Pojazd gąsienicowy wydrukowany w 3D zdalnie sterowany przez WiFi

MasterYoda95 · Lipiec 26, 2023

Postawiłem sobie wyzwanie samodzielnego zaprojektowania napędu gąsienicowego i zbudowania go przy użyciu części wytworzonych metodą druku 3D FDM.

Nie wiem czy uprawnione jest odnoszenie się do tego pojazdu jako "gąsienicowy", czy może powinien być "pasowy", bo rzeczone pseudo-gąsienice są w istocie pasami zębatymi wydrukowanymi z filamentu elastycznego - TPU, a nie zbudowane ze sztywnych ogniw połączonych jakimiś sworzniami, jak to najczęściej bywa w tego typu konstrukcjach.

Monolityczny pasek był ograniczeniem projektowym, ponieważ jego długość limitowana była przez pole robocze drukarki 3D, dlatego też został zaprojektowany i wydrukowany jako pierwszy i to do niego "doprojektowane" zostały pozostałe elementy. Pasek wydrukowany jest z TPU i ma średnicę zewnętrzną 210 mm. "Uzbrojony" jest w zęby zarówno po wewnętrznym, jak i zewnętrznym obwodzie. Zęby wewnętrzne mają na celu bezpoślizgowe przeniesienie napędu z zębatych kół napędowych, a zewnętrzne poprawę przyczepności do podłoża.

Rama napędu stanowi jednocześnie:

- podporę dla kół napędowych,

- element mocujący napęd do obudowy/ramy pojazdu,

- obudowę silników.

Jako silniki początkowo zastosowane zostały najtańsze i najpopularniejsze mini silniczki z żółtą przekładnią. We wczesnej wersji projektu tylko jedno z kół było napędzane, drugie zaś miało być swobodne. Były też wersje rozwojowe ramy z trzecią swobodną rolką napinającą pasek. Zrezygnowałem z napinacza paska w ostatecznej wersji, ponieważ dodatkowa rolka wnosiła niepotrzebny opór do układu, a sama konstrukcja kół skutecznie zapobiega spadaniu paska.

Silniki (pisząc "silniki" mam na myśli zespoły silnik-przekładnia) zostały najpierw zdwojone, a potem jeszcze zastąpione inną ich wersją o takich samych wymiarach, lecz jeszcze niższym przełożeniu - 1:90 zamiast 1:48.

Całkowite przełożenie jest jeszcze dwa razy mniejsze, gdyż wał wyjściowy przekładni napędza małe koło zębate, które przenosi moment na właściwe koło napędowe o dwukrotnie większej liczbie zębów.

Próbowałem kiedyś zabawy z kołami zębatymi drukowanymi w 3D, jednak rezultaty nie były zadowalające. Natrafiłem jednak na filmik na YT, gdzie autor prezentował swoje doświadczenia w tym temacie i zalecał stosowanie "helical gears":

Rzeczywiście efekty okazały się znacznie lepsze w porównaniu z zębami prostymi.

Po zbudowaniu zespołów gąsienicowych przyszedł czas na pojazd, na którym mógłbym je przetestować. Do zasilania wykorzystałem akumulator żelowy 6V. Logiką sterowania zarządza Raspberry Pi Zero W. Samodzielnie zaprojektowałem do niego HAT zawierający m.in. stabilizator napięcia, mostek H i 2 MOSFETy, opiszę go jako oddzielny projekt. Do raspberry pi dołączona jest też najprostsza kamera OV5647. W obudowie kamery są LEDy doświetlające.

Pojazd sterowany jest przez interfejs www, który raspberry pi hostuje w sieci lokalnej. Komunikacja odbywa się przez websockety - po stronie klienta w javascripcie dołączonym do strony, po stronie serwera, czyli pojazdu, w Pythonie z wykorzystaniem biblioteki https://github.com/Pithikos/python-websocket-server

Interfejs zawiera:

- widok z kamery (streamowany przez https://github.com/kig/raspivid_mjpeg_server )

- joystick do sterowania pojazdem ( https://github.com/bobboteck/JoyStick )

- przełączniki do włączania oświetlenia, zmiany częstości wysyłania pakietów i start/stop połączenia websocket.

Projekt pojazdu ma uwzględnione otwory umożliwiające jego rozbudowę, na przykład o obudowę górną, albo dodatkowe czujniki. Na tę chwilę wygląda on tak: