หุ่นยนต์ 6WD All Terrain ควบคุมระยะไกล: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

หุ่นยนต์ส่วนใหญ่ที่ฉันสร้างจนถึงตอนนี้เป็นหุ่นยนต์ 4 ล้อที่รับน้ำหนักได้หลายกิโลกรัม ครั้งนี้ฉันตัดสินใจสร้างหุ่นยนต์ที่ใหญ่กว่าที่จะเอาชนะอุปสรรคต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดายและสามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยน้ำหนักอย่างน้อยหนึ่งโหล ฉันยังสันนิษฐานว่าหุ่นยนต์ควรจะสามารถรับมือกับภูมิประเทศที่ยากลำบาก เช่น ทราย หิมะ และเศษหินหรืออิฐ เพื่อให้เป็นไปได้ ฉันสร้างแชสซี 6 ล้อพร้อมมอเตอร์ 6 ตัวที่มีกำลังแรงสูงเพียงพอ และตัวขับมอเตอร์และแหล่งจ่ายไฟที่เหมาะสม ฉันยังต้องการให้หุ่นยนต์ของฉันถูกควบคุมจากระยะไกล (อย่างน้อย 200 เมตร) ดังนั้นฉันจึงใช้ตัวส่งและตัวรับ 2.4GHz คุณภาพดี

เมื่อตรงตามข้อกำหนดทั้งหมดข้างต้นและการทดสอบครั้งแรกประสบความสำเร็จ ฉันตัดสินใจขยายโครงการด้วยอุปกรณ์ควบคุมและกล้องสองตัว ด้วยภาพจากกล้อง คุณสามารถควบคุมหุ่นยนต์ได้แม้ว่าจะอยู่ในสายตา คุณสมบัตินี้ช่วยให้ผู้ควบคุมหุ่นยนต์ทำงานตรวจสอบระยะไกลในพื้นที่ที่ยากต่อการเข้าถึงหรือเป็นอันตรายต่อมนุษย์

จากคำอธิบายของโครงการนี้ คุณจะได้เรียนรู้วิธี:

• สร้างแชสซีหุ่นยนต์ 6 ล้อที่บรรทุกได้อย่างน้อยหนึ่งโหล

  • ให้คุณขนของที่หนักกว่าได้
  • เป็นไปได้สำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์และไม่ใช่แค่หุ่นยนต์เป็นของเล่น!

• ควบคุมหุ่นยนต์ดังกล่าวจากระยะไกลจากระยะไกล

  • ผูกเครื่องส่ง 2.4 GHz กับเครื่องรับ
  • อ่านคำสั่งจากเครื่องรับ 2.4 GHz ผ่าน Arduino
  • การควบคุมตำแหน่งของหุ่นยนต์

• ตั้งค่าการแสดงตัวอย่างจากกล้องบนคอมพิวเตอร์หรือสมาร์ทโฟนของคุณ

  การใช้งานการส่งสัญญาณวิดีโอระยะไกลแบบไร้สายที่ 5.8 GHz

พารามิเตอร์หุ่นยนต์ (เวอร์ชันพื้นฐาน):

• ขนาดภายนอก (LxWxH): 405x340x120 mm
• น้ำหนักรวม: 5 กก.
• ระยะห่างจากพื้น: 45 mm

เวอร์ชันเพิ่มเติม (พร้อมตัวปรับแต่งและกล้อง):

• ขนาดภายนอก (LxWxH): 405x340x220 มม. (หุ่นยนต์ที่เตรียมไว้สำหรับการขนส่ง)
• น้ำหนักรวม: 6.5 กก.

