Один из вариантов создания роботов на основе Arduino и других компьютерных плат — использование готовых корпусов и разработка собственной начинки. На рынке можно найти достаточное количество таких каркасов, которые включают также механическую базу (колеса, гусеницы, шарниры и т.п.). Взяв готовый корпус, вы сможете целиком сосредоточиться на программировании робота. Предлагаем небольшой обзор таких корпусов-скелетов роботов.
Почему нужны корпусы и скелеты роботов?
Создание робота — процесс многоэтапный, включающий в себя и проектирование, и сборку, и программирование. Знания робототехники граничат с физикой, механикой, алгоритмизацией. Начинающие юные робототехники по разному тяготеют к каждому из этапов создания роботов. Кому-то легче дается создание механических частей робота, но программирование вызывает сложности. Кто-то, наоборот, с легкостью программирует логику поведения робота, но процесс создания механической модели вызывает сложности.
Тем, кому процесс проектирования механики дается с трудом, и больше заводит именно процесс подбора различных датчиков и проектирование логики робота, стоит обратить внимание на различные механические базы для построения роботов. Они продаются без электроники, по сути это корпус или скелет будущего робота. Осталось только добавить им «мозг» (например, плату Arduino ), нервы и мышцы (датчики и приводы) и оживить их (запрограммировать). Иногда такие корпуса даже содержат моторы или датчики.
Платформы на 4 колесах — основа машинки Arduino
Платформа на колесах — это, безусловно самая простая и эффективная база для построения робота. В продаже есть много различных заготовок такого типа. Некоторые из их:
Платформа для создания робота на Arduino, выполненная из алюминиевого сплава. Платформа оснащена 4 колесами, к каждому из которых подключен отдельный мотор. Моторы идут в комплекте. Платформа может использоваться как основа автомобиля или любого другого ездящего робота. Размер платформы около 20 на 20 см. Винты, гайки и провода для подключения моторов также в комплекте.
Такое основание для вашего будущего робота можно купить примерно за $75 на сайте интернет-магазина DX.com .
Еще одна четырехколесная платформа для создания робота на базе Arduino привлекает внимание своими колесами. Они имеют диаметр 80 мм, ширину 60 мм, выглядят элегантно и надежно. У этой платформы акриловое основание толщиной 1,5 мм. Корпус имеет хорошую устойчивость и подходит для создания быстро передвигающегося робота. Aliexpress продает этот робот-скелет за $60. Комплектация аналогичная предыдущей — колеса, двигатели, провода и винты уже есть в наборе.
Двух- и трехколесные шасси для создания ездящих роботов
В следующей трехколесной платформе для создания робота на базе Arduino моторы подключены только к двум колесам и это снижает стоимость. В интернет магазине DX.com такое шасси продается за $20,5. Основание выполнено из прозрачного акрила. В комплекте 2 мотора, винты, гайки, провода, батарейный блок для 4 АА батарей. Размеры примерно 20 на 10 см.
Трехколесной платформе для робота Arduino. Фото dx.com
Двухколесное основание для робота. Фото dx.com
Гусеничные шасси для танков на Arduino
Гусеничные шасси более устойчивые чем те, что на колесах. Плюс в такой конструкции достаточно всего двух моторов, чтобы привести систему в движение, — а значит цена будет ниже, чем у четырехколесных платформ. Самая распространенная модель на гусеницах — это, конечно, танк, однако такая база может стать платформой для робота любой формы.
Гусеничное шасси для создания робота-танка на базе Arduino. В комплекте 2 мотора, гусеничная передача, винты, гайки. Размеры этого шасси 18,7 см х 11,5 см х 4,3 см. В интернет-магазине DX.com такое гусеничное шасси стоит $42.
Гусеничное шасси для робота. Фото dx.com
Корпус для робота-паука на Arduino
Паук — достаточно популярная форма роботов, поэтому в продаже имеются и такие корпуса-скелеты.Конструкция паука в отличие от роботов на колесах предусматривает движение в любую сторону.
