Двигатель для 4-колёсных роботов: схема работы

Двигатель для 4-колёсных роботов: схема работы

Сегодня я начинаю публиковать статьи, посвященные созданию своего мобильного робота. На семейном совете ему решено было дать имя Роботоша, собственно поэтому, свой блог я назвал именно так. Целью его создания является изучение различных алгоритмов и элементов робототехнических систем на практике.

На текущий момент мой робот представляет из себя четырехколесную платформу с установленной на ней платой микроконтроллера и обвешенный некоторым количеством датчиков и интерфейсов для взаимодействия с пользователем. Программное обеспечение находится в самом зачаточном состоянии, поэтому я подробно буду разбирать что и почему именно так реализовано на текущий момент и постепенно двинусь дальше, добавляя функциональность и наделяя его «разумом». Это мой первый робот, поэтому, возможно, какие-то этапы его создания будут ошибочными или тупиковыми.

Идея в первом приближении выглядит следующим образом: автономный робот, обладающий следующими особенностями:

  • 4-х колесная платформа
  • Использование внутри помещения (квартиры)
  • Бесконтактные способы определения препятствий для избежания столкновений
  • Режимы управления:
    1. автономный режим «случайного блуждания» с целью построения карты помещения
    2. режим дистанционного управления
    3. режим выполнения голосовых команд с распознаванием голоса
  • Контроль заряда батареи и самостоятельная подзарядка
  • Вывод информации на символьный LCD-дисплей
  • Звуковая сигнализация

Шасси робота

В качестве шасси я решил использовать покупную четырехколесную платформу из чисто экономических соображений (как ни считал, по частям получалось дороже, а эта одна из самых дешевых, которую удалось найти). Мой выбор пал на шасси DAGU 4WD chasis kit, представляющее из себя 4-х колесную платформу с моторами. Вот так выглядит комплект поставки.

Комплект поставки DAGU 4WD chasis kit

Площадки для установки различного навесного оборудования сделаны из красного акрилового стекла с большим количеством крепежных отверстий для установки датчиков, контроллеров, сервомоторов. Акриловое стекло, надо сказать, сверлится очень даже легко, поэтому, если даже что-то не попадет в будущем в готовые отверстия, всегда можно легко сделать дополнительные. Колеса прорезиненные. Моторы коллекторные с пластиковыми редукторами.

Размеры: 175 х 109 х 3 мм

Расстояние между платами (высота идущих в комплекте стоек): 24мм

Диаметр колес: 67 мм

Ширина обода: 26 мм

Напряжение: 4.5 — 7.2 В

Обороты холостого хода: 90 ± 10 об/мин

Ток холостого хода: 190 мА (макс. 250 мА)

Крутящий момент: 0.8 кг · см

Максимальный ток: 1 А

На сборку уходит минут двадцать. В собранном виде шасси выглядит вот так:

Недорого купить можно здесь.

С двигателями, честно говоря, у меня вышла засада. Эти двигатели не предназначены для установки на них энкодеров, а для меня это важно, так как я планирую использовать энкодеры для обеспечения обратной связи для более точного позиционирования. Поэтому, скорее всего, если не удастся переделать эти, двигатели в дальнейшем буду менять на другие.

В целом, собранная платформа выглядит достаточно симпатично. Если бы не проблема с энкодерами, я был бы доволен на 100%.

Еще по этой теме

  • Разбираемся в аккумуляторах
  • Особенности применения NiMH аккумуляторов
  • Как это работает: беспилотный автомобиль Google
  • Использование смартфона проекта Tango от Google в мобильных роботах и БПЛА
  • Что такое Машинное обучение и Data Mining
  • Типы колес мобильных роботов
  • Новое шасси для Роботоши и колесные энкодеры DFRobot
  • Почему я использую Arduino в своем мобильном роботе
  • Начало разработки робота RASH1 компании Endurance robots
  • Как выбрать осциллограф

18 комментариев к записи “Идея и шасси моего мобильного робота”

Собираю (ну или пытаюсь собрать) в данный момент похожего робота. Похожие идеи — автономный робот способный строить карту помещения и ориентироваться по ней, автономно заряжаться ну и остальное по возможности. Для этого использую гусеничную платформу Dagu Rover 5 www.pololu.com/product/1551 (4 мотора и 4 энкодера). Пока мозги на ардуино мега 2560, но планирую использовать CubieBoard 2 (или Raspberry Pi 2) с ROS. Идей много. Ваш блог довольно интересный для меня.

Это вы очень правильно сделали, что выбрали платформу с энкодерами. Я изначально ошибся — на используемые мной двигатели нельзя поставить энкодер, а без использования одометрии сделать полноценного автономного робота нельзя. Я как раз сейчас платформу свою переделал (перешел к использованию только двух двигателей) — планирую на этой, максимум на следующей неделе про это подробно рассказать. Проблема использования четырех двигателей — это калибровка и синхронизация. Это можно, только сложно. Поэтому я решил упростить себе задачу и перейти к двухмоторному варианту. С гусеничными вариантами и четырьмя моторами таже беда — лучше использовать два мотора (по одному на каждую сторону), так НАМНОГО проще реализовать схему управления. Это в случае если нужно создать автономного самоуправляемого робота. Если используется дистанционное управление — это совсем другой разговор, мы сами корректируем все погрешности и ошибки в движении, управляя им, поэтому кинематическая схема робота не так критична.

Ну я как поиграл в реальности с этими гусеницами то понял что одометрию будет сложновато сделать даже с одним мотором на каждую гусеницу, т.к. при поворотах платформа поворачивается не ровно относительно своего центра, это зависит от трения поверхности, от неидеальной формы самой платформы и т.д. Я понимаю одометрию целесообразно делать на двух колесах и третьем ролике, так наиболее точно получится. Кстати ничего на сайте не написано про гироскопы, акселерометры, магнетометры, не занимались этой темой? Особенно меня инетересует калибровка магнетометра, и связка этих трех датчиков фильтром калмана. Кстати про свой метод калибровки магнетометра я написал статейку, правда на английском языке (так просто больше аудитория) diydrones.com/profiles/bl. tion-for-dummies.

Читайте также:
Бортовой компьютер для ВАЗ с цветным дисплеем и тачскрином – схемы, видео

С двумя моторами (колесами) и третьим неуправляемым всенаправленным колесом я и сделал новую версию своей платформы. На четырех колесах нормальный вариант только со схемой Аккермана (как в автомобилях), но там вся математика очень сильно усложняется и погрешности растут. С гироскопами, акселерометрами, магнетометрами практически пока не разбирался. Я попытаюсь на первом этапе реализовать своего робота без инерциальной навигации. У вас очень правильный подход. Чем больше различной информации с датчиков используется — тем более точную оценку можно произвести. Мне очень понравилась ваша статья. Как дело у меня дойдет до магнетометра, обязательно ваш способ калибровки попробую. Про фильтр Калмана и другие методы оценки в модели пространства состояний в двух словах, у меня есть слайды в pdf-ках «Программирование беспилотного автомобиля», «Локализация мобильного робота» и «Задача одновременной локализации и построения карты (SLAM)» (robotosha.ru/publications). Подробно я буду писать еще неоднократно про различные стороны вероятностной робототехники (в частности, про SLAM). Юрий, вы подпишитесь на новости моего блога (если еще не подписались), мне очень приятно будет видеть вас среди своих постоянных читателей и критиков.

а я выбрал вот такую платформу мегу8 сразу заменил на 328ю

Интересный какой вариант. Сервоприводы на колесах позволяют получить достаточно большую точность. Рисовать с ее помощью чего-нибудь пробовали?