ขั้นตอนที่ 1: รายการชิ้นส่วนและวัสดุ

แชสซีของหุ่นยนต์ทำจากอะลูมิเนียมและดูราลูมินทั้งหมด ในโครงการนี้ ฉันใช้ล้อรถบรรทุกมอนสเตอร์ 6 ล้อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 125 มม. ซึ่งทำให้ง่ายต่อการเอาชนะอุปสรรคเล็กๆ หุ่นยนต์ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ DC แบบแปรง 12 V กำลังแรงสูง 6 ตัว (180 รอบต่อนาที, 27 กก.-ซม.) พร้อมเฟืองโลหะ คุณสามารถใช้ไดรเวอร์ใดก็ได้ที่สามารถจ่ายกระแสไฟต่อเนื่องได้อย่างน้อย 10A ต่อมอเตอร์ เช่น VNH2SP30, BTS7960B

ชิ้นส่วนที่จำเป็นในโครงการนี้:

1. เกียร์ทดรอบแรงบิดสูง DC Motor 12V 180RPM x6
2. 6mm Hex DC Gear Motor Connector x6
3. สวิตช์หยุดฉุกเฉิน x1
4. สวิตช์ปุ่มกดไฟฟ้าสแตนเลส x2
5. 7.4V 2700mAh 10C แบตเตอรี่ Lipo x1
6. 11.1V 5500mAh 3S 45C แบตเตอรี่ Lipo x1
7. ตัวขับมอเตอร์ เช่น VNH2SP30 x6 หรือ BTS7960B x2
8. Arduino mega 2560 x1
9. ขอบล้อและยาง HSP 1:10 Monster Truck x2
10. ไมโคร USB บอร์ด x1

ควบคุม:

1. FrSky TARANIS Q X7 2.4GHz 7CH เครื่องส่งสัญญาณ x1
2. FrSky V8FR-II 2.4GHz ตัวรับ x1

วัสดุ (แชสซี):

1. แผ่น Duralumin หนา 2 มม. (LxW): 345x190 มม. x2
2. ขายึดอะลูมิเนียมรูปตัว L หนา 2 มม.: 190x40x20 มม. x2
3. ขายึดอะลูมิเนียมรูปตัว C หนา 2 มม.: 341x40x20 มม. x2

4. น็อตและสลักเกลียว:

   • M3 10 มม. x10
   • M2 6 มม. x8

เครื่องมือ:

HILDA สว่านไฟฟ้าขนาดเล็ก

เวอร์ชันขยาย:

1. RunCam Split กล้อง x1
2. แกนกันสั่น 2 แกน x1
3. แขนกล x1
4. หุ่นยนต์กริปเปอร์โลหะ x1
5. VL53L0X เลเซอร์ ToF เซนเซอร์ x1

ขั้นตอนที่ 2: การประกอบ Robot Chassis

การประกอบโครงหุ่นยนต์นั้นค่อนข้างง่าย ขั้นตอนทั้งหมดแสดงในรูปภาพด้านบน ลำดับของการดำเนินการหลักมีดังนี้:

1. เจาะ 3 รูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 13 มม. ในโปรไฟล์อลูมิเนียมด้านข้าง (รูสำหรับเพลามอเตอร์)
2. เจาะ 6 รูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม. ในโปรไฟล์อลูมิเนียมด้านข้าง (รูที่ยึดมอเตอร์เข้ากับโปรไฟล์)
3. ขันมอเตอร์ DC เข้ากับโปรไฟล์อลูมิเนียมด้านข้าง
4. ขันสกรูโปรไฟล์อลูมิเนียมด้านข้างด้วยมอเตอร์กระแสตรงเข้ากับฐาน
5. ขันสกรูด้านหน้าและด้านหลังเข้ากับฐาน
6. ติดตั้งสวิตช์ไฟที่จำเป็นและส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ (ดูในหัวข้อถัดไป)

