روبوت لجميع التضاريس يعمل بالتحكم عن بعد 6WD: 10 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

كانت معظم الروبوتات التي صنعتها حتى الآن عبارة عن روبوتات ذات 4 عجلات بسعة تحميل تصل إلى عدة كيلوغرامات. قررت هذه المرة بناء روبوت أكبر يتغلب بسهولة على مختلف العقبات في طريقه وسيكون قادرًا على التحرك بحمولة لا تقل عن عشرة كيلوغرامات. افترضت أيضًا أن الروبوت يجب أن يكون قادرًا على التعامل مع التضاريس الصعبة مثل الرمال والثلج والأنقاض. لجعل ذلك ممكنًا ، قمت ببناء هيكل من 6 عجلات مزود بـ 6 محركات ذات طاقة عالية كافية وسائق محرك مناسب ومصدر طاقة. أردت أيضًا أن يتم التحكم في الروبوت الخاص بي من مسافة طويلة (200 متر على الأقل) لذلك استخدمت جهاز إرسال واستقبال 2.4 جيجا هرتز عالي الجودة.

بمجرد تلبية جميع المتطلبات المذكورة أعلاه ونجاح الاختبارات الأولى ، قررت تمديد المشروع باستخدام معالج وكاميراتين. بفضل الصورة من الكاميرا ، يمكنك التحكم في الروبوت حتى لو كان بعيدًا عن الأنظار. تسمح هذه الميزة لمشغل الروبوت بأداء مهام الفحص عن بعد في المناطق التي يصعب الوصول إليها أو التي تشكل خطورة على البشر.

من وصف هذا المشروع سوف تتعلم كيفية:

• بناء هيكل روبوت ذي 6 عجلات قادر على نقل ما لا يقل عن عشرة كيلوغرامات

  • يسمح لك بنقل الأشياء الثقيلة
  • إمكانية الاستخدام التجاري وليس مجرد روبوت كلعبة!

• التحكم عن بعد في مثل هذا الروبوت من مسافة بعيدة

  • ربط جهاز إرسال 2.4 جيجا هرتز بجهاز استقبال
  • قراءة الأوامر من جهاز استقبال 2.4 جيجا هرتز عبر Arduino
  • السيطرة على موقف الروبوت

• اضبط المعاينة من الكاميرات على جهاز الكمبيوتر أو الهاتف الذكي

  تنفيذ إرسال فيديو لاسلكي طويل المدى بسرعة 5.8 جيجاهرتز

معلمات الروبوت (الإصدار الأساسي):

• الأبعاد الخارجية (طول × عرض × ارتفاع): 405 × 340 × 120 ملم
• الوزن الإجمالي: 5 كجم
• الخلوص الأرضي: 45 ملم

نسخة موسعة (مع مناور وكاميرات):

• الأبعاد الخارجية (طول × عرض × ارتفاع): 405 × 340 × 220 ملم (روبوت جاهز للنقل)
• الوزن الإجمالي: 6.5 كجم

الخطوة 1: قائمة الأجزاء والمواد

يتكون هيكل الروبوت بالكامل من الألمنيوم والدورالومين. في هذا المشروع ، استخدمت 6 عجلات Monster Truck بقطر 125 مم مما يجعل من السهل التغلب على العقبات الصغيرة. يتم تشغيل الروبوت بواسطة 6 محركات DC ذات قدرة عالية 12 فولت (180 لفة في الدقيقة ، 27 كجم - سم) مع تروس معدنية. كسائق محرك ، يمكنك استخدام أي محرك قادر على توفير تيار مستمر لا يقل عن 10 أمبير لكل محرك على سبيل المثال: VNH2SP30 ، BTS7960B.