Сервоприводы, датчики холла и по восемь магнитов в каждом колесе. я доволен. ))) вот один из первых вариантов практически без программной корректировки

Ну да и плата после замены м/к на ATmega328p стала «человеческая», а обвязка и была — полный фарш.

Не поможете с кодом.?

Помогу. В чем именно?

Спасибо. Вот немогу сообразить как снять показания с колесных датчиков, записать и потом воспроизвести в обратном направлении. Может ткнёте носом в какой нибудь пример.

Здесь статейка про датчик Холла и пример кода. Датчик Холла действует как ключ. При прохождении мимо него магнита, датчик дает на выходе +5В. Для считывания показаний нужно читать значения на цифровом входе микроконтроллера, к которому подключен датчик. В примере используется прерывание для отслеживания события перехода выхода датчика из состояния 0 в 1 и если это событие возникает (колесо сделало полный оборот) — выдается сообщение в Serial-порт. Вам вместо выдачи сообщения можно будет, считывать значение таймера (например, используя функцию millis в Arduino) и вычислять промежуток времени между двумя последовательными событиями (подробнее про прерывания на Arduino можно почитать здесь). То есть определять время, за которое происходит оборот колеса. И дальше записывать в массив набор таких временных промежутков t1, t2, t3, . tn. Для воспроизведения в обратном направлении нужно двигателю дать команду вращаться в течение времени tn с частотой 1/tn, затем в течение времени tn-1 с частотой 1/(tn-1), . , в течение t1 с частотой 1/t1. Аналогично и для второго двигателя — записываем временные интервалы и воспроизводим их в обратном направлении. Есть только одна проблема: мы не знаем в каком направлении вращается колесо, мы знаем только с какой скоростью оно вращается. Поэтому дополнительно нужно записывать информацию о том, в каком направлении вращался мотор в момент полного оборота — вперед или назад. Эта система имеет погрешность и точно воспроизвести записанное движение вряд ли получится, насколько хорошо или плохо — не знаю, нужно пробовать. Не очень это простая задача и датчиков Холла у меня в наличии нет, чтобы поэкспериментировать. Вы попробуйте начать, вопросы будут — задавайте, постараюсь помочь. Можете в Skype меня найти: antonoff_andrey — так проще будет и быстрее на вопросы ответить.

Спасибо, обязательно воспользуюсь Вашим предложением.

Доброе время суток, Андрей. Тема была открыта давно, но в поисках своего прочла вашу статью) Я интересуюсь навигацией 4-х колесного робота с помощью установленных энкодеров (тоже 4 штуки). Читала про принцип Аккермана, но никак не пойму, как применить этот принцип, чтобы получить на выходе навигационные параметры. Может Вы сможете подсказать, что почитать, чтобы более менее доступно написано было?

Валентина, здравствуйте! Можете еще почитать статьи Новое шасси для Роботоши и колесные энкодеры DFRobot (описана работа с энкодером) и Описание движения мобильного робота (основы теории колесных платформ). Еще вам понадобятся знания про управление с обратной связью. Могу предложить слайды своей лекции Управление с обратной связью в БПЛА. Там много картинок — это даст общее представление о теме. А, вообще, мой совет — возьмите за основу кинематическию схему: два колеса с моторами + опорный шарик (два колеса = два управляющих сигнала). Математика для платформы с электроприводами на четыре колеса гораздо сложнее (четыре колеса = четыре сигнала управления). То есть фактически, для четырехколесного случая у Вас получится функция четырех переменных.

Андрей, спасибо за дополнительную информацию, уже просматривала ее ранее. Идея четырехколесного робота не моя, поставили перед фактом — надо! а как представить алгоритм обработки полученных сигналов пока не знаю)

ROBOTяга ARDUINO — 1.Сборка

Машины бывают разные…

Читайте также:
Проверка свечей зажигания автомобиля

Решив приобщить сына к высоким технологиям, подарил ему набор для сборки робота на основе контроллера ARDUINO. Про ARDUINO информации полно в интернете…

Я хочу рассказать про робота и те «особенности», которые мы встретили при его постройке.
Выбор пал на четырехколесный робот. Заказывал на Алиэкспресс в «максимальной» комплектации, с бесплатной доставкой – вышло около 3000 руб.
ru.aliexpress.com/item/Fr…1112132&shopNumber=110055
Судя по описанию из этого набора частей, должно получиться «чудо» способное слушать команды от пульта дистанционного управления, от телефона по блютуз, уметь ездить по полосе и само определять препятствия – с помощью сонара.

Ждал не долго – около 20 дней, но вот пришло не все…

В посылке не хватало двух моторов-редукторов, вместо них был колесо от «тумбочки». Написали поставщику – недостающие детали обещали дослать.
Но это не основание ждать! Руки чешутся!
И так в наличии:
1. Arduino UNO R3.
2. Плата («драйвер») для управления 2-мя DC моторами — L298N Dual H-Bridge Stepper Motor Driver Controller (WB291111).
3. Плата расширения для подключения датчиков и «потребителей» — Arduino sensor shield v5.
4. Ультразвуковой измеритель расстояния HC-SR04 Ultrasonic Module Distance Measuring Sensor.
5. Модуль слежения за полосой с датчикам — 4 x Line inductive module.
6. ИК датчик с пультом — HX1838 Infrared Remote Control Module.
7. Модуль Блютуз — HC-06 wireless Bluetooth.
8. Моторы постоянного тока (DC) с редукторами с вращением в обе стороны –2 шт.
9. Колеса – 2 шт.
10. Сервопривод SG-90 TOWER.
11. Кронштейн для камеры с функцией поворота / наклона платформы.
12. Заготовки для четырехколесной платформы — 4 Wheel Drive Mobile Robot Platform – 2 шт.
13. Пластиковый бокс держатель для 4 батареек типа АА.
14. Пластиковый бокс держатель для батареек типа «Крона».
15. Макетная плата.
16. Тумблер – выключатель питания.
17. Провода для соединения модулей.
18. Крепеж.

Что бы было веселее – в коробке была инструкция по сборке трех колесного шасси – два колеса ведущих и одно подруливающее от «тумбочки». А вот инструкции по установке плат и датчиков, схемы соединения и «скетчей» не было.
Не беда, подумал я. В наш век — Google мне в помощь! А вот тут оказалось все еще «веселее» – несмотря на то, что наборы «выпускаются» не первый год, готового решения нет! С трудом через англоязычный сайт нашел в объявлении о продаже подобного набора со ссылкой на инструкцию – вольный перевод с китайского.
www.dx.com/ru/p/arduino-c…-kits-146418#.VldPetLhCt8
Нашлись и неплохие описания с российских просторов:
tim4dev.com/arduino-instruction-project-robocar4w/
Но полных и «универсальных» ответов, типа «вставь А в Б», «подключи В к Г», «загрузи Д в Е» нет.
Тем более интересней разобраться самому.
Те, кто со мной согласен, дальше не читайте! У вас свой путь «открытий» :)
Для всех остальных – начнем с шасси…

Сборка шасси.
Для сборки нам понадобится:
Из набора.
1. Arduino UNO R3.
2. «Драйвер» для управления моторами.
3. Моторы постоянного тока (DC) с редукторами –2 шт.
4. Колеса – 2 шт.
5. Платформа из оргстекла.
6. Пластиковый бокс держатель для 4 батареек типа АА.
7. Пластиковый бокс держатель для батареек типа «Крона».
8. Провода для соединения модулей.
9. Крепеж.
Дополнительно.
1. Выключатель двух полюсной.
2. Изолента и/или термоусадка (для изоляции проводов).
3. Скотч двухсторонний.
4. Винты и гайки 3 мм (в наборе их мало и они короткие).
Инструмент.
1. Дрель.
2. Набор сверл (3 мм, 5 мм).
3. Пассатижи.
4. Отвертка.
5. Ножницы.
6. Паяльник.
7. Олово, канифоль, паяльная кислота.

