RC Four Wheel Ground Rover: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

Este es un "Monolito sobre ruedas" (gracias a Stanley Kubrick: D)

Uno de mis sueños era construir un rover terrestre controlado a distancia desde que comencé a jugar con la electrónica, porque las cosas inalámbricas siempre me han fascinado. No tuve suficiente tiempo y dinero para construir uno hasta para mi proyecto universitario. Así que construí un vehículo de cuatro ruedas para mi proyecto de último año. En este instructivo, explicaré cómo utilicé el gabinete de un amplificador antiguo para construir el rover desde cero y cómo hacer el controlador de radio.

Este es un vehículo terrestre de cuatro ruedas, con cuatro motores de conducción separados. El circuito del controlador del motor se basa en L298N, y el control de RF se basa en el par HT12E y HT12D del semiconductor Holtek. No usa Arduino ni ningún otro microcontrolador. La versión que hice utiliza un par de transmisor y receptor ASK de banda ISM de 433 MHz para operación inalámbrica. El móvil se controla mediante cuatro botones y el método de conducción utilizado es la conducción diferencial. El controlador tiene un alcance de unos 100 m en espacios abiertos. Empecemos a construir ahora.

(Todas las imágenes están en alta resolución. Ábralas en una nueva pestaña para alta resolución).

Paso 1: Piezas y herramientas necesarias

• Ruedas de 4 x 10 cm x 4 cm con orificios de 6 mm (o compatibles con los motores que tienes)
• 4 motorreductores de 12 V, 300 o 500 RPM con eje de 6 mm
• 1 x Caja de metal de tamaño adecuado (reutilicé una caja de metal vieja)
• 4 x abrazaderas de motor en forma de L
• 2 x 6V 5Ah, baterías de plomo-ácido
• 1 x batería de 9V
• 1 x placa de controlador de motor L298N o IC desnudo
• 1 transmisor de 433 MHz
• Receptor de 2 x 433MHz (compatible)
• Botones pulsadores de 4 x 12 mm
• 1 x conector de barril DC
• 1 x HT12E
• 1 x HT12D
• 1 x CD4077 Quad XNOR Gate IC
• 1 x CD4069 Quad NOT Gate IC
• 4 condensadores electrolíticos de 100 uF
• Condensadores de cerámica de 7 x 100nF
• 4 resistencias 470R
• 1 x resistencia de 51 K (importante)
• 1 x resistencia 680R
• 1 x 1 M Resisitor (importante)
• 1 x 7805 o LM2940 (5V)
• 1 x 7809
• Terminales de tornillo de 3 x 2 pines
• 1 x interruptor basculante SPDT
• 1 x pintura negra mate
• LED, cables, PCB común, enchufes IC, interruptores, perforadora, Dremel, papeles de lija y otras herramientas

Se pueden seleccionar piezas como motores, ruedas, abrazaderas, etc. según sus requisitos.

Paso 2: Esquema del controlador del motor

El HT12D es un decodificador de 12 bits que es un decodificador de entrada en serie y salida en paralelo. El pin de entrada del HT12D se conectará a un receptor que tiene una salida en serie. Entre los 12 bits, 8 bits son bits de dirección y el HT12D decodificará la entrada solo si los datos entrantes coinciden con su dirección actual. Esto es útil si desea operar muchos dispositivos en la misma frecuencia. Puede utilizar un interruptor DIP de 8 pines para configurar el valor de la dirección. Pero los soldé directamente a GND, lo que arroja la dirección 00000000. El HT12D se opera aquí a 5V y el valor Rosc es 51 KΩ. El valor de la resistencia es importante ya que cambiarlo podría causar problemas con la decodificación.

La salida del receptor de 433MHz está conectada a la entrada de HT12D, y las cuatro salidas están conectadas al controlador de puente H dual L298 2A. El controlador necesita un disipador de calor para una adecuada disipación del calor, ya que puede calentarse mucho.

Cuando presiono el botón Izquierda en el control remoto, quiero que M1 y M2 funcionen en una dirección opuesta a la de M3 y M4 y viceversa para la operación Derecha. Para el funcionamiento hacia adelante, todos los motores deberán funcionar en la misma dirección. Esto se llama transmisión diferencial y es lo que se usa en los tanques de batalla. Por lo tanto, solo necesitamos no solo un pin para controlar, sino cuatro al mismo tiempo. Esto no se puede lograr con los botones SPST que tengo, a menos que tenga algunos interruptores SPDT o un joystick. Comprenderá esto mirando la tabla lógica que se muestra arriba. La lógica requerida se logra en el extremo del transmisor en el siguiente paso.

Toda la configuración está alimentada por dos baterías de plomo-ácido de 6 V y 5 Ah en configuración en serie. De esta forma tendremos mucho espacio para colocar las baterías dentro del chasis. Pero será mejor si puede encontrar baterías Li-Po en el rango de 12V. Se utiliza un conector de barril de CC para conectar las baterías Pb-Acid al cargador externo. Los 5V para HT12D se generan usando un regulador 7805.

Paso 3: construcción del controlador de motor

Usé una placa perfilada para soldar todos los componentes. Primero coloque los componentes de manera que sea más fácil soldarlos sin usar muchos puentes. Es cuestión de experiencia. Una vez que la colocación sea satisfactoria, suelde las patas y corte las partes sobrantes. Ahora es el momento de enrutar. Es posible que haya utilizado la función de enrutador automático en muchos softwares de diseño de PCB. Tú eres el enrutador aquí. Utilice su lógica para obtener el mejor enrutamiento con un uso mínimo de puentes.

Usé una toma IC para el receptor de RF en lugar de soldarlo directamente, porque puedo reutilizarlo más tarde. Todo el tablero es modular para que pueda desmontarlos fácilmente si es necesario más adelante. Ser modular es una de mis inclinaciones.

Paso 4: Esquema del controlador remoto de RF

Este es un control remoto RF de 4 canales para el móvil. El control remoto se basa en HT12E y HT12D, par codificador-decodificador de la serie 2 ^ 12 de Holtek semiconductor. La comunicación RF es posible gracias al par transmisor-receptor ASK de 433 MHz.

El HT12E es un codificador de 12 bits y básicamente un codificador de entrada y salida en serie en paralelo. De 12 bits, 8 bits son bits de dirección que se pueden utilizar para controlar múltiples receptores. Los pines A0-A7 son los pines de entrada de dirección. La frecuencia del oscilador debe ser de 3 KHz para una operación de 5V. Entonces el valor de Rosc será 1.1 MΩ para 5V. Estamos demandando batería de 9V y, por lo tanto, el valor de Rosc es 1 MΩ. Consulte la hoja de datos para determinar la frecuencia exacta del oscilador y la resistencia que se utilizará para un rango de voltaje específico. AD0-AD3 son las entradas de bit de control. Estas entradas controlarán las salidas D0-D3 del decodificador HT12D. Puede conectar la salida del HT12E a cualquier módulo transmisor que acepte datos en serie. En este caso, conectamos la salida al pin de entrada del transmisor de 433MHz.

Tenemos cuatro motores para controlar de forma remota, de los cuales cada dos están conectados en paralelo para el accionamiento diferencial como se ve en el diagrama de bloques anterior. Quería controlar los motores para la transmisión diferencial con cuatro botones pulsadores SPST que están comúnmente disponibles. Pero hay un problema. No podemos controlar (o habilitar) múltiples canales del codificador HT12E con solo botones SPST. Aquí es donde entran en juego las puertas lógicas. Un 4069 CMOS NOR y un 4077 NAND forman el controlador lógico. Para cada pulsación de los botones, la combinación lógica genera las señales necesarias en varios pines de entrada del codificador (esta fue una solución intuitiva, en lugar de algo diseñado por la experimentación, como una "bombilla"). La salida de estas puertas lógicas se conecta a las entradas del HT12E y se envía en serie a través del transmisor. Al recibir la señal, el HT12D decodificará la señal y tirará de los pines de salida en consecuencia, lo que impulsará el L298N y los motores.

Paso 5: Construcción del cotroller remoto de RF

Usé dos piezas de perfboard separadas para el control remoto; uno para los botones y otro para el circuito lógico. Todos los tableros son completamente modulares y, por lo tanto, se pueden desmontar sin desoldar. El pin de la antena del módulo transmisor está conectado a una antena telescópica externa recuperada de una vieja radio. Pero puede usar una sola pieza de alambre para ello. El control remoto usa batería de 9V directamente.

Todo estaba metido en una pequeña caja de plástico que encontré en la caja de basura. No es la mejor manera de hacer un control remoto, pero cumple su propósito.

Paso 6: pintar el control remoto

Todo estaba empaquetado en el interior con los botones pulsadores, el interruptor DPDT, el indicador LED de encendido y la antena expuesta. Perforé algunos orificios cerca del transmisor porque descubrí que se calienta un poco después de una operación prolongada. Entonces, los agujeros proporcionarán algo de flujo de aire.

Fue un error cortar el agujero rectangular grande en la parte superior en lugar de cuatro pequeños. Podría haber estado pensando en otra cosa. Usé pintura plateada metalizada para el acabado.

Paso 7: construcción del chasis

Usé una caja de metal de amplificador viejo como el chasis del rover. Tenía agujeros debajo y tuvo que ensanchar algunos de ellos con un taladro, lo que facilitó la fijación de las abrazaderas del motor. Tienes que encontrar algo similar o hacer uno con chapa. Las abrazaderas del motor en ángulo recto (o abrazaderas en L) tienen seis orificios para tornillos cada una. Toda la configuración no era tan robusta ya que el grosor de la hoja era pequeño, pero lo suficiente para soportar todo el peso de las baterías y todo. Los motores se pueden unir a las abrazaderas utilizando las tuercas provistas con los motorreductores de CC. El eje del motor tiene un orificio roscado para sujetar las ruedas.

Usé motorreductores de CC de 300 RPM con caja de engranajes de plástico. Los motores de caja de cambios de plástico (los engranajes siguen siendo de metal) son más baratos que los motores con engranajes Johnson. Pero se desgastarán más rápido y no tendrán tanto torque. Le sugiero que utilice motores con engranajes Johnson con 500 o 600 RPM. 300 RPM no es suficiente para una buena velocidad.

Cada motor debe estar soldado con condensadores cerámicos de 100 nF para reducir las chispas de contacto dentro de los motores. Eso asegurará una mejor vida útil de los motores.

Paso 8: pintar el chasis

Pintar es fácil con latas de pintura en aerosol. Usé negro mate para todo el chasis. Debe limpiar el cuerpo de metal con papel de lija y eliminar las capas de pintura viejas para un mejor acabado. Aplique dos capas para una larga vida.

Paso 9: prueba y acabado

Estaba realmente emocionado de ver que todo funcionaba perfectamente la primera vez que lo probé. Creo que fue la primera vez que sucedió algo así.

Usé una caja tiffin para sostener la placa del conductor adentro. Como todo es modular, el montaje es sencillo. El cable de la antena del receptor de RF se conectó a una antena de cable de acero fuera del chasis.

Todo se veía genial cuando estaba ensamblado, tal como esperaba.

Paso 10: míralo en acción

Arriba es cuando usé el rover para llevar un módulo GPS + Acelerómetro para otro proyecto. En la placa superior están el GPS, el acelerómetro, el transceptor de RF y un Arduino casero. Debajo está la placa del controlador del motor. Puedes ver cómo se colocan allí las baterías de Pb-Ácido. Hay suficiente espacio para ellos allí a pesar de tener la caja tiffin en el medio.

Vea el rover en acción en el video. El video es un poco inestable cuando lo grabé con mi teléfono.

Paso 11: Mejoras

Como siempre digo, siempre hay margen de mejora. Lo que hice es solo un rover RC básico. No es lo suficientemente poderoso como para cargar pesos, esquivar obstáculos y tampoco ser rápido. El alcance del controlador de RF está limitado a unos 100 metros en espacios abiertos. Debería intentar resolver todas estas desventajas cuando construya uno; no se limite a replicarlo, a menos que esté limitado por la disponibilidad de piezas y herramientas. Estas son algunas de mis sugerencias de mejora para ti.

• Utilice motores de caja de engranajes de metal Johnson de 500 o 600 RPM para un mejor equilibrio de velocidad-par. Son realmente potentes y pueden generar hasta 12 kg de par a 12V. Pero necesitará un controlador de motor compatible y baterías para altas corrientes.
• Utilice un microcontrolador para el control PWM del motor. De esta forma puedes controlar la velocidad del rover. Necesitará un interruptor dedicado para el control de velocidad en el extremo del control remoto.
• Utilice un par de transmisor y receptor de radio mejor y más potente para un mayor alcance operativo.
• Un chasis resistente probablemente hecho de aluminio, junto con amortiguadores de resorte.
• Una plataforma robótica giratoria para conectar brazos robóticos, cámaras y otras cosas. Se puede hacer usando un servo en la parte superior del chasis.

Planeo construir un rover de 6 ruedas con todas las características mencionadas anteriormente, y para ser utilizado como una plataforma rover de propósito general. Espero que les haya gustado este proyecto y hayan aprendido algo. Gracias por leer:)