Двигатель для 4-колёсных роботов: схема, печатные платы

ШАССИ ДЛЯ КОЛЕСНОГО РОБОТА

Робототехника – одно из магистральных направлений современного радиолюбительства. Об электронной части любительских роботов существует не мало хороших материалов [1-7]. Так что с электронной частью робота все довольно понятно ее можно делать с нуля, можно использовать Arduino или другую подобную платформу. Совсем по-другому обстоит дело с механической частью робота. Сделать ее своими силами заметно труднее. Так происходит не потому, что механическая часть очень сложна, а в силу того, что изготовления шасси с колесами, электромоторами, редукторами радиолюбителю требуются материалы, инструменты и навыки, лежащие несколько в стороне от его области интересов.

Автор сам пробовал изготовить шасси для простейшего трехколесного робота и пришел в итоге к выводу, что рациональнее строить своего робота на готовом покупном шасси или использовать в качестве шасси игрушечную радиоуправляемую машинку. Дело тут даже не в том, что собрать нормальный мотор-редуктор в домашних условиях нельзя, а в том, что на это уйдет, не мало времени, которое можно потратить на совершенствование датчиков робота, на разработку более совершенного управляющего алгоритма и т.п. К примеру, если у вас нет доступа к металлообрабатывающим станкам, то изготовление любой металлической детали превращается в серьезную проблему. Без 3D принтера не приходится говорить о пластиковых деталях сложной формы.

Таким образом, для небольшого учебного робота оптимальным будет использование готового шасси. Благо, стоимость их в Интернет-магазинах не велика, во всяком случае, приобрести за те же деньги радиоуправляемую машинку в обычном магазине не получится. Итак, данное шасси приобретено здесь [8]. Оно приходит в разобранном виде, в картонной коробке, детали переложены воздушно-пузырьковой пленкой.

В комплект входит основание из оргстекла.

Свободно ориентирующееся колесо на опорном подшипнике.

Два ведущих колеса с резиновыми шинами.

Два мотор-редуктора. Рабочее напряжение электромоторов поставщиком не указано, экспериментально установлено, что оно, видимо, составляет 6 В, ток потребления одного двигателя на холостом ходу составляет 130 мА, под нагрузкой около 200 мА.

Крепления для мотор-редукторов.

Никаких инструкций по сборке в посылке не было, впрочем, все достаточно очевидно. Закрепляем на основании мотор-редукторы. Надо заметить, что они крепятся с довольно существенным люфтом.

Затем на оси мотор-редукторов надеваем колеса. Ступица колеса и ось редуктора имеют фасонное соединение.

Для закрепления свободно ориентирующегося колеса оставшегося крепежа недостаточно, к тому-же отверстия в основании явно сделаны под винты М4.

Поэтому были использованы винты М4, подходящей длины, а также стойки от старых печатных плат высотой 1 см. Шасси робота в собранном состоянии показано на фото ниже.

На крепеже поставщик явно сэкономил, но в целом конструкцией доволен, набор своих денег стоит.

FAMAT › Блог › ROBOTяга ARDUINO — 1.Сборка

Машины бывают разные…

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:  Простая сигнализация для мотоцикла

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.

Двигатель для 4-колёсных роботов: схема, печатные платы

Теги статьи:Добавить тег

Простейшие роботы на одной микросхеме.

Автор: Inkognito
Опубликовано 28.11.2007

Привет всем. Наверное, каждый из вас хотел сваять собственного робота. Причем, непросто подключив пару моторчиков к батарейкам, а хотя бы создать такого, который имел бы хотя бы немного мозгов. То есть, чтобы он ориентировался сам с помощью датчиков. И при этом стоил недорого.
Теперь наши мечты сбылись благодаря появлению микросхемы L293D. Это так называемый драйвер двигателей.

