Universelles Raupenfahrwerk für den Roboter. Rad- oder Raupenroboter

Aufgrund zahlreicher Anfragen habe ich mich entschlossen, den Entstehungsprozess eines solchen Roboters mit einer Kamera auf einem Raupenfahrwerk und der Steuerung über Bluetooth mit einem Joystick zu beschreiben.

Ich habe immer davon geträumt, einen Roboter zu entwickeln, der von einem Computer gesteuert werden kann und seine Bewegungen aus der ersten Person beobachtet.
Ich habe den gesamten Prozess bedingt in drei Teile unterteilt:
1. Zusammenbau des Roboters
2. Programmierung des Onboard-Mikrocontrollers
3. Programmierung der PC-Steuerung

Ich glaube, dass dieses Thema für diejenigen am interessantesten sein wird, die gerne einen solchen Roboter bauen möchten, aber in bestimmten Punkten keine Kenntnisse haben. (Für diejenigen, die sich in Robotik, Elektronik und Programmierung gut auskennen, werde ich nichts Neues entdecken). Daher werde ich es Ihnen maximal detailliert und einfach erzählen.
Generell kann ein Roboter fertig gekauft werden, aber
- erstens ist es nicht so interessant - der Prozess, einen Roboter mit eigenen Händen zu bauen, ist eine große Freude
-Zweiter beim Kauf fertiger Roboter Es ist oft ziemlich schwierig, wenn nicht unmöglich, es Ihren Interessen anzupassen
-und schließlich kann es mit dem richtigen Ansatz billiger sein, einen Roboter selbst zu bauen.
Wir werden möglichst günstige, aber fertige Baugruppen verwenden, da nicht jeder daran interessiert ist, von Grund auf neu zu montieren, es ist komplizierter und läuft Gefahr, sich bei einem monatelangen Prozess zu langweilen :).
Wenn Sie nicht nur einen Roboter zum Spielen haben möchten, sondern es selbst tun, dann legen wir los!
Der Roboter trifft keine Entscheidungen allein, d. h. er ist ein PC-gesteuertes Chassis, das Befehle ausführt und ein Videosignal überträgt. Es ist jedoch nicht schwer, ihn in einen unabhängigen Roboter zu verwandeln - Sie müssen nur Sensoren und Logik hinzufügen Bordcomputer... Dafür ist die Plattform ausgelegt.
Wir brauchen:
Für Raupenfahrwerke
1. Doppelmotorgetriebe - Tamiya Doppelmotorgetriebe (TAM70097)

2. Raupen und Rollen mit Achsen - Tamiya Raupen- und Radsatz (TAM70100)

3. Plattformen und Befestigungselemente - Tamiya Universal Plate Set (2) (TAM70157)

Davon ist nur Posten 2 in Russland defizitär.
Den Rest können Sie bei Terraelectronics kaufen (70097 - 520 Rubel, 70157 - 385 Rubel)
Oder im offiziellen Tamiya Store. Wenn Sie es kaufen, dann nehmen Sie ein Raupenfahrwerk (630r) und eine Kiste (390r). Sie haben eine Box mit einem Motor in Reserve.
Tatsache ist, dass wir eine Box mit zwei Motoren benötigen, damit der Roboter nicht nur geradeaus fahren, sondern auch drehen kann und die Gleise separat steuert.
Da es in Moskau nicht möglich war, alles an einem Ort zu kaufen, und ich nicht rennen und suchen wollte, habe ich das alles bei ebay beim einzigen Verkäufer bestellt, der zu einem normalen Preis nach Russland liefert. Das Kit kostet mit Lieferung ca. 37,5 US-Dollar.
Sie finden diese Teile auch auf pololu.com. Es gibt teurere und nicht immer verfügbar.
Anstelle einer Plattform mit Löchern ist es durchaus möglich, ein Stück Sperrholz und für Befestigungselemente zu verwenden Metallbauer, das in der Kinderwelt für etwa 200-400 Rubel verkauft wird (es gibt mehrere Sets).

Generell sind die Raupen und Getriebemotoren das Wichtigste.