Первый паук а в нашем обзоре стоит около $100 на Aliexpress .
Корпус для робота паука. Фото: aliexpress.com
В комплекте этого корпуса нет электроники, сервоприводов, их нужно покупать отдельно. С данной моделью паука рекомендовано использовать сервопривод MG 995 Servo. Забавно, что такой привод на сайте Aliexpress можно купить как за 33 доллара, так и за за 5 долларов (правда в этом случае придется купить 10 штук). Привод нужен под каждую лапу.
Кроме того для управления большим количеством сервоприводов потребуется многоканальный контроллер управления сервоприводами . Итоговая стоимость паука может получиться достаточно высокой.
Еще один скелет шестиногого робота-паука или даже робота-таракана привлек мое внимание своей ценой в $ 42,5. Робот на шести металлических лапах должен получиться пусть и не очень маневренный, зато устойчивый. Скелет этого таракана имеет длину 24 см, ширину — 18 см, высоту — 12 см. Приобрести этого черного таракана-робота можно на сайте интернет-магазина Aliexpress.
Корпус для робота таракана. Фото: aliexpress.com
Каркасы роботов гуманоидов
Достаточно интересной кажется модель робота-гуманоида стоимостью около $ 105. Здесь также нет электроники, зато много простора для творчества. Создание робота-гуманоида и программирование человеческой походки — непростые и интересные задачи. Начать пробовать свои силы в самостоятельном создании робота-гуманоида можно с покупки такого скелета на сайте интернет-магазина Aliexpress. Если верить описанию производителя, то на основе этого карскаса можно сделать даже танцующего робота.
Оболочка для робота гуманоида. Фото: aliexpress.com
Готовый робот, готовый корпус или создание Arduino робота с нуля?
Готовые полнокомплектые роботы на базе платы Arduino подойдут и для тех, кого электрические схемы не особо привлекают. Приобретая работающую модель робота, т.е. фактически готовую высокотехнологичную игрушку, можно разбудить интерес к самостоятельному проектированию и робототехнике. Открытость платформы Arduino позволяет из одних и тех же составных частей мастерить себе новые игрушки. Цена таких роботов колеблется в районе $ 100, что в общем относительно немного.
Готовые корпуса , которые мы рассмотрели в этом обзоре, предполагают бОльшую фантазию и бОльшее разнообразие получаемых роботов. В них вы не ограничены платами Arduino, можно использовать и другие «мозги». Преимущество этого способа перед созданием робота с нуля в том, что вы можете не отвлекаться на поиск материалов и разработку конструкций. Такой робот выглядит вполне серьезно и походит на промышленного.
Самым интересным, но и самым сложным, на наш взгляд, является полностью самостоятельное создание робота . Разработка корпуса из подручных материалов, приспособление для этих целей игрушечных машинок, и другой отслужившей техники может стать не менее увлекательным, чем программирование поведения робота. Да и результат будет совершенно уникальным.
Если вы только начинаете изучение Arduino робототехники, рекомендуем наш курс
Все цены приведены по состоянию на 22.05.14.
Платформа, отвечающая ряду требований: свободное движение, возможность установки дополнительного оборудования и расширения возможностей, а также умеренная стоимость. Вот такую робот- платформу или, просто, гусеничное шасси я и буду делать. Инструкцию, естественно, выкладываю вам на суд.
