Robot De Tracción Diferencial (Differential Drive): 10 Hakbang

2025 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2025-01-23 15:13

La robótica de enjambre se inspira en insectos que actúan colaborativamente. Es una disiplina basada en conjuntos de robots que se coordinan para realizar tareas grupales. Ang mga robot ng indibidwal ay deben ser capaces ng sensar y actuar at un ambiente real. Entre las instituciones que poseen plataformas para probar robótica de enjambre están Georgia Tech (Estados Unidos), Aalborg University (Dinamarca), y 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.

Ang robot ay may kaugnayan dito sa pamamagitan ng pag-relovamente bajo, sa aproximadamente na $ 167, naihahambing sa otras 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.

Hakbang 1: Módulos Del Robot Y Listado De Materiales

El robot se split en tres módulos:

1. Es konstrura y potencia eléctrica
2. Instrumentación electrónica (sensores y la programación que los gobierna)
3. Comunicación inalámbrica (WiFi)

Para sa mga elaboración del robot ay nangangailangan ng disponibilidad ng mga de la siguientes herramientas:

• impresora 3D
• Cortadora láser
• fresadora de circuitos.

En caso de que no se cuente con ellas, se pueden solicitar servicios en línea como pcbcart para sa PCB, o sculpteo para sa impresión 3D at higit pa.

Mag-ayos ng archivo de Excel sa mga materyal na kinakailangan sa paggawa ng robot. Ang prec calculator ng $ 167 para sa robot ay makakalkula sa lahat ng mga materyal para sa impresora 3D, cortadora, at fresadora.

En el listado hay materiales que se adquirieron en línea (mouser, adafruit, robotshop), upang makita ang lahat ng ito sa unang panahon ng isang previo a la Fabricon del robot.

Hakbang 2: Fabricación De Los Circuitos Impresos (PCB)

El diseño del robot incluye tres PCB. Se adjuntan los archivos Gerber para sa fabricación.

1. Placa de potencia y control de motores, dos capas. Fabricación PCB potencia
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 ay opcional. Narito ang isang paggamit ng 9 grados de libertad con acelerómetro, giroscopio y magnetómetro. Se realizaron pruebas con una de 6 DOF y no se obtuvieron resulta ng mga kasiya-siyang.

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.

Recomendación:

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

Gumamit ng equipo adecuado para sa realizar soldadura SMD.

Github del proyecto

Hakbang 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. base ultradonicos1)
2. porta switch y fusible (1)
3. espaciadores Laros de Placa de Potencia y Placa de Sensores ultrasónicos (2)
4. espaciadores cortos de placa de potencia (4)
5. ball caster (1) *

Cortadora láser:

1. porta bateria MDF (2)
2. base de MDF (1)
3. Tapa de acrílico (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 sa impresora 3D de cada pieza y para el corte de cada pieza 2D. Solo deben de ser exportados a stl desde imbentor 2018 o sacar los archivos.stl y.pdf de la carpeta llamadafabricar.

Se adjunta también el ensamblaje en imbentor (assemblefinalultimaversion) para poder entender mejor la es konstrura o por si se desea modificar.

Piezas 3D y 2D

Hakbang 4: Soldadura De Componentes En Los PCB

Primero se hace la soldadura de komponente de superficie, del más pequeño al más grande. Maglagay ng isang lugar sa loob ng mga bahagi ng throug-hole.

Tingnan ang pasta at walang pagkilos ng bagay. La limpieza del PCB usando acetona solo remueve la pasta.

Ito ay regular na regular na temperatura ng la estación de soldadura SMD, para sa iba pang mga sangkap.

Recomendaciones adicionales para cada placa:

1. Placa de potencia: Ang mga cable na walang kalakal na soporten al menos 1.5 amperios de carga Continua para makapagpalit ng mga polos. Antes de colocar las baterías lipo probar si no hay corto circuito. Sumangguni sa siyempre los esquemáticos de la PCB o los diagramas de conexiones adjuntos para saber donde colocar cada bahagiente. Mas detalles en: Fabricación de robot
2. Placa de sensores ultrasónicos: Los header macho de pines ang pinakamataas na interconectan con la placa de potencia deben ser soldados en la ilalim na layer, sa tuktok na layer ng talata sa buong bahagi ng plástico con la menor cantidad posible de metal del pin. Los sensores ultrasónicos van montados sobre headers hembra, no se sueldan directamente en el PCB. Si no se tienen vías, se recomienda soldarlas con cable y estaño, pagtanggal sa después las puntas con un alicate.
3. Placa de módulos: El diseño del PCB tiene headers adicionales que son opcionales. Narito ang solo na nabenta ng mga header para sa mga kabataan, para sa WiFi at mga header na binubuo ng mga pinuno para sa interconexión con el PCB ng mga sensores ultrasónicos. (La IMU se deja opcional). Hay espacio para sa colocar headers que at acceso a otros pines del Teensy, más adelante se muestra un diagrama de ellos.

Hakbang 5: Armar La Esonstrura

Pagtuturo ng video:

Video

Hakbang 6: Conexiones Eléctricas En La Placa De Potencia

Conexiones eléctricas de los motores, baterías y encoder

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

En el diagrama se muestra la distribución de cómo deben ir las conexiones. Ang mga Los encoder ay gumagamit ng poseen redundancia en la conexión de GND y 3.3V. En la placa de potencia solo hay dos pines de 3.3V y dos de GND, uno para cada encoder. Narito ang mahalagang es el orden de las señales de los encoder 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. Mag-aral ng mga programa sa modificando la programación del microcontrolador.

Conexión del switch de 9 polos at fusible

También se agreementga un diagrama para conectar el switch de 9 polos a la placa de potencia, al igual que la conexión del fusible. Kailangan mong palitan ang lahat ng ito, una sa mga posisyong ON SA 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. Sa pamamagitan ng clave conectarlo adecuadamente.

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

Hakbang 7: Ensamblar La Parte Superior (Sensores, WiFi Y Teensy)

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

Hakbang 8: Calibración De Encoders Y Verificación De Señales

Antes de iniciar las pruebas es importante calibrar los encoder.

Para sa isang taong hindi nakakakuha ng potenciómetros de los encoders, que ajustan la sensibilidad. Con un osciloscopio se debe obserbar dos señales cuadradas en cada encoder, desfasadas 90 °. Al girar la llanta manualmente hacia adelante, una señal aparece antes que la otra. Al girar la llanta hacia atrás, la señal que antes aparece antes, ahora aparece después.

Otra forma de calibrar los encoders, aunque es menos efffice 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.

Hakbang 9: Cargar El Firmware Del Robot

Para sa realizar pruebas con algoritmos de control, upang masubaybayan ang mga firmware ng firmware na mag-aayos. Ito ay isang script ng arduino que envía datos a la computadora y recibe instrucciones de ella, vía WiFi (con el módulo ESP8266).