Robot De Tracción Diferencial (azionamento differenziale): 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

La robótica de enjambre se inspira en insectos que actúan colaborativamente. Es una disciplina basada en conjuntos de robots que se coordinan para realizar tareas grupales. I robot individuali deben ser capacis de sensar y attuar en un ambiente real. Entre les istituzioni che pongono plataformas per la robotica di enjambre están Georgia Tech (Stati Uniti), Università di Aalborg (Dinamarca), e EPFL (Suiza). Il robot consta di attuatori (lantas), il modulo di potenza, un congiunto di sensori (modulo di strumentazione elettronica) e un modulo di comunicazione interno.

Il robot è rilevante per un costo relativamente basso, circa $167, comparabile con altre piattaforme che possono costare più di $1000. El diseño es modular, escalable, y fue realizado por estudiantes de la Universidad del Valle de Guatemala, durante el año 2017.

Step 1: Moduli del Robot e Lista dei Materiali

El robot se divide en tres módulos:

1. Estructura y potenza elettrica
2. Instrumentación electrónica (sensores y la programación que los gobierna)
3. Comunicación inalámbrica (WiFi)

Per l'elaborazione del robot se requiere disponibilidad de las siguientes herramientas:

• impresa 3D
• cortadora laser
• fresatrice di circuiti.

En caso de que no se cuente con ellas, se pueden solicitar servicios en línea como pcbcart para PCB, o sculpteo para impresión 3D y corte láser.

Se aggiunto un archivio di Excel con i materiali necessari per fabbricare il robot. Il prezzo calcolato di $167 per il calcolo del robot include il costo di materiali per l'impresa 3D, corta e fresatrice.

Nell'elenco dei materiali di fieno che si desidera acquistare in linea (mouser, adafruit, robotshop), è possibile trovare informazioni sull'ambiente prima della fabbricazione del robot.

Fase 2: Fabbricazione dei circuiti stampati (PCB)

Il design del robot include tre PCB. Se adjuntan los archivos Gerber para su fabricación.

1. Placa de potencia y control de motoris, dos capas. Potenza di fabbricazione PCB
2. Placa de control de sensores ultrasónicos, dos capas (Gerber PCB control ultrasonicos final.zip)
3. Modulo WiFi, Teensy, IMU*, una capa (Gerber PCB modulos final.zip)

* L'IMU è opzionale. Se recomienda utilizar una de 9 grados de libertad con acelerómetro, giroscopio y magnetómetro. Se realizaron pruebas con una de 6 DOF y no se obtuvieron resultados satisfactorios.

Si no se cuenta con una fresadora de circuitos, se debe tomar en cuenta el tiempo de fabricación y de envío de un servicio en línea.

Si se desea modificar las placas antes de mandarlas a fabricar, se adjuntan los archivos para modificar las placas.

Raccomandazione:

Soldar de primero i componenti SMD i più piccoli hanno bisogno di più grandi.

Utilizza l'equipo adeguato per la realizzazione di un soldadura SMD.

Github del progetto

Passaggio 3: Impresión De Piezas 3D e Corte Laser

Para el robot son necesarias las siguientes piezas (Entre paréntesis se indica la cantidad):

Impresa 3D:

1. base ultradonico1)
2. interruttore porta e fusibile (1)
3. espaciadores larghi di placa di potenza e placa di sensori ultrasonici (2)
4. espaciadores cortos de placa de potenza (4)
5. rotella sfera (1)*

Laser di Cortadora:

1. porta batteria MDF(2)
2. base in MDF (1)
3. Tapa acrilica (1)

*El Ball caster se compone de una pieza impresa y una canica que funcionará como la tercera rueda.

Se adjuntan los archivos necesarios para l'impresa 3D de cada pieza e per la corte de cada pieza 2D. Solo deben de ser exportados a stl desde inventor 2018 o sacar los archivos.stl y.pdf de la carpeta llamadafabricar.

Se adjunta también el ensamblaje en inventor (assemblyfinalultimaversion) para poder entender mejor la estructura o por si se desea modificar.

Pieze 3D e 2D

Passaggio 4: Soldadura De Componentes En Los PCB

Primero se ha la soldadura dei componenti di superficie, del más pequeño al más grande. L'accessorio è dotato di foro passante per la saldatura dei componenti.

Se recomienda usar pasta y no flux. La limpieza del PCB usando acetona solo remueve la pasta.

È importante regolare la temperatura della stazione di saldatura SMD, per nessun componente.

Raccomandazioni aggiuntive per cada placa:

1. Placa de potencia: Utilizar cable de un calibro che soporten al menos 1.5 amperios de carga continua per el switch de nueve polos. Antes de colocar las baterías lipo probar si no hay corto circuito. Consultare tutti i componenti della scheda PCB o gli schemi di collegamento accessori per la sciabola e il colore dei vari componenti. Maggiori dettagli in: Fabbricazione del robot
2. Piastra dei sensori ultrasonici: L'intestazione dei pini è molto ampia e interconnessa con la piastra di potenza che è ben saldata nello strato inferiore, e lo strato superiore si adatta solo alla parte di plastica con la minore possibilità di inclinazione del metallo del perno. I sensori ultrasoni sono montati su semplici intestazioni, non direttamente sul PCB. Si no se tienen vías, se recomienda soldarlas con cable y estaño, removiendo después las puntas con un alicate.
3. Placa de módulos: El diseño del PCB tiene headers adicionales que son opcionales. Si consiglia di saldare solo le intestazioni per gli adolescenti, per il WiFi e le intestazioni per i pini di grandi dimensioni per l'interconnessione con il PCB dei sensori ad ultrasuoni. (La IMU se deja opzionale). Hay espacio para colocar headers que dan acceso a otros pines del Teensy, más adelante se muestra un diagrammaa de ellos.

Fase 5: Armar La Estructura

Video didattico:

video

Fase 6: Conexiones Eléctricas En La Placa De Potencia

Conexiones eléctricas de los motoris, baterías y encoders

A los encoders se les debe rerar la resistencia R4 y en su lugar colocar estaño o un trozo de alambre, para que funcione con 3.3V.

En el diagrama se muestra la distribución de cómo deben ir las conexiones. Gli encoder utilizzati rappresentano la ridondanza nella connessione GND e 3.3V. En la placa de potencia solo hay dos pines de 3.3V e dos de GND, uno per cada encoder. Lo più importante è l'ordine dei señales de los encoders en la placa de potencia. Si se desea otro orden, se debe cambiar la programación del mirocontrolador.

También es importante la conexión de motoris, ya que si se intercambian las posiciones - y +, el robot irá en sentido contrario. Esto se puede arreglar modificando la programación del microcontrolador.

Connessione dell'interruttore di 9 poli e fusibili

También se agrega un diagrammaa para conectar el switch de 9 polos a la placa de potencia, al igual que la conexión del fusible. Questo cambio è importante, ya que en una de las posiciones ON coloca en paralelo a las baterías para permitir la carga. In un'altra posizione ON, le batterie di colocan in serie e alimentano i regolatori di tensione di 5V e 3.3V, che distribuiscono energia a tutto il robot. Por eso es clave conectarlo adeguatamente.

Sulla linea che passa per il pin 9 dell'interruttore (ver diagrama) si unisce il fusibile di protezione di 1A.

Passaggio 7: Ensamblar La Parte Superior (Sensori, WiFi e Teensy)

1. Colocar los seis sensores ultrasónicos en su base.
2. Introducir los sensors, sosteniendo la base, en los headers hembra que se soldaron en la placa esagonale.
3. Trova il Teensy e il WiFi ESP8266 nella placa de módulos. Si se desea, también se debe introducir la IMU en los headers.
4. Introduci la placa de moduli e la placa de sensori ultrasónicos, quedando que los headers hembra de patas larges no se doblen.
5. Introducir la parte superior in las barras roscadas, verificando que sea la orientación Correcta. Solo de una forma los 12 headers macho de patas largas de la parte superior encajan con los 12 headers hembra de la placa de potencia.

Fase 8: Calibrazione degli encoder e verifica dei senali

Antes de iniciar las pruebas es importante calibrar los encoders.

Para ello se tienen los potenciómetros de los encoders, que ajustan la sensibilidad. Con un osciloscopio se debe osservatore dos señales cuadradas en cada encoder, desfasadas 90°. Al girar la llanta manualmente hacia adelante, una señal aparece antes que la otra. Al girar la llanta hacia atrás, la señal que antes aparece antes, ahora aparece después.

Otra forma de calibrar los encoders, aunque es menos eficiente y puede demorar más tiempo, es leyendo el contador de cada llanta desde la computadora.

Se adjunta el diagrama de pines de la placa de módulos, a la que se le soldaron headers hembra como puntos de prueba para verificar las señales con un osciloscopio.

Passaggio 9: Cargar El Firmware Del Robot

Para realizar pruebas con algoritmos de control, se recomienda cargar el firmware que se adjunta. Es uno script de arduino que envía datos a la computadora y ricebe instrucciones de ella, vía WiFi (con el módulo ESP8266).