Нам понадобится:
Tamiya 70168 сдвоенный редуктор (можно поменять на 70097)
- Tamiya 70100 набор катков и гусениц
- Tamiya 70157 площадка для крепления редуктора (можно заменить на кусочек фанеры 4 мм)
- Небольшие куски листовой оцинковки
- Фанера 10 мм (небольшой кусочек)
- Arduino Nano
- DRV 8833
- LM 317 (стабилизатор напряжения)
- 2 светодиода (красный и зеленый)
- Резисторы 240 Ом,2х 150 Ом, 1.1 кОм
- Конденсатор 10v 1000uF
- 2 однорядных гребенки PLS-40
- 2 разъема PBS-20
- Катушка индуктивности 68мкГн
- 6 NI-Mn аккумулятора 1.2v 1000mA
- Коннектор папа-мама двух контактный на провод
- Провода разных цветов
- Припой
- Канифоль
- Паяльник
- Болтики 3х40, 3х20, гайки и шайбы к ним
- Болтики 5х20, гайки и усиленные гайки к ним
- Дрель
- Сверла по металлу 3 мм и 6 мм
Шаг 1 режем металл.
Для начала нам нужно вырезать из листового металла (лучше оцинковки) вырезать четыре детали. По две детали на гусеницу. По данной развертке вырезаем две детали:
Точками указаны места, где необходимо просверлить отверстия, рядом указан диаметр отверстия. Отверстия 3 мм нужны для навешивания катком, 6 мм – для продевания сквозь них проводов. После резки и сверления нужно напильником пройти все края, не оставляя острых углов. По пунктирным линиям согнуть на 90 градусов. Будьте внимательны! Гнем первую деталь в любую сторону, а вторую гнем в обратную сторону. Они должны быть симметрично согнутыми. Есть еще один нюанс: необходимо просверлить отверстия под саморезы, крепящие наши пластины к основе. Делать это надо, когда будет готова основа. Прикладыаем заготоку на основу и отмечаем места сверления так, чтобы саморезы попадали в центр ДСП. Делаем еще две детали по второй развертке:
Шаг 2 готовим основу.
Собираем редуктор по прилагающийся инструкции. Прикручиваем его на площадку. Если нет площадки вырезаем из фанеры 4 мм прямоугольник 53х80 мм и крепим на нее редуктор. Берем фанеру 10 мм. Вырезаем два прямоугольника 90х53 мм и 40х53 мм. Внутри маленького прямоугольника вырезаем еще один прямоугольник, так чтобы у нас получилась рамка с толщиной стенок 8 мм.
Скручиваем все как показано на фото:
В углах площадки сверли отверстия 6 мм и вставляем в них наши болтики 5х20 сверху накручиваем усиленные гайки. Они нужны для последующего крепления разных механизмов или плат. Для удобства сразу клеим светодиоды:
Шаг 3 электрика.
Для управления будем использовать Arduino Nano. Драйвер двигателей DVR 883. На монтажной плате собираем все по схеме.
L1 – катушка индуктивности и C1 нужны для стабилизации напряжения Arduino. Резисторы R1 и R2 перед моторами – токоограничивающие, их номинал надо подбирать под конкретные моторчики. У меня нормально работают при 3 Ом. LM317 нужна для заряда аккумуляторов. На вход можно подавать напряжение от 9.5 В до 25 В. R3 – 1.1 кОм R4 – 240 Ом. «Штырьки» слева используются для последующего подключения разного рода устройств (Bluetooth, модуля связи 433 МГц, IR, Servo и др.). Для питания будем использовать 6 аккумуляторов Ni-Mn 1.2v 1000mA спаянных последовательно и смотанных изолентой.
Шаг 4 собираем основу.
Берем нашу основу, на двусторонний скотч клеим на нее плату. Металлические детали по первой развертке нужно прикрутить на меленькие саморезики к основе по бокам, согнутыми частями наружу. Будьте внимательны прикручивать нужно так, чтобы крайнее 6 мм отверстие надевалось на выходную ось редуктора, низ детали должен быть параллелен основе и симметричен по отношения ко второй такой-же детали. В итоге должно получится:
Для придания нашей самоделке эстетичного вида добавим пару деталей. Это необязательно. Из белого пластика вырезаем прямоугольник 110х55 мм и гнем как показано на фото. Хвостик тоже необязателен, но мне понравилось как выглядит и прикольно трясется при движении:
Эта крышка прикрывает редуктор, чтобы в него не попадала грязь, да и шумит он так меньше. Далее тоже из белого пластика вырезаем прямоугольник 52х41 мм. Делаем отверстия для подключения Arduino и кнопки выключения как на фото:
Клеим все это на двусторонний скотч:
Наклейка для красоты.
Эти две детали можно изготовить практически из любого материала, который есть под руками. Это может быть толстый картон (который потом можно раскрасить), ДВП, тонкая фанера или листик пластика любого цвета. Не забываем про аккумуляторы. Приклеим их на двусторонний скотч на правой металлической части основы:
Шаг 5 гусеницы.
Здесь нам понадобятся наши заготовки по второй развертке. В 3 мм отверстия вставляем болтики с полуцилиндрической головкой 3х20. Надеваем шайбы и накручиваем гайки.
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
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:
- автономный режим «случайного блуждания» с целью построения карты помещения
- режим дистанционного управления
- 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.
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.
Платы
Размеры: 175 х 109 х 3 мм
Расстояние между платами (высота идущих в комплекте стоек): 24мм
Клиренс: 45 мм
Колеса
Диаметр колес: 67 мм
Ширина обода: 26 мм
Моторы
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:
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%.
Как вы оцениваете эту публикацию?
Доброго времени суток, мозгоинженеры ! Перед вами руководство о том, как сделать простой, небольшой, мобильный, устойчивый и вездеходный робот, без лишних девайсов и со всеми ведущими колесами.
Я довольно долго экспериментировал с конструкцией этой мозгоподелки
и достиг хороших результатов, которые выкладываю в этой статье. К примеру, шасси робота собрана из алюминиевых деталей «Actobotics» , что позволяет легко его собрать, и обеспечивает устойчивость, малый вес и надежность.
Каждое из шести колес имеет свой двигатель, что увеличивает тягу, при этом двигатели каждого борта, левого и правого, объединены в группы по три штуки, то есть маневрирует робот как танк. Большие колеса повышают проходимость и амортизацию, а также предотвращают повреждения при падениях.
Управляется поделка микроконтроллером Arduino, который отвечает за всю электрику, а еще имеет потенциал для дальнейших доработок. Основой пульта дистанционного управления является модуль XBee, который прост в эксплуатации, надежен и дает дальность сигнала большую чем требуется.
Шаг 1: Алюминиевая рама
Для сборки рамы нам понадобится:
3 алюминиевых уголка» Actobotics » по 40см.
6 алюминиевых кронштейнов для двигателей
6 двигателей 12 В с диаметром вала 6мм
6 колес 127 х 62мм
6 покрышек 5.6см
6 шестигранных ступиц для колес
36 винтов M3x8
алюминиевый лист 343x190mm
8 шестигранных распорок M3x40mm
Шаг 2: Подготовка рамы
Один из алюминиевых уголков разрезаем пополам пилкой по металлу. На двух других, цельных уголках размечаем места под кронштейны мозгодвигателей , высверливаем 3мм-ые отверстия под болты крепления (голубой цвет на фото) и прикручиваем сами кронштейны к уголкам.
Шаг 3: Сборка рамы
На кронштейны монтируем двигатели, размещая их как можно ниже. Затем длинные уголки скрепляем, друг с другом двумя короткими (которые разрезали ранее), в местах показанными красным цветом.
После этого на алюминиевый лист монтируем 8 распорок, и с помощью них крепим его к раме из уголков.
Шаг 4: Электроника
Данный шаг подразумевает у вас мозгоопыт работы в области электроники, в частности сборки цепи с Arduino и XBee.
Для сборки электроцепи поделки необходимо:
Литиевая батарея 3S на 4000 мАч
цифровой электронный переключатель – нужен для возможного последующего апгрейда, и его можно заменить на простой переключатель, рассчитанный на ток не более 10 ампер.
модуль Arduino Mega 2560
плата XBee Explorer
передатчик XBee Pro 60 мВт с антенной
плата управления Sabertooth 12А на два двигателя
ULN 2803 и IC разъем
На алюминиевой пластине размечаем три линии, соответствующие трем осям двигателей (на фото обозначены красным), затем между двумя первыми осями крепим литиевую батарею, а после устанавливаем электрический переключатель, если вы все же решили его использовать.
Приступаем к Arduino: припаиваем на обратной стороне платы красный провод к Vin, черный к двум GND и белый к TX1 (18-й контакт), ориентируемся по фото. При монтаже платы старайтесь разместить ее между колесами так, чтобы USB порт был легкодоступен для программирования. Саму плату крепим к пластине шестью болтами с двумя шайбами на каждом, чтобы приподнять плату над пластиной. Используйте также пластиковые шайбы и гайки, чтобы избежать короткого замыкания.
Прямо на алюминиевую пластину монтируем плату управления Sabertooth и закрепляем четырьмя болтами с гайками. Пластина играет здесь еще и роль радиатора. Далее, ориентируясь на схему, подключаем компоненты самоделки друг с другом.
На плату для XBee монтируем сам XBee модуль и делаем 4 соединения: 5В к 5В, GND к заземлению, DIN к TX3 (14 контакт) и Dout к RX3(15 контакт).
А в завершение, на небольшой монтажной плате собираем цепь, отвечающую за работу светодиодных фар на передней части поделки, при сборке так же смотрим на схему.
Шаг 5: Программирование Xbee
Перед началом программирования модуля XBee желательно ознакомится с руководством .
Помимо знаний нам понадобится:
Плата USB XBee explorer
USB-кабель
После установки и обновления программы X_CTU настраиваем каждый XBee модуль как приемник и передатчик одновременно. Задаем три мозгопараметра
:
Для приемника: DL=321, MY=123 and BD = 3 (9600 baud).
Для передатчика: DL=123, MY=321 and BD = 3 (9600 baud).
Шаг 6: Сборка пульта управления
Необходимые материалы:
Литиевая батарея 3S на 800 мАч
Arduino Nano 5В, 16 МГц или аналогичный
плата XBee Explorer
модуль XBee Pro 60 мВт с антенной
джойстик
LED
резистор 220 Ом
два миниатюрных переключателей
пластиковый корпус
После сборки основной схемы сделать пульт это простой шаг. При этом, как обычно, ориентируемся на схему. Код для Arduino
Шаг 7: И в заключение
Собранная мозгоподелка имеет следующие характеристики: длина — 42 см, ширина — 32см, высота — 12,5см, вес — 3.430 кг.
Скорость зависит от выбранных двигателей, у моего мозгоробота с передаточным числом 100: 1, она достигает 0,7 м / с (2,4 км / час). Если уменьшить передаточное число, скорость увеличится с уменьшением тяги. Напротив, если увеличить передаточное число: скорость уменьшится, но повысится тяга.
На видео показаны внедорожные качества самоделки .
Важные моменты:
при монтаже светодиодов соблюдайте полярность;
если колесо вращается в обратную сторону, то просто поменяйте полярность двигателя;
если вся группа колес вращается в обратную сторону, то полярность поменяйте на плате Sabertooth;
если все колеса вращаются в обратную сторону, то поменяйте полярность питающих проводов платы Sabertooth.
В плату Sabertooth встроен датчик напряжения батарейки, поэтому если самоделка перестает функционировать, то просто зарядите аккумуляторную батарею.
Планы на апгрейд: для начала на свою мозгоподелку я хочу добавить миниатюрную видеокамеру и аудио-видео передатчик, которые используются в авиамоделировании. Также в планах установка на поделку роботизированной руки-манипулятора.
Но это в планах, а пока благодарю за внимание и удачи в творчестве!