الأجزاء المطلوبة في هذا المشروع:

1. مخفض تروس عزم الدوران العالي محرك تيار مستمر 12 فولت 180 دورة في الدقيقة x6
2. موصل محرك تروس تيار مستمر عرافة 6 مم × 6
3. مفتاح إيقاف الطوارئ x1
4. مفتاح زر الطاقة من الفولاذ المقاوم للصدأ x2
5. 7.4V 2700mAh 10C بطارية ليبو x1
6. 11.1 فولت 5500 مللي أمبير 3S 45C بطارية ليبو x1
7. سائق المحرك على سبيل المثال: VNH2SP30 x6 أو BTS7960B x2
8. اردوينو ميجا 2560 x1
9. إطار عجلة وإطارات HSP 1:10 Monster Truck x2
10. لوحة مايكرو USB x1

مراقبة:

1. FrSky TARANIS Q X7 2.4GHz 7CH الارسال x1
2. مستقبل FrSky V8FR-II 2.4 جيجا هرتز x1.0

المواد (الهيكل):

1. ورقة دورالومين بسمك 2 مم (LxW): 345x190 مم × 2
2. دعامة زاوية من الألومنيوم على شكل حرف L بسمك 2 مم: 190x40x20 مم × 2
3. قوس زاوية من الألومنيوم على شكل حرف C بسمك 2 مم: 341 × 40 × 20 مم × 2

4. صواميل وبراغي:

   • M3 10 ملم × 10.8 ملم
   • M2 6 مم × 8

أدوات:

HILDA مثقاب كهربائي صغير

نسخة موسعة:

1. كاميرا RunCam Split x1
2. 2 محور gimbal x1
3. الذراع الروبوتية x1
4. القابض المعدني للروبوت X1
5. جهاز استشعار الليزر VL53L0X ToF x1

الخطوة 2: تجميع هيكل الروبوت

تجميع هيكل الروبوت سهل للغاية. جميع الخطوات موضحة في الصور أعلاه. ترتيب العمليات الرئيسية على النحو التالي:

1. حفر 3 ثقوب بقطر 13 مم في قطاعات الألومنيوم الجانبية (ثقوب لعمود المحرك)
2. حفر 6 ثقوب بقطر 3 مم في جوانب الألومنيوم (الثقوب التي تربط المحركات بالملف الجانبي)
3. برغي محركات التيار المستمر إلى جوانب الألومنيوم
4. برغي جوانب الألومنيوم الجانبية بمحركات DC إلى القاعدة
5. قم بربط الملف الأمامي والخلفي بالقاعدة
6. قم بتثبيت مفاتيح الطاقة الضرورية والمكونات الإلكترونية الأخرى (انظر القسم التالي)

الخطوة الثالثة: توصيل الأجزاء الإلكترونية

وحدة التحكم الرئيسية في هذا النظام الإلكتروني هي Arduino Mega 2560. لكي أكون قادرًا على التحكم في ستة محركات ، استخدمت اثنين من محركات BTS7960B (H-Bridges). ثلاثة محركات على كل جانب متصلة بسائق محرك واحد. يمكن تحميل كل محرك من المحرك بتيار يصل إلى 43 أمبير مما يعطي هامشًا كافيًا من الطاقة حتى للروبوت المتحرك الذي يتحرك على أرض وعرة. النظام الإلكتروني مزود بمصدرين للطاقة. أحدهما لتزويد المحركات والمحركات DC (بطارية LiPo 11.1 فولت ، 5500 مللي أمبير) والآخر لتزويد Arduino ووحدة البلوتوث وكاميرا fpv وأجهزة الاستشعار (بطارية LiPo 7.4V ، 2700 مللي أمبير في الساعة).

فيما يلي توصيلات الوحدات الإلكترونية:

BTS7960-> اردوينو ميجا 2560

• محرك اليمين _R_EN - 22
• محرك اليمين _ EN - 23
• محرك اليسار - R_EN - 26
• محرك اليسار _ AR - 27
• دورة في الدقيقة 1 - 2
• Lpwm1 - 3
• عدد الدورات في الدقيقة 2 - 4
• Lpwm2 - 5
• VCC - 5 فولت
• GND - GND