ขั้นตอนที่ 3: การเชื่อมต่อชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

ตัวควบคุมหลักในระบบอิเล็กทรอนิกส์นี้คือ Arduino Mega 2560 เพื่อให้สามารถควบคุมมอเตอร์ได้หกตัว ฉันใช้ไดรเวอร์มอเตอร์ BTS7960B (H-Bridges) สองตัว มอเตอร์สามตัวที่แต่ละด้านเชื่อมต่อกับตัวขับมอเตอร์หนึ่งตัว ตัวขับมอเตอร์แต่ละตัวสามารถโหลดกระแสได้ถึง 43A ซึ่งให้พลังงานที่เพียงพอแม้สำหรับหุ่นยนต์เคลื่อนที่ที่เคลื่อนที่ผ่านภูมิประเทศที่ขรุขระ ระบบอิเล็กทรอนิกส์มีแหล่งพลังงานสองแหล่ง หนึ่งสำหรับจัดหามอเตอร์ DC และเซอร์โว (แบตเตอรี่ LiPo 11.1V, 5500 mAh) และอีกชุดหนึ่งสำหรับ Arduino, โมดูลบลูทู ธ, กล้อง fpv และเซ็นเซอร์ (แบตเตอรี่ LiPo 7.4V, 2700 mAh)

การเชื่อมต่อของโมดูลอิเล็กทรอนิกส์มีดังต่อไปนี้:

BTS7960 -> Arduino Mega 2560

• MotorRight_R_EN - 22
• MotorRight_L_EN - 23
• MotorLeft_R_EN - 26
• MotorLeft_L_EN - 27
• Rpwm1 - 2
• Lpwm1 - 3
• Rpwm2 - 4
• Lpwm2 - 5
• VCC - 5V
• GND - GND

FrSky V8FR-II 2.4GHz ตัวรับ -> Arduino Mega 2560

• ch2 - 7 // Aileron
• ch3 - 8 // ลิฟต์
• VCC - 5V
• GND - GND

การเชื่อมต่อแบบมีสายระหว่างเครื่องรับ 2.4 GHz และ Arduino จะแสดงในแผนภาพการเดินสายด้านบน เชื่อมต่อสายไฟ 5V และ GND จาก Arduino เข้ากับพินของตัวรับ + (VCC) และ - (GND) ตามลำดับ นอกจากนี้ คุณต้องเชื่อมต่อช่องรับสัญญาณที่ใช้แล้ว (ch2 และ ch3) เข้ากับหมุดดิจิทัล Arduino (เช่น 7 และ 8 เช่นเดียวกับในโปรแกรม) หากคุณเพิ่งเริ่มเรียนเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และคุณไม่รู้วิธีเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ สวิตช์ และไดรเวอร์มอเตอร์ แผนภาพการเดินสายไฟจากโครงการที่คล้ายกันของฉันจะเป็นประโยชน์ ก่อนเริ่มการควบคุมของหุ่นยนต์จากเครื่องส่งสัญญาณ 2.4 GHz Taranis Q X7 2.4GHz ก่อนหน้านี้ คุณควรผูกเครื่องส่งกับเครื่องรับก่อน ขั้นตอนการผูกได้อธิบายไว้อย่างละเอียดในวิดีโอของฉัน

ขั้นตอนที่ 4: Arduino Mega Code

ฉันได้เตรียมตัวอย่างโปรแกรม Arduino ต่อไปนี้:

• RC 2.4GHz ตัวรับ ทดสอบ
• การควบคุมหุ่นยนต์ 6WD

โปรแกรมแรก "RC 2.4GHz Receiver Test" จะช่วยให้คุณเริ่มต้นและตรวจสอบตัวรับสัญญาณ 2.4 GHz ที่เชื่อมต่อกับ Arduino ได้อย่างง่ายดาย ส่วน "6WD Robot Control" ตัวที่สองช่วยให้คุณควบคุมการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ได้ ก่อนรวบรวมและอัปโหลดโปรแกรมตัวอย่าง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้เลือก "Arduino Mega 2560" เป็นแพลตฟอร์มเป้าหมายดังที่แสดงด้านบน (Arduino IDE -> Tools -> Board -> Arduino Mega หรือ Mega 2560) คำสั่งจากเครื่องส่ง Taranis Q X7 2.4 GHz จะถูกส่งไปยังเครื่องรับ ช่อง 2 และ 3 ของเครื่องรับเชื่อมต่อกับพินดิจิตอล Arduino 7 และ 8 ตามลำดับ ในไลบรารีมาตรฐาน Arduino เราจะพบฟังก์ชัน "pulseIn()" ที่คืนค่าความยาวของพัลส์เป็นไมโครวินาที เราจะใช้เพื่ออ่านสัญญาณ PWM (Pulse Width Modulation) จากเครื่องรับซึ่งเป็นสัดส่วนกับความเอียงของเครื่องส่งสัญญาณ แท่งควบคุม ฟังก์ชัน pulseIn() รับสามอาร์กิวเมนต์ (พิน ค่า และระยะหมดเวลา):

