Робототехника – Создание Базовой Платформы Для Будущего Робота

Желаю всем бодрого/хорошего (нужное подчеркнуть) дня и хорошего настроения! Хочу рассказать и показать процесс того, как я придумал (спроектировал) и изготовил базовое шасси для четырехколесного робота.

Знакомые ребята снова обратились ко мне с просьбой помочь сделать робота «посерьёзнее».

На этот раз было решено сделать не полноценного робота, а некую базовую платформу, которая позволит строить на ней дальнейший функционал робота, возможно с вариациями, не отвлекаясь на вопросы о шасси, двигателях, системе питания и В идеале о системе местного или дистанционного управления.

управление.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Цель этого поста — показать процесс разработки и изготовления такой платформы.

Обычно в статьях по робототехнике показывают готовые устройства, демонстрируя, что сделано и как это работает в результате.

Это интересно, конечно.

Но с большим удовольствием читаю статьи, в которых пошагово показано, как именно это делалось, почему, и описание некоторых отдельных моментов или мыслей.

Постараюсь подробно описать, как собиралась движущаяся платформа в домашних условиях.

Эта статья – специализированное чтение для релаксации.

На подготовку самой статьи я потратил, наверное, раза в три больше времени, чем на поделки.

Не претендую на то, что описание полное, высокотехнологичное, наукоемкое, инновационное и безошибочное.

Но надеюсь, что кому-то оно поможет сделать какие-то первые шаги и показать, что современная модульная электроника вовсе не сложно, хотя и не так просто, как кажется.

«Ребята снова играют в машинки вместо того, чтобы заниматься серьезным бизнесом».

Но нужно что-то сделать для того, кто просто не может повзрослеть.

Будьте внимательны – под катом будет много текста и неприличное количество картинок.



Предисловие

Я уже сделал, а точнее собрал робота RASH1. Этого робота сложно назвать рукодельным, так как платформа собирается абсолютно из готовых комплектующих.

Интерес представляет система управления такой платформой, построенная на базе небольшого роутера с системой cyberWRT, которая позволяет управлять роботом с любого устройства через браузер.

Признаюсь, суть работы заключалась больше в демонстрации самого процесса разработки с точки зрения методологии и документации, а не в непосредственном производстве.

По этому поводу на хабе добросовестно было подано почти концептуальная статья , так как я думал, что раз уж я собираюсь попытаться описать разработку, то я должен это сделать для всех, тем более что стартап изначально был нацелен на open source и ребята были не против такой инициативы.

Если вы посмотрите видео, то убедитесь, что китайские моторы за 300 рублей могут быть самыми разными и найти одинаковые порой непросто, особенно если других нет. И, если они будут вращаться по-разному, робот не будет ехать прямо.

Хотя своим желанием в очередной раз потянуть себя влево он не оставил равнодушным ни одного домочадца, такой эффект явно нежелателен.

Можно установить энкодеры и программно регулировать вращение колес.

Если энкодеров нет, то можно опытным путем посчитать, насколько нужно замедлить (понизить уровень напряжения) более быстрый мотор, чтобы робот ехал прямо и плавно.

Однако по мере разряда батарей/аккумуляторов характеристики настроенной «рабочей точки» будут меняться и при другом напряжении моторы ведут себя совершенно иначе – робот снова начнет «тянуть» в какую-то сторону.

Кроме того, управление роботом через cyberWRT все же не идеально - связь прерывалась, иногда пропадала картинка, точно не помню, кажется, в Фаерфоксе управление сенсорными кнопками вообще не работало.

После повторного подключения к роботу все восстановилось, то есть починилось без перезагрузки роутера; возможно был какой-то каприз в соединении компьютер/телефон-роутер-роутер_на_роботе.

Стоит отметить, что cyberWRT довольно просто решает вопрос организации управления, давая возможность написать свой модуль и конвертировать, грубо говоря, WEB с одной стороны в UART с другой.

В Интернете достаточно русскоязычной информации, а также существует достаточно активная сообщество , что может помочь вам разобраться в некоторых вопросах.

Что ж, робот оказался больше для демонстрации и изучения, чем для чисто практического использования.

