Paletas de programación y bloques de programa.

Los motores para el robot están incluidos en los accionamientos. Aprendimos sobre robótica en general en el paso uno. En el segundo paso, decidimos qué tipo de robot haríamos. Necesitamos instalar actuadores que hagan que el robot se mueva.

La elección del motor para un robot depende directamente de las tareas que debe realizar el robot. El motor (motor) puede ser parte del variador o ser un variador separado.

Un actuador se puede definir como un dispositivo que convierte energía (en robótica, normalmente energía eléctrica) en movimientos físicos.

La gran mayoría de actuadores producen movimiento giratorio o lineal. Por ejemplo, un motor es un tipo de accionamiento. Elegir los actuadores adecuados para su robot requiere comprender qué actuadores están disponibles. Quizás un poco de imaginación y un poco de matemáticas y física.
Los accionamientos giratorios son un tipo de accionamiento que convierte la energía eléctrica en movimiento de rotación.

Motor AC

Los motores de corriente alterna (CA) rara vez se utilizan en robots móviles. Principalmente porque la mayoría de ellos están diseñados para funcionar con corriente continua (CC) de una batería. Los motores de CA se utilizan principalmente en aplicaciones industriales donde se requiere un par muy alto. En primer lugar, dónde se conectan los motores a la red eléctrica.

motores de corriente continua

Motores de CC Motor Los motores de CC vienen en una variedad de formas y tamaños. Aunque la mayoría son cilíndricos. Tienen un eje de salida que gira a altas velocidades, normalmente de 5.000 a 10.000 rpm. Aunque los motores de corriente continua giran muy rápidamente, la mayoría de ellos no son muy potentes. Estos motores de robot tienen un par bajo.

Se pueden agregar cajas de cambios para reducir la velocidad y aumentar el par. Para instalar el motor en el robot, debe fijar la carcasa del motor al marco del robot. Por esta razón, los motores de robots suelen tener orificios de montaje, que normalmente se encuentran en la cara del motor. Por tanto, se pueden instalar perpendiculares a la superficie.

Los motores de CC pueden funcionar en sentido horario (CW) o antihorario. El movimiento angular del eje se puede medir mediante codificadores o potenciómetros.

Es un motor de corriente continua combinado con una caja de cambios. Funciona para reducir la velocidad del motor y aumentar el par. Por ejemplo, un motor de CC gira a 10.000 rpm y alcanza un par de 0,001 Nm. Si sumamos una relación de reducción de 100:1 (cien a uno) reducimos la velocidad 100 veces. Como resultado, 10000/100 = 100 rpm y aumenta el par 100 veces (0,001 x 100 = 0,1 N*m).

Los principales tipos de engranajes reductores son:

1. engranaje
2. cinturón
3. planetario
4. gusano

El engranaje helicoidal le permite lograr una relación de transmisión muy alta con un solo paso. También evita que el eje de salida se mueva si el motor no está en marcha.

Servo motor

El tipo de motor que utilices depende del tipo de movimiento que desees.

Servomotor R/C o hobby

A menudo, los servomotores de este tipo pueden girar hasta 180 grados. Giran en un cierto ángulo de rotación. Y a menudo se utilizan en modelos de control remoto más caros para controlar o controlar el vuelo.

Ahora se utilizan en diversas aplicaciones. Los precios de estos servos han bajado significativamente y la variedad (diferentes tamaños, tecnologías y potencias) ha aumentado. Un factor común con la mayoría de los servos es que la mayoría sólo utiliza unos 180 grados de rotación.
El servomotor R/C incluye un motor CC, caja de cambios, electrónica y un potenciómetro giratorio, que mide el ángulo

La electrónica y el potenciómetro funcionan sincrónicamente para controlar el motor y detener el eje de salida en un ángulo predeterminado. Estos motores suelen tener tres cables: tierra, voltaje B y pulso de control. El impulso de control normalmente se elimina del controlador del servomotor. El servomotor Hobby es un nuevo tipo de servomotor. Implica rotación continua y retroalimentación de posición. Todos los servos pueden girar tanto a derecha como a izquierda.

