Robot De Tracción Diferencial (Penggerak Diferensial): 10 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

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. Los robots individuales deben ser capaces de sensar y actuar en un ambiente real. Entri las instituciones que poseen plataformas para probar robótica de enjambre están Georgia Tech (Estados Unidos), Universitas Aalborg (Dinamarca), dan EPFL (Suiza). El robot consta de actuadores (llantas), el módulo de potencia, un conjunto de sensores (módulo de instrumentación electrónica) y un módulo de comunicación inalámbrica.

El robot es relevan dengan biaya relativamente bajo, sekitar $167, perbandingan dengan plataformas que pueden costar más de $1000. El diseño es modular, escalable, y fue realizado por estudiantes de la Universidad del Valle de Guatemala, durante el año 2017.

Langkah 1: Módulos Del Robot Y Listado De Materiales

El robot se divide en tres módulos:

1. Estructura y potencia eléctrica
2. Instrumentación electrónica (sensor y la programación que los gobierna)
3. Komunikasi inalámbrica (WiFi)

Para la elaboración del robot se requiere disponibilidad de las siguientes herramientas:

• impresora 3D
• cortadora laser
• fresadora de sirkuit.

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

Se adjunta un archivo de Excel con los materiales necesarios for fabricar el robot. Perhitungan sebelumnya $167 untuk robot menghitung dosa termasuk biaya material untuk impresora 3D, cortadora, dan fresadora.

En el listado hay materiales que se adquirieron en línea (mouser, adafruit, robotshop), por lo que se debe tomar en cuenta el tiempo de envío previo a la fabricación del robot.

Langkah 2: Fabricación De Los Circuitos Impresos (PCB)

El diseño del robot termasuk PCB. Se adjuntan los archivos Gerber para su fabricación.

1. Placa de potensi y kontrol de motores, dos capas. Potensi PCB Fabricacion
2. Placa de control de sensores ultrasónicos, dos capas (Gerber PCB control ultrasonicos final.zip)
3. Placa de módulos WiFi, Teensy, IMU*, una capa (Gerber PCB modulos final.zip)

* La IMU es opsional. Se recomomienda utilizar una de 9 grados de libertad con acelerómetro, giroscopio y magnetómetro. Realizaron pruebas con una de 6 DOF dan tidak ada hasil yang memuaskan.

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.

Rekomendasi:

Soldar de primero los komponen SMD mas pequeños hasta los mas grandes.

Memanfaatkan equipo adecuado para realizar soldadura SMD.

Github del proyecto

Langkah 3: Impresión De Piezas 3D Y Corte Láser

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

Impresora 3D:

1. dasar ultradonicos1)
2. sakelar porta y melebur (1)
3. espaciadores largos de placa de potencia y placa de sensores ultrasónicos (2)
4. espaciadores cortos de placa de potencia (4)
5. kastor bola (1)*

Laser Cortadora:

1. porta bateria MDF(2)
2. dasar dari MDF (1)
3. Tapa de acrilico (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 la impresora 3D de cada pieza y para el corte de cada pieza 2D. Solo deben de ser exportados a stl desde penemu 2018 atau sacar los archivos.stl y.pdf de la carpeta llamadafabricar.

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

Pieza 3D dan 2D

Langkah 4: Soldadura De Componentes En Los PCB

Primero se hace la soldadura de componentes de superficie, del más pequeño al más grande. Luego se hace la soldadura de componentes melalui lubang.

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

Penting untuk mengatur suhu secara teratur de la estación de soldadura SMD, tidak ada komponen yang hilang.

Rekomendasi adicionales para cada placa:

1. Placa de potencia: Kabel yang digunakan untuk kaliber yang sesuai dengan ukuran 1,5 ampere de carga continua para el switch de nueve polos. Antes de colocar las baterías lipo probar si no hay corto circuito. Konsultasikan lebih banyak tentang PCB atau diagram diagram sebagai penghubung tambahan untuk saber donde colocar cada componente. Mas detalles en: Fabricación de robot
2. Placa de sensores ultrasónicos: Los header macho de pines largos que interconectan con la placa de potencia deben ser soldados en la lapisan bawah, en la lapisan atas debe quedar solo la parte de plástico con la menor cantidad posible de metal del pin. Los sensores ultrasónicos van montados sobre header hembra, no se sueldan directamente en el 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. Direkomendasikan solo solder los headers hembra para el tiny, para el WiFi y headers hembra de pines largos para la interconexión con el PCB de sensores ultrasónicos. (La IMU se deja opcional). Hay espacio para colocar headers que dan acceso a otros pines del Teensy, más adelante se muestra un diagrama de ellos.

Langkah 5: Armar La Estructura

Video instruksional:

Video

Langkah 6: Conexiones Eléctricas En La Placa De Potencia

Conexiones eléctricas de los motores, baterías y encoders

Semua encoders se les debe retirar la resistencia R4 dan seterusnya 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. Los encoders utilizados poseen redundancia en la conexion de GND dan 3.3V. En la placa de potencia solo hay dos pines de 3.3V y dos de GND, uno para cada encoder. Lo más importante es el orden de las 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 motores, ya que si se intercambian las posiciones - y +, el robot irá en sentido contrario. Esto se puede arreglar modificando la programación del microcontrolador.

Conexión del switch de 9 polos y fusible

También se agrega un diagrama para conectar el switch de 9 polos a la placa de potencia, al igual que la conexión del fusible. Este switch es importante, ya que en una de las posiciones ON coloca en paralelo a las baterías para permitir la carga. En la otra posición ON, las baterías se colocan en serie y alimentan los reguladores de voltaje de 5V y 3.3V, que distribuyen energía a todo el robot. Por eso es clave conectarlo adecuadamente.

En la línea que pasa por el pin 9 del switch (ver diagram) se agrega el fusible de protección de 1A.

Langkah 7: Ensamblar La Parte Superior (Sensor, WiFi Y Teensy)

1. Colocar los seis sensores ultrasónicos en su base.
2. Perkenalkan los sensores, sosteniendo la base, en los headers hembra que se soldaron en la placa heksagonal.
3. Colocar el Teensy dan WiFi ESP8266 en la placa de módulos. Si se desea, también se debe introducir la IMU en los headers.
4. Perkenalkan la placa de módulos en la placa de sensores ultrasónicos, cuidando que los headers hembra de patas largas no se doblen.
5. Perkenalkan la parte superior en las barras roscadas, verificando que sea la orientación correcta. Solo de una forma los 12 sundulan macho de patas largas de la parte superior encajan con los 12 sundulan hembra de la placa de potencia.

Langkah 8: Calibración De Encoders Y Verificación De Señales

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 observar dos señales cuadradas en cada encoder, desfasadas 90°. Al girar la llanta manualmente hacia adelante, una señal aparece antes que la otra. Al giar 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.

Langkah 9: Cargar El Firmware Del Robot

Untuk realizar pruebas con algoritmos de control, se recomienda cargar el firmware que se adjunta. Es un script de arduino que envía datos a la computadora y recibe instrucciones de ella, melalui WiFi (con el módulo ESP8266).