Bordelektronik
1. Arduino Duemillanove / Freeduino 2009 - das Gehirn unseres Roboters -


bei ebay ab 17,60 $.
Ich habe es vor langer Zeit auf freeduino.ru und für 950r genommen.
Für einen Roboter ist es auf Basis von Atmega168 (billiger als Atmega328P) völlig ausreichend, wenn Sie keine sehr ausgefallene Roboterlogik schreiben oder Arduino wie mich für andere Experimente verwenden, für die 16kB Flash-Speicher möglicherweise nicht ausreichen.
2. Leistungsmodul Motor Shield V2 oder V3 für Motorsteuerung


Bei ebay ab 10,5 $, alte Version und ohne Kämme zum Anbringen der nächsten Schildetage.
auf Freeduino.ru von 600 Rubel in Form eines Konstruktors bis 900 Rubel in zusammengebauter Form. Ich empfehle v3 - es ist flexibler.
3. Sensor Shield V4 ist ein komfortables Modul zum Anschluss von Sensoren und Servoverstärkern. Wenn Sie sich nicht von einem Kabelbündel einschüchtern lassen, ist Nafig nicht erforderlich. Ich habe es zum Experimentieren gekauft, also habe ich es der Einfachheit halber eingesteckt.

etwa 8 $ bei ebay
4. SmartBluetooth-Modul. Es wird benötigt, um mit einem PC oder Laptop zu kommunizieren.

bei ebay ab 9,9 $. Ich habe lange gebraucht und es hat mich bis zu 23 $ gekostet
5. Bluetooth-Dongle - Wenn Sie ihn von einem PC aus steuern und keine Bluetooth-Schnittstelle enthält, müssen Sie ihn kaufen.
Preis - 2,7 $
Insgesamt 40,7 US-Dollar, wenn Sie auf das Sensorschild verzichten, aber mit Bluetooth-Dongle für den PC.

Wir werden auch Strom für das Arduino und die Motoren benötigen. Sie können in diesem Fach normale AA-Batterien verwenden, indem Sie sie im Markt oder bei Bedarf bei ChipIDip kaufen.


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oder 9V Batterie "Krona".
Ich bevorzuge die kleineren und bequemeren LiPoly-Akkus:


oder 2 LiIon 18650 Zellen in Reihe geschaltet.

Dieses Kit reicht aus, um einen Roboter mit grundlegenden Funktionen zu bauen, daher würde ich vorschlagen, an dieser Stelle innezuhalten, auszuwählen, wo und was Sie bestellen, Bestellungen aufgeben oder einkaufen gehen, und während die Bestellung geliefert wird, das Video-Subsystem aufnehmen.
Bei Bestellungen hauptsächlich aus China erhalten Sie alle Komponenten in ca. 2-3 Wochen und alles kostet 80-100 $, je nach gewähltem Verkäufer oder Ihrem Wunsch zu verhandeln und zu sparen, kann es günstiger sein. Wenn Sie mehrere Produkte von einem Verkäufer kaufen, fragen Sie nach dem Kombiversand, Sie können hierdurch sparen. Sogenannt " Versand kostenfrei»(Kostenloser Versand) ist nur enthalten und ist gut, wenn Sie einen Artikel kaufen.