И стоит это чудо в DIP-корпусе всего-то 75 рублей. На ней можно собрать несколько роботов:
– робот, следующий на свет ( на одном или двух моторах);
– робот, следующий за ладонью;
– робот, следующий по чёрной полосе;
Если разместить на плате панельки и подключить к микросхеме, то можно собрать своеобразный робоконструктор. Для его создания нам понадобится:

1. Микра L293D
2. Два фототранзистора (любые)
3. Два сверхъярких светодиода, красных или белых
4. Два моторчика
5. Батарейка на 4.5 или на 5 вольт
6. Примерно 20 см проводков
7. 5 резисторов на 220 Ом (обычные маркированы полосами: коричневая, коричневая, красная, четвёртая – абсолютно любая, а смд- цифрой 221)
8. Несколько выключателей и клемников
9 .Панелька DIP-16 под микру
10. Подложка, на которой всё будет установлено
11. Три или четыре колеса
12. Немного металла чтобы прикрепить колёса и моторчики.

Итак, начнём!
Рассмотрим самую простую схему – робот, следующий на свет, один моторчик и один фототранзистор:

Или два фототранзистора и, следовательно, два моторчика:

Теперь немного сложнее – робот, следующий за ладонью:

Секрет прост: свет от светодиодов отражается от ладони и попадает на фототранзистор.

И последняя схема – робот, следующий по чёрной линии:

Просто фототранзистор и светодиод следует повернуть вниз.
Ну вот пока вроде бы все простые схемы рассмотрены. Если робота собирать на обычных деталях, то можно разместить всё в спичечном коробке. Если применять SMD-компоненты и вибромоторы от мобильников со снятыми эксцентриками, то можно будет уместить весь девайс на пятирублёвой монете. Всю информацию про эту штуку я узнал с сайта www.myrobot.ru. Кстати, там есть неплохой робот на микроконтроллере. А ешё если моторы развернуть назад и прикрепить к ним небольшие лопасти вместо колёс, и установив всё на плавучее основание, можно получить самостоятельно передвигающийся катер. Можно запихнуть всё это в небольшую автомашинку, и тогда получится великолепный подарок детям. Дёшево и сердито. Со вкусом и оригинальностью.
На последок – фотко моей пробной конструкции на одном фототранзисторе и с одним мотором.

Почему так коряво – просто испытывал микросхему, да и второго фототранзистора небыло. Вот куплю – будет и конструктор в сборе.
Ну всё, удачи в ваянии, эксперементируйте!

Как построить робота – конструкция и схема

Как построить робота (от Travis Fagerness)

Начнем собирать робота, который будет следовать за линиями или стенами и избегать препятствий!

Обзор

Это первая часть в серии статей о моем опыте создания робота, который может делать разные вещи. Я думал, что было бы замечательно создать робота, которого легко было бы собрать лишь с одним паяльником, и комплектующие к нему были бы доступны. Я составил следующий список требований к этому роботу:

  1. Многие наборы стоят дорого, поэтому он должен быть относительно недорог.
  2. Он должен быть простым в сборке, не требуя специального оборудования.
  3. Он должен быть простым в программировании, не требуя сложных IDE и программатора.
  4. Он должен быть мощным для расширяемости.
  5. Он должен запускаться от простого источника питания.
  6. Он должен быть способен следовать за линией или за стеной и избегать препятствий.

В этой статье я расскажу, как я решил выполнить эти требования.

Выбор компонентов

Первый шаг в любом проекте – выяснить, какие необходимы комплектующие. Чтобы быть полезным, роботу нужно несколько ключевых вещей: способ двигаться, думать и взаимодействовать с окружением. Чтобы снизить стоимость, мне нужно обойтись двумя колесами. Этот означает, что мне нужно управлять двумя отдельными двигателями, которые могут работать независимо друг от друга. Мне также нужна шаровая опора, на которую робот может опираться, чтобы скользить. У этого решения есть недостаток: робот не может перемещаться ни по каким поверхностям, кроме гладких полов. Я хочу, чтобы мозги были построены на базе какой-либо известной микроконтроллерной платформы. Так ему не понадобится программатор или руководство по использованию средств разработки. У робота должны быть датчики, которые позволяют ему знать о линиях, стенах и препятствиях. Я также хочу свести к минимуму количество разных мест для покупок, чтобы снизить итоговую стоимость доставки. Наконец, компоненты должны быть небольшими, потому что я хочу спроектировать плату для недорогого производства и оставаться в пределах бесплатной версии Eagle CAD.

Механика: двигатели, шестеренки, колеса

Я нашел пару веб-сайтов, которые предлагают различные двигатели и компоненты для роботов, но я остановился на Polulu из-за их цен и наличия всего необходимого. Продукты Tamiya выглядели неплохо. Комплект 70168 Double Gearbox Kit поставляется с шестеренками, двигателями и валами, что значительно упрощает механику. И он очень дешев! В нормальном режиме двигатели работают от 3В, но могут работать и от большего напряжения за счет сокращения срока службы. Поддерживается несколько передаточных чисел, поэтому я могу точно настроить скорость робота. Я остановился на самых дешевых колесах, которые подойдут к валу из этого комплекта, Tamiya 70101 Truck Tire Set. Этот комплект поставляется с четырьмя колесами, а мне нужны только два, но он стоит дешево, а запасные части лишними никогда не будут! Переднее колесо – это просто шаровая опора или пластиковый винт, чтобы робот мог скольких по полу.

Мозг робота: Teensy

Мозги: микроконтроллер

Существует несколько различных микроконтроллерных платформ, которые довольно популярны. Основываясь на популярности, очевидным выбором является какая-либо Arduino. Другие варианты: Teensy, Launchpad и Raspberry Pi. Pi слишком большой и прожорливый, Launchpad тоже слишком большой. В прошлом я использовал Teensy, и это был хороший опыт. Teensy немного дороже, чем Arduino Mini, но предлагает гораздо более мощную платформу. Последняя плата Teensy снабжена Cortex M4, который обладает достаточной мощностью для простого робота. Бонусом к Teensy является встроенный стабилизатор на 500 мА, который может быть использован для питания всех датчиков.

Взаимодействие: датчики

Для следования за линией и следования за стенами требуются разные датчики. Датчики для следования за линией – это обычно рефлектометры, которые изменяют выдаваемое напряжение в зависимости от того, сколько света отражается от земли. Это делается с помощью светодиода и фотодиода или датчика освещенности. Детекторы стен и препятствий – это обычно датчики расстояния. Оба типа этих датчиков были доступны в удобных DIP корпусах в том же магазине, что и двигатели, что позволило мне сэкономить на доставке и легко их припаивать. По поводу датчика линии, я нашел датчик с тремя сенсорами, которые позволяют роботу в любое время центрироваться относительно линии. По поводу датчика расстояния, я решил использовать инфракрасный датчик высокой яркости, так как в данном проекте я имел дело более низким напряжением, чем ожидалось.

Питание: драйвер двигателя, батарея

Драйвер двигателя должен иметь возможность управлять трехвольтовыми двигателями, выбранными ранее. Я также хотел, чтобы он был масштабируемым на случай, если я захочу в будущем заменить двигатели. Я нашел драйвер всё в том же магазине. Он может работать с напряжениями 0–11 В и обеспечивать достаточно большие токи для двигателей, которые я захотел бы поставить в будущем. По поводу аккумулятора, я бы предпочел, чтобы робот работал на чем угодно. Teensy работает с напряжениями до 5,5 В, что означает, что можно использовать литиевый аккумулятор. Однако для лития требуется зарядное устройство, а я не хочу увеличивать расходы. Использование двух обычных батарей AA обеспечивает довольно много энергии без необходимости зарядного устройства. Недостатком является то, что они обеспечивают только

3 В и большие по размеру. Входное напряжение 3 В неже линейного стабилизатора Teensy на 3,3 В. Робот всё равно будет работать, потому что все компоненты, выбранные для Teensy, могут работать на более низком напряжении. Тем не менее, встроенный на Teensy стабилизатор напряжения стабилизировать не будет.

Дополнительные элементы

В какой-то момент я захотел, чтобы роботом можно было бы управлять через смартфон, и поэтому добавил на схему устройство BLE. Это не обязательно, чтобы следовать за линиями или стенами, но я подумал, что это будет отличное дополнение. Я также хочу, чтобы элементы можно было легко отключить, поэтому для подключения всего буду использовать на плате разъемы (мама).

Полный список компонентов

Обязательные компоненты

Тип компонентаМодель компонентаСтоимость
МикроконтроллерTeensy 3.219.80
ДвигательTamiya 701689.25
Драйвер двигателяDRV88354.49
Шаровая опораTamiya 701445.99
Датчик отражателяQTR-3RC4.95
КолесаTamiya 701014.10
Датчик расстоянияPololu 38kHz5.95
Печатная платаElecro 10x10cm14.00
Держатель батарейДержатель батарей 2-AA0.79
Общая стоимость без доставки$49.52

Дополнительные компоненты

Тип компонентаМодель компонентаСтоимость
Беспроводной модульnRF51 Dongle52.39
РазъемыШтырьковые разъемы5.00

Схема

Для рисования схемы и макета я использую бесплатную версию Eagle CAD. Я создал пользовательские условные обозначения и площадки для монтажа для всех элементов, кроме платы Teensy, доступной для скачивания во второй части из данной серии статей. У Teensy есть библиотеки для Eagle. Вы можете заметить, что на схеме отсутствуют какие-либо простые устройства, такие как резисторы и конденсаторы. Это связано с тем, что каждая из этих плат является уже готовой платой с выводами, чтобы сделать сборку максимально простой. Любой современный чип, скорее всего, будет для поверхностного монтажа, что для любителя может вызвать затруднения. Схемы для каждой из этих плат доступны у соответствующих продавцов. Вот несколько ключевых моментов к этой схеме:

  • Я поместил перемычку между батареей и остальной частью схемы. Это полезно для отключения питания без снятия батарей, измерения тока или защиты с помощью диода от обратной полярности.
  • Все интерфейсы являются цифровыми, за исключением двух. Существует UART соединение между nRF51 и Teensy через выводы 9/10. Контроллер двигателя работает через ШИМ, который поступает через выводы 6 и 4 Teensy.
  • На схеме нет светодиода. Светодиод, который находится на Teensy, может использоваться для отладки или индикации.
  • Здесь нет кнопки. Я подумал о том, чтобы поставить кнопку на линию сброса Teensy, но решил сэкономить.
  • При программировании Teensy через USB вы должны либо разрывать небольшую дорожку, соединяющую Vin/Vusb, либо убедиться, что, когда подключен USB, батареи отключены.

Схема печатной платы робота

Заключение

В данной статье я изложил требования к роботу и мои варианты конструкции, которые удовлетворяли бы эти требования. Эти варианты привели к созданию схемы и перечня элементов, чтобы оценить затраты на проект. Во второй статье из данной серии я нарисую печатную плату, чтобы ее можно было изготовить!

ШИМ-регулятор скорости для самодельного электровелосипеда








Ранее мастер работал над преобразованием своего велосипеда в электрический, используя двигатель постоянного тока для автоматического механизма двери. Также им была создана аккумуляторная батарея, рассчитанная на 84 В постоянного тока.

Теперь ему требуется регулятор скорости, который может ограничивать количество энергии, подводимой к двигателю от аккумуляторной батареи. Большинство доступных в сети регуляторов скорости не рассчитаны на такое высокое напряжение, поэтому было решено сделать его самому.

В данном проекте будет спроектирован и построен индивидуальный ШИМ-регулятор скорости для управления скоростью крупномасштабных двигателей постоянного тока.

Шаг 1: Инструменты и материалы





Для этого проекта понадобятся базовые инструменты для пайки, такие как:

– Паяльник;
– отсос припоя;
– Плоскогубцы;

Схема, файлы Gerber и список компонентов доступны здесь .

Шаг 2: Проектирование контроллера скорости



Так как мы стремимся контролировать скорость двигателя постоянного тока, то мы можем использовать две технологии. Понижающий преобразователь, который понижает входное напряжение, довольно сложен, поэтому было решено использовать PWM Control (Pulse Width Modulation). Подход прост, чтобы контролировать скорость питания батареи, он включается и выключается с высокой частотой. Для изменения скорости движения велосипеда изменяется рабочий цикл или период времени выключения контроллера.

