Pojazd kroczący "Strider" (układ mechaniczny napędzany wspólnym wałem)

[MasterYoda95]

Zainspirowany filmem z kanału Veritasium o tzw. "Strandbeest", które buduje Theo Jansen, po krótkim researchu na ten temat natrafiłem na inne ciekawe źródło: DIY walkers. Budują oni podobne pojazdy kroczące, w których ruchami nóg steruje układ mechaniczny napędzany wspólnym wałem. Znakomicie upraszcza to sterowanie, gdyż wystarczą dwa silniki dla całego pojazdu, tak, jak w najprostszych robotach różnicowych.

Na podstawie planów z diywalkers zaprojektowałem mechanizm (dwie nogi). Następnie zestawiłem trzy takie mechanizmy w jeden moduł napędzany zwykłym tanim silniczkiem z przekładnią. W tym układzie, zawsze przynajmniej 2 nogi modułu stykają się z podłożem. Pojazd będzie złożony z dwóch takich modułów i sterowany będzie tak samo jak kołowe roboty różnicowe. "Pokład" zawiera otwory ϕ3,5 rozstawione co 20 mm, co zapewnia zgodność z Open Robotic Platform zaproponowaną przez innego polskiego konstruktora Nikodema Bartnika, który zarządza stroną internetową stanowiącą bazę danych modeli zgodnych ze standardem.

Oto krótki film na temat dotychczasowej pracy, którą wykonałem:

[MasterYoda95]

Przez ostatnie dni powstawał PCB na bazie płytki uniwersalnej. Moje umiejętności lutowania nie są powodem do dumy, ale dla pokazania postępu projektu wrzucam zdjęcia.

Ze względu na to, że posługuję się modułami, nie ma tu zbyt wielu komponentów. Podstawki na moduł mikrokontrolera, LED RGB z rezystorami, dwa złącza śrubowe do podłączenia silników i jedno do modułu zasilającego (in progress, na razie po kablu z zasilacza) i przewody połączeniowe.

Swoją drogą polecam do prototypowania tego typu płytki z połączeniami:

Nie trzeba kombinować z wyginaniem nóżek albo nadmiarem cyny aby utworzyć połączenia, a w razie błędu łatwiej je wylutować. Plus wygodne linie zasilania biegnące przez całą długość płytki. Wady? Większa pojemność cieplna padów, więc trzeba używać dość wysokiej temperatury i dużo topnika.

Co do strony elektronicznej - pojazdem zarządza Raspberry Pi Pico 2 W, a moduł mostka H oparty jest o układ TB6612FNG.

Sterowanie będzie odbywać się z pilota (obudowy jeszcze nie zaprojektowałem), w którym będzie siedzieć drugie takie samo RPi Pico 2 W wraz z modułem joysticka.

Stronę programową przygotowałem już wstępnie wcześniej, całość jest napisana w Micropythonie: Pico w nadajniku udostępnia własną sieć WiFi i serwer HTTP, który na żądanie odsyła obecne położenie obu osi joysticka przeskalowane do przyjaznych zakresów [-100, 100]. Pico w pojeździe jest klientem - szuka sieci nadajnika, podłącza się do niej i cyklicznie wysyła requesty, otrzymując bieżącą pozycję joysticka. Na tej podstawie sterować będzie silnikami przez mostek H.

Początkowo do transmisji między pilotem a pojazdem brałem pod uwagę najtańsze moduły NRF24l01 z Aliexpress (takie z anteną na PCB), ale po przetestowaniu okazało się, że tym razem cena miała przełożenie na jakość. Zasięg był mizerny i były spore utraty pakietów. Zawiedziony tym rozwiązaniem zdecydowałem się zapoznać bliżej z Malinowym mikrokontrolerem w wersji 2 z WiFi i wykorzystać ten wbudowany moduł komunikacyjny. Gdybym korzystał w tym projekcie z mikrokontrolerów z rodziny ESP, to pewnie skierowałbym się ku wykorzystaniu ESP Now.

Plany na najbliższe dni:

1. Przetestować poprawność wykonania płytki i działania układu (wysterować silniki z Pico), wprowadzić poprawki jeśli będzie trzeba.

2. Napisać kawałek kodu do obsługi mostka H oraz LED RGB, która będzie sygnalizowała status połączenia z nadajnikiem.

3. Przetestować koncepcję układu zasilania - to będzie mój pierwszy projekt gdzie wykorzystam ogniwa Li-Ion.

4. Zaprojektować uchwyty na płytkę i moduł zasilania, aby móc zamocować je na pojeździe.

[MasterYoda95]

Udało się wykonać wszystkie zaplanowane prace.

Projekt Joysticka:

RPi Pico 2 W zasilany akumulatorkiem Li-Ion z modułem zabezpieczająco-ładującym. Po lewej otwór na włącznik, po prawej miejsce na LED RGB do sygnalizacji stanu połączenia z pojazdem (jeszcze nie zrealizowane).

Na platformie pojazdu zagościł moduł zasilania:

Zawiera on dwa ogniwa Li-Ion 18650, moduł zabezpieczająco-balansujący i włącznik.

Uchwyt do płyty głównej:

Wszystkie komponenty zaprojektowałem zgodnie ze standardem Open Robotic Platform.

Na tę chwilę działa to tak:

Na filmie słabo widać zmianę kolorów LEDa, ale zmienia on kolor z zielonego na żółty, gdy pojazd traci połączenie z kontrolerem. Nie za bardzo wiem jak mogę poprawić niezawodność łączności między dwoma Pico. Zaimplementowałem procedurę odzyskiwania połączenia i jak widać działa, bo nie musiałem restartować pojazdu, ale nie jest on w 100% skuteczny.

Na razie mój moduł zasilania podłączony jest jedynie do mostka H, więc docelowo powerbank zniknie. Niestety napięcie dwóch ogniw w szeregu przekracza dopuszczalne napięcie wejściowe Pico i muszę dodać regulator. Póki nie zająłem się tym projektem nie wiedziałem, że Pico dysponuje niewielką przetwornicą, dlatego można je zasilać bezpośrednio z ogniwa litowo-jonowego, trzech baterii AA lub 3-4 akumulatorków Ni-MH.

Dokumentacja Pico mówi, żeby dodatkowe źródła zasilania podłączać przez diodę Schottky'ego

Czy jeśli nie mam jej na stanie, to mogę w tym miejscu zastosować zwykłą prostowniczą diodę krzemową, licząc się po prostu z nieco większymi stratami?