Ехал очень бодро и быстро без второго этажа, но стало заметно грустно, когда добавили роутер с небольшим USB хабом и видеокамерой.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Сама по себе сборка робота RASH1 вполне позволяет новичкам в робототехнике сделать первые шаги, не зацикливаясь на освоении электроники, прикладывая минимум усилий с паяльником в руках (есть готовая плата, которую можно распаивается без особого труда), но, тем не менее, получается робот, сделанный своими руками - я уверен, что нормальный инженер-робототехник не вырастет на одних лего-подобных электронных конструкторах.

В принципе, этого уже достаточно: получившийся робот даже без управления через cyberWRT позволяет программировать свое поведение.

Достаточно понять Arduino ( схемотехника И программирование ), освоить понятие широтно-импульсной модуляции ( ссылка 1 , ссылка 2 ) и поискать в интернете примеры использования тех или иных датчиков.

Например, в базовой прошивке есть автономный режим, который активируется нажатием кнопки на роботе и позволяет роботу передвигаться по помещению, в идеале, не сталкиваясь с предметами – гидролокатор (ультразвуковой датчик) постоянно отслеживает ситуацию перед роботом.

роботом, а при обнаружении препятствия робот прекращает движение и запускает немного сложный алгоритм разворота, суть которого заключается в получении случайных поворотов, чтобы триумфально выйти из любой ловушки из мебели, хитро расставленной людьми.

Можно добавить еще один эхолот, улучшив «зрение» робота.

Можно подключить датчик освещенности и на основе его значений включать или выключать «фары» робота, чтобы он «лучше видел» во всяких темных углах под столами и стульями.

Или подключить датчик движения, например, недорогой HC-SR501 (на базе чипа BISS0001), чтобы научить робота прятаться от людей.

В общем, здесь немалый простор для творчества, развлечений и изучения того, как именно работает электроника на «низком» уровне.

После RASH1 мне стало интересно и я сделал робота RASH2. Этого робота уже можно отнести к категории рукодельных.

В основе базы — покупная платформа — верхняя и нижняя основа из стеклопластика, стойки, моторы — это все единый комплект, купленный в «великом китайском Интернете».

У этого робота уже разработана собственная электроника, которая изготавливается на макетной плате, к которой припаяны разъемы, а в качестве дорожек выступают провода.

Питание осуществляется не от батареек/аккумуляторов типа АА, а от четырех литий-ионных аккумуляторов формата 18650. Установлены сервоприводы, позволяющие «голове» робота вращаться в двух плоскостях.

На «голове» робота установлена видеокамера и гидролокатор.

В автоматическом режиме роботу больше не нужно вращаться целиком — достаточно «оглянуться» с помощью сонара.

Робот имеет такие же «желтые» двигатели, как и предыдущий, и изначально задумывался как переднеприводный, но затем его пришлось переделать в полноприводный из-за абсолютно отсутствия динамики из-за приличного веса.

Энкодеры уже установлены, но особого смысла в них нет, так как робот довольно тяжелый и соседние с одной стороны колеса будут тормозить друг друга самостоятельно.

Система управления также построена на роутере TL-MR3020 с прошивкой cyberWRT.

Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Конструкция такого робота отлично подойдет тем, кто хочет получить опыт первоначальной разработки и продвигаться дальше - самостоятельная разработка электроники, полная пайка по собственной принципиальной схеме, проектирование и собственная сборка, понимание управления сервоприводом( статья из Амперки ).

В Интернете можно найти аналогичный, почти готовый комплект, в который входят необходимые компоненты - я его сделал и собрал из палочек и.

в общем, из того, что было под рукой, периодически сверля, затачивая, приклеивая, прикручивая и даже используя скотч - где бы мы были без него?

Мысли о новом роботе

И вот, теперь новый робот. Чего мы от него хотим? Мы хотим, чтобы платформа была прочной, грузоподъемной, с хорошей маневренностью и дорожным просветом.

Мы хотим получить универсальную платформу, чтобы не приходилось каждый раз делать новую - практика жизни, однако, обычно доказывает обратное - но именно так начинаются многие разработки, это нормальное и здоровое желание.

