Line follower Spark - robot typu Linefollower

[Mariann]

Cześć,
od kiedy opisałem swojego robota Pika na forum, minęło już troszkę. W tym czasie zdążyło powstać kilka kolejnych konstrukcji, zarówno bez turbiny jak i z turbiną. W tym poście chciałbym przybliżyć Wam moją najnowszą konstrukcję - robota klasy Linefollower Turbo o nazwie Spark. Głównym założeniem, jakie przyświecało mi podczas projektowania była chęć nauczenia się wektorowego sterowania silnikami BLDC 
oraz wykorzystanie właśnie takich silników jako napęd bezpośredni w robocie.

Podczas opisu założeń konstrukcyjnych posłużę się modelem 3D robota.

Jak można zauważyć na powyższym zdjęciu, ogólna konstrukcja nie różni się od znanego wszystkim standardu.

Na przedzie delikatna i lekka listewka z 14 czujnikami linii KTIR0711S.

Centralnie umieszczona turbina QX-Motor 14000 kv o średnicy 30 mm.

Dwa silniki hexTronik 1300KV umieszczone w tylnej części w taki sposób, aby możliwe było uniesienie przodu celem wjazdu na pochylnię/rampę w kategorii Linefollower Enchanced.

Sercem robota jest mikrokontroler STM32H743VIT6. Jest on oparty na rdzeniu Cortex M7 oraz taktowany z prędkością 400 MHz. Wybór tak potężnej jednostki sterującej podyktowany był chęcią wydajnego obliczania komutacji sterowania wektorowego dla każdego z silników jezdnych oraz realizacji algorytmu jazdy przy pomocy tylko jednej jednostki. Dodatkowo tak szybki mikrokontroler pozwolił na zatuszowanie moich niedoskonałości w optymalizacji kodu

Głównym elementem konstrukcyjnym jest 4-warstwowy obwód drukowany. W trakcie projektowania falowników do sterowania silnikami powstały dwa prototypy, w których miałem problem z przegrzewającymi się tranzystorami dlatego w docelowym PCB zastosowałem aż 4 warstwy. Dodatkową zaletą takiego obwodu jest jego większa odporność na zakłócenia elektromagnetyczne.

 

Podświetlony obszar to miedź na wszystkich czterech warstwach połączonych setkami przelotek chłodząca tranzystory.

Do sterowania każdym z silników wykorzystałem 6 tranzystorów w układzie pełnego mostka 3-fazowego. Posłużyły mi do tego półmostkowe układy BSG0813NDI za których udostępnienie serdecznie dziękuję firmie Infineon (oraz za tranzystory i drivery, które spaliłem w prototypach - ok 60 sztuk, nie od razu Rzym zbudowano ) Ostatecznie jako drivery wykorzystane zostały układy MIC4607-2 ze względu na możliwość sterowania całym mostkiem przy pomocy tylko jednego układu. Do odczytywania pozycji wirnika służy enkoder magnetyczny AMS5045B. Całość zasila akumulator Li-Po Tattu 450mAh 7.4V 75C. Za komunikację bezprzewodową odpowiada stary dobry moduł HC05.

W celu zapewnienia pod robotem podciśnienia wywoływanego turbiną, zwiększającego nacisk kół na podłoże obrys uszczelniony został wydrukowaną w 3D ścianą.

Do usztywnienia konstrukcji tak, aby opierała się ona o podłoże tylko kołami i ślizgaczami z przodu, posłużyły wałki węglowe o średnicy 4 mm.

 

Do połączenia ze sobą poszczególnych elementów konstrukcyjnych wykorzystane zostały aluminiowe mocowania wykonane w technologii WEDM.

Poniżej kilka fotek.

Prototyp 1:

Ratowanie prototypu 1 (rezystory bramkowe? A na co to potrzebne ) :

Prototyp 2:

Elementy konstrukcyjne:

Pierwsze ruchy silnika:

Poszukiwanie granic:

Opona wykonana z poliuretanu 20':

 

Aluminiowa felga wciśnięta na wirnik (Pololki dla skali):

Zamontowana felga wraz z oponami (Mini-Z 20'):

Turbina po dezintegracji (podczas jazdy eksplodowała):

Przejazd w konkurencji Linefollower Drag podczas Bałtyckich Bitw Robotów 2018:

Próby podczas RobotChallenge 2018 w Pekinie:

Wnioski:

• Konstrukcja waży 250 g. To zdecydowanie za dużo, gdyż opony nie są w stanie zapewnić wystarczającej przyczepności na zakrętach i robot wpada w poślizg na zakrętach przez co osiągnięcie prędkości średniej na krętej trasie powyżej 3 m/s jest bardzo trudne.
• Zastosowanie silników BLDC jako direct-drive umożliwia rozpędzenie robota do ogromnych prędkości liniowych (15 m/s+) lecz aby posiadały one zadowalający moment przy niskich obrotach konieczny do gwałtownych zwrotów muszą być duże i ciężkie. Lepiej zastosować małe silniki z przekładnią.

Nowa konstrukcja już się tworzy! Dziękuję za przejrzenie albumu, który utworzyłem i zapraszam do zadawania pytań w komentarzach

[Treker (Damian Szymański)]

Właśnie zaakceptowałem Twój opis, możesz go teraz zgłosić do akcji rabatowej umieszczając link w temacie zbiorczym. Dziękuję za przedstawienie ciekawego projektu, zachęcam do prezentowania kolejnych DIY oraz aktywności na naszym forum

[Mechano]

Skoro przegrzewały się tranzystory to może warto by było dołożyć kilka(naście) gramów i dodać jakieś kanały wentylacyjne kierujące fragment całego strumienia powietrza z turbiny na pcb? Chyba, że tego powietrza spod robota wcale nie ma tak dużo?

[Mariann]

Przekierowanie powietrza to był jeden z planów awaryjnych. Przegrzewały się w prototypach, gdzie były umieszczone na dwu warstwowym PCB o znacznie mniejszej powierzchni miedzi. Tutaj dodatkowo VIA, którymi są połączone 4 warstwy nie są zaślepione przez co dzięki różnicy ciśnień nad i pod robotem miedź jest pięknie wentylowana a końcówka mocy nie robi się nawet ciepła po pracy