Силовой агрегат

Второй важный этап в создании домашнего помощника на гусеничном шасси – это выбор двигателя. Как видно из видео для создаваемого мини трактора сойдет любой мотор, если он подходит по мощности и соответствует крутящему моменту. Здесь идеальным вариантом будет установка дизельного движка мощностью 12 л.с., с четырьмя цилиндрами и водяным охлаждением.

Еще не плохим вариантом в решении данного вопроса будет мотор с мотоблока «Садко». Для уменьшения оборотов в таком движке нужно будет своими руками установить дополнительные шкивы. Таковые самодельные конструктивы уменьшают скорость вращения коленчатого вала мини трактора в 3,5 раза.

Мост

Обычно установка моста не вызывает никаких затруднений. Для этого не потребуется вносить дополнительно изменения в конструктивы в раму агрегата. Здесь идеально подойдет мост, снятый с любой модели отечественного автомобиля.

Например, для мини трактора можно применить задний мост из ГАЗ – 21 «Волга». Его придется своими руками лишь укоротить до ширины 800 мм и срубать заклепки на фиксирующих чулках удаляются, чтобы можно было разместить все механические элементы.

Гусеница

Самодельные шасси агрегата довольно просто изготовить в домашних условиях. Для этого понадобится комплект колес, например из тележки и старая покрышка из колеса большой машины. Размеры указанных элементов для шасси мини трактора нужно выбирать исходя из габаритов, создаваемой машины. Самодельные гусеницы изготавливаются просто. Нужно по бокам обрезать приготовленную покрышку и одеть на смонтированные колеса. Здесь важно не ошибиться в размерах.

Другие механизмы

Каждый механик понимает, что конструируемый гусеничный агрегат не сможет самостоятельно двигаться без узла сцепления и коробки передач. В качестве последнего элемента можно использовать переключающее устройство, снятое с грузовика ГАЗ – 53. Сцепление, взятое с автомобиля ГАЗ – 52, идеально конструктивно впишется в конструкцию будущего домашнего помощника.

Процесс сборки

Принцип работы

Самодельные агрегаты обычно складываются в определенном алгоритме. Этому немаловажно следовать, так как одни запчасти доведется подгонять под иные детали. Без установленного порядка сборки это осуществить будет затруднительно.

Комплектующие для минитратоктоа
Заготовка звездочки
Ведущие звездочки готовы
Рама с гусеницами в сборе

Вид снизу - монтаж гусениц

Вид сбоку
Вид спереди

Последовательность конструирования на практике выглядит следующим образом:

• Собирание элементов рамы в цельную конструкцию. Установление на нее ведущих колес и опорных катков.
• Установка мотора и соединение его с коробкой передач.
• Размещение тормозных узлов и дифференциального элемента. Механическое соединение указанных элементов с коробкой передач.
• Конструирование узла управления и оборудование места водителя.
• Сборка и установка гусениц, а также добавочных вспомогательных элементов.
• Проверка рабочего состояния узлов и систем агрегата. В случае необходимости их доработка.
• Обкатка трактора.

Если рассмотреть принцип работы самоделкового механизма, то можно легко установить, что он мало чем различается от аналогов серийного производства. Одним словом, все основные функции выполняются, как в обычных тракторах на гусеницах. Только есть одно различие – упрощенная система разворачивания.

Принцип работы самодельного механизма выглядит таковым образом:

• Мотор передает крутящий момент на коробку передач.
• Крутящий момент поступает на дифференциальную систему, где распределяется на полуоси.
• Колеса приступают к двигательному процессу, передающегося на гусеницы. Трактор начинает передвижение в заданном направлении.
• Функция поворота заключается, что происходит торможение одной полуоси, а весь крутящий момент ложится на другую полуось. За счет торможения одна гусеница начинает двигаться вокруг другого заторможенного шасси. Так происходит поворот агрегата.

1. Перед тем как приступить к сборке гусеничного агрегата, необходимо в первую очередь создать чертежи основных и дополнительных узлов, содержащие точные расчеты.
2. Перед началом работы нужно побеспокоиться о наличии исправности сварочного аппарата, электрической дрели со всеми насадками и болгарки.
3. Сборку надобно производить с тщательной аккуратностью. Все болты и гайки нужно закручивать с надежной чувствительностью. Каждый сварочный шов должен быть аккуратно зачищен.

При сборке следует помнить, что создаваемый трактор станет надежным и незаменимым помощником в решении многих вопросов по хозяйству.

Два года назад, когда я только начал заниматься мультикоптерами, мне пришлось сделать небольшой . Поскольку квадрокоптер задумывался сугубо автономным, все что требовалось от этого пульта - это управлять беспилотником во время испытаний и настройки.

В принципе, пульт со всеми возложенными на него задачами справлялся вполне успешно . Но были и серьезные недостатки.

1. Батарейки в корпус никак не влазили, поэтому приходилось их приматывать к корпусу изолентой:)
2. Настройка параметров была вынесена на четыре потенциометра, которые оказались очень чувствительными к температуре. В помещении настраиваешь одни значения, выходишь на улицу - а они уже другие, уплыли.
3. У Arduino Nano, которую я использовал в пульте, есть всего 8 аналоговых входов. Четыре были заняты настроечными потенциометрами. Один потенциометр служил газом. Два входа были подключены к джойстику. Оставался свободен только один выход, а параметров для настройки гораздо больше.
4. Единственный джойстик был вовсе не пилотным. Управление газом с помощью потенциометра тоже весьма угнетало.
5. А еще пульт не издавал никаких звуков, что иногда бывает крайне полезно.

Чтобы устранить все эти недостатки, я решил кардинально переделать пульт. И железную часть, и софт. Вот что мне захотелось сделать:

• Сделать большой корпус, чтобы в него можно было запихнуть все что хочется сейчас (включая батарейки), и что захочется позже.
• Как-то решить проблему с настройками, не за счет увеличения числа потенциометров. Плюс, добавить возможность сохранения параметров в пульте.
• Сделать два джойстика, как на нормальных пилотных пультах. Ну и сами джойстики поставить православные.

Новый корпус

Идея чрезвычайно проста и эффективна. Вырезаем из оргстекла или другого тонкого материала две пластины и соединяем их стойками. Все содержимое корпуса крепится либо к верхней, либо к нижней пластине.

Элементы управления и меню

Чтобы управлять кучей параметров, нужно либо разместить на пульте кучу потенциометров и добавить АЦП, либо делать все настройки через меню. Как я уже говорил, настройка потенциометрами не всегда хорошая идея, но и отказываться от нее не стоит. Так что, решено было оставить в пульте четыре потенциометра, и добавить полноценное меню.

Чтобы перемешаться по меню, и менять параметры обычно используют кнопки. Влево, вправо, вверх, вниз. Но мне захотелось использовать вместо кнопок энкодер. Эту идею я подсмотрел у контроллера 3D-принтера.

Разумеется, за счет добавления меню, код пульта распух в несколько раз. Для начала я добавил всего три пункта меню: "Telemetry", "Parameters" и "Store params". В первом окне отображается до восьми разных показателей. Пока я использую только три: заряд батареи, компас и высота.

Во втором окне доступны шесть параметров: коэффициенты PID регулятора для осей X/Y,Z и корректировочные углы акселерометра.

Третий пункт позволяет сохранять параметры в EEPROM.

Джойстики

Над выбором пилотных джойстиков я долго не размышлял. Так получилось, что первый джойстик Turnigy 9XR я добыл у коллеги по квадрокоптерному делу - Александра Васильева, хозяина небезызвестного сайта alex-exe.ru . Второй такой же заказал напрямую на Hobbyking.

Первый джойстик был подпружинен в обоих координатах - для контроля рыскания и тангажа. Второй я взял такой же, чтобы затем переделать его в джойстик для управления тягой и вращением.

Питание

В старом пульте я использовал простой регулятор напряжения LM7805, который кормил связкой из 8 батареек AA. Жутко неэффективный вариант, при котором 7 вольт уходили на нагрев регулятора. 8 батареек - потому что под рукой был только такой отсек, а LM7805 - потому что в то время этот вариант мне представлялся самым простым, и главное быстрым.

Теперь же я решил поступить мудрее, и поставил достаточной эффективный регулятор на LM2596S. А вместо 8-ми AA батареек, установил отсек на два LiIon аккумулятора 18650.

Результат

Собрав все воедино, получился вот такой аппарат. Вид изнутри.

А вот с закрытой крышкой.

Не хватает колпачка на одном потенциометре и колпачков на джойстиках.

Наконец, видеоролик о том, как происходит настройка параметров через меню.

Итог

Физически пульт собран. Сейчас я занимаюсь тем, что дорабатываю код пульта и квадрокоптера, чтобы вернуть им былую крепкую дружбу.

По ходу настройки пульта, были выявлены недостатки. Во-первых, нижние углы пульта упираются в руки:(Наверное я немного перепроектирую пластины, сглажу углы. Во-вторых, даже дисплея 16х4 не хватает для красивого вывода телеметрии - приходится названия параметров сокращать до двух букв. В следующей версии девайса установлю точечный дисплей, либо сразу TFT матрицу.

По многочисленным просьбам я решил описать процесс создания вот такого робота с камерой на гусеничном шасси и управлением по bluetooth с помощью джойстика.

Я всегда мечтал создать робота, которым можно управлять с помощью компьютера и смотреть за его перемещениями от первого лица.
Весь процесс я условно разделил на три части:
1. Сборка робота
2. Программирование боротового микроконтроллера
3. Программирование управления с ПК

Полагаю, что наиболее интересной эта тема будет тем, кто хотел бы построить такого робота, но не хватает знаний в отдельных моментах. (Тем, кто хорошо разбирается в роботостроении, электронике и программировании, ничего нового я не открою). Поэтому рассказывать буду максимально подробно и просто.
Вообще говоря, робота можно купить и готового, но
-во-первых это не так интересно - сам процесс создания робота своими руками доставляет огромное удовольствие
-во-вторых при покупке готового робота переделать его под свои интересы часто довольно сложно, если вообще возможно
-и наконец, при грамотном подходе, самостоятельно сделать робота может оказаться дешевле.
Мы будем использовать максимально дешевые, но готовые узлы, потому что сборка с нуля не каждому интересна, более сложна и рискует надоесть затянувшемся на месяцы процессом:).
Если робота хочется не просто заполучить на поиграться, а именно сделать самому, тогда поехали!
Робот самостоятельно не принимает решений, то есть это управляемое с ПК шасси, которое выполняет команды и передает видеосигнал. Однако, доработать его до самостоятельного робота не составляет никакого труда - нужно лишь добавить сенсоры и дописать логику бортового компьютера. Платформа на это рассчитана.
Нам понадобится:
Для гусеничного шасси
1. Двухмоторная коробка с редуктором - Tamiya Twin Motor Gearbox (TAM70097)

2. Гусеницы и катки с осями - Tamiya Track and Wheel Set (TAM70100)

3. Платформы и крепеж - Tamiya Universal Plate Set (2) (TAM70157)

Из этого дефицитом в России является только пункт 2.
Купить остальное можно в Терраэлектронике (70097 - 520р, 70157 - 385р)
Или в официальном магазине Tamiya . Если будете покупать в нем, то берите гусеничное шасси (630р) и коробку (390р). Вам останется про запас коробка с одним мотором.
Дело в том, что нам нужна коробока с двумя моторами, чтобы робот мог ехать не только прямо, но и поворачивать, раздельно управляя гусеницами.
Поскольку в Москве купить все в одном месте не удалось, а бегать и искать не хотелось, то я все это заказал на ebay у единственного продавца , который по нормальной цене доставляет в Россию. Обошелся комплект примерно в $37.5 с доставкой.
Также можно найти эти запчасти на pololu.com. Там подороже и не всегда в наличии.
Вместо платформы с отверстиями вполне можно использовать кусок фанеры, а для крепежа металлический конструктор, который продается в детском мире примерно за 200-400 рублей (есть несколько наборов).

В общем, самое главное - это гусеницы и мотор-редукторы.

Бортовая электроника
1. Arduino Duemillanove/ Freeduino 2009 - мозг нашего робота -


на ebay от $17.60.
Я брал на freeduino.ru, довольно давно и за 950р.
Для робота вполне достаточно на базе Atmega168 (дешевле чем Atmega328P), если вы не собираетесь писать очень навороченную логику робота или использовать Arduino как и я для других экспериментов, которым 16кБ флэш памяти может не хватить.
2. Силовой модуль Motor Shield V2 или V3 для управления моторами


На ebay от $10.5, старая версия и без гребенок для установки следующего этажа шилдов.
на Freeduino.ru от 600р в виде конструктора до 900 р в собранном виде. Советую v3 - она более гибкая.
3. Sensor shield V4 - удобный модуль для подключения сенсоров и сервоприводов. Если вас не пугает пучок проводов, то он нафиг не нужен. Я купил его для экспериментов, поэтому воткнул для удобства.

порядка $8 на ebay
4. SmartBluetooth модуль. Понадобится для связи с ПК или ноутбуком.

на ebay от $9.9. Я брал давно и мне он обошелся аж в $23
5. Bluetooth dongle - если будете управлять с ПК и Bluetooth интерфейса в нем нет, то нужно купить.
цена - $2.7
Итого $40.7 если обойтись без Sensor shield, но с bluetooth dongle для ПК.

Нам также понадобится питание для Arduino и моторов. Вы можете воспользоваться обычными АА батарейками в таком вот отсеке, купив его на рынке или в ЧипИДипе, если очень срочно.


« »
или 9В батарейкой типа «Крона».
Я предпочитаю компактные и более удобные LiPoly аккумуляторы :


или 2 LiIon элемента 18650, соединенных последовательно.

Этого комплекта достаточно, чтобы сделать робота с базовым функционалом, поэтому я бы предложил в этом месте сделать паузу, выбрать где и что вы будете заказывать, сделать заказы или съездить по магазинам, а пока заказ будут доставлять, заняться видеоподсистемой.
При заказе в основном из китая все компоненты вы получите примерно через 2-3 недели и обойдется все в $80-100, в зависимости от выбранного продавца или вашего желания поторговаться и сэкономить, может быть и дешевле. Если покупаете несколько товаров у одного продавца, просите комбинировать доставку, на этом можно сэкономить. Так называемая «бесплатная доставка» (free shipping) просто включена в стоимость и хороша, если покупаете один предмет.

Собираем шасси
Комплект Tamiya 70100 идет с подробной инструкцией. Аккуратно вырезаем кусачками или канцелярским ножом резиновые гусеницы и катки, отделяя от литников, собираем и крепим с помощью винтиков М3х10 к фанерной площадке или если купили Tamiya universal plate set, то комплектными клинышками, они многоразовые, так что ничего страшного, если сначала что-то не туда воткнете.
Затем собираем коробку моторов с редукторами TAM70097. У нее есть 2 варианта передаточных чисел. 58:1 ездит очень и очень шустро, но моторчики на малых оборотах не тянут и жалобно стонут, а после того, как нагрузим платформу, могут вообще еле ворочаться. Рекомендую собирать в варианте 201:1, так наш «танк» не будет убегать из поля зрения и будет двигаться более плавно. Правда шуму от бешено вращающихся шестерней будет побольше. Ведущие шестерни шасси насаживаем на шестигранные оси коробки.
Для проверки работоспособности достаточно подать питание от 2 батареек на моторчики просто конснувшись проводками контактов мотора. Теперь нужно подпаять по паре проводков к моторчикам. Сантиметров по 10-15 будет достаточно.
Затем с помощью деталей от конструктора я закрепил вторую площадку для крепления электроники. В принципе, можно и в один этаж делать, просто там места маловато и работать не очень удобно, но вполне возможно.
На второй этаж винтиками М3х10 крепим Arduino/Freeduino (она не совсем совпадает по отверстиям и становится чуть-чуть по диагонали). Вторым этажом вставляем MotorShield. Через отверстия в площадке пропускаем провода от моторчиков и крепим провода в порт М3 и М4 - крайние винтики, средний остается неиспользованным (он для шаговых двигателей). Полярность подключения моторов значения пока не имеет, ее потом можно поменять или задать программно, так что не бойтесь перепутать.
Bluetooth модуль пока просто прикиньте куда воткнуть или прикрепите к верхнему этажу канцелярской резинкой. Я его даже распаковывать не стал - вспененная упаковка послужит ему механической защитой, а заодно и не позволит замкнуть контакты случайно.

Получится примерно вот такой бутерброд:


« »
Откройте полноразмерную картинку, чтобы рассмотреть получше что и как соединено, если возникли трудности со сборкой и подключением. Arduino крепите USB портом к краю платформы, чтобы удобнее потом было подключать кабель и программировать не снимая с робота.
Работы всего на пару часов, если делать не торопясь.

Видеоподсистема
Чтобы покататься с изображением от первого лица нам понадобится миниатюрная видеокамера, радиопередатчик (трансмиттер) и приемник (ресивер).
Вариантов огромное множество. В том числе дойти до рынка и купить в магазине шпионских штучек или аппаратуры видеонаблюдения китайскую радиокамеру. Обойдется скорее всего в 2-4 тыр вместе с ресивером.
Но гораздо дешевле заказать из Китая.
Рекомендую брать на 1.2 ГГц, а не 2.4ГГц, чтобы избежать помех bluetooth модулю и WiFi, работающим на 2.4ГГц
Например вот такой комплект :


обойдется чуть больше $30. Есть и дешевле, в зависимости от камеры в комплекте.
На ebay можно купить точно такое же или с камерой в металлическом корпусе как на картинке с коробки.
Качество изображения у всех этих CMOS камер весьма так себе (380ТВЛ и те довольно мыльные и с низким динамическим диапазоном и высокими шумами при слабом освещении). Поэтому я заказал на hobbyking.com камеру на ПЗС матрице Sony с разрешением 420ТВЛ и чувствительностью получше, что позволяет даже под столом без дополнительной подсветки видеть что проиходит.


А также крепление для нее с поворотом и наклоном:


Как гласит надпись на картинке - сервоприводы в комплект не входят, поэтому заказываем недорогие 9граммовые сервы . Нам понадобится 2 штуки, 3я останется про запас, если сломаем.
У меня камера от 9В работать не хочет, поэтому приходится питать ее от отдельного аккумулятора на 11.1В.
Приемник и передатчик использовал из недорогого комплекта, показанного выше. (Передатчик пробовал более мощный - на 800мВт, но он прилично греется, громоздкий с радиатором и мощность такая, что вызывает наводки на сервоприводах камеры).
Можно подключить ресивер к телевизору, но управлять с компьютера, а смотреть в телевизор не слишком удобно (разве что купить портативный). Поэтому нам понадобится устройство видеозахвата.
Благо стоит оно