• พิน (int) - จำนวนพินที่คุณต้องการอ่านพัลส์
• ค่า (int) - ประเภทของพัลส์ที่จะอ่าน: สูงหรือต่ำ
• หมดเวลา (int) - ตัวเลือกจำนวนไมโครวินาทีเพื่อรอให้พัลส์เสร็จสิ้น

จากนั้น ค่าความยาวพัลส์ที่อ่านจะถูกจับคู่กับค่าระหว่าง -255 ถึง 255 ที่แสดงความเร็วไปข้างหน้า/ข้างหลัง ("moveValue") หรือเลี้ยวขวา/ซ้าย ("turnValue") ตัวอย่างเช่น หากเราดันคันบังคับไปข้างหน้าจนสุด เราควรได้ "moveValue" = 255 และดันกลับจนสุดเพื่อรับ "moveValue" = -255 ด้วยการควบคุมประเภทนี้ เราจึงสามารถควบคุมความเร็วของการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ได้อย่างเต็มที่

ขั้นตอนที่ 5: การทดสอบหุ่นยนต์เคลื่อนที่

วิดีโอเหล่านี้แสดงการทดสอบหุ่นยนต์เคลื่อนที่ตามโปรแกรมจากส่วนก่อนหน้า (Arduino Mega Code) วิดีโอแรกแสดงการทดสอบหุ่นยนต์ 6WD ในห้องของฉัน หุ่นยนต์ตัวนี้สามารถบรรทุกของได้หลายกิโลกรัมได้อย่างง่ายดายมาก ในวิดีโอนี้ มันขนส่งน้ำ 8 ขวด เทียบเท่ากับ 12 กก. หุ่นยนต์ยังสามารถเอาชนะสิ่งกีดขวางที่พบระหว่างทาง เช่น ขอบทางในการจอดรถ อย่างที่คุณเห็นในวิดีโอที่สอง ในตอนต้นของคำแนะนำนี้ คุณยังสามารถดูได้ว่าคำแนะนำนี้รับมือได้ดีเพียงใดในภูมิประเทศที่ยากลำบาก

ขั้นตอนที่ 6: ตัวอย่างการปรับปรุงการออกแบบ

คุณสามารถขยายโปรเจ็กต์นี้ด้วยส่วนประกอบเพิ่มเติม เช่น:

• หุ่นยนต์กริปเปอร์
• แขนกล (อธิบายไว้ในคำแนะนำนี้)
• กิมบอลกับกล้อง

ด้านบนคุณจะพบวิดีโอสองรายการที่นำเสนอการปรับปรุงดังกล่าว วิดีโอแรกแสดงวิธีควบคุมกล้องแบบแพนเอียงและมือจับหุ่นยนต์โดยใช้เครื่องส่ง Taranis Q X7 2.4GHz และตัวรับสัญญาณ FrSky V8FR-II วิดีโอถัดไปแสดงคำแนะนำโดยย่อเกี่ยวกับวิธีเชื่อมต่อและควบคุม gimbal 2 แกนโดยใช้ตัวส่งและตัวรับชุดเดียวกันที่ 2.4 GHz