Servomotores industriales

Un servomotor industrial se controla de manera diferente que un motor de hobby y se encuentra con mayor frecuencia en máquinas muy grandes. Un servomotor industrial suele ser trifásico y consta de un motor de CA, una caja de cambios y un codificador. El codificador instalado proporciona información sobre la posición angular y la velocidad.

Estos motores rara vez se utilizan en robots móviles debido a su peso, tamaño, costo y complejidad. Puede ver servomotores industriales en potentes manipuladores industriales. Es posible utilizarlos en vehículos robóticos de gran tamaño.

motores paso a paso

El motor paso a paso gira en ciertos “pasos” (en realidad, grados específicos). El número de pasos y el tamaño del paso dependen de varios factores. La mayoría de los motores paso a paso no incluyen engranajes. Dado que se trata de motores de CC y el par es bajo.

Un motor paso a paso correctamente sintonizado puede girar hacia la izquierda y hacia la derecha y puede ajustarse a la posición angular deseada. Hay tipos unipolares y bipolares de motores paso a paso. Una desventaja notable de los motores paso a paso es que si el motor no está funcionando, es difícil estar seguro del ángulo de arranque del motor.

Agregar un engranaje a un motor paso a paso tiene el mismo efecto que agregar un engranaje a un motor de CC: aumenta el par y reduce la velocidad angular. A medida que la velocidad se reduce por la relación de transmisión, el tamaño del paso también se reduce por el mismo factor.

Accionamientos lineales

Los actuadores lineales producen movimiento lineal (movimiento a lo largo de una única línea recta) y tienen tres características mecánicas distintivas principales.

1. Distancia mínima y máxima que la varilla puede mover el eje (en mm o pulgadas)
2. Su fuerza (en kg o lbs)
3. Su velocidad (en m/s o pulgadas/s)

Actuador lineal CC

Un variador de CC lineal a menudo consta de un motor de CC conectado a un engranaje helicoidal. Cuando el motor gira, el soporte de la hélice estará más cerca o más lejos del motor. Básicamente, un engranaje helicoidal convierte el movimiento giratorio en movimiento lineal.

Algunos actuadores lineales de CC incluyen un potenciómetro lineal que proporciona retroalimentación lineal. Para evitar que el variador se destruya por completo, muchos fabricantes incluyen interruptores de límite en ambos extremos. Normalmente, para cortar la alimentación a la unidad cuando se presiona. Los actuadores lineales de CC vienen en una amplia variedad de tamaños y tipos.

El solenoide consta de una bobina enrollada alrededor de un núcleo móvil. Cuando la bobina se energiza, el núcleo es repelido por el campo magnético y produce movimientos en una dirección. Se necesitarán varias bobinas o algunos mecanismos mecánicos para proporcionar movimiento en dos direcciones.

Los solenoides suelen ser muy pequeños, pero su velocidad es muy alta. La fuerza depende principalmente del tamaño de la bobina y de la cantidad de corriente que pasa a través de ella. Este tipo de actuador se utiliza en válvulas o sistemas de cierre. En tales sistemas, por regla general, no hay retroalimentación de posición (el núcleo está completamente retraído o completamente extendido).

Accionamientos neumáticos e hidráulicos.

Los actuadores neumáticos e hidráulicos utilizan aire o líquido (como agua o aceite) para moverse linealmente. Este tipo de actuadores pueden tener carreras muy largas, gran potencia y alta velocidad.

Para su funcionamiento requieren el uso de fluido compresor. Esto los hace más difíciles de operar que los motores eléctricos convencionales. Tienen gran potencia, velocidad y suelen ser de gran tamaño. Y se utilizan principalmente en equipos industriales.

Selección de unidad

Es importante señalar que constantemente surgen tecnologías nuevas e innovadoras y nada es permanente. Tenga en cuenta también que una sola unidad puede realizar tareas muy diferentes en diferentes condiciones. Por ejemplo, con diferentes mecánicas. Se puede utilizar un actuador que produce movimiento lineal para girar un objeto y retroceder (como los limpiaparabrisas de los automóviles).

Robots con ruedas o orugas.

Los motores de accionamiento del robot deben mover el peso de todo el robot y probablemente requerirán un engranaje reductor. La mayoría de los robots utilizan el frenado mediante las ruedas de un lado. Mientras que los coches o camiones suelen utilizar dirección.

