , «» . «» , «» . , , HC-SR501 ( BISS0001) . – , «» .

Après RASH1, c'est devenu intéressant pour moi et j'ai créé le robot RASH2. Ce robot peut déjà être classé comme fait à la main. La plate-forme achetée a été prise comme base - la base supérieure et inférieure en fibre de verre, les supports, les moteurs - tout cela est un ensemble unique, acheté sur le "grand Internet chinois".



, , , . , /, - 18650. , «» . «» . – «» . «» , , , - . , , . TL-MR3020 cyberWRT.



, – , , , ( ). , , – - … , , , , , – .

, . ?

, , , (). , – , , – , . , ? , , . , . , - . , DC/DC , . , , – . « » .

Tout d'abord, j'ai divisé le processus de création d'un robot à part entière en deux parties - la création d'une sorte de plate-forme universelle et la création d'un robot basé sur cette plate-forme universelle. Cela vous permet de ne pas penser au robot dans son ensemble, en ne pensant qu'à la jonction de ces deux parties. Ensuite, nous ne parlerons que de la plateforme.

Le deuxième point important est la division de la plateforme en deux parties. La première partie a déjà été décrite - moteurs et puissance. Mais les moteurs doivent être contrôlés. Le dispositif de contrôle sera évidemment basé sur une sorte de microcontrôleur - doit-il être retiré à l'intérieur du compartiment moteur ou non? La tentation est de créer une plateforme autonome entièrement prête à l'emploi. Mais la rationalité suggère que le microcontrôleur est purement juste pour contrôler les moteurs, plus une sorte d'interface pour recevoir des commandes est une dépense inutile d'une ressource informatique. Il est donc préférable d'isoler cette pièce du compartiment motorisé.

, . , , . , - , . . . , , . . .

Ainsi, le processus de développement de l'ensemble du robot est conditionnellement «scié» en deux (trois) parties: la création de la plateforme (et sa gestion) et nous dessinons un hibou pour créer le reste du «kit carrosserie», qui transforme notre plateforme en un robot à part entière. Un point important: lorsque vous travaillez sur chaque étape, vous n'avez pas à penser aux autres en particulier - réfléchissez assez bien aux «articulations» entre ces parties.

Moteurs et puissance

.
, JGA25-370.

, 3-36 , 6-24 . , , , (0,1-10 *). , — , , , . 6, 12 24 . — ?

En lien avec le choix de la puissance du moteur, la question se pose d'organiser la puissance autonome de l'ensemble de notre plateforme. Je ne voulais pas utiliser des piles et des piles rechargeables de tailles standard AA ou AAA. Je voulais utiliser des batteries vraiment volumineuses. J'ai choisi des batteries lithium-ion de taille 18650, dont la capacité varie de 1000 mAh à 3500 mAh. J'ai déjà une expérience positive en travaillant avec eux, un bon appareil pour charger, et les batteries elles-mêmes sont activement utilisées dans la vie quotidienne, c'est-à-dire que pour moi ce n'est pas une nouveauté.

Les batteries au lithium-ion ont un nombre suffisamment important de cycles de charge / décharge, des temps de charge rapides avec un courant relativement élevé, il n'y a pas d'effet mémoire (bien que selon certains rapports, il soit, bien qu'insignifiant, il l'est), un faible niveau d'autodécharge, moins de poids par rapport à l'acide ou à l'alcalin batteries, une capacité supérieure par rapport aux batteries NiMH. Cependant, il faut se rappeler que ces batteries n'aiment pas la chaleur excessive (probabilité d'explosion) ou le refroidissement excessif (diminution de la capacité). Ils ne peuvent pas être profondément déchargés, chargés très rapidement ou déchargés très rapidement (nous ne considérerons pas les batteries à courant élevé). Si la batterie est fortement déchargée, elle échouera probablement avec la possibilité de dépressurisation lors de la tentative de charge. Si la batterie fuit,puis à des courants forts, il y a une possibilité d'inflammation du lithium, mais il ne sera pas possible d'éteindre une telle batterie avec de l'eau - le lithium réagit avec l'eau, formant des alcalis et de l'hydrogène. Pourquoi toutes ces peurs? Ce que vous devez comprendre: l’utilisation de telles batteries est une affaire sérieuse (rappelez-vousExpérience Samsung ).

- 18650 3,6-3,7 . 4,1-4,2 . – 2,6-3,2 . , . -. , , 7,2-8,4 , 10,8-12,6 , 14,4-16,8 . – - 5 . 6 , DC/DC , ( 7,2 ) 6 1,2 , DC/DC – , 2 ( low dropout , ). , DC/DC . 9 , 1,8 , . , , – , .

La deuxième façon d'organiser l'alimentation est d'utiliser des connexions parallèles des mêmes batteries et un convertisseur DC / DC boost. Ensuite, de 3,6 à 4,2 V, la tension peut être augmentée jusqu'à 5 V pour l'électronique et jusqu'à 6-9 V pour les moteurs. Il semble que la capacité d'un tel ensemble de batteries soit facile à varier en ajoutant de nouveaux éléments, mais n'oubliez pas que les batteries utilisées devraient avoir une capacité et une résistance interne similaires.

Il existe des cartes de contrôleur spéciales pour charger / décharger les batteries en série ou en parallèle. Les contrôleurs de protection protègent l'ensemble de la batterie contre une charge ou une décharge excessive (contrôle de la tension), un court-circuit et un dépassement du courant de décharge autorisé. Lors de l'utilisation de telles cartes simples, une alimentation externe avec une limitation du courant de charge est requise. Les contrôleurs de charge / décharge peuvent charger les batteries indépendamment selon la méthode cc / cv avec un courant de charge limité. Les contrôleurs avancés pour la connexion en série des batteries peuvent également fournir une charge individuelle pour chaque batterie - équilibrer les éléments de la batterie.

. . , , , - , - . , . , , ó , .

Par conséquent, les moteurs avec une tension nominale de 6 V et une plage de fonctionnement de 3-9 V. conviennent.J'ai choisi un moteur avec un régime de 281 tr / min et une consommation de 80 mA en mode ralenti. Sous charge, la vitesse chute à 238 tr / min, le courant monte à 380 mA, tandis que le moteur produit 2 watts de puissance et développe un couple de 0,5 kg * cm. Lorsque le moteur s'arrête, le couple augmente à 4 kg * cm et le courant à 900 mA. Toutes ces caractéristiques ont été tirées d'une plaque affichée sur le site Web de l'un des vendeurs de marchandises, car je n'ai pas pu trouver de «fiche technique» normale.

Châssis et assemblage de châssis

Les moteurs que j'ai commandés sont les suivants.



Si vous regardez la photo, vous pouvez voir les fentes sur les arbres dépassant des moteurs. Un ensemble d'accouplements et de roues a été trouvé pour ces moteurs.



Roues d'un diamètre de 80 mm, en caoutchouc souple, cloutées.




( - ) «» , - , , . . . — , , , , AA, , . , .




( , ), . , , - JGA25-370-9v-281rpm. 9v, 6 , , , , , , .

400 . , , .






. 3, , , , — .





.




.




Le résultat a été une plate-forme finie avec une garde au sol d'environ 23 mm.



Le poids du châssis «vide» était un peu plus d'un kilogramme. Rappelez-vous les images avec la mesure de masse de pièces individuelles? 393+ (58 + 85 + 20) * 4 = 1045 grammes. Tout dans la collection pèse 1057 grammes. 12 grammes ont ajouté 16 boulons.



Voici une plateforme plutôt sympa.

Circuit électrique

, . , , . , . . : , , . : , , , , - – .
, . ? , – . , – , , ( – , / ( ) ).

. , , , , / - , , . , ( — ). .

Le diagramme est dessiné dans OneNote. L'image est cliquable. Oui, j'ai honte - le schéma de circuit semble sans principes. Les trois dernières semaines, je ne peux pas prendre le temps de finaliser l'article, et la question s'est déjà posée - de publier quelque chose ou de le reporter pour plus tard. J'ai décidé de le publier comme ça, sinon «pour plus tard» pourrait être lourd. Je vais dessiner des circuits normaux - je remplacerai les images. D'un autre côté, cette conception ressemble au style du bricolage d'origine. Au travail ou à la maison, quand une idée se forme, une feuille de papier ordinaire et un crayon ordinaire sont pris en premier ...

, . - D1 18650. « », P- D1. P+, FU1 SW, DC/DC D3 D4. D3 , D4 – . D5, . ML1, ML2 , MB – MR1, MR2 . , , ( ), . ENA, ENB, IN1-IN4. , Vbat’ , 0…5 Vbat . Vbat = 13 ( , 12,6, ), Vbat’ = 3,94 ( 5 ). , 12 3,6 , ( 0,1% 3000 ). D1 . , , D2.

10 , 5 . . . . ( «»), , . , Vinon’ : Vinon’ = 0, , Vinon’ = 5 – . 10 5 . 0,5 , .

- D2 FU1 . - – – . D2? , . , – — ? , , ? , 10 12? , ( 10 ) , 11 , – 11 ( 10 ) ? , . Vinon’. Vin’. , . – . , . Vinoff’. 10 5 , . 0 .

, , ? MOSFET . , . ( ) 2-5 , , – . , . , , . , (), 5 , - ( , , IRFZ44N 8-12 , ). – , , , .

, , . DC/DC , , . . CON1, , / , , , , – . CON2, – . , 5 , «» Vbat – « » , , 6 .

.



. L298N, DC/DC XL4005, , 5070 2,54 .

, .



2,54 , , – , – , – , 2. -. PLS, – PBS, – BLS. «2.54mm connector» «dupont connector». , – , , , – , , – , - DIY (Do It Yourself – ).

Avant de commander de l'électronique et un étui, je me suis dit que l'électronique sélectionnée devrait s'intégrer dans l'espace intérieur sans aucun problème. Le moment est venu de le vérifier: nous organisons l'électronique et marquons les futurs sièges.




Nous allons maintenant commencer à préparer les tableaux.

. - «» . , , , , , . . , , , . , - – . , . . , . , , . 2, , . , . , - , , .

, - . , , . – . . , , . ? , , 5-10%, 6000-8000 , , . OPUS BT-C3100. 12 , . LG LGABC21865 2800 , 2400-2500 ( 700 ).

. 4,2 , OPUS BT-C3100, 2,8 . 3,5-3,7 . , . . , , . ? . 14,4-16,8 . 32 . 4,3-5,1 , 0-5 . – 5 , . , 6-7 , – . , , , – , , .

() , (), , BLS . , – -61 , – FluxPlus NC-D500.





, . - – , , . , «» 12-12,6 +P/-P. . , , .

12,6 (34,2 ). , 12 . 12,6 5 . , . – . 1 10 4,7 10 . 2,5 , . 12,6/2,5 = 5 12,6 – . , , – 12V3, «» 10-20% 1 .




.



PLS . – , ( ) 18-20 AWG. , , «Dupont».




.




DC/DC «». , , . FluxPlus -120 , , .



. . .

[ ]



, «» ? , . ( ), , – - .

– . 18-20 AWG, — 26-30 AWG. ? . - , , . – , , , , , – , «». , — .

DC/DC , , , , , , . . , , , .






. , ( «» , , , , , «», ), , .

Après vérification, avant assemblage, assurez-vous que la carte fonctionnera normalement lors de la connexion de tous les périphériques. Pour ce faire, connectez d'abord la batterie, l'interrupteur d'alimentation et cliquez sur l'interrupteur. Les LED des convertisseurs de tension doivent s'allumer et ne brûler rien. Bien que rien ne soit connecté, il est nécessaire d'ajuster la tension de sortie des convertisseurs. Ensuite, l'alimentation est coupée, le module relais est connecté et l'alimentation est rétablie. Ainsi, toute la périphérie est connectée par étapes et sous contrôle.

Installation et connexion de l'électronique de la plate-forme

L'électronique est prête. Vous devez maintenant l'installer. Rappelez-vous les empreintes des cartes électroniques? Avec un tournevis sans fil, les trous sont percés aux bons endroits. Ensuite, ils sont broyés avec un mini foret avec une buse de broyage. Les vis M2 sont vissées dans les trous. Les rondelles doivent être placées sous les vis et les écrous. De plus, j'ai vissé le deuxième écrou - le contre-écrou fournira une connexion filetée plus fiable et réduira la probabilité qu'il ne soit pas tordu. Nous faisons la machine.



, . , . , . . , . , , . « » , . GM25-370, . ? , , , , . , . , : , , , — .




– . , . , , , , . , , – . , , «» — «» , – . . – , .

Afin d'exclure le contact électrique des cartes électroniques avec le boîtier, j'ai découpé des plaques en plastique du blister jusqu'au bas de la plate-forme.



Installez la batterie. Le plastique est très doux et s'affaisse littéralement sous la tête de vis, même la rondelle ne sauve pas, j'ai donc dû utiliser une longue plaque métallique.




Tous nos boulons et écrous par le bas réduisent légèrement la garde au sol et sont très esthétiques.




Nous isolons le fond aux endroits d'installation des cartes électroniques. Nous avons également coupé et mis une bande de plastique sur une plaque métallique dans la batterie pour éviter même de rayer le boîtier de la batterie sur la tête de vis, au lithium - c'est grave!




Nous installons et fixons la carte de circuit électronique et le connecteur d'alimentation.








Un cauchemar, combien de fils ... Nous connectons les périphériques à la carte d'alimentation.

Electronique de commande de plateforme

Comme vous le comprenez, en principe, la tâche est terminée. La plateforme est bien reçue, tout s'est plutôt bien passé. Pour contrôler la plate-forme, vous pouvez utiliser n'importe quel microcontrôleur, FPGA, Arduino, Intel Galileo et plus encore.

J'ai choisi la carte Arduino Nano, j'ai trouvé une carte d'extension peu coûteuse et pratique pour y connecter des périphériques et un module Bluetooth. L'idée de base est de contrôler notre plateforme à partir d'un smartphone via Bluetooth. La carte d'extension, avec son abondance de contacts pour connecter des appareils externes, permettra à l'avenir de connecter en toute transparence les futurs périphériques du robot.




Maintenant, nous devons développer et fabriquer un circuit imprimé pour cette électronique. Nous allons faire un "sandwich": une carte de circuit imprimé sur laquelle le module Bluetooth est installé et une carte d'extension, dans laquelle, à son tour, une carte de circuit imprimé avec un microcontrôleur est installée.



. 18- , . , , , . 5 Vbat. bluetooth, Rx/Tx Rx/Tx Arduino Nano . , – , . , – , , .
Afin de ne pas être confus sur quoi et où se connecter, j'ai schématiquement dessiné une carte Arduino Nano et distribué les signaux pour cela.



Rx/Tx bluetooth, UART. IN1-IN4 – , ENA/ENB , – . A0-A3 Arduino Nano. A4 A5, . , I2C , , . «» 4 5 (, PCF8574T – /, I2C), . SPI, , (, ). - , , PCF8574T. , Arduino Nano – .

Notre carte fournit également une connexion d'alimentation simple: il y a des contacts d'alimentation de 5 V et la tension de la batterie (jusqu'à 12,6 V).

Arduino Nano. , Vbat. , 5 Arduino Nano, 3,3 , Arduino Nano . , 5 . , , Arduino Nano, Arduino Nano, , . , .

.





.





. .




.




. . . 12 12 , 5 – 5 . « », , , , , – . : BLS 2 . / . . BLS .

, , . . , – , . , , -, , 5 Vbat Arduino bluetooth. .

, . , Vbat. , «» . , PLS , – « », , ( 100% — , - , ). . DC/DC . , , , 5 9 . . / .





Nous connectons le câble à la carte d'alimentation.




Et à la carte du microcontrôleur.





Avant de tout assembler - encore une fois, nous vérifions l'opérabilité - nous cliquons sur le commutateur. Et assurez-vous que tout fonctionne.
Deux convertisseurs de tension fonctionnent.



Le pilote du moteur fonctionne.



L'alimentation est fournie au module relais.



Étonnamment, tout fonctionne. Tout mettre ensemble!






Nous vérifions qu'après l'assemblage complet, tout est également fonctionnel.




Ici, nous avons un si joli gars. Rideau un nouveau-né.



Vous avez 1,4 kg.

Habituellement, après avoir terminé un travail, celui qui l'a fait comprend encore mieux comment le faire. Ne vous précipitez pas immédiatement pour tout refaire, en vous rappelant avec le temps que le meilleur est l'ennemi du bien. Mais ne vous arrêtez pas là. Presque n'importe quel travail représente 20% de la créativité et 80% de la routine qui doit être effectuée pour obtenir un produit fini de travail. C'est la routine qui tue l'intérêt, le désir, la créativité. Par conséquent, si vous ne refaites pas immédiatement quelque chose, alors vous devriez penser: qu'est-ce qui peut être amélioré à l'avenir?

, , «». . , Arduino, , – / Arduino. «» , . – ? Bluetooth «» «» , , . UART ( ) , , … , … … …

. , «» – . – . , . , , , . , , «» . , - , . ? . bluetooth – - . , . – , .

, , , - — . . , , , . — 1 .