Изначально шасси должно было быть четырехколесным и полноприводным. Шасси должно состоять из двух пластин из оргстекла, между которыми размещены 4 мотора редуктора и плата «драйвера» управления двигателями.
В моем случае пришлось делать трех колесное шасси – два колеса ведущих и одно подруливающее в «хвосте». Использовал одну пластину шасси.
Учитывая, что отверстия на пластинах шасси для крепления платы ARDUINO и других блоков не предусмотрены — компоновка размещения свободная, поэтому:
1. Размещаем блок ARDUINO так, что к нему мог быть доступ. Особенно важно, чтобы доступ был к разъему USB. Крепление сделал с помощью винтов диаметром 3 мм прикрученных к пластине шасси.

2. Размещаем «драйвер» моторов – его в принципе можно разместить и снизу пластины шасси – как я сделал первоначально (Вариант 1), но из-за особенности работы подруливающего колеса (об этом позже), решил поставить «драйвер» вверху. Крепление так же с помощью винтов прикрученных к пластине шасси.
3. Размещаем элементы/блоки питания. Все зависит от выбранной схемы питания, об этом я напишу ниже. У меня в процессе «эволюции» размещение элементов питании менялось несколько раз (Вариант 1, 2, 3). Для крепления блоков я использовал двухсторонний скотч. За время испытаний такое «крепление» не подвело.
4. Размещаем выключатель питания. Он должен быть в легкодоступном месте. Я поставил сверху – что бы не переворачивать постоянно «роботягу». Если вы как я и будете строить раздельное электропитание — для ARDUINO и электродвигателей, то стандартный выключатель вам не подходит – нужен двухполюсной – что бы одним движением обесточивать обе схемы. Хотя можно и однополюсным – отключать «минус» от обоих схем.

Читайте также:
Автомобильное зарядное устройство своими руками: схема, видео

5. Подготавливаем моторы – провода моторов идут в комплекте, но они не припаяны – нужно припаять. Но будьте осторожны! Если контакты моторов перегреть, они расплавят пластмассу – щетки сдвинутся – мотор можно выбросить. Я что бы этого избежать использовал паяльную кислоту. Провода двигателей в наборе очень жесткие, поэтому что бы избежать их обрыва, я примотал их к двигателям изолентой.

Отдельный вопрос – размещение третьего колеса. Не смотря на простоту конструкции и очевидность решения, не все так просто! Собрав Вариант 1 и начав испытания, я не мог заставить робота ехать прямо!

Посчитав, что причина не правильная развесовка – батарейный блок сильно «прижимает» подруливающее колесо, я переместил его на переднюю ось, а так же собрал колесо из «Лего» сына (Вариант 2), что бы уменьшить вес.

Но проблемы это не решило. Проблема в том, чтобы колесу самориентироваться, нужно проехать какое-то расстояние, но и тут гарантии нет. Не хочет оно самориентироваться. Самым простым и надежным решением, оказалось просто зафиксировать подруливающее колесо! Оно теперь не «самориентирующеся», а ориентированное. Теперь робот хорошо едет прямо, и очень «оригинально» поворачивает – с дрифтом заднего колеса :)

Определившись с компоновкой и разместив необходимые точки крепления нужно сверлить – но аккуратно, так как оргстекло материал хрупкий. Желательно сверлить диаметром чуть больше чем крепеж – за счет «люфта» можно решить проблемы с установкой, если при сверлении немного промахнетесь.
Устанавливаем двигатели согласно схеме из коробки и устанавливаем все, что наметили.

Шаг 3. Какие моторы используются для робота.

Моторы для робота

Двигатели для робота входят в состав приводов. Мы узнали о робототехнике в целом на шаге первом. На втором шаге решили, какого робота мы будем делать. Нам нужно установить приводы, которые заставят робота двигаться.

Выбор двигателя для робота напрямую зависит от задач, которые должен выполнять робот. Двигатель (мотор) может входить в состав привода или отдельно быть приводом.

Что такое привод?

Привод может быть определен как устройство, которое преобразует энергию (в робототехнике это, как правило, электрическая энергия) в физические движения.

Подавляющее большинство приводов производят либо вращательное или линейное движение. Например, мотор — это тип привода. Правильный выбор приводов для вашего робота требует понимание того, что приводы доступны. Возможно, немного фантазии, и немного математики и физики.
Приводы вращения — это тип приводов преобразования электрической энергии во вращательное движение.

Двигатель переменного тока

Двигатель переменного тока (AC) редко используется в мобильных роботах. В первую очередь потому, что большинство из них рассчитаны на питание постоянным током (DC) от батареи.

мотор переменного тока AC

Двигатели переменного тока используются в основном в промышленных помещениях , где требуется очень высокий крутящий момент. Прежде всего там, где моторы подключены к электросети.

Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока MotorDC моторы имеют разнообразные формы и размеры. Хотя большинство из них цилиндрические. Они имеют выходной вал, который вращается на высоких скоростях, обычно в 5 000 до 10 000 оборотов в минуту. Хотя двигатели постоянного тока очень быстро вращаются, большинство из них не очень мощные. Такие двигатели для робота имеют низкий крутящий момент.

Для того, чтобы снизить скорость и увеличить крутящий момент, могут быть добавлены редукторы. Чтобы установить двигатель на робота, нужно закрепить корпус двигателя на раме робота. По этой причине двигатели для робота часто имеют монтажные отверстия, которые обычно располагаются на лицевой стороне двигателя. Следовательно, они могут быть установлены перпендикулярно к поверхности.

Двигатели постоянного тока могут работать по часовой стрелке (CW) и против вращения часовой стрелки. Угловое движение вала может быть измерено с помощью энкодеров или потенциометров.

Мотор редуктор постоянного тока

Это двигатель постоянного тока в сочетании с коробкой передач. Она работает, чтобы уменьшить скорость двигателя и увеличить крутящий момент. Например, двигатель постоянного тока вращается со скоростью 10000 оборотов в минуту и достигает 0.001 Н*м крутящего момента. Если добавить понижающую передачу 100:1 (сто к одному) мы снизим скорость в 100 раз. В результате 10000 / 100 = 100 об / мин и увеличим крутящий момент в 100 раз (0.001 х 100 = 0.1 Н*м).

мотор редуктор постоянного тока DC

Основные виды понижающих передач это:

  1. зубчатая передача
  2. ременная
  3. планетарная
  4. червячная

Червячная передача позволяет получить очень высокое передаточное число с помощью всего одного этап. И также не дает выходному валу двигаться, если двигатель не работает.

Серводвигатель

Тип используемого вами двигателя зависит от типа движения, которое вы хотите.

R / C или хобби сервомотор

Часто сервомоторы этого типа могут поворачиваться на угол до 180 градусов. Они поворачиваются на определенный угол поворота. И часто используются в более дорогих моделях дистанционного управления средствами для управления или контроля полета.

Теперь они используются в различных приложениях. Цены на эти сервоприводы значительно сократилось, и разнообразие (разные размеры, технологии и сила) увеличилось. Общим фактором для большинства сервоприводов заключается в том, что большинство использует только поворот около 180 градусов.
R / C сервомотор включает в себя двигатель постоянного тока, редуктор, электронику и роторный потенциометр, который и измеряет угол

Электроника и потенциометр работают синхронно, чтобы управлять двигателем и останавливать выходной вал по заданному углу. Эти моторы обычно имеют три провода: земля, напряжение В, и управляющий импульс. Управляющий импульс, как правило, снимается с регулятора мотора сервопривода. Хобби сервомотор — это новый тип сервопривода. Он предполагает непрерывное вращение и обратную связь по положению. Все сервоприводы могут вращаться как вправо, так и влево.

Читайте также:
Прибор для промывки форсунок

Промышленные серводвигатели

Промышленный серводвигатель с приводом управляется иначе, чем хобби мотор и чаще встречаются на очень больших машинах. Промышленный сервомотор обычно трехфазный и состоит из двигателя переменного тока, редуктора и энкодера. Установленный энкодер обеспечивает обратную связь по угловому положению и скорости.

промышленный сервомотор

Эти моторы редко используются в мобильных роботах из-за их веса, размеров, стоимости и сложности. Вы можете увидеть промышленные серводвигатели на мощный промышленных манипуляторах. Возможно их использование на очень больших роботизированных автомобилях.

Шаговые двигатели

Шаговый двигатель вращается на определенные “ступени” (на самом деле, конкретные градусы). Число ступеней и размер шага зависит от нескольких факторов. Большинство шаговых двигателей не включает в себя передачи. Так как это двигатели постоянного тока и вращающий момент низок.

Правильно настроенный шаговый двигатель может вращаться вправо и влево и может быть установлен в требуемое угловое положение. Есть однополярные и биполярные типы шаговых двигателей. Одним заметным недостатком шаговых двигателей является то, что если мотор не работает, трудно быть уверенным в угле пуска двигателя.

Если добавить передачу, то шаговый двигатель имеет тот же самый эффект, как и добавление передачи на двигатель постоянного тока: Он увеличивает крутящий момент и снижает угловую скорость. Поскольку скорость уменьшается на передаточное отношение, то размер шага также уменьшается на тот же фактор.

Линейные приводы

Линейный привод производит линейное движение (движение вдоль одной прямой линии) и имеют три основные отличительные механические характеристики.

  1. Минимальное и максимальное расстояние, на которое стержень может сдвинуть вал (в мм или дюймах)
  2. Их сила (в кг или фунты)
  3. Их скорость (в м/с или дюйм/с)

DC Линейный Привод

Линейный DC привод часто состоит из двигателя постоянного тока, подключенного к червячной передаче. Когда двигатель вращается, то крепление на винте будет либо ближе или дальше от двигателя. По существу червячная передача преобразует вращательное движение в линейное движение.

линейный привод

Некоторые линейные приводы постоянного тока включают в себя линейный потенциометр, который обеспечивает линейную обратную связь. Для того, чтобы остановить привод от полного разрушения, многие производители включают концевые выключатели на обоих концах. Как правило, для отключения электропитания привода при нажатии на них. Линейные приводы постоянного тока бывают в самых разнообразных размеров и типов.

Соленоиды

Соленоид состоит из катушки намотанной вокруг подвижного сердечника. Когда катушка находится под напряжением, сердечник отталкивается от магнитного поля и производит движения в одном направлении. Несколько катушек или некоторые механические механизмы потребуются для того, чтобы обеспечить движение в двух направлениях.

Соленоиды обычно очень маленькие, но их скорость очень большая. Сила зависит в основном от размера катушки и от того какой силы ток идет через него. Этот тип привода используется в клапанах или системах фиксации. В таких системах, как правило, нет обратной связи по положению (сердечник либо полностью убирается или полностью выдвинут).

Пневматические и гидравлические приводы

Пневматические и гидравлические приводы с помощью воздуха или жидкости (например воды или масла), служат для того чтобы двигаться линейно. Эти типы приводов могут иметь очень длинный ход, большую мощность и высокую скорость.

пневматический или гидравлический привод

Для того чтобы эксплуатироваться они требуют использование жидкости компрессора. Это делает их более сложными в эксплуатации, чем обычные электрические приводы. Они имеют большую мощность, скорости и, как правило, большой размер. И в первую очередь используются в промышленном оборудовании.

Выбор привода

Важно отметить, что постоянно появляются новые и инновационные технологии, и нет ничего постоянного. Также обратите внимание, что один привод может выполнять очень разные задачи в разных условиях. Например, с различной механикой. Привод, который производит линейное движение, может быть использован для поворота объекта и назад (как у автомобильных щеток для очистки стекла).

Роботы с колесами или гусеницами

Приводные двигатели для робота должны перемещать вес всего робота и, скорее всего, потребуется понижающая передача. Большинство роботов используют притормаживание колесами одного борта. В то время как автомобили или грузовики, как правило, используют рулевое управление.

роботизированная платформа на колесах

Если вы выберете бортовой поворот, то DC моторы с редуктором являются идеальным выбором для роботов с колесами или гусеницами. Ведь они обеспечивают непрерывное вращение, и могут иметь необязательную обратную связь по положению с помощью оптических энкодеров. Их очень легко программировать и использовать.

Если вы хотите использовать рулевое управление, то вам понадобится один приводной двигатель и один двигатель, чтобы управлять передними колесами. Поворот ограничен определенным углом и можно применить R / C сервомотор.

Робот манипулятор

Мотор используется, чтобы поднять или повернуть тяжелый вес. Подъем веса требует значительно больше энергии, чем перемещение веса на плоской поверхности. Скорость должна быть принесена в жертву для того, чтобы получить крутящий момент.

робот манипулятор

Поэтому лучше всего использовать редуктор с высоким передаточным отношением и мощный двигатель постоянного тока или линейного привода DC. Можно рассмотреть возможность использования системы (либо червячных передач, или струбцин). Что предотвращает груз от падения в случае потери управления.

Читайте также:
Как сделать ресивер для компрессора 12В из огнетушителя? Фото, видео

Сервоприводы двигателей

Используются если диапазон ограничен до 180 градусов и крутящий момент не является существенным. Р/С мотора сервопривода идеально подходит для таких задач. Серводвигатели предлагаются с различными крутящими моментами и размерами и обеспечивают угловые обратной связи по положению.

Лучше использовать потенциометр, и некоторые специализированные оптические энкодеры. Р/С сервоприводы используются все больше и больше для создания небольших шагающих роботов.

Шаговые двигатели

Используются, когда угол поворота должен быть очень точными. Шаговые двигатели для робота в сочетании с контроллером шагового электродвигателя могут дать очень точное угловое движение. Иногда предпочтительнее серводвигатели, поскольку они обеспечивают непрерывное вращение. Однако, некоторые профессиональные цифровые серводвигатели используют оптические энкодеры. В результате они обладают очень высокой точностью.

Линейные приводы

Линейные приводы являются лучшими для перемещения объектов и расположения их по прямой линии. Они отличаются разнообразием размеров и конфигураций. Для очень быстрого движения можно рассматривать пневматику или соленоиды. Для очень высоких мощностей можно рассматривать линейные приводы постоянного тока и также гидравлику.

Практический пример

  • В уроке 1 мы определили цель нашего проекта, чтобы понять какого типа мобильного робота можно сконструировать при небольшом бюджете.
  • В уроке 2 мы решили, что мы хотели небольшую платформу на колесах. Во-первых, давайте определим тип привода, который потребуется для создания робота.

Для этого нужно ответить на пять вопросов:

  1. Это привод используется для перемещения колесного робота?
    Да. Нужен мотор-редуктор с управлением при помощи притормаживания одного борта. Это означает, что каждое колесо будет нужно оснастить собственным мотором.
  2. Двигатели для робота используются, чтобы поднять или повернуть тяжелый вес?
    Нет, настольная платформа не должна быть тяжелой.
  3. Диапазон движения ограничивается на 180 градусов?
    Нет, колеса могут постоянно вращаться.
  4. Угол должны быть точными?
    Нет, наш робот не требует позиционной обратной связи.
  5. Это движение по прямой?
    Нет, поскольку мы хотим, чтобы робот вращаться и двигаться во всех направлениях.

