التحكم في روبوت أردوينو القتالي الرخيص: 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

أعاد ظهور Battlebots في الولايات المتحدة و Robot Wars في المملكة المتحدة إشعال حبي للروبوتات القتالية. لذلك وجدت مجموعة محلية من بناة الروبوتات وغاصت فيها.

نقاتل في مقياس وزن النمل البريطاني (حد وزن 150 جرامًا) وأدركت بسرعة الطريقة التقليدية لبناء روبوت يتضمن معدات RC: جهاز إرسال RC باهظ الثمن وجهاز استقبال ضخم أو باهظ الثمن و ESCs (وحدات تحكم إلكترونية في السرعة) وهي صناديق سحرية يمكنه التعامل مع طريقة أكثر حداثة مما هو ضروري لروبوت بهذا الحجم.

بعد أن استخدمت Arduino في الماضي ، كنت أرغب في محاولة القيام بالأشياء بشكل مختلف وتحديد هدف نظام Arduino الذي يمكنه تلقي إشارة قانونية قتالية والتحكم في محركي محرك بحوالي 5 دولارات أمريكية (نصف تكلفة ESC الرخيص)

للمساعدة في تحقيق هذا الهدف ، قمت بإعادة مزج سيارة RC هذه القابلة للتوجيه ، مما قلل من وزن / تكلفة جهاز الاستقبال وتوليد 4 إشارات PWM لتشغيل شريحة h-bridge الرخيصة

سيركز هذا التوجيه على نظام التحكم في Arduino لكنني سأضيف معلومات إضافية لمساعدة الأشخاص الجدد في بناء روبوتهم الأول

تنصل:

حتى على نطاق صغير ، يمكن أن يكون بناء الروبوت القتالي / القتال أمرًا خطيرًا ، لذا عليك القيام به على مسؤوليتك الخاصة

الخطوة 1: ما تحتاجه

المواد:

بالنسبة لنظام التحكم:

• 1x Arduino pro mini 5v (1.70 دولار أمريكي)
• 1x nRF24L01 Module (1.14 دولار)
• وحدة منظم 1x 3.3 فولت (0.32 دولار)
• 1x وحدة جسر h مزدوج * (0.90 دولار)

بالنسبة لبقية برنامج الوتد الأساسي:

• 2x محركات تروس صغيرة ** (نسخة رخيصة ، نسخة موثوقة)
• بطارية ليثيوم بوليمر 1x 2s
• شاحن التوازن 1x
• حقيبة شحن ليبو 1x
• 1x التبديل
• موصل بطارية 1x
• سلك متنوع (لقد استخدمت بعض أسلاك توصيل Arduino التي كنت أرددها حولها)
• مسامير صغيرة
• (اختياري) الايبوكسي
• (اختياري) الألومنيوم (من علبة مشروب غازي)
• (اختياري) مصابيح LED إضافية

لوحدة التحكم الأساسية:

• عدد 1 منفذ أردوينو برو ميني 5 فولت
• 1x nRF24L01 الوحدة النمطية
• وحدة منظم 1x 3.3 فولت
• 1x اردوينو- جويستيك

أدوات:

• مفك براغي
• لحام حديد
• كماشة
• طابعة ثلاثية الأبعاد (اختيارية ، لكنها تجعل الحياة أسهل)

* عند النظر إلى وحدات h-bridge ، ابحث عن وحدة بها جميع مدخلات الإشارة الأربعة بجوار بعضها البعض ، وهذا سيجعل من السهل إرفاقها بـ Arduino لاحقًا

** تحقق من الخطوة الأخيرة للحصول على بعض النصائح حول اختيار سرعات المحرك

الخطوة 2: طباعة الهيكل

قبل البدء في نظام التحكم ، انظر إلى تصميم الروبوت الذي سيتم بناؤه. من الأفضل دائمًا تصميم روبوت من السلاح. بالنسبة للمبتدئين ، أقترح البدء بإسفين أساسي ، فهي مصممة لتكون قوية وتدفع المعارضين بعيدًا عن الطريق مما يعني أنك أقل عرضة للتدمير في معركتك الأولى ، بالإضافة إلى أنه من الأسهل الشعور بالقيادة عندما لا تفعل ذلك. لا داعي للقلق بشأن سلاح نشط.