Каков образ универсальной платформы, исходя из изложенных выше требований? Вероятно, это металлическое шасси, четыре двигателя хорошей мощности и большие колеса.

Очевидно, что двигатели лучше разместить в отдельном закрытом отсеке.

Неплохо бы в этот моторный отсек поставить драйвер для моторов, аккумуляторы и какую-нибудь силовую электронику.

Например, те же преобразователи напряжения DC/DC, если они есть.

Батареи менять не хочется, как не хочется вынимать аккумуляторы на подзарядку - все находится внутри платформы и пусть она сама сможет подзарядить аккумуляторы.

Для дополнительного оборудования можно будет установить металлические стеллажи и организовать на платформе «второй этаж».

Прежде всего, я разделил процесс создания полноценного робота на две части — создание некой универсальной платформы и создание робота на основе этой универсальной платформы.

Это позволяет не думать о роботе в целом, думая только о стыке этих двух частей.

Дальше мы будем говорить только о платформе.

Второй важный момент — разделение самой платформы на две части.

Первую часть уже описали – двигатели и мощность.

Но двигателями нужно управлять.

Устройство управления, очевидно, будет базироваться на каком-то микроконтроллере – выносить его внутрь моторного отсека или нет? Соблазн есть сделать полностью готовую автономную платформу.

Но рациональность подсказывает, что микроконтроллер чисто для управления двигателями плюс какой-то интерфейс для приема команд — это расточительное использование вычислительных ресурсов.

Поэтому лучше отделить эту часть от моторного и силового отделения.

В результате размышлений сама идея формулируется следующим образом.

Имеется закрытая платформа, на которой расположены двигатели, драйвер двигателей и блок питания с необходимой силовой электроникой.

Очевидно, что лучше иметь какую-то центральную коммутационную плату, к которой будут подключаться все эти компоненты.

Эта плата также будет иметь необходимую электронику для получения необходимых напряжений.

Назовем эту плату силовой платой.

На платформе расположена плата с микроконтроллером, который соединен с силовой платой, получая от нее питание и выдавая на него команды для двигателей.

Плата микроконтроллера также может управлять другим оборудованием робота.

Эту плату мы будем называть платой управления.

Таким образом, процесс разработки всего робота условно «разрезан» на две (три) части: создание платформы (и ее управления) и, нарисуем сову, создание остального «обвеса», который превращает нашу платформу в полноценного робота.

Важный момент: при работе над каждым этапом не нужно слишком много думать об остальных — достаточно хорошо продумать «стыки» между этими частями.



Двигатели и мощность

После всех этих раздумий начался выбор комплектующих для платформы.

Изучив предложения, я выбрал двигатели семейства JGA25-370. Судя по описанию этой серии двигателей, они имеют диапазон рабочих напряжений 3-36 В, номинальных напряжений 6-24 В.

Эти двигатели выпускаются с разными скоростями, редукторами и соответственно имеют разные крутящие моменты (0,1- 10 кг*см).

Размеры и точки крепления одинаковы для всей серии, поэтому мы получаем хорошее универсальное решение с точки зрения будущих модификаций — на более тяжелую и тяговитую платформу, например, можно установить двигатели с меньшими оборотами, но более высоким крутящим моментом.

Типичные значения рабочего напряжения для двигателей 6, 12 и 24 В.

Важный вопрос – какой рейтинг выбрать? В связи с выбором питания двигателя возникает вопрос об организации автономного электропитания всей нашей платформы.

Я не хотел использовать батарейки типа АА или ААА или аккумуляторы.

Я хотел использовать аккумуляторы действительно большой емкости.

Я выбрал литий-ионные аккумуляторы 18650, емкость которых варьируется от 1000 мАч до 3500 мАч.

У меня уже есть положительный опыт работы с ними, хорошее устройство для зарядки, да и сами аккумуляторы активно используются в быту, то есть для меня это не новость.

Литий-ионные аккумуляторы имеют достаточно большое количество циклов заряда/разряда, быстрое время зарядки сравнительно большим током, отсутствие эффекта памяти (хотя по некоторым данным он есть, хоть и незначительно, но присутствует), низкий уровень саморазряда.

, меньший вес по сравнению с кислотными или щелочными батареями, более высокая емкость по сравнению с NiMH батареями.

Однако нужно помнить, что такие аккумуляторы не любят ни чрезмерного нагрева (возможность взрыва), ни чрезмерного охлаждения (снижения емкости).

Их нельзя глубоко разряжать, очень быстро заряжать или очень быстро разряжать (сильноточные аккумуляторы рассматривать не будем).

Если аккумулятор сильно разряжен, то он, скорее всего, выйдет из строя с возможностью разгерметизации при попытке зарядки.

Если герметизация аккумулятора нарушена, то при больших токах существует вероятность возгорания лития, и потушить такой аккумулятор водой уже невозможно – литий реагирует с водой, образуя щелочь и водород. Почему все эти страхи? Что нужно понимать: использование таких аккумуляторов – дело серьезное (помните о периодическом Опыт Самсунга ).

Номинальное напряжение одного литий-ионного элемента 18650 составляет 3,6-3,7 В.

Полностью заряженный элемент выдает 4,1-4,2 В.

А вот с минимальным напряжением сложнее - конечное напряжение разряда зависит от типа аккумулятора и этот показатель может колеблется в пределах 2,6-3,2 В.

Можно разряжать и ниже, но это верный путь к быстрой деградации аккумулятора.

Я решил приблизить оценку напряжения, выдаваемого аккумулятором, с номинально-максимальным диапазоном.

Тогда получается, что сборки из двух, трех и четырех серийных аккумуляторов дают нам диапазоны 7,2-8,4 В, 10,8-12,6 В, 14,4-16,8 В.

Из такой сборки нам нужно получить два напряжения - некоторое напряжение для питания двигатели и 5 В для питания электроники.

Сборка из двух аккумуляторов может питать двигатели напряжением 6 В с помощью понижающего DC/DC преобразователя, но разница между минимальным значением напряжения (при разряде аккумулятора до номинального значения оно составит 7,2 В) и 6 В составит около 1,2 В, чего может быть недостаточно для стабильной работы понижающего DC/DC преобразователя – во избежание проблем необходимо, чтобы разница напряжений между его входом и выходом была не менее 2 В (фактически это может быть для преобразователей с малым падением напряжения будут меньше, но мы не будем на них заострять внимание).

Нам вполне подойдет сборка из трех элементов; необходимые напряжения мы получим с помощью понижающих преобразователей постоянного тока в постоянный.

Двигатели можно запитать от 9 В, тогда в худшем случае мы получим разницу в 1,8 В, чего должно быть вполне достаточно.

Подойдет и сборка из четырех элементов, но нужно понимать, что дополнительная батарея означает лишний вес и занимает место, хотя и имеет более высокое энергопотребление всей батареи.

Второй способ организации электропитания – использование параллельного соединения одинаковых аккумуляторов и повышающего DC/DC преобразователя.

Затем с 3,6-4,2 В напряжение можно увеличить до 5 В для электроники и до 6-9 В для двигателей.

Кажется, что емкость такой аккумуляторной сборки можно легко варьировать, добавляя новые элементы, но не забывайте, что используемые батареи должны иметь одинаковую емкость и внутреннее сопротивление.

Существуют специальные платы контроллеров для зарядки/разрядки последовательных или параллельных аккумуляторов.

Контроллеры защиты защищают аккумуляторный блок от чрезмерного заряда или разряда (контроль напряжения), короткого замыкания и превышения допустимого тока разряда.

При использовании таких простых плат требуется внешний блок питания с ограничением зарядного тока.

Контроллеры заряда/разряда могут заряжать аккумуляторы независимо друг от друга методом cc/cv с ограниченным зарядным током.

Усовершенствованные контроллеры последовательного соединения аккумуляторов также могут обеспечивать индивидуальный заряд каждого аккумулятора — они балансируют элементы аккумулятора.

Я выбрал последовательную схему подключения аккумулятора с использованием платы защиты и внешнего зарядного устройства.

В дальнейшем столь простую плату управления можно заменить на контроллер заряда с балансировкой.

Хотя при параллельном подключении балансировка не требуется, нужно учитывать, что если один аккумулятор сильно изношен, то контроллер не сможет это обнаружить и это может быть чем-то чревато.

Также стоит учитывать тот факт, что режимы работы каждого аккумулятора будут разными.

Например, при потреблении одинаковой мощности батареи при параллельном соединении должны будут отдавать больший ток, чем при параллельном соединении.

Поэтому подойдут двигатели с номинальным напряжением 6 В и рабочим диапазоном 3-9 В.

Я выбрал мотор со скоростью 281 об/мин и потреблением на холостом ходу 80 мА.

Под нагрузкой частота вращения падает до 238 об/мин, ток увеличивается до 380 мА, при этом двигатель выдает мощность 2 Вт и развивает крутящий момент 0,5 кг*см.

При остановке двигателя крутящий момент увеличивается до 4 кг*см, а ток до 900 мА.

Все эти характеристики были взяты из таблички, размещенной на сайте одного из продавцов товара, так как нормального «даташита» мне найти не удалось.



Сборка корпуса и шасси

Заказал следующие двигатели.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Если посмотреть на фото, то можно увидеть выступающие из двигателей шлицы на валах.

Для этих двигателей был найден комплект муфт и колес.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Колеса диаметром 80 мм, резина мягкая, шипованная.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Саму основу я собирался сделать из широких алюминиевых уголков (или чего-то подобного, что можно найти в строительных магазинах), с помощью которых я бы сделал «боковой» каркас, который был бы покрыт какими-то легкими прочными металлическими пластинами.

В нужных местах сверлятся отверстия и при необходимости нарезается резьба.

Однако сначала я решил посмотреть, что может предложить китайская промышленность.

И я нашел комплект - комплект шасси для конструирования робота, который содержал сам корпус, вышеупомянутые моторы, муфты и колеса, а также батарейный отсек для батареек АА, выключатель питания, розетку и крепеж.

Сам корпус имеет множество отверстий, что логично делает его легче, а их наличие должно минимизировать объем сантехнических работ.

Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Прикинув размеры и объем внутреннего пространства (заодно подобрали электронику под платформу, которая должна была поместиться в этот корпус), я заказал этот комплект. На пришедших двигателях, как видно выше, почему-то написано JGA25-370-9v-281rpm. Не понимаю, почему именно 9в, когда номинал этой подгруппы 6 В, но, наверное, китайцы лучше знают, что написать, чтобы лучше продавалось.

Сам кейс весит почти 400 грамм.

Трудно ответить, из какого материала он сделан, но на чистый алюминий он не похож.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Снимите крышку и установите двигатели.

Отверстия под моторы имеют диаметр как раз под винты М3; Запаса для регулировки положения не осталось, но, справедливости ради, никаких проблем это не вызвало – отверстия четко совпадают с резьбой на корпусе мотора.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Устанавливаем муфты.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

И закрепите колеса.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

В результате получилась готовая платформа с клиренсом около 23 мм.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Вес «холостого» шасси составлял чуть больше килограмма.

Помните картинки с замерами массы отдельных деталей? 393+(58+85+20)*4 = 1045 грамм.

Все в собранном виде весит 1057 грамм.

К 12 граммам добавилось 16 болтов.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Вот так получилось, вполне симпатичная платформа.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота



Ээлектрическая схема

Здесь стоит объяснить важный момент, почему именно этот кит. Дело в том, что если мы сделаем корпус сами, то его внутренний объем можно сделать произвольным.

Купленный корпус предоставляет нам строго фиксированный объем, в который все должно уместиться.

В идеале еще останется запас.

Это необходимо учитывать изначально и понимать: подойдет или нет требуемая начинка в данный конкретный корпус и придется либо менять электронику, либо выбирать другой корпус.

Внутри корпуса будут установлены: моторчики, аккумулятор, драйвер для моторов, плата питания, на которой тоже будет расположена какая-то электроника – те самые преобразователи напряжения.

Вроде бы понятно, что именно у нас будет внутри.

Но как все это будет связано? Если у вас есть идея, но вы не можете создать ее образ, у вас нет идеи.

В электронике оказывается, что должно быть два образа – зрительный, который мы уже вполне себе представляем, и электрический (на самом деле существует еще и алгоритмический – когда описывается поведение устройства, определяемое его аппаратные и/или программные возможности (функциональность встроенного ПО).

Я провожу довольно много времени, добираясь до работы.

Вообще говоря, при правильном подходе дальнее путешествие можно превратить в плюс, читая книги, просматривая/слушая научно-популярные передачи или аудиокниги, которые вы никогда бы не прочитали, не услышали и не посмотрели.

Именно благодаря этим условиям я стал фанатом и слушал все рассказы Модели по сборке (чтобы не было вопросов в комментариях - Статья в Википедии ).

Роботизированный блуд не стал исключением и я придумал и нарисовал принципиальную схему платформы на дороге.

на планшете .

Схема нарисована в OneNote. Картинка кликабельна.

Да, мне стыдно - схема выглядит беспринципно.

Последние три недели у меня не было возможности уделить время доводке статьи и уже встал вопрос: стоит ли вообще что-то публиковать или отложить «на потом».

Решил опубликовать так, иначе «на потом» может быть чревато.

Нарисую нормальные схемы и заменю картинки.

С другой стороны, такая конструкция выглядит как оригинальная поделка.

На работе или дома, когда сформировалась идея, сначала возьмите обычный лист бумаги и обычный карандаш.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Давайте посмотрим на принципиальную схему, что и с чем мы будем подключать.

Три аккумулятора 18650 подключены к контроллеру литий-ионных аккумуляторов D1. Вся схема имеет «общую землю», к которой подключен выход П-регулятора D1. Выход P+ через предохранитель FU1 и переключатель SW подключен к входам преобразователей постоянного тока D3 и D4. Преобразователь D3 формирует напряжение для двигателей, D4 – для питания всей электроники.

Выходы этих преобразователей подключены к драйверу двигателя D5, к которому подключаются двигатели.

Двигатели ML1, ML2 левой стороны подключены к каналу МА, а двигатели MR1, MR2 правой стороны подключены к каналу MB. Драйвер двухканальный, а это значит, что можно будет управлять двумя группами двигателей (каналы А и В), а не каждым двигателем в отдельности.

Порты ENA, ENB, IN1-IN4 используются для управления скоростью и направлением вращения двигателей.

Резистивная цепь, формирующая напряжение Vbat', выбрана так, чтобы формировать телеметрию напряжения Vbat аккумуляторной батареи в диапазоне 0.5 В.

Если Vbat = 13 В (чего быть не должно, так как аккумуляторная батарея может выдавать максимум 12,6 В, но я перестраховался), тогда Vbat' = 3,94 В (то есть значение гарантированно не выходит за пределы 5 В).

Ток, протекающий по резистивной цепи при напряжении 12 В, будет равен 3,6 мА, и я посчитал эти потери допустимыми (около 0,1% при емкости аккумулятора 3000 мАч).

Ко входу D1 контроллера подключена розетка для подачи внешнего питания.

Но, из схемы мы видим, что он подключен через реле D2. Для начала хочу пояснить наличие резистора сопротивлением 10 кОм, который подтягивает один из контактов разъема питания до напряжения 5 В.

Разъем питания у нас имеет три вывода.

Пара выходов передает напряжение питания.

Третий вывод – информационный.

Он замыкается на минусовой вывод (у нас он подключен к земле), если вилки нет в розетке и размыкается, если вилка вставлена в розетку.

Таким образом, мы получаем телеметрический сигнал Винон’ о подключении источника питания: если напряжение Винон’ = 0, то внешнее питание не подключено, если Винон’ = 5 В, то оно подключено.

Резистор сопротивлением 10 кОм подтягивает этот выход до 5 В.

При подключении вилки через резистор будет течь ток 0,5 мА, что вполне приемлемо.

При подключении внешнего источника через нормально замкнутое реле D2 и предохранитель FU1 аккумуляторы начнут заряжаться.

Нормально замкнутое реле означает, что его выходы всегда замкнуты и размыкаются только при подаче напряжения на управляющий контакт. Зачем реле D2? Допустим, у нас нет этого реле.