В настоящее время механические переключатели не должны подвергаться такому высокому напряжению, поэтому подходящим выбором для такого применения является N-канальный Mosfet, который специально предназначен для обработки умеренного количества тока на высокой частоте.

Для переключения полушарий необходим сигнал ШИМ, который вырабатывается ИС таймером 555, а рабочий цикл сигнала переключения изменяется с помощью потенциометра 100 кОм.

Так как мы не можем работать с таймером 555 выше 15 В, придется включить интегральную микросхему преобразователя lm5008, которая понижает входное напряжение с 84 В до 10 В постоянного тока, который используется для питания таймера и охлаждающего вентилятора.

Для обработки большого количества тока было использовано четыре N-канальных Mosfets, которые подключены параллельно.

Кроме того, были добавлены все дополнительные компоненты, как описано в таблицах данных.

Шаг 3: Проектирование печатных плат


Закончив схему, было решено заняться разработкой специальной печатной платы для регулятора скорости. Было решено спроектировать это устройство так, чтобы оно было способно к дальнейшим модификациям для других DIY-проектов мастера, которые используют большие двигатели постоянного тока.

Идея проектирования печатной платы, возможно, требует больших усилий, но оно того стоит. Всегда старайтесь проектировать определенные модули на плате с другой стороны. К таким модулям относятся схема управления и питание. Это делается для того, чтобы при соединении всего вместе можно было выбирать подходящую ширину печатной дорожки, особенно на стороне питания.

Также было добавлено четыре монтажных отверстия, которые будут полезны для монтажа контроллера и удержания вентилятора вместе с радиатором над полевыми МОП-транзисторами.

Шаг 4: Заказ печатных плат




В отличие от любой другой заказной детали для DIY-проекта, печатные платы, безусловно, самые легкие. Как только файлы Gerber для окончательной компоновки печатной платы были готовы, осталось сделать несколько кликов для заказа специализированных печатных плат.

Все, что сделал мастер этого проекта, так это отправился на PCBWAY и загрузил свои файлы Gerber. После того, как их техническая команда проверит дизайн на наличие ошибок, дизайн будет отправлен на производственную линию. Весь процесс займет два дня и печатные платы придут по указанному адресу в течение недели.

Файлы Gerber, схема и спецификация для печатной платы регулятора скорости доступны здесь .

Шаг 5: Сборка печатных плат















Как и ожидалось, печатные платы прибыли в течение недели. Качество печатных плат абсолютно безупречное. Пришло время собрать все компоненты, как указано в спецификации, и поместить их на место.

Чтобы все шло гладко, нужно начать с самого маленького компонента на печатной плате, который в нашем случае является преобразователем LM5008 Buck, компонентом SMP. Как только компоненты были припаяны, согласно схемы, мастер приступил к работе с более крупными компонентами.

После сборки платы, пришло время расположить таймер 555 с выемкой в правильном направлении.

Шаг 6: Охлаждение





С таким огромным количеством энергии, с которым потребуется иметь дело, очевидно, что плата будет нагреваться. Поэтому, чтобы справиться с избытком тепла, необходимо согнуть полевые МОП-транзисторы и установить вентилятор на 12 В с переключателем между радиаторами.

После этого ШИМ-регулятор скорости готов к работе.

Шаг 7: Тестирование контроллера







Для тестирования контроллера будет использована аккумуляторная батарея на 84 В для электрического велосипеда, которая была изготовлена мастером ранее. Контроллер временно подключен к аккумуляторной батарее и мотору, который прикреплен к велосипеду для привода заднего колеса.

После переключения переключателя, контроллер включается и вентилятор обдувает воздухом полевые МОП-транзисторы. При вращении потенциометра по часовой стрелке, двигатель начинает вращаться и постепенно увеличивает скорость, пропорционально вращению ручки.

Шаг 8: Окончательные результаты







Регулятор скорости готов и он превзошел все ожидания мастера в отношении его возможностей. Контроллер легко работает от аккумуляторной батареи 84 В и плавно контролирует скорость двигателя.

Но чтобы протестировать этот регулятор скорости под нагрузкой, мастеру необходимо закончить свой велосипедный проект и смонтировать все компоненты вместе.

Также вы можете посмотреть видео по сборке данного контроллера:


Ardusumo – открытая платформа для создания боевых роботов

Идея

Ardusumo – это универсальная платформа с открытым исходным кодом для создания роботов с колесным приводом, которые снабжены инфракрасными датчиками для обнаружения и объезда препятствий и могут следовать по маршруту, отмеченному темными линиями на белом фоне (Рисунок 1).

Рисунок 1.Ardusumo – платформа для создания роботов.

Изначально проект Ardusumo задумывался с целью привлечения студентов и радиолюбителей в мир робототехники: корректно написанный код для Ardusumo позволит роботу выполнять различные автономные движения, платформа объединяет датчики и исполнительные устройства различных типов.

Основа проекта – отладочная плата Arduino. Несущая конструкция (шасси) представляет собой плату, объединяющую механические и электронные узлы. Разнообразие вариантов сборки поддерживается модульной конструкцией и универсальностью подключения.

Рисунок 2.Возможный вариант конструкции робота Ardusumo.

Электронная схема робота Ardusumo очень проста: отладочная плата Arduino UNO, четыре оптических датчика – три впереди и один сзади, два инфракрасных датчика и драйвер электродвигателей. Оптические датчики расположены снизу шасси (направлены вниз) и используются в режиме следования по маршруту, а также для определения пересечения роботом разделительной границы.

Каждый оптический датчик содержит светодиод, направленный на поверхность, по которой двигается робот и приемник отраженного излучения. Таким образом, по интенсивности отраженного света робот может определить маршрут движения (определяется более высокая интенсивность при освещении отражающей поверхности). Передние датчики устанавливаются на одной линии перпендикулярно продольной оси платформы. Средний датчик отслеживает линию движения и обнаруживает уход робота с нее (Рисунок 3). В этом случае микроконтроллер распознает направление смещения и выдает команды корректировки. Задний датчик предназначен для обнаружения приближения робота к краю кольца и в этом случае микроконтроллер подает команду движения вперед для выхода из тупика.

Два инфракрасных датчика – это «глаза» робота, которые располагаются сверху на плате и немного развернуты в разные стороны. Благодаря этим датчикам робот может обнаруживать и объезжать препятствия (Рисунок 3).

Два светодиода, расположенные впереди снизу, используются для подсветки поверхности перед роботом и подключены непосредственно к микроконтроллеру на плате Arduino. Для звукового оповещения используется компактный звуковой излучатель.

Для устойчивости робота снизу шасси устанавливаются две дополнительные шаровые опоры.

Рисунок 3.На нижней стороне несущей платы расположены оптические датчики, светодиоды подсветки и две шаровые опоры. На верхней стороне несущей платы расположены плата Arduino, ИК датчики препятствия и колесный привод.

Принципиальная схема изображена на Рисунке 4.

Рисунок 4.Принципиальная схема робота Ardusumo

«Сердцем» робота, как упоминалось выше, является плата Arduino UNO. Все необходимые сигналы управления доступны на коннекторах платы. Сигнальные линии D4, D5, D6, D7, D8, D9 и D10 используются для управления микросхемой-драйвером электродвигателей. Сигнал ШИМ, генерируемый микроконтроллером (линии D10 и D5), необходим для управления скоростью двух электродвигателей, обеспечивающих движение и вращение робота.

Контроллер двигателей микросхема TB6612FNG – представляет собой сдвоенный мостовой ШИМ драйвер с интегрированной простой логикой управления. Каждый интегрированный драйвер содержит выходной мост, образованный четырьмя комплементарными MOSFET ключами с защитными диодами.

Каждая секция контроллера двигателей управляется ШИМ сигналом, который подается на входы PWMA и PWMB (соответственно канал A и канал B). Сигнал ШИМ одинаковый для двух электродвигателей M1 и M2. Входы AIN1, AIN2 и BIN1 и BIN2 используются для управления режимами работы выходных мостов каналов A и B, соответственно.