لقد صممت روبوتًا إسفينيًا: "خام قليلًا" تم اختباره في المعارك سواء من المدرعات أو غير المدرعة. إنه روبوت أول جيد ، سهل الطباعة ويمكن تركيبه مع 8 براغي. تحقق من ذلك على Thingiverse للحصول على تصميم علوي مختلف

إذا لم تكن تمتلك طابعة ثلاثية الأبعاد ، فجرّب مكتبة محلية أو مساحة قرصنة أو مساحة صانع

من السهل إضافة درع إضافي من الطابعة ، وصنفرة كل من الإسفين والمشروب الغازي من الألمنيوم بورق صنفرة ، وإزالة أي غبار صنفرة ، وتطبيق الإيبوكسي على كل من البلاستيك والألمنيوم ، والتماسك مع المشابك أو الأربطة المطاطية لمدة 12-24 ساعة

لا أمتلك حاليًا تصميمًا للعجلات العامة لأنني كنت أستخدم الإطارات المطاطية من مجموعة الروبوتات التعليمية عبر محاور مطبوعة ثلاثية الأبعاد. في الأسابيع المقبلة ، سأصمم محورًا يستخدم حلقات O للقبضة. بمجرد الانتهاء من العجلات ، سأقوم بتحديث هذه الصفحة وصفحة Thingiverse

الخطوة 3: تحضير جسر H

تأتي برامج تشغيل محركات h-bridge المختلفة في مجموعات مختلفة ولكن الوحدة المرتبطة في القائمة الأولية تأتي مع كتلتين طرفيتين كإخراج. هذه الكتل الطرفية ثقيلة وضخمة لذا فمن الأفضل إزالتها.

أسهل طريقة للقيام بذلك هي تسخين كلتا الوسادات في نفس الوقت بمكواة لحام وتذبذب الكتل بعناية باستخدام زوج من الزردية

قبل المضي قدمًا ، حدد ما إذا كنت تريد أن تكون قادرًا على تبديل المحركات في الإعداد الخاص بك. إذا كان الأمر كذلك ، فيمكن لحام كبلات وصلة Arduino في إخراج الوحدة ، ثم يمكن لحام الكبل المقابل بالمحرك ، مما يجعلها قابلة للإزالة حسب الحاجة.

الخطوة 4: توصيل الوحدات

يمكن إجراء توصيل الأسلاك بالوحدات بثلاث طرق مختلفة ، وهذا هو سبب أهمية خطوة التصميم. سيؤثر اختيار السلاح على شكل الروبوت واختيار الأسلاك.

الخيارات الثلاثة هي:

1. أسلاك مفكوكة (خفيفة الوزن ولكنها أكثر هشاشة) (الصورة 1)
2. Perfboard (أثقل من 1 ولكن أقوى مع مساحة أكبر) (الصورة 2)
3. لوحة دوائر مخصصة (أثقل من 1 لكنها قوية مع مساحة صغيرة) تصميم لوحة مرفق (الصورة 3)

بغض النظر عن الاختيار ، الاتصالات الفعلية هي نفسها.

قم بإجراء التوصيلات التالية مرتين (مرة لوحدة التحكم ومرة لجهاز الاستقبال)

nRF24L01 (صورة رقم التعريف الشخصي 4 **):

• دبوس 1 -> GND
• دبوس 2 -> خرج دبوس من وحدة 3.3 فولت
• دبوس 3 -> اردوينو دبوس 9
• دبوس 4 -> دبوس Arduino 10
• دبوس 5 -> اردوينو دبوس 13
• دبوس 6 -> اردوينو دبوس 11
• دبوس 7 -> دبوس Arduino 12

وحدة 3.3 فولت:

• فين دبوس -> Vcc *
• خارج دبوس -> دبوس 2 nRF (على النحو الوارد أعلاه)
• دبوس GND -> GND

اردوينو:

