Arduino RC Robot: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Opis

Wytrzymały, wydrukowany w 3D, zdalnie sterowany robot oparty na Arduino o zasięgu kilkuset metrów. Modułowy schemat silników do szybkiego podłączania umożliwia szybkie prototypowanie różnych projektów robotów bez użycia narzędzi. Idealny do nauki robotyki dla dzieci.

O czym to jest?

Więc dopiero zacząłeś uczyć się Arduino, a może drukowania 3D i jesteś gotowy na zbudowanie czegoś fajnego. Chcesz zbudować coś sensownego i praktycznego, ale zabawnego… Jesteś gotowy do zbudowania OmniBota. Jeśli Arduino to szwajcarski scyzoryk elektroniki, to OmniBot to szwajcarski scyzoryk robotyki! OmniBot to efekt kilkumiesięcznego projektu Akademii Bolts and Bytes Maker, którego celem było zaprojektowanie wszechstronnego i łatwego w obsłudze zestawu do zdalnie sterowanej robotyki. A teraz to wszystko open source! OmniBot jest zasilany bateryjnie, może obsługiwać do czterech kanałów silników prądu stałego, dwa serwosilniki i ma zdalnie sterowany zasięg kilkuset metrów! A wszystko to mieści się w eleganckiej obudowie wydrukowanej w 3D, działającej na, jak zgadłeś, mózgu Arduino Uno.

Dobra, ale dlaczego?

Naprawdę chcieliśmy, aby małe dzieci mogły w bardzo łatwy sposób zebrać trochę kartonu i kleju i otrzymać działającego, niestandardowego robota. Z tradycyjnymi zestawami robotów, które możesz kupić online, jesteś zmuszony radzić sobie z mnóstwem niechlujnych przewodów połączeniowych, pisania własnego kodu i – o tak… prawie nigdy nie możesz sterować nimi zdalnie. Po prostu uruchamiają ten sam kod w pętli. Z OmniBot po prostu podłączasz baterię, podłączasz silnik, przyklejasz taśmą lub przyklejasz tam, gdzie chcesz, i – bum. robot. Cały kod, który napisaliśmy, działa automagicznie z tym samym kontrolerem, którego możesz użyć do drona lub samolotu RC. Jest to idealny zestaw do szybkiego prototypowania robotów gotowych do pracy w terenie. Kiedy skończyłeś budować swoją platformę OmniBot, dopiero zacząłeś. W ciągu dziesięciu minut możesz przejść od robota rozbrajającego krytyczne bomby do robota piłkarskiego w stylu Rocket-League i to właśnie czyni OmniBot potężnym. Więc zacznijmy!

Zalecane poziomy umiejętności:

• Ten projekt zawiera trochę lekkiego lutowania, jest dość łatwy w zarządzaniu dla początkujących.
• Ogólne zrozumienie Arduino i sposobu pracy w Arduino IDE wgrywanie szkiców i dodawanie bibliotek. Kodowanie nie jest wymagane, ale zaawansowani użytkownicy mogą w razie potrzeby dostosować swój kod.
• Niektóre lekkie urządzenia współpracują ze śrubokrętem i przecinakami do drutu / ściągaczami izolacji. Nadzór dorosłych zalecany dla małych dzieci. (Ostateczny produkt nadaje się do użytku w każdym wieku!)

Kieszonkowe dzieci

Wymagane narzędzia:

• Lutownica i lut
• Klucz imbusowy/klucz lub śrubokręt sześciokątny
• Śrubokręt krzyżakowy lub płaski (w zależności od listew zaciskowych osłony silnika)
• Pistolet do klejenia na gorąco i gorące kleje w sztyfcie (nie wymagane, ale bardzo zalecane!)
• Przecinaki do drutu (zalecane są przecinaki płaskie, ponieważ mogą być używane w innych krokach)
• Narzędzia do ściągania izolacji
• Szczypce półokrągłe (niewymagane, ale znacznie ułatwiające czyszczenie wydruku 3D)
• Dostęp do drukarki 3D (jeśli jej nie masz, zapytaj lokalnego producenta, szkołę, laboratorium lub bibliotekę!)
• Komputer z oprogramowaniem Arduino IDE

Zestawienie materiałów:

Poniższe elementy i linki pochodzą z Amazon (wszystkie lub większość to produkty Amazon Prime), ale należy zauważyć, że większość, jeśli nie wszystkie z nich, można znaleźć znacznie taniej na stronach internetowych, takich jak Banggood i AliExpress, jeśli chcesz poczekać kilka tygodni na wysyłkę. Może to faktycznie obniżyć koszt projektu o połowę, jeśli dobrze wyglądasz.

1. Mikrokontroler Arduino Uno (lepiej do tego sprawdza się typ z układem do montażu powierzchniowego)
2. Osłona silnika Arduino V1
3. Turnigy Evo Transmitter (tryb 2) (ten jest dostarczany z odbiornikiem, ale większość odbiorników z komunikacją iBus powinna działać)
4. Wtyki męskie i żeńskie JST (bardzo polecam typ z silikonem, ponieważ są bardziej elastyczne)
5. Przełącznik kołyskowy 13,5 mm x 9 mm
6. Śruby z łbem wpuszczanym M3x6mm (w rzeczywistości potrzeba tylko 6 śrub)
7. Bateria Lipo 2S (można ją zastąpić baterią jednorazową z powrotem między 7 a 12 woltami)
8. Ładowarka 2S Lipo (wymagana tylko w przypadku korzystania z baterii lipo)
9. Filament PETG do drukarki 3D (można użyć PLA, ale PETG jest trwalszy i odporny na ciepło na gorący klej)
10. Silniki i koła TT
11. Serwosilniki (można również użyć większych serwosilników)

Jeśli masz wszystkie swoje narzędzia i części, podążaj za mną! Mamy roboty do zbudowania…

Krok 1: Drukowanie 3D obudowy robota

Do tego kroku będziesz potrzebować:

Drukarka 3D o minimalnej objętości roboczej 4,5"X x 4,5"Y x 1,5"Z

Dobra wiadomość jest taka, że już to dla Ciebie zaprojektowałem! Wszystkie pliki 3D STL znajdują się poniżej. Ale najpierw oto kilka uwag.

Nadruk składa się z trzech oddzielnych modeli pełnych, sekcji górnej, sekcji dolnej i pokrywy baterii. Sekcja dolna wymaga materiałów podporowych, ale tylko pod sekcją, w której zostanie zainstalowany przełącznik.

Dolną część i pokrywę baterii można wydrukować za jednym razem jako model „drukuj na miejscu”, co oznacza, że po zakończeniu można je od razu wyciągnąć z drukarki, a drzwiczki będą działać od razu bez instalacji. Niektóre drukarki o niższej jakości mogą jednak zmagać się z tolerancjami i stopić te dwie części razem, więc dołączyłem również oddzielne pliki wydruku dla każdej pokrywy baterii i dolnej części, dzięki czemu można je wydrukować osobno i złożyć później.

Krok 2: Czyszczenie wydruku 3D

Do tego kroku będziesz potrzebować:

• Para szczypiec igłowych
• Nóż hobby

Ostrożnie usuń wydruk z platformy roboczej. Jeśli wydrukowałeś to wszystko za jednym razem, tak jak ja, być może będziesz musiał usunąć sznurki między częściami. Za pomocą szczypiec wyciągnij materiał podporowy przy otworze, w którym znajdzie się przełącznik. W niektórych drukarkach pierwsza lub dwie warstwy pokrywy baterii mogą być połączone z dolną częścią, w takim przypadku można użyć noża hobbystycznego do wycięcia drzwi. Jeśli utrwalenie jest zbyt złe, może być konieczne oddzielne wydrukowanie drzwiczek i dolnej części, a następnie połączenie ich ze sobą.

Krok 3: Przygotowanie Arduino Uno

Do tego kroku będziesz potrzebować:

• Arduino Uno
• Komputer z zainstalowanym Arduino IDE (możesz zainstalować IDE stąd)
• Kabel do programowania USB

Kod OmniBot jest zależny od kilku różnych bibliotek.

1. "Servo.h" (jest wbudowany w IDE i nie trzeba go pobierać)
2. "AFMotor.h" (ta wspaniała biblioteka od Adafruit wraz z przewodnikiem po jej instalacji można znaleźć tutaj)
3. „OmniBot.h” (Wykonaj poniższe instrukcje, aby zainstalować tę bibliotekę)

Aby zainstalować bibliotekę OmniBot, zlokalizuj folder Arduino Libraries (zwykle w Documents>Arduino>Libraries) i utwórz nowy folder o nazwie OmniBot. Wklej pliki OmniBot.h, OmniBot.cpp i words.txt do tego nowego folderu. Zamknij i uruchom ponownie Arduino IDE, aby zakończyć instalację. Jeśli odniosłeś sukces, powinieneś teraz zobaczyć bibliotekę OmniBot, przechodząc do Szkic> Dołącz bibliotekę w IDE.

Po zainstalowaniu bibliotek wystarczy podłączyć Arduino Uno, wybrać odpowiednią płytkę w menu Narzędzia > Płytka: > Arduino/Genuino Uno, wybrać aktywny port COM, a następnie przesłać szkic!

Krok 4: Przygotowanie odbiornika robota

Do tego kroku będziesz potrzebować:

• lutownica i lutownica
• nożyce do drutu
• narzędzia do ściągania izolacji
• Arduino Uno
• Moduł odbiornika IBus (najlepiej ten, który jest dostarczany z zalecanym nadajnikiem, ale inne odbiorniki iBus mogą działać)

1. Zacznij od zlokalizowania przewodów nagłówka, które są dostarczane z modułem odbiornika. Powinna to być nić z czterech. Żółty przewód odpowiadający PPM na naszym module nie jest potrzebny i można go wyjąć lub wyciąć z wiązki głowicy.
2. Odetnij pojedynczą końcówkę żeńską z końców przewodów i zdejmij około 1 cm izolacji.
3. Pro Tip: Skręć odsłonięty drut, aby zapobiec strzępieniu się i pocynuj końce lutem.
4. Znajdź dostępne otwory Gnd, Vcc i Rx na swoim Arduino. (jeśli używasz zalecanego Arduino, można je znaleźć blisko siebie tuż pod pinami ICSP.)
5. Przełóż ocynowane przewody przez odpowiednie otwory i przylutuj z tyłu. Biały do RX, czerwony do 5V, czarny do GND.
6. Przytnij pozostały przewód z tyłu, aby zapobiec zwarciu.
7. Podłącz żeński nagłówek quad do modułu odbiornika czerwony do VCC, czarny do GND i biały do S. BUS
8. Wsuń moduł odbiornika do Arduino. Odkryłem, że mój pasuje ciasno między kondensatorami a kryształem przy porcie USB.

Krok 5: Przygotowanie osłony sterownika silnika

Do tego kroku będziesz potrzebować:

• Para spłuczek lub nożyc.
• Mały płaski śrubokręt lub śrubokręt krzyżakowy (w zależności od listew zaciskowych, które posiada osłona silnika)
• Siedem (7) żeńskich przejściówek JST.

1. Spróbuj wcisnąć osłonę silnika na Arduino z odbiornikiem umieszczonym pomiędzy nimi.
2. Jeśli kołki osłony silnika nie wciskają się do końca w żeńskie kołki Arduino, na spodniej stronie osłony silnika mogą znajdować się długie kołki, które wbijają się w odbiornik, zapobiegając temu. Można je przyciąć za pomocą płaskich noży lub nożyc, jak pokazano na rysunku 2.
3. Po ułożeniu kanapki Arduino, Motor Shield, odbiornika (nazwijmy to „stosem”), zacznij wkręcać adaptery kabla JST do bloków zacisków, jak pokazano na zdjęciach. Wszystkie czerwone przewody kabli znajdują się na końcu większości pozycji listew zaciskowych, a czarne przewody znajdują się pośrodku. (zwróć uwagę, że zaciski M1 i M2 na ekranie powinny mieć po dwa kable JST, każdy M3 i M4 powinien mieć jeden, zacisk akumulatora powinien mieć jeden)
4. Zwróć szczególną uwagę na zacisk akumulatora na osłonie silnika. Podłączenie kabla JST do tego w niewłaściwy sposób może usmażyć stos, gdy bateria jest podłączona. Pamiętaj, że czerwony idzie do M+, czarny do GND.
5. Upewnij się, że po prawej stronie listwy zaciskowej akumulatora znajduje się żółta zworka łącząca styki „PWR”. Zapewnia to zasilanie dolnym częściom stosu.
6. Pro Tip: Gdy wszystkie kable są przykręcone, lekko pociągnij każdy przewód, aby upewnić się, że jest dobrze przymocowany i nie wypadnie.

Skoro tu byliśmy, powiem ci, do czego odnoszą się te złącza. Bloki zaciskowe M1 i M2 (każda jest zestawem dwóch oddzielnych gniazd) są przeznaczone odpowiednio dla prawego i lewego silnika napędowego robota. W środku rzędu znajduje się piąte gniazdo, które, jak sądzę, jest podłączone do uziemienia i dla naszych celów nie będzie używane. Blok zacisków M3 i M4 to „silniki pomocnicze”, które są wydzielone z przodu OmniBot dla dowolnej ogólnej funkcjonalności silnika, której potrzebujesz. Silnik pomocniczy M3 można ustawić w zakresie od 0% do 100% prędkości obrotowej w jednym kierunku i jest kontrolowany przez ruch lewego joysticka w górę iw dół. Silnik M4 może obracać się w 100% zgodnie z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, sterowany za pomocą lewego joysticka w lewo i w prawo. Ta oś joysticka ma sprężynę „powrotu do środka”, która w naturalny sposób ustawi prędkość silników na 0%.

Krok 6: Montaż stosu Arduino na dolnej części obudowy

Do tego kroku będziesz potrzebować:

• Ukończony stos z poprzednich kroków.
• Wydrukowana w 3D dolna część podwozia
• Dwie (2) śruby maszynowe M3 6mm
• Klucz imbusowy/klucz lub długi klucz imbusowy.

1. Ułóż złącza JST tak, aby przewody z listwy zaciskowej M1 sięgały po prawej stronie, przewody z listwy zaciskowej M2 sięgały po lewej stronie, a przewody z pętli listwy zaciskowej M3 i M4 pod stosem do przodu. (antena odbiorcza może być również umieszczona pod stosem)
2. Upewniając się, że logo JST jest skierowane do góry na czerwonym korpusie złącza, wciśnij głowice złącza JST w odpowiednie gniazda na wydrukowanej części dolnej. Kolejność kabli po prawej stronie nie ma znaczenia, ponieważ oba idą do listwy zaciskowej M1. To samo dotyczy złączy po lewej stronie listwy zaciskowej M2.
3. Kable M3 i M4 powinny zapętlić się bezpośrednio pod stosem i podłączyć do gniazda, z którego są z boku.
4. Używając klucza imbusowego i śrub M3, przykręć stos do występów śrub sekcji dolnej. Przydatne może być znalezienie śruby heck o mniejszej średnicy łba, ponieważ jedna ze śrub prawdopodobnie wbije się w żeński nagłówek Arduino. Nie martw się o uszkodzenie tego nagłówka, ponieważ nie używamy go do niczego.
5. Jeśli to możliwe, umieść wszystkie luźne przewody pod stosem, aby zmniejszyć bałagan.

Krok 7: Instalacja i lutowanie w wyłączniku zasilania

Do tego kroku będziesz potrzebować:

• Lutownica i trochę lutowia
• nożyce do drutu
• narzędzia do ściągania izolacji
• Przełącznik kołyskowy 13,5 mm x 9 mm

1. Wciśnij przełącznik kołyskowy do jego otworu od spodu sekcji dolnej, aż zatrzaśnie się na swoim miejscu. Upewnij się, że | symbol jest skierowany do przodu, a symbol 0 do tyłu, w kierunku wnęki baterii.
2. Rozciągnij czarny przewód JST od zacisku akumulatora do zacisku przełącznika i przetnij go, upewniając się, że jest wystarczająco dużo czarnego przewodu biegnącego od zacisku GND, aby wygodnie dotrzeć do zacisku przełącznika.
3. Zdjąć i ocynować oba końce odciętego drutu.
4. Przylutuj każdy odcięty koniec czarnego przewodu do każdego zacisku przełącznika, jak pokazano na zdjęciach. (uważaj, aby nie trzymać lutownicy na zacisku przełącznika zbyt długo, ponieważ ciepło może łatwo przenosić się w dół i zacząć topić plastikowy korpus przełącznika!)
5. Przewinąć końcówkę ze złączem kabla zacisku akumulatora nad wycięciem wnęki akumulatora w kierunku komory akumulatora.

Krok 8: Zamykanie podwozia

Do tego kroku będziesz potrzebować:

• Klucz imbusowy lub śrubokręt z łbem sześciokątnym.
• Cztery (4) wkręty z łbem stożkowym M3 6 mm

1. Ostrożnie umieść wydrukowaną sekcję górną na sekcji dolnej, upewniając się, że teraz drut jest ściśnięty między dwiema sekcjami. W razie potrzeby wróć i wsuń jeszcze trochę drutu pod stos, aby usunąć je z drogi.
2. Wkręć wszystkie cztery śruby od dołu. Pro Tip: Wkręć wszystko przez większość czasu, zanim wkręcisz którykolwiek z nich do końca. Pomaga to wyrównać nacisk na drukowane części. Dokręcaj każdą śrubę coraz mocniej, naprzemiennie w rogach, aż wszystkie śruby będą w jednej linii.

Krok 9: Budowa silników Quick Connect

Do tego kroku będziesz potrzebować:

• Cztery (4) motoreduktory TT
• Cztery (4) męskie kable połączeniowe JST
• Lutownica i trochę lutowia
• Pistolet do klejenia na gorąco i klej są zdecydowanie zalecane, ale nie konieczne

1. Przylutuj męski kabel złącza JST do silnika TT w taki sam sposób, jak pokazano na zdjęciach. Porada dla profesjonalistów: Ponieważ te silniki pracują zarówno zgodnie z ruchem wskazówek zegara, jak i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, polaryzacja przewodów nie ma znaczenia, ale należy zapewnić jednolitość wszystkich silników, aby wszystkie działały w ten sam sposób po podłączeniu. (tj. czarne przewody teraz powinny być takie same, jak lutujesz każdy silnik!)
2. Wskazówka dla profesjonalistów: Dodaj kroplę gorącego kleju na złącze lutowane tych silników, aby znacznie wydłużyć ich żywotność! Silniki te mają nieco cienkie miedziane wypustki, do których należy się przylutować, a jeśli wyginają się zbyt mocno, mogą zmęczyć się naprężeniem i oderwać się, czyniąc silnik bezużytecznym. Gorący klej zapobiega zginaniu!
3. Po podłączeniu silnika do OmniBota dwa metalowe styki powinny być skierowane do góry. Za pierwszym razem ich podłączenie może być trochę trudne, ponieważ dolna część obudowy może nieco ścisnąć żeńskie złącza JST.

Krok 10: Twój pierwszy OmniBot

Do tego kroku będziesz potrzebować:

• Niektóre szybkozłączne silniki TT z kołami
• Preferowana jest dwustronna taśma klejąca, ale można również użyć kleju na gorąco lub zwykłej taśmy.
• Twój kontroler nadajnika
• Bateria (7V do 12V będzie działać, ale najlepiej baterie Lipo 2S 7,4V na liście materiałów)

Najpierw otwórz komorę baterii za pomocą klucza imbusowego lub małego śrubokręta, podłącz baterię i zamknij ją z powrotem. Po tym naprawdę nie ma żadnych zasad dotyczących budowy innych niż: lewe silniki napędowe są podłączane po lewej stronie, prawe silniki napędowe są podłączane po prawej stronie, a brązowy/tylny przewód serwonapędów jest odwrócony OmniBot. Poza tym zrób to sam!

Możesz przelać moje zdjęcia, aby zorientować się, jak zbudowałem swoje. Polecam również użycie materiałów budowlanych, takich jak patyczki do lodów, gorący klej i karton do innych elementów nadwozia lub zwiększenie rozmiaru podwozia.

Krok 11: Kontrolowanie OmniBota

Do tego kroku będziesz potrzebować:

• Twój gotowy OmniBot
• Twój kontroler

Nie mogę wystarczająco polecić nadajnika Turnigy Evo firmy Hobby King. Jest to świetny nadajnik cyfrowy 2,4 GHz z automatycznym przeskakiwaniem częstotliwości i wieloma wspaniałymi funkcjami, w tym ekranem dotykowym! To jest to, czego używamy w Akademii Bolts and Bytes Maker i dobrze nam to służyło. Jeśli używasz go również, upewnij się, że uruchomiłeś aktualizację oprogramowania układowego, aby korzystać z najnowszego oprogramowania układowego. Link do tego można znaleźć na stronie produktu w Hobby King.

Aby uruchomić OmniBot, kliknij pole narzędzi na kontrolerze Turnigy Evo i dotknij opcji RX Bind, a następnie włącz i wyłącz (wyłącz, a następnie włącz) OmniBot za pomocą przełącznika. Kontroler powinien wydać dźwięk wskazujący, że połączył się z odbiornikiem wewnątrz OmniBota.

Teraz jedź! Cały kod powinien działać bezproblemowo.

Przekonasz się, że funkcje kontrolera Turnigy Evo kontrolują OmniBota w następujący sposób:

• Prawy drążek pionowo i poziomo > Lewe porty (2) i prawe porty (2) OmniBotów dla silników napędowych.
• Lewy drążek w poziomie > Przedni port silnika 1, prędkość silnika -100% do 100% i port Servo 1
• Lewy drążek w pionie > Przedni port silnika 2, prędkość silnika od 0% do 100% i port Servo 2
• Środkowe pokrętło > Ustaw maksymalną prędkość napędu OmniBot
• Centralny przełącznik > Zmień schemat miksowania dysków po odciągnięciu prawego drążka (jest tam dużo do rozpakowania, ponieważ miksowanie dysków to złożony temat, zapiszę wyjaśnienie, jeśli ktoś naprawdę tego chce!)
• Lewy przełącznik > GÓRA: Umożliwia sterowanie silnikami przednimi i serwomotorami, MID: Umożliwia sterowanie tylko silnikami serwo, DÓŁ: umożliwia sterowanie tylko silnikami przednimi. (jest to przydatne, jeśli potrzebujesz serwomechanizmu do poruszania się, ale nie przedniego silnika w tym samym czasie)
• Prawy przełącznik > obecnie nieużywany

W menu kontrolera znajdziesz również funkcje dla "punktów końcowych", "odwrotnych" i "przycinania", ale o każdym z nich jest wiele do powiedzenia i zostawię je dla innego przewodnika. Jeśli jesteś zainteresowany którymkolwiek z nich, wyszukiwanie w YouTube pod kątem tych terminów powinno ujawnić dziesiątki pomocnych filmów.

Twoje wszystko gotowe

Jeśli dotarłeś tak daleko, gratulacje, wiem, że to było długie.

Nie mogę się doczekać, aby zobaczyć, co społeczność zrobi z OmniBotem. Z pewnością nie mogę się doczekać odpowiedzi na każde pytanie i chciałbym usłyszeć wszelkie uwagi. Czekajcie na lżejszą wersję OmniBota w przyszłym przewodniku Instructables!