Si elige un minicargador, los motores de CC con engranajes son una opción ideal para robots con ruedas u orugas. Después de todo, proporcionan una rotación continua y pueden tener información de posición opcional mediante codificadores ópticos. Son muy fáciles de programar y utilizar.

Si desea utilizar la dirección, necesitará un motor de tracción y un motor para dirigir las ruedas delanteras. La rotación está limitada a un cierto ángulo y se puede aplicar un servomotor R/C.

El motor se utiliza para levantar o girar pesos pesados. Levantar una pesa requiere mucha más energía que mover una pesa sobre una superficie plana. Se debe sacrificar la velocidad para obtener el par.

Por lo tanto, es mejor utilizar una caja de cambios de alta relación y un potente motor de CC o actuador lineal de CC. Podría considerar usar un sistema (ya sea engranajes helicoidales o abrazaderas). Lo que evita que la carga caiga en caso de pérdida de control.

servomotores

Se utiliza si el rango está limitado a 180 grados y el par no es significativo. El servomotor R/S es ideal para este tipo de aplicaciones. Los servomotores están disponibles en una variedad de pares y tamaños y brindan retroalimentación de posición angular.

Es mejor utilizar un potenciómetro y algunos codificadores ópticos especializados. Los servos R/C se utilizan cada vez más para crear pequeños robots andantes.

motores paso a paso

Se utiliza cuando el ángulo de rotación debe ser muy preciso. Los motores paso a paso del robot combinados con un controlador de motor paso a paso pueden producir un movimiento angular muy preciso. A veces se prefieren los servomotores porque proporcionan una rotación continua. Sin embargo, algunos servomotores digitales profesionales utilizan codificadores ópticos. Como resultado, tienen una precisión muy alta.

Accionamientos lineales

Los actuadores lineales son los mejores para mover objetos y posicionarlos en línea recta. Vienen en una variedad de tamaños y configuraciones. Para movimientos muy rápidos, se puede considerar la neumática o los solenoides. Para potencias muy elevadas se pueden considerar actuadores lineales DC y también hidráulicos.

Caso de estudio

• En la Lección 1, definimos el objetivo de nuestro proyecto para comprender qué tipo de robot móvil se puede construir con un presupuesto reducido.
• En la Lección 2 decidimos que queríamos una pequeña plataforma con ruedas. Primero, determinemos el tipo de unidad que se necesitará para construir el robot.

Para hacer esto necesitas responder cinco preguntas:

1. ¿Se utiliza este actuador para mover un robot con ruedas?
   Sí. Necesita un motorreductor con mando frenando un lado. Esto significa que cada rueda deberá estar equipada con su propio motor.
2. ¿Se utilizan motores de robots para levantar o girar pesos pesados?
   No, una plataforma de escritorio no tiene por qué ser pesada.
3. ¿El rango de movimiento está limitado a 180 grados?
   No, las ruedas pueden girar constantemente.
4. ¿El ángulo tiene que ser preciso?
   No, nuestro robot no requiere retroalimentación posicional.
5. ¿Esto se mueve en línea recta?
   No, porque queremos que el robot gire y se mueva en todas direcciones.

Cumple todos estos requisitos motor grande del conjunto básico LEGO MINDSTORMS Education EV3.

Especificaciones del motor grande EV3

Un actuador es un mecanismo para operar equipos de control de procesos utilizando señales eléctricas, neumáticas o hidráulicas. Esta es una parte importante en la robótica. Los accionamientos utilizados en los robots afectan a su viabilidad y rendimiento. Por lo tanto, en este artículo veremos las 7 unidades más comunes con las que los robots pueden equiparse para diversos fines.

Motor CC sin escobillas

Empecemos por los motores eléctricos. Brushless o sin escobillas es uno de los tipos de actuadores que están ganando popularidad en robótica. Como sugiere el nombre, este tipo de motor no utiliza escobillas para la conmutación, sino que la conmutación se realiza electrónicamente. El principio de funcionamiento de este accionamiento se basa en la interacción de campos magnéticos entre un electroimán y un imán permanente. Cuando se energiza la bobina, los polos opuestos del rotor y el estator se atraen entre sí. Estos actuadores se utilizan en casi cualquier robot.