Интегрированная логика используется для управления вращением и остановкой каждого электродвигателя. Вращение по часовой стрелке (в соответствии с полярностью включения двигателя, показанной на схеме) получают установкой лог. 1 на входе AIN1 и лог. 0 на AIN2. Если подать сигналы наоборот, то двигатель будет вращаться против часовой стрелки. Если установить лог. 1 на входе AIN1 и AIN2, то двигатель остановится. Это же справедливо и для логики управления каналом B.

Продолжим анализ принципиальной схемы. К выводам платы Arduino RST и A4 подключены две кнопки: P2 – для сброса микроконтроллера и P1 – для пользовательской функции. Цифровой выход D11 используется для управления двумя красными светодиодами подсветки поверхности впереди робота. К выходу D12 подключен звуковой излучатель BZ1.

К аналоговым входам Arduino A1 и A2 подключаются инфракрасные датчики дистанции Sharp GP2D120 с аналоговым выходом (Рисунок 5). Выходной сигнал датчиков пропорционален расстоянию от него до препятствия. Использование двух датчиков дает нам возможность определения расстояния до препятствия и (приблизительно) его положение.

Рисунок 5.«Глаза» робота – инфракрасные датчики расстояния GP2D120.

Инфракрасные датчики необходимо подключать через трехвыводные коннекторы S1 и S2, к которым дополнительно подводится питание +5 В и «земля» (Рисунок 6).

Рисунок 6.Расположение основных электронных и механических узлов на шасси робота Ardusumo.

Четыре аналоговых оптических датчика Vishay CNY70 для отслеживания маршрута движения подключаются к A2, D2, D3 и D1 линиям платы Arduino. Каждый оптический датчик состоит из светодиода и фототранзистора. Светодиод излучает свет по направлению к поверхности, а фототранзистор определяет интенсивность отраженного сигнала. Принцип основан на увеличении обратного тока насыщения коллекторного перехода фототранзистора. Чем ближе отражающая поверхность, тем выше интенсивность отраженного света, но стоит обратить внимание на цвет поверхности: если она белая, то интенсивность отраженного света будет больше, чем, если бы она была черной. В цепь эмиттера фототранзистора каждого датчика включен резистор (R8, R2, R4, R6), таким образом на соответствующих входах платы Arduino мы получим напряжение, уровень которого будет пропорционален интенсивности отраженного света.

Для питания робота используются 6 NiMH аккумуляторов, которые обеспечивают номинальное напряжение 7. 2 В. Не исключен вариант питания от шести батареек, в этом случае напряжение будет равно 9 В. Плата Arduino питается от встроенного регулятора напряжения 5 В. Контроль напряжения питания возложен на микроконтроллер: используется аналоговый вход А3 платы Arduino и делитель напряжения на резисторах R12 и R11.

Таблица 1. Список использованных компонентов

Обозначение
в схеме
НоминалПримечание
R1, R3, R5,
R7, R11, R12
47 кОм
R2, R4, R8390 Ом
R9100 Ом
R10270 Ом
C1, C2100 нФ 63 В
C3, C4, C5,
C6
470 мкФ 16 В
C7, C81 мкФ 35 В
C9100 мкФ 35 В
T1, T2, T3, T4CNY70Аналоговый оптический датчик
P1, P2Миниатюрные кнопки без фиксации
BZ1Компактный звуковой излучатель
SW1Выключатель питания
U1TB6612FNGДвухканальный драйвер
электродвигателей
LD1, LD2Светодиоды 5 мм
F1Предохранитель 1 А
S1, S2Коннекторы для подключения
ИК датчиков GP2D12

Загрузки

Исходные коды программы микроконтроллера (Arduino скетч), которые помогут протестировать функционирование узлов робота и создать свой собственный прототип – скачать

Перевод: Vadim по заказу РадиоЛоцман

Читайте также:  Бортовой компьютер на ВАЗ – схема, подключение, инструкция по прошивке, видео
Ссылка на основную публикацию