• دبابيس 9-13 -> الاتصال بـ nRF على النحو الوارد أعلاه
• خام -> Vcc *
• GND -> GND

قم بإجراء التوصيلات التالية مرة واحدة للتمييز بين جهاز التحكم وجهاز الاستقبال

للمراقب:

جويستيك:

• + 5 فولت -> اردوينو 5 فولت
• vrx -> Arduino pin A2
• vry -> Arduino pin A3
• GND -> GND

للمتلقي:

وحدة جسر h:

• Vcc -> Vcc *
• B-IB -> دبوس Arduino 2
• B-IA -> Arduino pin 3
• A-IB -> دبوس Arduino 4
• A-IA -> Arduino pin 5
• GND -> GND

يكون ذلك أسهل عن طريق استبدال المسامير الخاصة بـ Vcc و GND بسلك ، ثم قلب اللوحة رأسًا على عقب ولحام المسامير مباشرة في Arduino ، مما يبسط عملية اللحام ويخلق تثبيتًا أكيدًا لسائق المحرك

* لكي يكون الروبوت القتالي قانونيًا ، يجب إضافة نقطة عزل (مفتاح أو رابط قابل للإزالة) بين البطارية والدائرة. هذا يعني أنه يجب توصيل موجب البطارية بمفتاح ، ثم توصيل المفتاح بـ Vcc

** صورة من https://arduino-info.wikispaces.com/Nrf24L01-2.4GHz-HowTo وهو مورد رائع لوحدة nRF24L01

الخطوة 5: إعداد وحدة التحكم

بمجرد توصيل كل شيء ، حان الوقت لبعض التعليمات البرمجية.

بدءًا من وحدة التحكم ، هناك حاجة إلى بعض قيم مقياس الجهد للتأكد من أن عصا التحكم الدقيقة المتصلة ستعمل مع كود الإرسال.

قم بتحميل رمز "joystickTestVals2". يستخدم هذا الرمز لقراءة قيم الجهد وعرضها من خلال المسلسل

مع تشغيل الكود وفتح نافذة تسلسلية ، ابدأ بالنظر إلى قيمة "UP" ، وادفع عصا التحكم إلى الموضع الأمامي بالكامل ، ومن المحتمل أن تقفز قيمة "UP" بين عدد قليل من الأرقام الكبيرة ، واختر أصغر القيم التي تراها ، اطرح 10 منه (سيضمن ذلك أن دفع العصا بالكامل سيعطي القوة الكاملة) واكتبها كـ "Up Max" للسماح لعصا التحكم بالعودة إلى الوسط. اختر الآن أكبر قيمة تراها ، وأضف إليها 20 واكتبها كـ "UpRestMax". كرر العملية عن طريق دفع العصا لأسفل وعكس الجمع / الطرح بتسجيل القيم كـ "UpMin" و "UpRestMin"

كرر العملية بأكملها مرة أخرى لليسار واليمين ، بدءًا من الضغط على العصا لليمين وتسجيل "SideMax" ثم "SideRestMax" أثناء ارتدادها للخلف والضغط على اليسار لتسجيل "SideMin" و "SideRestMin"

هذه القيم مهمة للغاية ، لا سيما جميع القيم التي تحتوي على كلمة "Rest". تُنشئ هذه القيم "المنطقة الميتة" في وسط العصا بحيث لا يتحرك الروبوت عندما تكون العصا في المنتصف ، تأكد من أنه عند توسيط العصا ، تقع القيم بين "restMin" و "restMax" لكلا المحورين

الخطوة 6: الكود

يقوم الكود المعطى بكل شيء من أجل إسفين بوت أساسي بهيكل قائم للسماح بإرسال قيمة pwm للسلاح أيضًا.

المكتبات المطلوبة:

• مكتبة nRF24L01 من هنا: GitHub
• برنامج PWM من هنا: كود جوجل

قم بإعداد وحدة التحكم الخاصة بك:

افتح كود txMix وقم بتغيير قيم حدود العصا إلى القيم التي دونتها في الخطوة الأخيرة. سيضمن ذلك أن الكود يتفاعل بشكل صحيح مع عصا التحكم الخاصة بك (الصورة 1)

تخصيص الأنبوب:

للتأكد من أنك لا تتدخل مع أي شخص آخر في هذا الحدث الخاص بك ، سوف تحتاج إلى تغيير أنبوب الراديو. هذا في الواقع معرف ، وسيعمل جهاز الاستقبال فقط على الإشارات من الأنبوب الصحيح ، لذا تأكد من تغيير الأنبوب في كلا الرمزين إلى نفس الشيء.

في الصورة تم تمييز رقمين سداسي عشرية من الأنبوب. هذان هما الرقمان اللذان يجب تغييرهما لتخصيص الأنبوب. قم بتغيير "E1" إلى أي قيمة سداسية عشرية أخرى مكونة من رقمين ودوّنها حتى تتمكن من التحقق منها بسهولة مقابل أنابيب المعارضين في حدث ما

تحميل:

• txMix إلى وحدة التحكم
• استقبال وحدة الاستقبال

جريان الكود:

txMix:

يقرأ الكود في موضع عصا التحكم كقيمة "UP" وقيمة "جانبية". يتم تقييد هذه القيم بناءً على القيمة القصوى المقدمة لضمان توفير الطاقة الكاملة عند الحد الأقصى لموضع العصا.

يتم فحص هذه القيم بعد ذلك للتأكد من أن العصا قد تحركت خارج الموضع المحايد ، إذا لم يكن بها أصفار يتم إرسالها.

ثم يتم خلط القيم بشكل فردي في متغيرين ، أحدهما لسرعة المحرك اليسرى والآخر لسرعة المحرك الصحيحة. في هذه المتغيرات ، يتم استخدام قيمة سالبة للإشارة إلى أن المحرك يتجه للخلف لأنه يبسط عملية الخلط.

يتم بعد ذلك فصل قيم السرعة اليمنى واليسرى إلى أربع قيم pwm ، واحدة لكل منها: المحرك الأيمن للأمام ، المحرك لليسار للأمام ، المحرك لليمين للخلف ، المحرك لليسار للخلف.

ثم يتم إرسال قيم pwm الأربعة إلى جهاز الاستقبال.

تسلم:

ببساطة يتلقى إشارات من وحدة التحكم ، ويتحقق من أن الإشارة لا تحتوي على قيم pwm للأمام وللخلف على محرك واحد ثم يطبق pwm.

يفشل جهاز الاستقبال أيضًا في إيقاف تشغيل الخزائن للمحركات عند عدم تلقي إشارة من وحدة التحكم

الخطوة 7: شد كل شيء معًا

موصلات اللحام بالمحركات أو لحام المحركات مباشرة بجسر h. (أفضل الموصلات حتى أتمكن ببساطة من تغيير المقابس إذا قمت بتوصيل المحركات بشكل غير صحيح)

قم بتوصيل السلك الموجب من موصل البطارية إلى الدبوس الأوسط للمفتاح وأحد المسامير الخارجية الموجودة على المحول إلى Vcc للوحدات المتصلة.

قم بلحام الرصاص السالب من موصل البطارية إلى GND للوحدات المتصلة.

(اختياري) أضف مصابيح LED إضافية بين Vcc و GND. تتطلب جميع الروبوتات القتالية ضوءًا يعمل أثناء وجود طاقة في النظام ، اعتمادًا على المكونات التي يحتوي عليها هذا النظام لمصابيح LED على Arduino ، ووحدة 3.3 فولت والجسر h طالما أن أحد هذه الأجهزة على الأقل مرئي من خارج بوت يتم استيفاء هذه القاعدة. يمكن استخدام مصابيح LED الإضافية للتأكد من استيفاء هذه القاعدة ولتخصيص المظهر

من السهل ربط الخام قليلاً ببعضه البعض ، ثم قم بتثبيت حوامل المحرك في مكانها أولاً ، ثم قم بإضافة الإلكترونيات ، ثم قم بتثبيت الغطاء في مكانه ، وسوف تساعد كمية صغيرة من الفيلكرو في تثبيت المفتاح على الغطاء

وحدة التحكم هي ملكك للتصميم والطباعة. للاختبار ، كنت أستخدم وحدة التحكم المرفقة التي تم تعديلها من وحدة تحكم James Bruton BB8 V3

الخطوة 8: كلمة عن قواعد مكافحة الروبوت

تدير الدول والدول والمجموعات المختلفة أحداثًا قتالية للروبوتات بقواعد مختلفة.