Wir holen das Chassis ab
Tamiya 70100 Kit kommt mit detaillierte Anleitung... Vorsichtig mit einer Zange oder einem Büromesser schneiden Gummiketten und die Rollen, die sie von den Angüssen trennen, werden zusammengebaut und mit M3x10-Schrauben an der Sperrholzplattform befestigt, oder wenn Sie ein Tamiya-Universalplatten-Set gekauft haben, dann sind sie mit kompletten Keilen wiederverwendbar, also ist es in Ordnung, wenn Sie zuerst etwas einkleben der falsche Ort.
Dann bauen wir eine Box mit Motoren mit TAM70097-Getrieben zusammen. Sie hat 2 Optionen für die Übersetzungsverhältnisse. 58:1 fährt sich sehr, sehr smart, aber die Motoren bei niedrigen Drehzahlen ziehen nicht und stöhnen klagend, und nachdem wir die Plattform beladen haben, können sie sich kaum noch werfen und drehen. Ich empfehle den Zusammenbau in der 201:1 Version, damit unser "Panzer" nicht aus den Augen läuft und sich ruhiger bewegt. Es stimmt, das Geräusch der sich wütend drehenden Zahnräder wird mehr sein. Wir setzen die Antriebsräder des Chassis auf die Sechskantachsen der Box.
Um die Funktionsfähigkeit zu überprüfen, genügt es, die Motoren durch einfaches Berühren der Verdrahtung der Motorkontakte mit Strom aus 2 Batterien zu versorgen. Jetzt müssen Sie ein paar Drähte an die Motoren anlöten. 10-15 Zentimeter reichen aus.
Dann habe ich mit Teilen des Designers die zweite Plattform zum Anbringen der Elektronik gesichert. Grundsätzlich ist es möglich, dies auf einer Etage zu tun, nur ist nicht genügend Platz vorhanden und es ist nicht sehr bequem zu arbeiten, aber es ist durchaus möglich.
Wir befestigen das Arduino / Freeduino mit M3x10 Schrauben im zweiten Stock (es stimmt in den Löchern nicht ganz überein und wird leicht schräg). Setzen Sie das MotorShield im zweiten Stock ein. Wir führen die Drähte von den Motoren durch die Löcher in der Baustelle und befestigen die Drähte an den M3- und M4-Anschlüssen - extreme Schrauben, die mittlere bleibt unbenutzt (es ist für Schrittmotoren). Die Polarität des Motoranschlusses spielt noch keine Rolle, er kann dann programmgesteuert geändert oder eingestellt werden, also keine Angst vor Verwechslungen haben.
Überlegen Sie sich erst einmal, wo Sie das Bluetooth-Modul einstecken oder mit einem Gummiband im Obergeschoss befestigen. Ich habe es nicht einmal ausgepackt - die Schaumstoffverpackung wird ihm dienen mechanischer Schutz, und gleichzeitig können Sie Kontakte nicht versehentlich schließen.

Sie erhalten so etwas wie dieses Sandwich:


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Öffnen Sie das Bild in voller Größe, um besser zu sehen, was und wie es angeschlossen ist, wenn Sie Schwierigkeiten bei der Montage und Verbindung haben. Befestigen Sie das Arduino mit einem USB-Port am Rand der Plattform, damit es später einfacher ist, das Kabel anzuschließen und zu programmieren, ohne es vom Roboter zu entfernen.
Funktioniert nur für ein paar Stunden, wenn es langsam gemacht wird.

Video-Subsystem
Um mit einem Ich-Bild zu fahren, benötigen wir eine Miniatur-Videokamera, einen Funksender (Sender) und einen Empfänger (Empfänger).
Es gibt viele Möglichkeiten. Dazu gehört auch, zum Markt zu gehen und eine chinesische Funkkamera in einem Geschäft mit Spionagegeräten oder Videoüberwachungsgeräten zu kaufen. Höchstwahrscheinlich kostet es zusammen mit dem Empfänger 2-4 Tyros.
Aber es ist viel billiger, aus China zu bestellen.
Ich empfehle 1,2 GHz, nicht 2,4 GHz, um Interferenzen mit dem Bluetooth-Modul und dem WLAN bei 2,4 GHz zu vermeiden
Hier zum Beispiel ein solches Set:


wird etwas mehr als 30 $ kosten. Je nach mitgelieferter Kamera gibt es auch günstigere.
Bei ebay können Sie genau die gleiche oder mit einer Kamera im Metallgehäuse wie auf dem Bild aus der Box kaufen.
Die Bildqualität all dieser CMOS-Kameras ist ziemlich mittelmäßig (380TVL und diese sind ziemlich seifig und mit geringem Dynamikumfang und hohem Rauschen bei schwachem Licht). Daher habe ich bei hobbyking.com eine Kamera auf einer Sony CCD Matrix mit einer Auflösung von 420TVL und einer besseren Empfindlichkeit bestellt, die auch unter einem Tisch ohne erlaubt zusätzliche Beleuchtung mal sehen was los ist.


Und auch eine Halterung dafür mit Dreh- und Neigefunktion:


Wie die Bildunterschrift sagt - Servos sind nicht im Bausatz enthalten, daher bestellen wir günstige 9 Gramm Servos. Wir brauchen 2 Stück, das dritte bleibt in Reserve, wenn wir es zerbrechen.
Meine Kamera möchte nicht mit 9V arbeiten, daher muss ich sie mit einer separaten 11,1V-Batterie versorgen.
Der verwendete Empfänger und Sender aus dem oben gezeigten preiswerten Kit. (Ich habe einen leistungsstärkeren Sender ausprobiert - bei 800 mW, aber er erwärmt sich anständig, ist sperrig mit einem Kühler und die Leistung ist so, dass er Störungen an den Servos der Kamera verursacht).
Sie können den Receiver an ein Fernsehgerät anschließen, ihn jedoch von einem Computer aus steuern, und das Fernsehen ist nicht sehr praktisch (es sei denn, Sie kaufen einen tragbaren). Daher benötigen wir ein Videoaufnahmegerät.
Der Segen ist es wert

Eine der Möglichkeiten, Roboter auf Basis von Arduino und anderen Computerplatinen zu erstellen, besteht darin, vorgefertigte Gehäuse zu verwenden und eine eigene Füllung zu entwickeln. Es gibt eine Reihe solcher Rahmen auf dem Markt, die auch eine mechanische Basis (Räder, Schienen, Scharniere usw.) enthalten. Mit einem vorgefertigten Koffer können Sie sich ganz auf die Programmierung des Roboters konzentrieren. Wir bieten kleine Übersicht solcher Skelettkörper von Robotern.

Warum werden Roboterkörper und -skelette benötigt?

Die Entwicklung eines Roboters ist ein mehrstufiger Prozess, der Design, Montage und Programmierung umfasst. Kenntnisse der Robotik grenzen an Physik, Mechanik, Algorithmisierung. Junge Robotik-Anfänger fühlen sich auf unterschiedliche Weise zu jeder der Phasen der Robotik hingezogen. Das Erstellen ist für jemanden einfacher mechanische Teile Roboter, aber die Programmierung ist schwierig. Im Gegensatz dazu programmiert jemand leicht die Logik des Roboterverhaltens, aber der Prozess der Erstellung eines mechanischen Modells ist schwierig.

Für diejenigen, denen es schwer fällt, Mechaniken zu konstruieren, und die sich mehr für den Auswahlprozess interessieren verschiedene Sensoren und Roboterlogik-Design lohnt es sich, auf die verschiedenen mechanischen Grundlagen für den Bau von Robotern zu achten. Sie werden ohne Elektronik verkauft, tatsächlich sind sie der Körper oder das Skelett des zukünftigen Roboters. Es bleibt nur noch ein "Gehirn" hinzuzufügen (zum Beispiel eine Gebühr Arduino), Nerven und Muskeln (Sensoren und Aktoren) und animieren (Programm). Manchmal enthalten diese Gehäuse sogar Motoren oder Sensoren.

Plattformen auf 4 Rädern - die Basis des Arduino

Eine Plattform auf Rädern ist bei weitem die einfachste und effektivste Basis für den Bau eines Roboters. Es gibt viele verschiedene Arten von Rohlingen auf dem Markt. Einige von ihnen sind:

Eine Plattform zum Erstellen eines Roboters auf Arduino, aus Aluminiumlegierung. Die Plattform ist mit 4 Rädern ausgestattet, von denen jedes mit einem separaten Motor verbunden ist. Motoren sind im Lieferumfang enthalten. Die Plattform kann als Basis für ein Auto oder jeden anderen Fahrroboter verwendet werden. Die Plattformgröße beträgt ca. 20 x 20 cm, Schrauben, Muttern und Drähte zum Anschluss der Motoren sind ebenfalls enthalten.

Sie können eine solche Basis für Ihren zukünftigen Roboter für etwa 75 US-Dollar auf der Website des Online-Shops DX.com kaufen.

Noch eine vierrädrige Plattform zum Bau eines Roboters basierend auf Arduino zieht mit seinen Rädern die Blicke auf sich. Sie haben einen Durchmesser von 80 mm, eine Breite von 60 mm, sie sehen elegant und zuverlässig aus. Diese Plattform hat eine 1,5 mm Acrylbasis. Der Körper hat gute Stabilität und eignet sich zum Erstellen eines sich schnell bewegenden Roboters. Aliexpress verkauft diesen Skelettroboter für 60 US-Dollar. Das komplette Set ähnelt dem vorherigen - Räder, Motoren, Drähte und Schrauben sind bereits im Set enthalten.

Zwei- und dreirädrige Fahrgestelle, um Reitroboter zu bauen

Im nächsten eine dreirädrige Plattform zum Bau eines Roboters basierend auf Arduino die Motoren sind nur mit zwei Rädern verbunden und das reduziert die Kosten. Im Online-Shop DX.com wird ein solches Chassis für 20,5 US-Dollar verkauft. Die Basis besteht aus transparentem Acryl. Enthält 2 Motoren, Schrauben, Muttern, Drähte, Akku für 4 AA-Batterien. Die Maße betragen ca. 20 x 10 cm.

Eine dreirädrige Plattform für einen Arduino-Roboter. Foto dx.com

Zweirädrige Basis für den Roboter. Foto dx.com

Raupenfahrwerk für Panzer auf Arduino

Raupenfahrwerk stabiler als auf Rädern. Außerdem reichen bei einer solchen Konstruktion nur zwei Motoren aus, um das System in Bewegung zu setzen, was bedeutet, dass der Preis niedriger ist als bei vierrädrigen Plattformen. Das gängigste Modell auf Schienen ist natürlich ein Panzer, aber eine solche Basis kann eine Plattform für einen Roboter jeder Form werden.

Raupenfahrwerk, um einen Roboterpanzer zu bauenbasierend auf Arduino. Enthält 2 Motoren, Raupengetriebe, Schrauben, Muttern. Dieses Chassis misst 18,7 cm x 11,5 cm x 4,3 cm.Dieses Raupenfahrwerk kostet 42 US-Dollar bei DX.com.

Raupenfahrwerk für den Roboter. Foto dx.com

Arduino Spider Robotergehäuse

Spinne- eine ziemlich beliebte Form von Robotern, daher werden auch solche Skelettkörper angeboten.Die Konstruktion einer Spinne ermöglicht im Gegensatz zu Robotern auf Rädern eine Bewegung in jede Richtung.

Zuerst Spinne und in unserem Test kostet es bei Aliexpress etwa 100 US-Dollar.

Spider-Roboter-Koffer. Foto: aliexpress.com

Dieser Koffer enthält keine Elektronik und Servos, sie müssen separat erworben werden. Es wird empfohlen, bei diesem Spider-Modell das MG 995 Servo zu verwenden. Es ist lustig, dass ein solches Laufwerk auf der Aliexpress-Website sowohl für 33 als auch für 5 US-Dollar gekauft werden kann (obwohl Sie in diesem Fall 10 Stück kaufen müssen). Für jede Pfote wird ein Antrieb benötigt.

Auch zu verwalten Große anzahl Servos benötigen einen Mehrkanal-Servocontroller. Die Endkosten der Spinne können ziemlich hoch sein.

Ein weiteres sechsbeiniges Skelett Spinnenroboter oder auch Roboter-Kakerlake erregte meine Aufmerksamkeit mit seinem Preis von 42,5 US-Dollar. Ein Roboter auf sechs Metallbeinen soll sich herausstellen, wenn auch nicht sehr wendig, aber stabil. Das Skelett dieser Kakerlake ist 24 cm lang, 18 cm breit und 12 cm hoch.Sie können diese schwarze Roboterschabe auf der Website des Online-Shops Aliexpress kaufen.

Körper für eine Roboterschabe. Foto: aliexpress.com

Humanoide Roboterskelette

Das Modell scheint recht interessant zu sein Roboter humanoid kostet etwa 105 Dollar. Es gibt auch keine Elektronik, aber viel Raum für Kreativität. Einen humanoiden Roboter zu bauen und einen menschlichen Gang zu programmieren sind herausfordernde und herausfordernde Aufgaben. Sie können versuchen, selbst einen humanoiden Roboter zu erstellen, indem Sie ein solches Skelett auf der Website des Aliexpress-Onlineshops kaufen. Wenn Sie der Beschreibung des Herstellers glauben, können Sie auf der Grundlage dieser Karskas sogar einen tanzenden Roboter bauen.

Eine Hülle für einen humanoiden Roboter. Foto: aliexpress.com

Fertiger Roboter, fertiges Gehäuse oder einen Arduino-Roboter von Grund auf neu bauen?

Komplette komplette Roboter basierend auf Arduino-Boardgeeignet für diejenigen, die Stromkreise nicht besonders attraktiv. Durch den Kauf eines Arbeitsrobotermodells, d.h. Tatsächlich kann man als fertiges Hightech-Spielzeug das Interesse an Selbstdesign und Robotik wecken. Die Offenheit der Arduino-Plattform ermöglicht ein und dasselbe Komponenten mach dir selbst neue spielzeuge. Der Preis solcher Roboter schwankt um die 100 US-Dollar, was im Allgemeinen relativ gering ist.

Fertige Gehäuse die wir uns in diesem Testbericht angeschaut haben, lassen auf mehr Fantasie und eine größere Vielfalt an Robotern schließen. Sie sind nicht auf Arduino-Boards beschränkt, Sie können auch andere "Gehirne" verwenden. Der Vorteil dieser Methode gegenüber dem Erstellen eines Roboters von Grund auf ist, dass Sie nicht durch die Suche nach Materialien und das Entwickeln von Strukturen abgelenkt werden können. So ein Roboter sieht ziemlich ernst aus und sieht aus wie ein Industrieroboter.

Das Interessanteste, aber auch das Schwierigste ist unserer Meinung nach völlig eigenständige Erstellung eines Roboters... Eine Karosserie aus Schrott zu entwickeln, Spielzeugautos für diese Zwecke anzupassen und andere alte Geräte kann nicht weniger spannend werden, als das Verhalten eines Roboters zu programmieren. Und das Ergebnis wird einzigartig sein.

Wenn Sie gerade erst anfangen, Arduino-Robotik zu lernen, empfehlen wir unseren Kurs

Alle Preise sind Stand vom 22.05.14.

In diesem Projekt bauen wir einen sich bewegenden Roboter (Plattform auf Schienen), der Hindernisse erkennen und vermeiden kann. Es verwendet 2 Infrarotsensoren, ein Paar aus einer emittierenden IR-LED und einem IR-Empfänger, die vorne links und vorne montiert sind rechte Seiten... Der PWM-Controller dient hier zur Steuerung der Drehzahl der Motoren.

Die IR-Sensoren sind im 90°-Winkel zueinander montiert, um die Intensität der reflektierten Signale, die vom anderen Paar am Empfänger ankommen, zu minimieren. Zum gleichen Zweck stecken Sie die IR-LEDs in kurze schwarze Kunststoffröhrchen.

Netzteil und Konverter

Schaltplan des Motortreibers

Elektromotor-Treiber an SN754410 wenn auch nicht ausreichend für Niederspannungsanwendungen. Da es Bipolartransistoren enthält, haben sie einen Spannungsabfall von jeweils mindestens 0,7 V. Dies bedeutet, dass die Motoren tatsächlich 1,4 Volt weniger aus der Batterie ziehen, was etwa 50% des Verlusts bei 3 Volt entspricht. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass sie eine umfangreiche Kühlung benötigt. Jeder der Motoren verbraucht ca. 200 mA, und die Mikroschaltung führt 2 · 1,4 V x 200 mA = 0,56 W Wärme ab - ein Kühlkörper wird benötigt, was auch nicht zur Batterieschonung beiträgt.

Einstellen der Empfindlichkeit von Infrarotsensoren