Las ventajas del BDP son las siguientes:

• Velocidad de respuesta relativa a las características del par;
• Mayor velocidad de rotación;
• Altas características dinámicas;
• Larga vida útil;
• Funcionamiento silencioso.

Defectos:

• Controlador de velocidad complejo y costoso;
• No funciona sin electrónica.

Accionamiento sincrónico

Este motor contiene un rotor que gira sincrónicamente con un campo oscilante o corriente. Los accionamientos síncronos tienen muchas ventajas sobre otros motores. En primer lugar, esto se aplica a los indicadores energéticos. Estos accionamientos se utilizan en robots industriales fabricados con una capacidad de carga media y un número de grados de libertad de 3 a 6. La precisión de posicionamiento del accionamiento eléctrico alcanza valores de hasta ± 0,05 mm. Se utilizan tanto en modo de funcionamiento posicional como de contorno.

Ventajas:

• Alta eficiencia;
• Facilidad de montaje y buenas propiedades de ajuste;
• La conveniencia de utilizar un accionamiento síncrono para mecanismos que no requieren control de velocidad es obvia.

Defectos:

• El uso de un motor síncrono es difícil si los mecanismos tienen grandes masas de volante, donde es necesario tener un accionamiento regulable o doble;
• No tiene par de arranque inicial. En consecuencia, para arrancarlo es necesario acelerar el rotor mediante un par externo hasta una velocidad de rotación cercana a la sincronía.

Motor asincrónico

Este accionamiento eléctrico para convertir energía eléctrica de CA en energía mecánica también es beneficioso por varias razones. El término "asincrónico" en sí mismo significa no simultáneo. Esto significa que en estos motores la frecuencia de rotación del campo magnético del estator es siempre mayor que la velocidad de rotación del rotor. Los motores asíncronos funcionan con alimentación de CA.
Este tipo de motor se utiliza principalmente para impulsar las ruedas motrices de un automóvil y, por lo tanto, puede encontrar un lugar en la robótica sobre ruedas. La disponibilidad de semiconductores de alta potencia ha hecho práctico el uso de motores de inducción de CA más simples.

Ventajas:

• Sencillez y fiabilidad gracias a la ausencia de coleccionista;
• Bajo costo;
• Peso significativamente bajo;
• Dimensiones más pequeñas.

Defectos:

• Puede sobrecalentarse, especialmente bajo carga;
• Incapacidad para mantener una velocidad de rotación estable;
• Mecanismo de disparo relativamente pequeño.

Motor paso a paso

Un motor paso a paso es un accionamiento que recientemente se ha utilizado con frecuencia en robótica. La principal diferencia entre este y todos los demás tipos de motores es el método de rotación. Como sabes, los motores enumerados anteriormente giran continuamente. Pero los motores paso a paso giran en "pasos". Cada paso representa parte de una rotación completa. Esta parte depende del diseño mecánico del motor y del método de control.

El uso de motores paso a paso es una de las soluciones más sencillas, económicas y sencillas para operar sistemas de posicionamiento de precisión. Por lo tanto, estos motores se utilizan con mucha frecuencia en máquinas CNC y robots.

Ventajas:

• La principal ventaja es la precisión del trabajo. Cuando se aplican potenciales a los devanados, el motor girará estrictamente en un cierto ángulo;
• Bajo costo;
• Adecuado para la automatización de mecanismos y sistemas individuales donde no se necesita una alta dinámica.

Defectos:

• Existe un problema de “deslizamiento” del rotor con una mayor carga en el eje;
• Límite de paso (máximo 1000 rpm).

servo

Este es un tipo de motor electromecánico que no gira continuamente, como los motores paso a paso, sino que se mueve según una señal a una posición determinada y la mantiene hasta la siguiente señal. Se utilizan ampliamente en diversos sectores de la robótica, desde mecanismos caseros hasta androides complejos.

Los servoaccionamientos utilizan un mecanismo de retroalimentación para manejar y corregir errores de posicionamiento. Un sistema de este tipo se denomina sistema de seguimiento. Si alguna fuerza ejerce presión sobre el actuador para cambiar su posición, el motor aplicará una fuerza en la dirección opuesta para corregir el error resultante. De este modo se consigue una alta precisión de posicionamiento.

Ventajas:

• Mayor velocidad de rotación;
• Alto Voltaje;
• La posición del mecanismo está siempre visible y disponible para su ajuste.

Defectos:

• Sistema complejo de conexión y control;
• Requiere servicio calificado;
• Precio alto.

accionamiento neumático

Un motor que impulsa maquinaria utilizando la energía del aire comprimido. El componente principal aquí es el compresor. El aire comprimido por el compresor ingresa a las líneas neumáticas y luego al motor neumático. Debido a la ausencia de un medio viscoso, estos motores pueden funcionar a una frecuencia más alta: la velocidad de rotación del motor neumático puede alcanzar decenas de miles de revoluciones por minuto.
Este tipo de accionamiento se utiliza cada vez más en robótica, ya que tiene una suavidad de funcionamiento y una precisión de funcionamiento bajas. Lo más racional es utilizarlo para mecanismos con dos estados: retracción y expulsión o cierre y apertura.

Ventajas:

• Simplicidad y economía;
• El fluido de trabajo no está limitado a un volumen determinado y puede reponerse en caso de fuga;
• En lugar de un compresor, se puede utilizar un cilindro de gas comprimido, lo que simplifica la construcción de un sistema neumático;
• Menos sensible a los cambios de temperatura ambiente.

Defectos:

• Menor eficiencia;
• Alto costo de la energía neumática en comparación con la energía eléctrica;
• Calentamiento y enfriamiento del gas de trabajo en compresores, lo que puede provocar la posibilidad de congelación de los sistemas o, por el contrario, condensación del vapor de agua del gas de trabajo.

accionamiento hidráulico

Si el robot debe trabajar con cargas superiores a 100 kg, deberías considerar el uso de un accionamiento hidráulico. Este tipo de motor utiliza líquido para accionar el actuador. El principio de funcionamiento del accionamiento hidráulico consiste en una bomba que crea presión del fluido de trabajo en la línea de presión conectada al motor hidráulico. El motor convierte la presión del fluido en presión mecánica. Al mismo tiempo, los reguladores controlan la velocidad y dirección de movimiento del motor hidráulico.
Estos accionamientos se utilizan principalmente en robótica industrial. Pero hay casos de su uso en otros prototipos, por ejemplo, en la famosa creación de DARPA: el robot BigDog.

Ventajas:

• Pequeño tamaño y peso;
• Alto rendimiento: desarrolla 25 veces más fuerza que un actuador neumático de tamaño similar;
• Regulación suave de la fuerza;
• Temperatura de funcionamiento: de -50 a +100С.

Defectos:

• A alta presión, pueden producirse fugas de líquido;
• Alto costo de equipo y mantenimiento;
• Consumo continuo de energía;
• Es difícil controlar la precisión del trabajo.

Estos fueron los tipos más básicos de actuadores que más se utilizan en la robótica moderna.

La robótica y la creación de diversos sistemas de automatización son de gran interés no sólo entre los profesionales, sino también entre los radioaficionados principiantes.
El rápido crecimiento de la tecnología ha afectado al mercado moderno de componentes radioelectrónicos. Una gran selección de varios microcontroladores, sensores, relés y placas de expansión le permite, como diseñador, crear una solución técnica compleja en casa.
Si antes para crear e implementar un sistema Smart Home era necesario contactar con empresas especializadas, ahora la mayoría de los elementos se pueden montar de forma independiente. La robótica amateur no se queda atrás de los diseños industriales. El robot doméstico ensamblado viajará a lo largo de una trayectoria determinada, se cargará desde un panel solar, medirá la temperatura/humedad del ambiente y tomará fotografías del área. Esto está lejos de ser una lista completa de lo que se puede agregar, pero este modelo ya es similar en funcionalidad y lógica, por ejemplo, a la nave espacial Curiosity, que explora el planeta Marte.
Hoy en día, los círculos de ingeniería de radio han comenzado a revivir nuevamente, donde, bajo la guía de maestros experimentados, la generación más joven domina la robótica. Esto no es sólo entretenimiento, sino también mucho trabajo mental, que requiere conocimientos de matemáticas, física e informática.
Se pueden encontrar muchas obras en Internet. Algunos merecen especial atención:

Veamos los puntos principales que necesitaremos a la hora de diseñar y montar un robot.

Planificación presupuestaria

El trabajo de diseño y montaje de un robot comienza con la planificación presupuestaria. Dependiendo de la funcionalidad y base técnica utilizada, el coste final del robot puede ser elevado.
Para la mayoría de los proyectos, puede utilizar no solo repuestos originales, sino también sus análogos (copias). Esto reducirá significativamente el costo del proyecto. Mucha gente prefiere pedir piezas en tiendas online chinas. El costo de un pedido con envío gratuito parece más atractivo que comprar las mismas piezas, pero con un gran margen de beneficio en Rusia.

Elegir una plataforma robótica

Las plataformas más comunes y económicas son sobre ruedas Y rastreado. Hay muchos componentes listos para usar para estas plataformas, por lo que son ideales como proyecto inicial.
Una plataforma con ruedas puede tener cualquier número de ruedas. Los más habituales son los modelos de tres y cuatro ruedas (2WD, 4WD). Debido a la pequeña zona de contacto con la superficie, la plataforma con ruedas puede deslizarse.

Se pueden utilizar neumáticos de goma para reducir la pérdida de tracción.
Tener mayor capacidad para cruzar el país. plataformas rastreadas. Evitan resbalones y pueden superar diversos obstáculos artificiales y naturales. La desventaja de la plataforma es la compleja instalación mecánica.
Robots con extremidades Puede moverse de forma estable sobre superficies muy irregulares. Pero la principal desventaja de esta plataforma es la complejidad de la codificación y el elevado coste final.
El mercado moderno ofrece muchas soluciones listas para usar para robots aéreos. Particularmente populares son cuadricópteros Y helicópteros.
Los robots aéreos son ideales para observar y filmar superficies desde arriba y explorar lugares de difícil acceso. Algunas empresas están desarrollando y utilizando activamente plataformas aéreas para entregar mercancías. Un inconveniente importante de la plataforma aérea es la pérdida parcial y, en la mayoría de los casos, completa de toda la estructura en caso de accidente.

Para aumentar la funcionalidad de los tipos de plataformas existentes, varios tipos de manipuladores. Los manipuladores pueden equiparse con uno o diez grados de libertad únicos.
Plataformas de agua no son muy utilizados. Utilizado principalmente en campos científicos e industriales.

Elegir un motor para un robot

Para propulsar la mayoría de las plataformas mencionadas anteriormente, se requiere un motor (motor eléctrico). Este es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. La elección de los motores depende de la forma en que se mueve el robot.
Adecuado para plataformas con ruedas o con orugas motorreductor CC. La caja de cambios en este caso le permite ajustar el par. El eje a ambos lados del motor permite la instalación de un codificador, que ayuda a determinar el ángulo de rotación y la distancia recorrida por la rueda. La potencia del motor se calcula en función del peso del propio robot.

Motor paso a paso se mueve en pasos iguales. Los motores paso a paso están controlados por pulsos. Cada impulso se convierte en un grado en el que se produce la rotación. Este tipo de motor se utiliza en robots donde se requiere un ángulo de movimiento extremadamente preciso.
Servo motor Consta de un motor CC, caja de cambios, electrónica y un potenciómetro giratorio que mide el ángulo. El ángulo de rotación es de aproximadamente 180 grados. Los servomotores se utilizan habitualmente en brazos robóticos y robots con extremidades.
En la práctica, muchos modelos de robots contienen diferentes tipos de motores. Para el control centralizado, se utilizan controladores de motor (protector del motor).

Seleccionar un controlador de motor (driver)

Para convertir señales de control de baja potencia en corrientes suficientes para controlar motores, utilizan controladores de motor (Motor Shield)
El controlador del motor sólo puede detectar la velocidad y la dirección del motor, pero no puede controlarlas directamente debido a la potencia de salida limitada. Por lo tanto, no es posible utilizar un controlador de motor sin un microcontrolador. La lógica de los controladores de motores modernos le permite controlar diferentes tipos de motores tanto por separado como simultáneamente. Al elegir un controlador, debe prestar atención al voltaje y la corriente nominales.
Las especificaciones suelen indicar el rango de tensión de entrada y corriente para la que está diseñado. A pesar de los sistemas de protección contra sobrecargas incorporados, no debes conectar un motor de 5 V a un controlador de 3 V.
La elección del controlador (controlador del motor) debe realizarse después de que se haya determinado y aprobado el tipo de motores que se planea instalar en el robot.

Selección del sistema de control

Hay varias formas de controlar el robot:

Control por cable
La forma más sencilla de controlar un robot es mediante cables. El panel de control se conecta al robot mediante un cable. No requiere componentes electrónicos complejos. Una desventaja importante es el movimiento limitado. El rango de control depende enteramente de la longitud del cable. Un cable demasiado largo se enganchará y enredará constantemente.

Control inalámbrico

señal infrarroja

Se utiliza un control remoto para controlar el robot. En algunos casos, puede configurar un control remoto de TV normal. Se instala un sensor de infrarrojos en el robot, que está conectado al microcontrolador y le transmite señales de control. Al igual que cuando se utiliza el mando a distancia de un televisor, el robot se puede controlar a una distancia limitada en la línea de visión directa del sensor de infrarrojos.

Bluetooth

Cuando se utiliza la tecnología Bluetooth, el control del robot es posible mediante dispositivos compatibles con Bluetooth (tableta, teléfono móvil, ordenador). No es necesario estar en la línea de visión directa del transmisor, aunque Bluetooth tiene un alcance operativo limitado (alrededor de 10 a 15 m).

El robot se puede controlar desde cualquier lugar donde haya acceso a Internet. Sólo necesitas conectar el módulo wifi del robot a un router que tenga acceso a Internet.

GPRS/GPS

El GPS se utiliza para localizar la ubicación del robot. Usando la navegación, puedes calcular el rumbo y la distancia de un waypoint.
Las tarjetas GSM brindan la posibilidad de realizar y recibir llamadas desde otros teléfonos, enviar SMS a un número determinado cuando presiona un botón determinado. Así, enviando SMS desde nuestro teléfono móvil podremos transmitir órdenes al robot a través de la red GSM. Además, el propio robot puede ubicarse en cualquier punto donde haya cobertura de red GSM.

Seleccionar un microcontrolador

Como todos sabemos, un microcontrolador es un microcircuito diseñado para controlar dispositivos electrónicos. Es una computadora de un solo chip capaz de realizar tareas relativamente simples. Para interactuar con el mundo exterior, el microcontrolador está equipado con contactos en los que se puede activar (1) o desactivar (0) la señal eléctrica. Los pines se pueden utilizar para leer señales eléctricas provenientes de varios dispositivos y sensores.
Los microcontroladores modernos tienen un regulador de voltaje integrado. Esto permite que el microcontrolador funcione en un amplio rango de voltaje que no requiere que suministremos el voltaje de operación exacto.
Existe una gran variedad de microcontroladores que se pueden utilizar, pero la plataforma de hardware Arduino se utiliza ampliamente en la actualidad.
Debido a su arquitectura abierta, multiplataforma, de bajo costo y la simplicidad del lenguaje de programación, Arduino se ha vuelto muy popular entre principiantes y profesionales.
Los proyectos populares en los que se utiliza la plataforma Arduino son la construcción de sistemas robóticos y de automatización simples. Con esta plataforma, puede organizar una casa inteligente, construir una estación meteorológica doméstica y dominar la robótica.