مستقبل FrSky V8FR-II 2.4 جيجا هرتز -> Arduino Mega 2560

• الفصل 2 - 7 // Aileron
• الفصل 3 - 8 // مصعد
• VCC - 5 فولت
• GND - GND

تظهر التوصيلات السلكية بين مستقبل 2.4 جيجا هرتز واردوينو في مخطط الأسلاك أعلاه. قم بتوصيل أسلاك الطاقة 5V و GND من Arduino إلى دبابيس جهاز الاستقبال + (VCC) و - (GND) على التوالي. بالإضافة إلى ذلك ، يجب عليك توصيل قنوات الاستقبال المستخدمة (ch2 و ch3) بدبابيس Arduino الرقمية (على سبيل المثال 7 و 8 تمامًا كما هو الحال في البرنامج). إذا كنت قد بدأت للتو في تعلم الإلكترونيات ولا تعرف كيفية توصيل مصدر الطاقة والمفاتيح ومحرك المحرك ، فسيكون مخطط الأسلاك هذا من مشروعي المماثل مفيدًا. قبل بدء التحكم في الروبوت من جهاز الإرسال 2.4 جيجا هرتز Taranis Q X7 2.4 جيجا هرتز ، يجب عليك مسبقًا ربط جهاز الإرسال بجهاز الاستقبال. تم وصف إجراء الربط بالتفصيل في الفيديو الخاص بي.

الخطوة 4: كود اردوينو ميجا

لقد أعددت نماذج برامج Arduino التالية:

• RC اختبار استقبال 2.4 جيجا هرتز
• 6WD التحكم في الروبوت

سيسمح لك البرنامج الأول "RC 2.4GHz Receiver Test" ببدء والتحقق من مستقبل 2.4 جيجا هرتز المتصل بـ Arduino ، بينما يسمح برنامج "6WD Robot Control" الثاني بالتحكم في حركة الروبوت. قبل تجميع وتحميل نموذج البرنامج ، تأكد من اختيار "Arduino Mega 2560" باعتباره النظام الأساسي المستهدف كما هو موضح أعلاه (Arduino IDE -> Tools -> Board -> Arduino Mega أو Mega 2560). يتم إرسال الأوامر من جهاز الإرسال Taranis Q X7 بسرعة 2.4 جيجا هرتز إلى جهاز الاستقبال. القناتان 2 و 3 من جهاز الاستقبال متصلان بدبابيس Arduino الرقمية 7 و 8 على التوالي. في مكتبة Arduino القياسية ، يمكننا العثور على الوظيفة "pulseIn ()" التي تُرجع طول النبضة بالميكروثانية ، وسنستخدمها لقراءة إشارة PWM (تعديل عرض النبض) من جهاز الاستقبال الذي يتناسب مع إمالة جهاز الإرسال عصا التحكم. تأخذ الدالة pulseIn () ثلاث وسيطات (رقم التعريف الشخصي والقيمة والمهلة):

• دبوس (int) - رقم الدبوس الذي تريد قراءة النبض عليه
• value (int) - نوع النبض المراد قراءته: إما مرتفع أو منخفض
• timeout (int) - عدد اختياري للميكروثانية لانتظار اكتمال النبضة

يتم بعد ذلك تعيين قيمة طول نبض القراءة إلى قيمة بين -255 و 255 تمثل سرعة الأمام / الخلف ("moveValue") أو الانعطاف يمينًا / يسارًا ("turnValue"). لذلك ، على سبيل المثال ، إذا دفعنا عصا التحكم للأمام بالكامل ، يجب أن نحصل على "moveValue" = 255 وندفع للخلف بالكامل نحصل على "moveValue" = -255. بفضل هذا النوع من التحكم ، يمكننا تنظيم سرعة حركة الروبوت في النطاق الكامل.

الخطوة الخامسة: اختبار الروبوت المتحرك

تُظهر مقاطع الفيديو هذه اختبارات الروبوت المحمول بناءً على برنامج من القسم السابق (Arduino Mega Code). يظهر الفيديو الأول اختبارات روبوت 6WD في غرفتي. هذا الروبوت قادر على حمل حمولة عدة كيلوغرامات بسهولة بالغة ، حيث ينقل على الفيديو 8 زجاجات من الماء تعادل 12 كجم. يمكن للإنسان الآلي أيضًا التغلب بسهولة على العقبات التي يواجهها في طريقه مثل الحواجز على ركن السيارة كما يمكنك رؤيته في الفيديو الثاني. في بداية هذه التعليمات ، يمكنك أيضًا معرفة مدى تأقلمها مع التضاريس الصعبة.