لقد قمت بإنشاء هذا النظام وكتبت هذا ليكون عامًا قدر الإمكان مع الالتزام بالقواعد الرئيسية المتعلقة بأنظمة التحكم عن بعد (وعلى الأخص يجب أن يكون النظام رقميًا بتردد 2.4 جيجا هرتز وله نقطة عزل للبطارية). لتشغيل هذا النظام و / أو تصميم أول روبوت خاص بك ، من الأفضل الاتصال بمجموعتك المحلية والحصول على نسخة من قواعدها.

القواعد التي تديرها مجموعتك المحلية مطلقة ، لا تأخذ كلامي في هذا الدليل على قواعد مجموعتك.

نظرًا لأن نظام Arduino هذا جديد على المجتمع ، فمن المرجح أن يُطلب منك اختباره قبل استخدامه في أي حدث. لقد اختبرت هذا النظام بشكل متكرر ضد معدات RC القياسية وضد نفسه دون أي مشاكل تداخل ، لذا يجب أن يجتاز أي اختبار ، ومع ذلك ، فإن المنظمين في الحدث المحلي الخاص بك لهم الكلمة الأخيرة ، واحترام قرارهم. إذا رفضوا استخدامه ، فاسأل عما إذا كان هناك روبوت قرض يمكنك القتال معه ، أو اطلب توضيحًا حول سبب رفضه وحاول إصلاح المشكلة للحدث التالي

الخطوة 9: معلومات إضافية عن المحركات

تأتي محركات التروس الصغيرة المستخدمة في فئة النمل في مجموعة كبيرة من السرعات ويتم تمييزها إما باستخدام RPM أو نسبة التروس. أدناه هو تحويل تقريبي.

تستخدم معظم الروبوتات محركات بين 75: 1 و 30: 1 (مع بعض الاستثناءات باستخدام 10: 1). يمكن أن تستفيد الروبوتات ذات الأسلحة الدوارة الكبيرة من المحركات الأبطأ بنسبة 75: 1 لأن السرعة الأبطأ تسمح بمزيد من التحكم. الأوتاد الرشيقة والرافعات والزعانف هي الأفضل بنسبة 30: 1 في يد سائق ماهر. أوصي بمحركات 50: 1 في إسفين في المعارك القليلة الأولى لمجرد التعود على النظام والقيادة

• 12V 2000 RPM (أو 6V 1000RPM) -> 30: 1
• 6 فولت 300 دورة في الدقيقة -> 50: 1

الخطوة 10: التحديثات والتحسينات

لقد مرت بضع سنوات منذ أن نشرت هذا الكتاب وتعلمت الكثير عن هذا النظام لذا حان الوقت لتحديثه هنا ، والأهم هو اختيار المكون ، المكونات الأصلية عملت بشكل جيد نسبيًا ولكنها قد تفشل أحيانًا أثناء القتال. أكبر الجناة هما H-Bridge و nrf24l01 ، نظرًا لأنني اخترت أرخص الأجزاء التي يمكنني العثور عليها. يمكن إصلاحها من خلال:

• ترقية 0.5A H-bridge إلى 1.5A H-bridge مثل هذا: 1.5A H-bridge
• ترقية الوحدة النمطية nrf24l01 إلى تصميم SMD بالكامل: افتح NRF24l01 الذكي

إلى جانب ترقيات المكونات الجديدة ، قمت بتصميم بعض ثنائي الفينيل متعدد الكلور الجديد الذي يساعد في ضغط RX وإضافة المزيد من الميزات إلى TX

لدي أيضًا بعض التغييرات في التعليمات البرمجية ، لذا ترقبوا ذلك