Большой мотор Lego EV3

Всем этим требованиям соответствует большой мотор из базового набора LEGO MINDSTORMS Education EV3.

Технические характеристики большого мотора EV3

Построение математической модели четырёхколёсного мобильного робота с двумя дифференциальными приводными блоками Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Мешковский Е.О., Курмашев А.Д.

Рассмотрена задача построения математической модели четырёхколёсного мобильного робота с двумя дифференциальными приводными блоками , которые осуществляют передачу усилия на корпус робота двигателями постоянного тока с постоянными магнитами. Динамическая часть модели учитывает силу трения скольжения согласно закону Амонтона и динамику системы электроприводов. Построенная математическая модель позволяет производить моделирование различных режимов работы электромеханической системы колёсного робота . Масштабируемая структура модели позволяет производить расчёты для мобильных роботов с числом дифференциальных поворотных блоков больше двух и другими видами электроприводов при помощи несложных модификаций. Структура модели даёт возможность внедрять её в системы управления, что позволяет проводить анализ поведения объекта, предварительную настройку и оптимизацию параметров систем управления заданием основных параметров робота и фазных напряжений электродвигателей.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Мешковский Е.О., Курмашев А.Д.

Construction of a mathematical model of a four-wheel mobile robot with two differential drive units

The task of constructing a mathematical model of a four-wheeled mobile robot with two differential drive units that transmit power to the robot body with DC motors with permanent magnets is considered. The dynamic part of the model considers the sliding friction force according to Amonton’s law and the dynamics of the electric drive system. The constructed mathematical model allows modeling various operating modes of the electromechanical system of a wheeled robot. The scalable structure allows calculations for mobile robots with various differential rotary blocks and other types of electric drives with the help of simple modifications. The structure of the model makes it possible to implement it in control systems, which allows an analysis of the object’s behavior, preliminary tuning and optimization of control system parameters by setting the basic parameters of the robot and phase voltage of electric motors.

Текст научной работы на тему «Построение математической модели четырёхколёсного мобильного робота с двумя дифференциальными приводными блоками»

Построение математической модели четырёхколёсного мобильного робота с двумя дифференциальными приводными блоками

Мешковский Евгений Олегович,

аспирант Института Энергетики Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, meshkovskii_evge@mail.ru

Курмашев Арон Даутханович,

к.т.н., доцент, доцент Высшей школы киберфизических систем и управления Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, adk553@mail.ru

Рассмотрена задача построения математической модели четырёхколёсного мобильного робота с двумя дифференциальными приводными блоками, которые осуществляют передачу усилия на корпус робота двигателями постоянного тока с постоянными магнитами. Динамическая часть модели учитывает силу трения скольжения согласно закону Амонтона и динамику системы электроприводов. Построенная математическая модель позволяет производить моделирование различных режимов работы электромеханической системы колёсного робота. Масштабируемая структура модели позволяет производить расчёты для мобильных роботов с числом дифференциальных поворотных блоков больше двух и другими видами электроприводов при помощи несложных модификаций. Структура модели даёт возможность внедрять её в системы управления, что позволяет проводить анализ поведения объекта, предварительную настройку и оптимизацию параметров систем управления заданием основных параметров робота и фазных напряжений электродвигателей.

Читайте также:
Полезные и крутые самоделки для гаража своими руками

Ключевые слова: Колёсный робот, дифференциальный приводной блок, математическая модель, двигатель постоянного тока, метод Ньютона-Эйлера, Закон Амонтона

В современном мире мобильные роботы применяются во многих областях деятельности человека. Для решения задачи оптимизации и тестирования алгоритмов управления принято использовать метод математического моделирования. Большое количество работ посвящено математическим моделям разной степени проработанности и сложности [1-5].

В данной работе рассматривается построение математической модели динамики четырёхколёсного мобильного робота с двумя поворотными блоками, движение которого осуществляется за счёт двигателей постоянного тока с постоянными магнитами.

Исследуемый мобильный робот можно представить в виде системы корпуса, поворотных блоков, колёс, электроприводов и сосредоточенной массы. Корпус робота располагается на двух поворотных блоках, построенных по принципу дифференциального привода: поворотный блок состоит из двух электроприводов, к валу которых через редукторы прикреплены колёса; блок способен вращаться вокруг точки крепления к корпусу робота; поворот блока осуществляется за счёт разности скоростей колёс.

Движение робота происходит по горизонтальной плоскости, следовательно, достаточно рассматривать случай плоского движения. На рис. 1 представлена обобщённая расчётная схема исследуемого объекта.

На рис. 1 приняты следующие обозначения: ОХУ1 -глобальная неподвижная система координат, OoXooУooZoo – локальная подвижная система координат, связанная с центром симметрии корпуса робота; 1, 2 –

корпуса на оси неподвижной системе координат OXYZ;

ВВЕДЕНИЕ, Мобильные роботы и их применение, Колесные мобильные роботы классических схем

Система координат

Для того чтобы математически описать движение мобильного робота нам потребуется определить системы координат. Я введу две системы координат — мировую систему координат W (буду считать что он неподвижна в пространстве), и система координат робота R, которая перемещается в пространстве и остается неподвижной относительно самого робота.

Нам необходимо определить местоположение робота, то есть мы хотим знать, как преобразовывать координаты между W и R.

Степени свободы движения

Число степеней свободы определяет минимальное количество независимых переменных (обобщённых координат), необходимых для полного описания движения механической системы.

Твердое тело, которое перемещается и вращается двигаясь по одномерному пути имеет одну степень свободы — поступательную. В качестве примера можно привезти поезд, движущийся по рельсам.

Твердое тело, которое перемещается и вращается на плоскости имеет 3 степени свободы: 2 поступательных и 1 вращательную. Пример: наземный робот.

Твердое тело, которое перемещается и вращается в 3D-объеме имеет 6 степеней свободы: 3 поступательных и 3 вращательных. Пример: летающий робот.

Особый случай — это так называемый голономный робот, который способен перемещаться мгновенно в любом направлении в пространстве его степеней свободы (робот является голономным если число управляемых степеней свободы равно полному числу степеней свободы). Голономные роботы существуют, но требуют множество моторов и необычный конструктив, что зачастую очень непрактично. Однако, наземные голономные роботы могут быть реализованы с использованием всенаправленных колес (omni-wheels).

На видео показан пример четырехколесного робота со всенаправленными колесами.

Конфигурации колесных роботов

Существует множество различных конфигураций мобильных роботов.

Есть те, которые применяются реже, например, двухколесная платформа сигвей (segway) с динамическим балансом обладает хорошей высотой при малой площади и достаточно большим ускорением.

Или марсоход Opportunity, который имеет колеса на штангах для преодоления больших препятсвий.

Но чаще применяются другие типы конфигураций.

Это простые, надежные, прочные механизмы, пригодные для роботов, которые в основном передвигаются по плоскости.

Все эти роботы неголономны (используется два двигателя, но три степени свободы движения). Например, автомобилеподобный робот не может мгновенно двигаться в сторону.

Стандартный колесные конфигурации

Робот с дифференциальным приводом

Такая конфигурация используется в роботах-пылесосах.

Робот с дифференциальным приводом имеет два мотора, по одному на каждое колесо (на рисунке — это большие колеса). Изменение направления движения достигается за счет разных скоростей (отсюда и название — дифференциальный).

  • Для прямолинейного движения колеса должны вращаться с одинаковыми скоростями.
  • Для того, чтобы робот развернулся на месте, необходимо установить скорости одинаковыми по модулю, но направленными противоположно.
  • Другие комбинации скоростей приводят к движению по дуге

Движение по дуге

Обозначим скорости колес (линейные скорости с которыми они «покрывают» поверхность) и – для левого и правого колес, соответственно, и расстояние между колесами.

  • Прямолинейное движение, если
  • Разворот на месте, если
  • В более общем случае — движение по дуге

Для того, чтобы найти радиус криволинейного пути, рассмотрим период движения , в течении которого робот движется вдоль дуги окружности, имеющей угол .

  • Левое колесо: пройденное расстояние = ; радиус дуги = ; радиус дуги =
  • Правое колесо: пройденное расстояние = ; радиус дуги = ; радиус дуги =
  • Обе колесные дуги имеют в основании один и тот же угол

Такой тип роботов имеет два мотора — один для движения, другой для рулежки.

  • Не может нормально развернуться на месте.
  • При постоянной скорости и угле поворота движется по дуге окружности.
  • В четырехколесной схеме необходим задний дифференциал и переменная связь («Принцип Аккермана») на рулевые колеса.

Круговое движение трехколесного робота

Зубчатая передача

Двигатели постоянного тока, как правило, обладают высокой скоростью вращения и низким крутящим момент, поэтому зубчатая передача практически всегда необходима для управления роботом.

Если Передача 1 имеет крутящий момент , она оказывает тангенциальную силу

на Передачу 2. Крутящий момент Передачи 2 поэтому

Изменение угловой скорости между Передачей 1 и Передачей 2 вычислим, рассмотрев скорость в точке где они соприкасаются:

  • Когда маленькая шестерня приводит в движение большую, второе зубчатое колесо будет иметь более высокий крутящий момент и меньшую угловую скорость пропорционально соотношению зубьев.
  • Для достижения комбинированного воздействия шестерни можно объединять в цепочки.
Читайте также:
Простая сигнализация для мотоцикла

Оценка движения c помощью датчиков

Очень часто, робот оценивает свое движение путем мониторинга собственных датчиков. Это может быть, например напряжение электродвигателя и колесные датчики. Эта информация называется одометрией.

Пройденное расстояние пропорционально напряжению и времени. Здесь является расчетной константой (используя знания электричества и геометрии), но также может быть получена в результате калибровки.

  • Калибровка включает экспериментальное перемещение робота и сравнение фактического значения пройденного расстояния, со значением, полученным в результате теоретической оценки. Отношение фактического к теоретическому значениям и является коэффициентом калибровки.
  • Если при повторных испытаниях будет наблюдаться расхождения в полученных значениях, мы можем повысить точность путем изменения значения констант в наших выражений (таких как ), а затем повторить процесс.

Энкодеры дают большую точность измерения числа оборотов колес. Информация с энкодера может быть преобразована в линейное расстояние умножением на постоянный радиус колеса. Но все же, как правило, для большей точности, все равно проводится калибровка.

Движение по окружности

Движение и состояние робота для плоскости

и определяют местоположение предопределенной точки «центра робота» в мировой системе координат.

определяет угол поворота между системами координат (угол между осями и ).

Две системы координат совпадают в момент, когда центр робота находится в начале координат и .

Интегральное движение на плоскости

Получая перемещения робота в некоторые моменты времени, мы можем найти весь путь, пройденный роботом, просуммировав эти значения, или перейдя к пределу (при стремлении количества измерений ) — путем их интегрирования.

При движении на плоскости мы имеем три степени свободы для определения положения, представленные при .

Движение робота на плоскости

Планирование маршрута

Планирование маршрута, основываясь на положении

Если предположить, что роботу известно местоположение, и как оно относится к мировой системе координат, то планирование маршрута на основе его местоположения позволит ему двигаться по точному пути вдоль последовательности заранее определенных точек. Различные криволинейные траектории могут быть спланированы, с оптимизацией таких критериев, как время движения по маршруту или потребление энергии. Здесь я рассмотрю конкретный, достаточно простой случай, предполагая, что:

  • Движение робота состоит из прямолинейных отрезков отдельно от разворотов на месте.
  • Робот стремится свести к минимуму общее пройденное расстояние, так что он всегда сразу поворачивается лицом к следующей точке и едет прямо к ней.

На первом шаге планирования маршрута, предположим, что текущее положение робота и следующей точкой маршрута является .

  • Сначала робот должен повернуться к указанной точке. Вектор направления должен указывать на:

Необходимо убедиться, что находится в правильном квадранте, в промежутке .

  • Робот уже повернут на определенный угол, поэтому угол на который он должен повернуться . Чтобы робот двигался наиболее эффективно, нужно сдвинуть угол, добавив или вычитая . Чтобы робот двигался наиболее эффективно, нужно сдвинуть угол, добавив или вычитая , чтобы .
  • После этого, робот должен двигаться по прямой на расстояние .

Робот на Ардуино и машинка на Bluetooth своими руками

Робот – машинка на Ардуино становятся одним из самым популярных инженерных проектов в школьной робототехнике. Именно с таких устройств, автономных или управляемых со смартфона и bluetooth, начинается путь в робототехнику “после Lego”. К счастью, сегодня можно без труда купить все необходимые компоненты и достаточно быстро создать своего первого робота для езды по линии или объезда препятствий. В этой статье вы найдете подробную видео инструкцию как сделать продвинутый автомобиль Arduino Car своими руками, с питанием, датчиками линии, расстояния и управлении через bluetooth.

Робот на ардуино своими руками

В отличие от других проектов, создание робота – автомобиля (Arduino Car) требует понимания и навыков работы сразу с несколькими важными компонентами, поэтому не стоит приступать к созданию машинок без получения базовых навыков работы с платформой Arduino. В любом случае, вам нужно будет но только подключить готовые модули, но и собрать конструкцию, шасси с двигателями, обеспечить правильное питание и управление. Все это потребует определенного терпения.

Робот машина на Ардуино

Вот список ключевых компонентов, которые обязательно встретятся в проекте.

Контроллер Ардуино

Куда уж без него, если мы говорим о проектах на этой платформе. Как правило, роботы машины делают на базе плат Arduino Uno и Nano. Mega будут слишком большие, Pro Mini сложнее подключать к компьютеру и соединять с остальными компонентами, а Leonardo требуют дополнительных навыков в программировании, они дороже и их основное преимущество (тесная интеграция с компьютером в качестве периферийного устройства) в данном случае не слишком востребована.

Есть еще вариант использования плат ESP8266 или ESP32, тогда в проекте появляется возможность управления машиной через WiFi. Но и сами платы и их программирование требует определенных навыков, в этой статье мы будем говорить преимущественно об Uno или Nano.

Конструкция, шасси и двигатели робота на Ардуино

Для того, чтобы что-то поехало или стало перемещаться, надо снабдить “это” колесами, гусеницами или манипуляторами-ногами. Вот тут выбор совершенно не ограничен, можно использовать совершенно любые комбинации и сочетания платформ. Как правило, в качестве начального варианта берутся уже готовые наборы платформ с Алиэкспресс.

Читайте также:
Как сделать воздушный компрессор своими руками?

Двигатель, шасси и колеса машинки на ардуино

Если работать со стандартными наборами вам не интересно, можно создать платформу своими руками. Например, разобрать игрушечные радиоуправляемые машинки или любые двигатели на 5-12 вольт, с редукторами или без. Колеса можно создать и самим, что тоже является интересной задачей.

Драйвер двигателей

Ардуино – достаточно ранимое устройство, не терпящее больших нагрузок по току. Соединяя его с “брутальными” мощными двигателями, не избежать беды. Поэтому для нормальной совместной работы нам нужно будет включить в схему робота компонент, отвечающий за управление двигателями – подающий и отключающий ток на их обмотки. Речь идет о микросхеме или готовом модуле, которые называют драйвером двигателя. На нашем сайте есть статьи, посвященные драйверам, построенным на схеме H-моста. Если вы покупаете готовые шасси, то обязательно предусмотрите возможность размещения на них подходящего драйвера.

Красивый корпус

Как правило, вся конструкция автомобиля строится вокруг его шасси. Если посмотреть примеры готовых проектов, то они часто выглядят как “провода на колесиках” – внешний вид их изобилует пучками соединительных проводов, ведущих от восседающего на троне контроллера Ардуино к драйверам, моторам и датчикам. Между тем, красивый и функциональный корпус не только вызывает правильные эстетические чувства и помогает выделить вашу модель от остальных. Хороший корпус может превратить игрушку в реальное устройство, помогает привить навыки конструирования и промышленного дизайна, что важно для инженеров любого возраста.

Питание робота

Обеспечение правильной схемы питания – это то, что очень часто оказывается на последнем месте в списке приоритетов начинающих ардуинщиков. Между тем, именно ошибки в схеме электропитания становятся основными причинами проблем, возникающих в процессе работы умных устройств на Ардуино. Создавая ардуино-машинку нужно предусмотреть питание контроллера, двигателей, драйвера и датчиков. У всех них есть свои ограничения и особенности работы, требуется создать оптимальное по весу и сложности решение, позволяющее учесть все эти ограничения.

Питание робота на Ардуино

Создавая по-настоящему автономное устройство робота, нужно побеспокоиться и о времени его работы, и о возможности быстрой подзарядки или смены батареек. Как правило, выбираются решения из следующих вариантов:

  • Обычные батарейки AA. Тут нужно понимать, что платы Arduino Uno, Nano и большинство двигателей, используемых в Ардуино-робототехнике, требуют напряжения в диапазоне 6-9 вольт. Поэтому придется собрать вместе последовательно не менее 4 батареек на 1,5 В, причем сами батарейки должны быть хорошего качества и обеспечивать работу с достаточно большим током. Например, большинство солевых батареек этим критериям не удовлетворяют. Батарейки AAA при создании ардуино-машинок практически не используются из-за своей пониженной емкости (хотя могут использоваться в миниатюрных моделях, где размер имеет первостепенное значение).
  • Аккумулятор AA. Здесь возникает еще большее ограничение по напряжению и току. Большинство аккумуляторов выдают напряжение 1,2 вольт, поэтому их требуется больше для “собирания” нужных нам 6-9 вольт. Несомненным плюсом является возможность перезарядки.
  • Литиевые аккумуляторы 18650. Это уже “серьезная артиллерия”, позволяющая получить большое время автономной работы, возможность подзарядки и приемлемые характеристики по току и напряжению. Рабочее напряжение для таких элементов питания – 3,7 В, что позволяет собирать готовую схему питания всего из двух элементов.
  • Другие источники питания. Сюда можно включить как более мощные и габаритные никель-металлгидридные, кадмиевые аккумуляторы, так и многочисленные литий-ионные “плоские” варианты, используемые в дронах, смартфонах или другой портативной цифровой технике.

Каким бы ни был источник питания, нужно обеспечить его надежное крепление, удобное расположение, защиту от воздействия недружелюбной окружающей среды. Если вы подключаете к одному источнику и контролер, и двигатели, и датчики, то нужно позаботиться о правильной схеме, включающей, например, надежную связь “по земле” всех устройств.

Где купить платформу и запчасти

Все, о чем говорится в этой статье, можно без проблем купить на всем известном сайте. К сожалению, подавляющее большинство предложений основываются на стандартной платформе 4WD автомобиля с двумя несущими планками, не очень надежными двигателями и колесами, любящими ездить в “развалочку”. Но эти варианты относительно не дороги и вполне подойдут для начала работы.

Электроника для всех

Блог о электронике

Тест колесных шасси

Постучался мне тут в почту недавно представитель магазина simplab.ru и молвит, мол не желаешь ли что-нибудь бесплатно на обзор взять. Ну я не будь дураком и взял что подороже :) Ардуинские примочки мне мало интересны, я при желании их сам спаяю, а вот всякая механика вещь интересная.

Меня давно интересует подвижная колесная платформа, чтобы была предельно простой и технологичной для последующего серийного производства на имеющихся в мастерской любой рекламной конторы станках, а тут как раз кандидаты из этой оперы. Вот их я и дернул на пощупать. Просил одно, а задарили мне оба.

Ну две так две. Тем более что различаются они минимально, только формой пластин и числом двигателей. Зато будет с чем сравнить.

Итак, что там есть:
▌Мотор-редуктор
Довольно стандартная хрень. Такое массово штампуют китайцы, клонируя все с небезызвестной в кругах моделистов Tamiya. Крайне похоже на их редукторы IE-BO2 о которых я уже писал.

Корпус редуктора пластиковый, 18мм шириной (без учета торчащих валов), 65мм длиной (без учета торчащей петельки, которую можно и отпилить), 22мм высотой. Собран на двух винтах.

Читайте также:
Радиоуправляемый краулер своими руками — схемы, фото

Внутри обычный пластиковый цилиндрический редуктор. Передаточное число не скажу, но довольно большое, больше чем 1:50 точно.

Есть защита от чрезмерного момента на валу, в виде обычной трещетки. То же самое мы видели и в редукторах Tamiya ака IE-BO2.

Двигатель вставляется с торца и зацепляется там за тарельчатую шестерню

А чтобы не выпадал держится этакой пластиковой лямкой. Впрочем, несмотря на хилость концепции, держится нормально. Спасает глубокий посадочный стакан.

Из корпуса редуктора в стороны торчат концы вала, они с лысками и отверстием под саморез. На них внатяг одеваются колеса, о них позже. Диаметр вала 5мм, по лыскам 3.5мм

Сам моторчик ничего особого собой не представляет. Это обычный китаец, коих мы могли массово видеть в детских игрушках последние 25 лет. Это уже практически стандарт для малогабаритного мотора.

Рассчитан он на напряжение до 5 вольт. От 9 и выше начинает адово выть и вонять жженым солидолом и явно намекает на то, что долго он так не протянет. На 5 вольтах потребляет 80мА на холостом ходу и 500мА в полном заклине. Не очень прожорливый, можно питать через L293D

Щетки простецкие, из двух лепестков. По опыту, протираются такие довольно быстро. Но т.к. моторчик стандартный, то замену найти несложно. Да или из латуни какой вырезать тоже не проблема.

▌Колесо
А вот колесики тут неплохие. Мне понравились. Хороший вязкий пластик, резиновая мягкая шина, пустотелая внутри. На гладком полу или столе не проскальзывают. Диаметр 65мм, ширина 26мм.

▌Крепление двигателей к шасси
Самый спорный момент. Движок крепится этаким Т-образными хреновинами.

Они вставляются в пластину и завинчиваются винтами на корпус мотор-редуктора. Вроде бы все просто и технологично, но вот только реализация идеи подкачала. Дело в том, что в пластинах полноценный вырез под эту деталь есть только один, а второй так, хилый желобок.

Где штуковина держится на честном слове, а сам редуктор болтается туда-сюда на несколько градусов. Не всегда, а как повезет с точностью изготовления детали. На одном образце шасси у меня все встало прочно, а на другом болталось. А надо то было чуть сместить все ближе к центру и все стало бы как надо. Но не допетрили. Боялись, чтоль что колесо упрется в край? О том как оно болтается видно в GIF по ссылке

Еще один момент заключался в том, что в одном из комплектов шли винты с конической шляпкой.

Тогда как по хорошему там должны быть вообще шайбочки. А так при попытке затянуть винт они бы только ломали эту деталь. Но это мелочи, можно и самому шляпку насадить какую, запаса длины винта там более чем достаточно для этого.

На противоположный конец вала мотор-редуктора одевается звездочка.

По замыслу создателя она может служить подобием датчика положения, если конечно воткнуть вокруг нее оптопару, чтобы получился энкодер. Ну хотя бы так. Хотя в том же ZGRM12FT20 это было сделано немного лучше.

Общие моменты рассмотрели, а теперь давайте обратимся непосредственно к самим шасси.

▌Круглое шасси

Вырезано из листа 3мм оргстекла. Длина 160мм, ширина по колесам 150мм, ширина в узкой части несущей пластины 90мм. Есть несколько крепежных отверстий, но можно наковырять и своих, благо пластик легко сверлится чем угодно.

На борту несет два мотор-редуктора с колесами, а в качестве третьей опоры стоит мебельный ролик :)

Обычная фурнитурная деталь, продается в крупных хозмагах. Мог бы быть и поменьше, но и такой неплох. Ось у него на подшипнике шариковом, так что застревать не должен.

К несущей пластине он прикручен стойками. И вот тут главный прокол китайцев. То ли они попутали, то ли концепция изменилась, но стойки оказались на 5мм длиннее чем нужно. В результате шасси получилось задранным и неустойчивым.

Благо у меня в комплекте разных стоек как грязи и я подобрал правильные, на 10мм высотой. Да, на промофотках в интернете у этого шасси ролика должно быть два, один спереди, другой сзади. У меня был только один, а с такими стойками два ролика бы просто не встали, ведущие колеса бы зависли в воздухе :)

▌Четырехколесное шасси
Существенно больше по размерам. Длина 250мм, ширина по колесам 160мм, ширина основания в узкой части 100мм. Высота проема между пластинами 30мм. Есть масса разных отверстий под крепеж.

Сделано из того же оргстекла, только в данном случае готичного черного цвета. И пластины две, снизу и сверху. Стоят на длинных стойках. Колеса крепятся тут точно также, поэтому поворачивает данное шасси исключительно по танковой схеме, реверсом колес в разные стороны.

Благо база довольно короткая и это получается довольно легко.

Но при этом у нас вдвое больше движков, они больше жрут энергии и как то не рационально получается.

Собрав этот конструктор я провел небольшие ходовые испытания. К сожалению свой любимый с детства пульт от проводного танка я куда то потерял, поэтому наскоряк из модуля L298 и своей демоплаты соорудил подобие пульта и подцепил к шасси.

Читайте также:
Прибор для промывки форсунок


Руление было у меня дискретным. Просто кнопочками, без всяких ШИМов и прочих заморочек. Словно тумблерами.

Напряжение питания для круглого шасси я взял 5 вольт. А вот для четырехколесного его было уже мало, провод длинный и тонкий, на нем было большое падение напряжения и в результате шасси еле ползало. Тогда я соединил движки последовательно и запитал силовую часть от 12 вольт. Получилась интересная схема похожая на дифференциал. Т.е. когда у нас одно колесо блокируется, то второе начинает крутиться интенсивней, т.к. падение напряжения на заблокированном двигателе получается низким.

Результат испытания на линолеуме и ковре можно поглядеть вот в этом скучном ролике, специально не стал добавлять музыку, чтобы было слышно как оно жужжит:

▌Общее впечатление
С одной стороны шасси дороговато для своей конструкции, есть масса слабых мест и конструктивных просчетов, а также ошибок комплектации. Но с другой стороны, а аналоги дешевле есть? Я вижу только одну альтернативу — покупать в магазине игрушек какую-нибудь тарантайку да калечить ее, что будет более бюджетно, но не всегда приемлемо. Иной раз с конструктивом фиг угадаешь. Купил, разломал, а там все настолько неудобно, что проще с нуля сделать чем это переделать. Или, например, если мне надо будет оснастить какой-нибудь кружок детского творчества, то проще купить стандартизованное шасси и одна из данных тарантасок вполне подойдет. Да и для каких-нибудь конкурсов самоделок, где важен внешний вид, такая штука тоже будет предпочтительней, т.к. выглядит более аккуратно.

Мне лично больше нравится круглое шасси, оно экономичное и маневренное. Хоть и меньшая проходимость по квартире. Но у него есть серьезный недостаток — плохая устойчивость. Центр тяжести смещен в сторону ролика и его бы нагрузить, но тогда он будет вязнуть в малейшей преграде.

Четырехколесное шасси в этом плане более удачное, но у него значительно хуже маневренность, оно чаще склонно буксовать при поворотах на ковре.

В любом случае любое из них надо брать и допиливать. И то и другое полуфабрикат.

Благодарю за предоставленные образцы магазин simplab.ru. Просьба не оставить их вниманием и хотя бы заглянуть в их каталог. Там в основном разные готовые модули, вроде дальномеров, шаговых драйверов и прочие «кирпичики». Вдруг что приглянется :)

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

16 thoughts on “Тест колесных шасси”

На четырехколесном шасси делал ДУ-робота. По мне так — конструкция довольно удачная, драйвер двигателей делал на сборках(типа irf7319) — сами сборки греться даже не думают. Насчет буксовки на ковре — сам специально испытывал на подобном покрытии — буксовки не заметил, если честно.

а мне двухколесная платформа кажется более вменяемой. на 4-х колесной я бы хотел, чтобы колеса поворачивались. потом, если делать робота, нужно помнить что количество портов на arduino/atmega ограничено. На два DC двигателя приходятся 4 ШИМ порта + 2 управляющих. а еще надо ставить сенсоров до кучи, что-то для связи. так что нет, 4wd это уже другой уровень в плане общей цены.
забыл сказать, в моем варианте 2-х платформы, двигатели крепятся через алюминевые крепления, а не пластиковые, а ролик крепится без стоек. у китайцев можно поковыряться, выбрать в разном исполнении.

Я делал через сборки полевиков, на каждый двигатель по 2 вывода необходимо. На 4 — всего лишь порт. На датчики тоже не так много, по выводу на энкодер(их 2), все остальные(барометр и акселерометр) висят на i2c, ds18b20 — еще 1 вывод, ДУ через bluetooth(2 вывода на UART).

>всего лишь порт
порт, в смысле по спецификации atmel, порты A/B/C/D ?

> ds18b20
для чего машинке может понадобиться термометр?

Порт — в то смысле, что 8 выводов))) Для AVR да, целый порт.
ds18b20 — да просто, по приколу))) Ну и сравнить с датчиком температуры, который стоит в барометре.

Просто уже не знаю с кем поделится. Давно посещаю ваш ресурс очень нравится как толково изъясняетесь.
Лазил по новостным ресурсам своего города, там намедни был слет любителей робототехники, присмотрелся а они все как один из лего сделаны. оказывается компания лего выпускает наборы с программируемым модулем с 10 года. кому интересно про развитие этой идеи; http://www.computerra.ru/90651/modulnyie-tehnologii-ot-lego-do-google-blockly/
а я сижу думаю где мне атмегу и программатор достать)

Да они их уже лет 15 как выпускают. Вот только цены на эти наборы и раньше то были космические, а сейчас вообще запредельные.

Я просто в культурном шоке час назад я думал что верх дружелюбия для простого обывателя есть та сама друина, а оказывается на модульных структурах уже чего только не наделали)

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: