Universal Robot Platform

Ik ben een elektrotechniek student en moet regelmatig projecten maken waarbij een robotframe nodig is. Het doel van deze Instructable is een multifunctionele robot maken die bij meerdere projecten en voor de hobby inzetbaar is. Hierbij zijn de volgende eisen van belang.


• Moet op een a4 passen.
• Met aparte ruimte hebben voor accu.
• Moet wendbaar zijn.
• Op elke zijde ruimte voor sonar sensors.
• Moet een balk hebben voor lijn detectie sensors.

Step 1: Benodigde Onderdelen

Benodigde onderdelen


Alle benodigde onderdelen zijn makkelijk te vinden in de bouwmarkt/hobbyshop. Ik heb de meeste onderdelen besteld op dx.com. Deze site is zeer goedkoop.

Robot frame



1. 2 motors met wielen
2. m3 schroeven
3. m3 ringen
4. m3 moeren
5. 8 m3 spacers 10mm
6. triplex
7. 1 zwenkwiel

Elektronica


1. arduino
2. motorshield
3. batterij
4. draad


Elektronica motorshield



1. 4 tip 107
2. 6 tip 102
3. 6 10K ohm weerstanden


Gereedschap/machines



• schroevendraaier
• sleutel 6
• laser snijder
• 3d printer

Step 2: Papieren Versie

Het ontwerp proces begon met het maken van een papieren prototype; dit omdat papier zeer goedkoop is en om de maten beter te kunnen visualiseren.

Rekening houdend met deze eisen en na meerdere ontwerpen geprobeerd te hebben, ben ik uitgekomen op een driehoekig ontwerp hieronder de foto:

Step 3: Stap 3 Vector Design

Nadat het formaat en de vorm bepaald zijn, kunnen we beginnen aan de uiteindelijke tekening. Hierbij is er rekening gehouden met meerdere sensoren. De maten zijn bepaald op een hc-sr04.

Step 4: Montage

Wielen/accubak

Bij de montage is het het handigst om te beginnen met de accu bak. Deze past goed in elkaar, maar toch heb ik er voor gekozen om de onderste plaat vast te lijmen om tegen te gaan dat deze los komt door het gewicht van de accu. Hierna kunnen de wielen erop; de aangedreven wielen worden in de uitsparingen gemonteerd met de motoren naar de brede kant. Het zwenkwiel wordt met 10mm spacers op de puntige zijde gemonteerd.

Sensorbalk

De drie beugels(met die lange sleuf) worden gelijmd in de sensor balk. Nadat de lijm gedroogd is worden deze door de uitgesneden gleuven geschoven en afgemonteerd met een m3 bout en moer (zie fotos).

Step 5: Spatborden

De robot moet ook buiten inzetbaar zijn. Om de elektronica tegen opspattend water te beschermen heb ik ervoor gekozen om spatborden te monteren.

De spatborden zijn gemaakt op een vacuüm vorm machine. Om de correcte vorm te bereiken wordt een mok gebruikt; deze bleek precies de goede maat te hebben. Nadat het plastic hierom gevormd is snijden we met een stanleymes de correcte breedte af. Hierna zetten we het spatbord over het wiel en bepalen we de hoogte. Nadat deze maat gevonden is buigen we door middel van hitte het plastic terug zodat er een vlak instaat waarmee je hem kan monteren. Voor het afmonteren kan er een gat geboord worden of kan het verlijmd worden.

Step 6: Motorshield

Voor deze stap zijn er meerdere keuzes.



1. kant en klare motorshield kopen ongeveer 10 euro.
2. H brug ic bv l298n.
3. H brug maken met tips.


Ik heb gekozen voor H brug met tips dus zal ook alleen die toelichten.

H-brug

Het principe van een H-brug is zeer simpel; je hebt vier schakelaars zoals in afbeelding 1. Door middel van het schakelen met de schakelaars kan je de polariteit van de robot omdraaien. Wanneer S1 en S4 dicht staan en S2 en S3 open staan draait de motor richting A op. Wanneer je dit omkeert draait de motor richting B op.

darlington

In deze motorschakeling gebruiken we darlingtons. In dit geval worden ze gebruikt als spanninggestuurde schakelaars er wordt gebruik gemaakt van npn en pnp darlingtons. Hierdoor heb je per kant maar één signaal nodig. Dit komt doordat de ene uit gaat wanneer het signaal hoog is en de ander aan gaat wanneer het signaal hoog is. Nu we de richting kunnen bepalen hoeven we alleen nog maar de snelheid te kunnen regelen. Dit doen we door middel van een pwm-signaal. Dit werkt door de H-brug zeer snel aan en uit te zetten. We plaatsen hiervoor een extra darlington in de voeding van de H-brug waar we het pwm signaal van de arduino op aansluiten. Verder hebben we nog op elke gate een pull-down weerstand van 10k ohm en een ontstoringscondensator over de motor heen.

kortsluit beveiliging.

hiervoor wordt gebruik gemaakt van digitale poorten. het doel van deze schakeling is dat er nooit twee mosfets boven elkaar aan kunnen staan. Als dit gebeurt ontstaat er namelijk een verbinding tussen de plus en min. Dit willen we ten alle tijden vermijden.

tegenslag

helaas waren de spullen voor de H-brug niet op tijd binnen. Hierdoor heb ik voor dit eerste prototype een motorshield moeten gebruiken. zodra de spullen binnen zijn. zal ik men instructebale update.

Step 7: Batterij Clip

Nadat ik de robot in elkaar had gezet en een paar keer heen en weer bewoog kroop de batterij telkens verder naar voren. Om dit tegen te gaan is hiervoor een clip gemaakt; deze is gemaakt op de 3D-printer. De clip werkt door hem over de de bak van de accu heen te schuiven. De clip blijft zitten door de spanning van het materiaal zelf. De tekening is gemaakt in Thinkercad; een zeer gebruiksvriendelijk programma.

Step 8: Step 7: Basic Software

Deze software is geschreven om de robot te kunnen demonstreren en te testen.

Voor het testen is er gekozen om een simpel autonoom rijden functie te schrijven. Deze werkt door middel van een sonar die de afstand meet naar de muur of object. Door middel van deze afstand selecteert de robot één van de volgende functies:



1. rijden wanneer er meer dan 50 cm ruimte vrij is.
2. sturen wanneer er tussen de 25 en 50 cm ruimte vrij is.
3. achteruit wanneer er minder dan 25 cm ruimte vrij is.


De software is in het onderstaande bestand toegevoegd: