Robot De Tracción Diferencial (entraînement différentiel): 10 étapes

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-13 06:57

La robótica de enjambre se inspira en insectos que actúan colaborativamente. Es una disciplina basada en conjuntos de robots que se coordinan para realizar tareas grupales. Los robots individuales deben ser capaces de sensar y actuar en un ambiente real. Entre las institutions que poseen plates-formes 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.

El robot es pertinent por su costo relativamente bajo, de aproximadamente 167 $, comparado con otras plataformas que pueden costar más de 1000 $. El diseño es modulaire, évolutif, y fue realizado por estudiantes de la Universidad del Valle de Guatemala, durante el año 2017.

Étape 1: Modules Del Robot Y Listado De Materiales

El robot se divise en tres modules:

1. Estructura y potencia eléctrica
2. Instrumentación electrónica (sensores y la programación que los gobierna)
3. Communication inalámbrica (WiFi)

Para la elaboración del robot se requiere disponibilidad de las siguientes herramientas:

• impresora 3D
• laser cortadora
• Fresadora de circuits.

En cas de non-séance con ellas, se pueden solicitar servicios en línea como pcbcart para PCB, o sculpteo para impresión 3D y corte láser.

Se adjunta un archive of Excel con los materiales necesarios para fabricar el robot. Le prix calculé de 167 $ par robot se calcule sans inclure le coût ni les matériaux pour l'impression 3D, cortadora, y fresadora.

En el listado hay materiales que se adquirieron en ligne (souris, adafruit, robotshop), por lo que se debe tomar en cuenta el tiempo de envío previo a la fabricación del robot.

Étape 2: Fabricación De Los Circuitos Impresos (PCB)

La conception du robot comprend tres PCB. Se adjuntan los archivos Gerber para su fabricación.

1. Placa de potencia y control de motores, dos capas. Puissance de fabrication des PCB
2. Placa de control de sensores ultrasónicos, dos capas (Gerber PCB control ultrasonicos final.zip)
3. Placa de modules WiFi, Teensy, IMU*, una capa (Gerber PCB modulos final.zip)

* La IMU est optionnelle. Se recomienda utilizar una de 9 grados de libertad con acelerómetro, giroscopio y magnetómetro. Se realizaron pruebas con una de 6 DOF y no se obtuvieron resultados satisfactorios.

Si no se cuenta con una fresadora de circuits, 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.

Recommandation:

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

Utilizar equipo adecuado para realizar soldadura SMD.

Github del proyecto

Étape 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. ultradonicos de base1)
2. interrupteur porta y fusible (1)
3. espaciadores largos de placa de potencia y placa de sensores ultrasónicos (2)
4. espaciadores cortos de placa de potencia (4)
5. roulette à billes (1)*

Laser Cortadora:

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 la impresora 3D de cada pieza y para el corte de cada pieza 2D. Solo deben de ser exportados a stl desdeinventor 2018 o sacar los archivos.stl y.pdf de la carpeta llamadafabricar.

Se adjunta también el ensamblaje en inventor (assemblyfinalultimaversion) para poder entender mejor la estructura o por si se dessea modificar.

Piezas 3D et 2D

Étape 4: Soldadura De Componentes En Los PCB

Primero se hace la soldadura de componentes de superficie, del más pequeño al más grande. Luego se hace la soldadura de componentes trou traversant.

Se recomienda usar pasta y pas de fondant. La limpieza del PCB usando acetona solo remueve la pâtes.

Es important régulier la temperature de la estación de soldadura SMD, para no dañar los componentes.

Recommandations supplémentaires pour la cada placa:

1. Placa de potencia: Utilizar cables de un calibre que soporten al menos 1.5 amperios de carga continua para el switch de nueve polos. Antes de colocar las baterías lipo probar si no hay corto circuito. Consultar siempre los esquemáticos de la PCB o los diagramas de conexiones adjuntos para saber donde colocar cada componente. Mas detalles en: Fabricación de robot
2. Placa de sensores ultrasónicos: Los header macho de pins largos que interconectan con la placa de potencia deben ser soldados en la bottom layer, en la top layer debe quedar solo la parte de plastic 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, removiendo después las puntas con un alicate.
3. Placa de modules: El diseño del PCB tiene headers adicionales que son opcionales. Se recomienda solo soldar los headers hembra para el teensy, para el WiFi y headers hembra de pins largos para l'interconexión con el PCB de sensores ultrasónicos. (La IMU se deja en option). Hay espacio para colocar headers que dan acceso a otros pins del Teensy, más adelante se muestra un diagrama de ellos.

Étape 5: Armar La Estructura

Vidéo d'instruction:

Vidéo

Étape 6: Conexiones Eléctricas En La Placa De Potencia

Conexiones eléctricas de los motores, baterías y encodeurs

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

En el diagrama se muestra la distribución de cómo deben ir las conexiones. Los encoders utilizados posenten redondance en la conexión de GND y 3.3V. En la placa de potencia solo hay dos pins de 3.3V y dos de GND, uno para cada encoder. Lo más important es el orden de las señales de los encoders en la placa de potencia. Si se desea otro orden, se debe cambiar la programación del mirocontrolador.

También es important la conexión de motores, ya que si se intercambian las posiciones - y +, el robot irá en sentido contrario. Esto se puede arreglar modificando la programación del microcontrolador.

Connexion de l'interrupteur de 9 polos et fusible

También se agrega un diagrama para conectar el switch de 9 polos a la placa de potencia, al igual que la conexión del fusible. Este switch es important, ya que en una de las posiciones ON coloca en paralelo a las baterías para permitir la carga. En la position Otra 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. Por eso es clave conectarlo adecuadamente.

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

Étape 7: Ensamblar La Parte Superior (Capteurs, 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 sur la place de modules. Si se desea, también se debe introducir la IMU en los en-têtes.
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.

Étape 8: Calibración De Encoders Y Verificación De Señales

Antes de iniciar las pruebas es important calibrar los encodeurs.

Para ello se tienen los potenciómetros de los encoders, que ajustan la sensibilidad. Con un osciloscopio se debe observar 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 eficiente y puede demorar más tiempo, es leyendo el contador de cada llanta desde la computadora.

Se adjunta el diagrama de pins de la placa de módulos, a la que se le soldaron headers hembra como puntos de prueba para verificar las señales con un osciloscopio.

Étape 9: Cargar El Firmware Del Robot

Para realizar pruebas con algoritmos de control, se recomienda cargar el firmware que se adjunta. Es un script de arduino que envía datos a la computadora y recibe instrucciones de ella, via WiFi (con el módulo ESP8266).