Если блок питания подключен к платформе, но вы забыли воткнуть его в розетку, как плата микроконтроллера узнает, заряжается ли в данный момент аккумуляторный блок или нет? Что делать, если источник питания включен в розетку, но не выдает напряжение? Или все работает, но блок питания вместо необходимых 12В выдает только 10В? И, если я подключу такой источник (который выдаёт всего 10 В) к ещё не полностью разряженному аккумулятору и выдаёт 11 В, то откуда мне знать, что эти 11 В формируются аккумуляторным блоком (который на самом деле не выдаёт выше 10 В) или внешний источник? Для таких ситуаций был продуман алгоритм, для которого требовалось реле.

О подключении внешнего источника питания узнаем из телеметрии Винона.

Выключаем реле и смотрим телеметрию Вин’а.

Если вас это устраивает и это напряжение находится в ожидаемом диапазоне, то включаем реле и сигнализируем о процессе зарядки.

Если вас что-то не устраивает, мы не включаем реле и не сигнализируем о неисправности.

Пусть процессом анализа и отображения занимается бортовая плата управления, а не платформа.

Для этого передадим на него все необходимые напряжения и сигнал управления реле Виноффа.

Управляющий вход релейного модуля подтягивается до 5 В через резистор сопротивлением 10 кОм, обеспечивая постоянное включение реле.

При подаче на этот вход напряжения 0 В реле выключается.

Но почему именно допотопное механическое реле? Ведь можно установить МОП-транзистор.

Была такая идея, но пришлось от нее отказаться.

Современные МОП-транзисторы имеют малое сопротивление (десятки миллиом) в открытом состоянии и при протекании тока 2-5 А не будет очень значительного падения напряжения и, как следствие, нагрева - сам корпус транзистора может рассеивать ток.

небольшая мощность даже без радиатора.

Но это все касается схемы, в которой такой цифровой ключ будет управлять подключением источника питания к пассивной нагрузке.

Мы размещаем транзистор между двумя истоками, в результате чего разница напряжений между стоком и истоком может быть значительной, что приведет к повышенному тепловыделению и транзистор будет сильно нагреваться.

Также для открытия или закрытия транзистора потребуется изготовить схему управления (драйвер), ведь уровень управляющего напряжения с платы микроконтроллера составляет 5 В, чего недостаточно для создания разности напряжений затвор-исток для управления транзистором.

(для управления транзистором, например IRFZ44N, нам придется подать на его затвор напряжение 8-12 В, чтобы он открылся).

В любом случае — готовый релейный модуль, который нужно просто подключить и который в закрытом состоянии гарантированно без проблем соединит выход со входом.

Таким образом, мы получили не просто плату коммутации, а полноценную плату питания.

На плате размещены преобразователи постоянного тока в постоянный ток, резистивные цепи, предохранитель и куча разъемов для подключения электроники.

Конструктивно можно выделить два разъема.

Разъем CON1, к которому будет подключен аккумуляторный блок, выключатель/кнопка питания, разъем питания, модуль реле, двигатели, плата драйвера двигателя — все периферийные устройства внутри платформы.

И разъем CON2, назначение которого — подключение к плате управления.

На этот разъем выводятся сигналы телеметрии и управления напряжением 5 В, а также полезно «накачивать» напряжение от аккумуляторного блока Vbat — даем возможность «на более высоком уровне» организовать свои каналы питания с разными напряжения, например, 6 В для питания сервоприводов.



электроника шасси

Электроника подбиралась параллельно с разработкой электрической схемы устройства.



Робототехника – создание базовой платформы для будущего робота

Розетку питания и тумблер использовали из полученного комплекта шасси.

Были выбраны и приобретены драйвер для двигателей на базе микросхемы L298N, платы DC/DC преобразователя XL4005, безымянный релейный модуль, аккумуляторный отсек и монтажная плата размерами 50х70 мм и шагом отверстий 2,54 мм.

Помимо этого нам также понадобится след Теги: #Производство и разработка электроники #Сделай сам или Сделай сам #Электроника для начинающих #Разработка робототехники #Робототехника #искусственный интеллект #разработка роботов #сборка роботов #захватить вселенную

Вместе с данным постом часто просматривают: