Szybki modułowy pojazd naziemny z podglądem obrazu na żywo przez sieć Wi-Fi

Głównym celem projektu jest wykorzystanie drukarki 3D do konstrukcji ramy oraz mechanizmów napędu i skrętu łazika sterowanego poprzez ogólnodostępną sieć bezprzewodową. Pojazd będzie miał możliwość transmisji obrazu w czasie rzeczywistym na ekran odbiorcy, może być to komputer, smartfon lub tablet. Dzięki drukarce 3D powstaje możliwość wydrukowania wszystkich precyzyjnych elementów mechanicznych, mocujących oraz modułów ramy robota. Dodatkowym wyposażeniem na pokładzie będzie wyświetlacz dotykowy pozwalający na interakcję z otoczeniem (wyświetlanie np. loga firmy, wideo, przycisków funkcyjnych). Rama z racji wielkości robota będzie drukowana w modułowych częściach. Wybrana część ramy robota będzie posiadać dodatkowe uchwyty, potrzebne do przyszłej rozbudowy robota o np. robotyczne ramię, czujniki do mierzenia parametrów środowiska zewnętrznego (np. temperatura, wilgotność, natężenie promieni UV).

Kilka słów o Realizatorach

Robonomik Jesteśmy grupą pasjonatów programowania i elektroniki z Zespołu Szkół Ponadgimnazjalnych Nr 1 w Zamościu. Działamy w ramach szkolnego koła zainteresowań „Robonomik”. Nasza pasja to robotyka. Specjalizujemy się w budowie, projektowaniu robotów, jak również w ich programowaniu oraz modyfikacji aby znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach życia codziennego. Podejmujemy wiele inicjatyw, które mają na celu poszerzenie naszej wiedzy oraz zastosowania jej w praktyce. Grupa prężnie się rozwija, obecnie bierzemy udział w konkursie “Lubelskie: Liga Robotyki”. W przyszłości zamierzamy brać też udział w innych konkursach ogólnopolskich. Robonomik jest otwarty na nowe pomysły jaki i nowych członków. Projekty, które już zrealizowaliśmy to budowa drona fotograficznego, stworzenie robotycznego ramienia oraz stworzenie autonomicznego łazika omijający przeszkody na podczerwień.

Osoby odpowiedzlne za realizację projektu:

  • Szymon Hałucha (modelowanie 3D)
  • Bartłomiej Maryńczak (dokumentacja)
  • Piotr Misiorek (opiekun grupy)

Harmonogram realizacji projektu

07.10.2018

Zgłoszenie projektu do udziału w konkursie.

31.03.2019

Finalizacja projektu.

Opisz szczegółowy konstrukcji

Konstrukcja składa się z kilku modułów, które zostały poniżej opisane. Wszystkie moduły zostały wydrukowane z materiału PLA z wypełnieniem 20%, oprócz mechanizmu napędowego gdzie wypełnienie zostało zwiększone do 50%. Do połączenia elementów w większości przypadków zostały użyte śruby M3 oraz nakrętki samokątrujące.

Napęd

Część napędowa jest stworzona tak, aby ruch obrotowy silnika przekazywany był za pomocą przekładni, w stosunku 2,5:1 czyli 2,5 obroty silnika to 1 obrót koła. Moc silnika to około 100 watów a napięcie znamionowe to rownowartość 3 celowej bateri polimerowej czyli 11,1V. Maksymalna prętkość obrotowa silnika to 920KV czyli w przeliczeniu 10212 obrotów na minutę. Przekładnie posiadają moduł zęba 0,8mm a ich szerokość to 7mm. Środkowe podwójne koło zębate zostało wyposarzone w dwa łożyska typ 623ZZ. Główny wał napędowy to pręt stalowy o średnicy 5mm, został on osadzony w 2 łozyskach typ 625ZZ. Koła w porównaniu do pierwszego prototypu zostały pomniejszone z 75mm do 60mm, szerokość kół to 15mm. Zastosowany silnik to typ BLDC wykorzystywany w budowie dronów, pozwala to na łatwą konfigurację zestawu, lecz jak każdy silnik bezszczotkowy wymaga elektronicznego kontrolera prędkości - ESC.

Sterowanie radiowe

Sterowanie radiowe zostało zrealizowane przy pomocy odbiornika modelarskiego FlySky model FS-IA6B, posiada on 6 kanałów PWM z czego zostało wykorzystanych 3 kanały: 2 do serwomechanizmów w układzie skręcania, 1 do sterowania kontrolerem ESC. Kierowca steruje robotem za pomocą 10 kanałowej Aparatury FlySky model FS-i6X, jej zasięg to około 1000m w terenie otwartym. Aparatura wykorzystuje standardowe pasmo 2,4GHz do komunikacji z odbiornikiem.

Układ skręcania

Układ skręcania początkowo był zrealizowany za pomocą 1 serwomechanizmu umieszczonego po środku przedniej części podwozia, obracał on kołami za pomocą cienkiego pręta stalowego, lecz to rozwiązanie było bardzo niestabilne i nielinowe. W obecnym modelu skręt jest realizowany przez 2 serwomechanizmy, do których przednie koła są przymocowane bezpośrednio przez adapter orczyk serwa - oś 5mm. Aparatura skonfigurowana została tak, aby przesyłała ten sam sygnał do dwóch serwomechanizmów. Dzięki takiemu rozwiązaniu nie ma problemu z synchronizacją skrętu kół przednich.

Schemat elektroniczny blokowy

img

Wykorzystanie łożysk

W projekcie zastosowano 2 typy łożysk odpowiednio są to: 625ZZ czyli łożysko z otworem wewnętrznym 5 mm a średnicą zewnętrzną 16mm i grubością 5mm; 623ZZ z otworem wewnętrznym 3mm, średnicą zewnętrzną 10mm i grubością 4mm. Wykorzystanie łożysk w takim projekcie jest niezbędne do poprawnego działania elementów obrotowych takich jak: koła przednie w których znajdują się po 2 łożyska typ 625ZZ; Oś tylna mocowana za pomocą dwóch łożysk typ 625ZZ do podwozia łazika oraz 2 łożysk typ 623ZZ wykorzystanych w środkowym podwójnym kole zębatym.

Akumulator

Łazik wyposarzony jest w akumulator Litowo-Polimerowy, posiada on napięcie znamionowe 11,1V i pojemność 1800mAh. Akumulatory litowo-polimerowe są bardzo popularne wśród modelarzy RC ze względu na dużą wydajnośc prądową, nasz model posiada wydajność na poziomie 30C czyli można nim zasilać urządzenia o łącznym poborze mocy do 600 watów, jest to zupełnie wystarczające dla naszego modelu.

Transmisja obrazu

Obraz jest transmitowany przez sieć Wi-Fi, do tego celu zostało wykorzystane Raspberry Pi 3 B+ razem z dedykowaną kamerą VGA. Dodatkowo do komputerka Raspberry został podłączony wyświetlacz dotykowy TFT jako element dodatkowego zagospodarowania. Transmisja obrazu przez sieć Wi-Fi pozwala oglądać obraz z łazika na każdym urządzeniu podłączonym do internetu jest to ogromna zaleta, ponieważ nie ma tu ograniczeń odległości w przesyle obrazu przez internet. Jednak aby transmisja zadziałała komputerek pokładowy musi być podłączony do istnejącej sieci Wi-Fi, może to być smartfon w roli Routera LTE.

Rezultaty projektu

  • Wykonanie projektu łazika
  • Nauka obsługi oprogramowania do modelowania 3D
  • Nauka obsługi drukarki 3D

Nagranie pokazowe

Galeria