ขั้นตอนที่ 7: การปรับแขนหุ่นยนต์

ฉันสร้างแขนหุ่นยนต์ก่อนหน้านี้และอธิบายไว้ในคำแนะนำนี้ อย่างไรก็ตาม ฉันตัดสินใจปรับเปลี่ยนโปรเจ็กต์ดั้งเดิมเล็กน้อย และเพิ่มระดับความอิสระ (wrst) และกล้อง FPV อีกระดับหนึ่ง ปัจจุบันหุ่นยนต์มีข้อต่อแบบหมุน 4 ข้อต่อ:

• Wirst
• ข้อศอก
• ไหล่
• ฐาน

การหมุนใน 4 แกนช่วยให้จับและจัดการวัตถุในพื้นที่ทำงานของหุ่นยนต์ได้ง่าย กริปเปอร์แบบหมุนที่ทำหน้าที่เป็นข้อมือช่วยให้คุณหยิบวัตถุที่วางอยู่ในมุมต่างๆ ได้ มันถูกสร้างขึ้นจากชิ้นส่วนต่อไปนี้:

• LF 20MG 20 KG เซอร์โวดิจิตอล x1
• วงเล็บเซอร์โว x1
• กระบอก Duralumin ที่มีความหนา 4 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มม.
• แผ่น Duralumin 36x44 มม. และความหนา 2 มม.
• น็อตและน็อต M3 x4
• กล้อง FPV - RunCam OWL Plus x1

วางกล้องไว้เหนือกริปเปอร์โดยตรงเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานคว้าวัตถุขนาดเล็กได้ง่ายขึ้น

ขั้นตอนที่ 8: การตรวจสอบสถานะของหุ่นยนต์และการเตรียมการสำหรับการขนส่ง

แขนหุ่นยนต์และขาตั้งกล้องถูกพับ ซึ่งทำให้การเคลื่อนย้ายหุ่นยนต์ง่ายขึ้นมาก แผงด้านหลังของหุ่นยนต์มีไฟ LED 3 ดวง สองรายการแสดงสถานะพลังงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มอเตอร์ และเซอร์โว (เปิดหรือปิด) ไฟ LED RGB ดวงที่สามแสดงสถานะแบตเตอรี่และความล้มเหลว เพื่อการตั้งโปรแกรมที่ง่ายขึ้น หุ่นยนต์มีพอร์ต micro USB โซลูชันนี้ทำให้การทดสอบง่ายขึ้นมากโดยไม่จำเป็นต้องถอดตัวเรือนหุ่นยนต์

ขั้นตอนที่ 9: ทดสอบตัวอย่างจากกล้อง Wifi และ Fpv

ติดตั้งกล้องสองตัวบนหุ่นยนต์ กล้อง Wifi ถูกวางบนตัวยึดอะลูมิเนียมแบบปรับได้ที่ด้านหลังของหุ่นยนต์ กล้อง fpv ขนาดเล็กวางอยู่เหนือหุ่นยนต์กริปเปอร์

กล้องที่ใช้ในการทดสอบนี้:

• RunCam OWL Plus
• กล้อง Xiaomi YI Wifi

วิดีโอแรกแสดงการทดสอบกล้องทั้งสอง มุมมองจากกล้อง wifi จะแสดงบนสมาร์ทโฟนและมุมมองจากกล้อง fpv บนแล็ปท็อป ดังที่เราเห็นในวิดีโอ ความล่าช้าในการดูตัวอย่างมีน้อย และสำหรับกล้อง Wifi ความล่าช้านี้ยิ่งใหญ่กว่าเล็กน้อย

ในวิดีโอที่สอง ฉันแสดงให้คุณเห็นทีละขั้นตอนถึงวิธีการดูตัวอย่างจากกล้อง 5.8 GHz fpv บนคอมพิวเตอร์ของคุณ ภาพจากกล้องจะถูกส่งจากเครื่องส่งไปยังเครื่องรับ 5.8 GHz จากนั้นจะไปที่ตัวจับวิดีโอที่เชื่อมต่อกับแล็ปท็อปผ่านพอร์ต usb และในที่สุดก็แสดงบนเครื่องเล่น VLC