الخطوة 6: أمثلة على تحسينات التصميم

يمكنك تمديد هذا المشروع بمكونات إضافية مثل:

• القابض الآلي
• ذراع آلية (موصوفة في هذه التعليمات)
• gimbal مع الكاميرا

أعلاه ستجد مقطعي فيديو يعرضان التحسينات المذكورة. يُظهر الفيديو الأول كيفية التحكم في الكاميرا ذات الإمالة الشاملة وقابض الروبوت باستخدام جهاز إرسال Taranis Q X7 بتردد 2.4 جيجا هرتز وجهاز استقبال FrSky V8FR-II. يُظهر الفيديو التالي مقدمة سريعة حول كيفية الاتصال والتحكم في محور ثنائي المحور باستخدام نفس مجموعة جهاز الإرسال والاستقبال عند 2.4 جيجا هرتز.

الخطوة السابعة: ضبط ذراع الروبوت

لقد صنعت ذراع الروبوت في وقت سابق ووصفته في هذه التعليمات. ومع ذلك ، قررت تعديل المشروع الأصلي قليلاً وإضافة درجة أخرى من الحرية (wirst) وكاميرا FPV. يحتوي الروبوت حاليًا على 4 مفاصل دوارة:

• فيرست
• مرفق
• كتف
• يتمركز

يتيح الدوران في 4 محاور إمساك الأشياء بسهولة والتعامل معها في مساحة عمل الروبوت. يسمح لك القابض الدوار الذي يؤدي دور الرسغ بالتقاط الأشياء الموضوعة في زوايا مختلفة. تم تصنيعه من الأجزاء التالية:

• مضاعفات رقمية LF 20MG 20 KG x1
• مؤازرة قوس x1
• اسطوانة دورالومين بسمك 4 مم وقطرها 50 مم
• صاج دورالومين 36x44 مم وسماكة 2 مم
• البراغي والصواميل M3 x4
• كاميرا FPV - RunCam OWL Plus x1

تم وضع الكاميرا فوق القابض مباشرة لتسهيل قيام المشغل بالإمساك بالأشياء الصغيرة.

الخطوة الثامنة: فحص حالة الروبوت والاستعداد للنقل

يتم طي ذراع الروبوت وحامل الكاميرا ، مما يجعل نقل الروبوت أبسط بكثير. تم تجهيز اللوحة الخلفية للروبوت بثلاثة مصابيح LED. يُظهر اثنان منهم حالة الطاقة للإلكترونيات والمحركات وأجهزة التشغيل (تشغيل أو إيقاف تشغيل). يظهر مصباح RGB LED الثالث حالة البطارية وفشلها. لتسهيل البرمجة ، تم تجهيز الروبوت بمنفذ USB صغير. هذا الحل يجعل الاختبار أسهل بكثير دون الحاجة إلى إزالة غلاف الروبوت.

الخطوة 9: اختبار المعاينة من كاميرات Wifi و Fpv

تم تركيب كاميرتين على الروبوت. تم وضع كاميرا Wifi على حامل ألومنيوم قابل للتعديل في الجزء الخلفي من الروبوت. تم وضع كاميرا fpv صغيرة فوق مقبض الروبوت مباشرة.

الكاميرات المستخدمة في هذا الاختبار:

• RunCam OWL Plus
• كاميرا XiaoMi YI Wifi

يظهر الفيديو الأول اختبار كلتا الكاميرتين. يتم عرض المنظر من كاميرا wifi على الهاتف الذكي والمنظر من كاميرا fpv على الكمبيوتر المحمول. كما نرى في الفيديو ، فإن تأخر المعاينة صغير ولكاميرا Wifi يكون هذا التأخير أكبر قليلاً.

في الفيديو الثاني ، أوضحت لك خطوة بخطوة كيفية الحصول على معاينة من كاميرا 5.8 جيجاهرتز fpv على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. يتم إرسال الصورة من الكاميرا من جهاز الإرسال إلى مستقبل 5.8 جيجا هرتز. ثم ينتقل إلى ملتقط فيديو متصل بجهاز كمبيوتر محمول عبر منفذ USB ويتم عرضه أخيرًا على مشغل VLC.