Telemetria

Se utilizan todo tipo de sensores para estudiar y medir el mundo que rodea al robot. Con su ayuda podemos conocer la ubicación de nuestro robot, determinar la distancia a objetos, medir temperatura/humedad/presión, tomar fotografías de la zona, etc.
Una placa de expansión correctamente seleccionada simplificará enormemente el proceso de agregar nuevos tipos de sensores y nos evitará la necesidad de cambiar la lógica integrada en la etapa de diseño.
Veamos los principales tipos de sensores que son asequibles y fáciles de programar:

Sensores espaciales

Telémetro ultrasónico

La fuente de ultrasonido emite una señal pulsada y el receptor detecta reflejos de señal provenientes de diversos obstáculos. La distancia al objeto se determina analizando el tiempo de ida y vuelta de la señal. A diferencia de los telémetros infrarrojos, el sensor ultrasónico no se ve afectado por las fuentes de luz ni por el color del obstáculo. El telémetro ultrasónico más popular entre los radioaficionados es el HC-SR04. Es capaz de medir distancias que van desde 2 a 450 cm.

Sensor de distancia por infrarrojos

El principio de funcionamiento consiste en analizar la radiación infrarroja reflejada por el sensor LED de los objetos circundantes.
Diseñado para su instalación en dispositivos mecánicos para determinar la distancia a las partes móviles de una estructura. El sensor de distancia optoelectrónico Sharp GP2Y0A21YK0F es conveniente para usar en proyectos de robótica. La distancia de detección oscila entre 100 y 550 cm y evitará que el robot choque con algún obstáculo.

Sensores de posición

Giroscopio le permitirá determinar la posición y el movimiento del dispositivo en el espacio: ángulos de balanceo y de inclinación (inclinación), centrándose en el vector de gravedad y la velocidad de rotación. Al moverse, determina la aceleración lineal y la velocidad angular alrededor de sus propios ejes X, Y y Z y proporciona una imagen completa de la posición.


El módulo más común basado en el chip MPU6050. El módulo consta de un acelerómetro, giroscopio y sensor de temperatura.

Sensores climáticos

Sensor digital de temperatura y humedad Le permite medir la temperatura y la humedad del ambiente.

Los sensores más comunes: . En comparación con el sensor DHT11, el sensor DHT22 tiene una alta precisión de medición y puede medir temperaturas por debajo de 0.

Medidor de presion Le permite medir la presión atmosférica. Los sensores de presión más asequibles incluyen el sensor BMP180. El sensor dispone de una interfaz I2C por lo que se puede conectar a cualquier plataforma de la familia Arduino.

Sensores de gases

Analizadores de gases permiten detectar fugas de propano, butano, metano e hidrógeno. También se puede utilizar para controlar el humo en interiores. Como resultado de las mediciones, el sensor genera una señal analógica proporcional al contenido de gas. La calidad de las mediciones depende de la temperatura y la humedad del ambiente. Tiene este conjunto de características sensor de gas de amplio rango MQ-2.

Sensores de luz

Sensor de luz permitirá a nuestro robot distinguir el día de la noche, el tiempo soleado del tiempo nublado, la sombra de la luz. Con una adecuada configuración y modificación del diagrama de conexión, te permitirá orientar los paneles solares del dispositivo hacia el sol.

El motor (accionamiento, motor) es una parte integral del robot, que impulsa no solo al robot, sino también a los diversos mecanismos o manipuladores con los que está equipado el robot. En resumen, el motor de un robot convierte la energía eléctrica en energía de movimiento.

La robótica utiliza principalmente tres tipo de motor: Motores CC, motores paso a paso, servos y tipos RC (radiocontrolados).

¿Qué tamaño y potencia de motor debo utilizar?

¿Qué tipo de motor es mejor para qué robot? Todo depende del diseño del robot elegido. Para un robot que se mueve sobre ruedas, se pueden elegir varios tipos de diseño:

• dos ruedas motrices están conectadas a un motor y las otras dos ruedas giran. En una palabra, el robot parece un coche;
• dos ruedas motrices están conectadas a un motor y una rueda como volante;
• dos ruedas están conectadas a dos motores diferentes y dos ruedas más se utilizan como ruedas de equilibrio ( opción más común), resulta ser un tanque sobre ruedas.

Si clasificamos la potencia del motor, obtenemos lo siguiente:

• Motores DC con caja reductora. El motor más potente, se puede utilizar en casi cualquier tipo de robot;
• servomotores. Utilizado en robots que pesen menos de 2,5 kg. y en tipos de robots con patas;
• motores paso a paso. Quizás los más débiles, se utilizan en robots pequeños y ligeros.

Veamos los lados positivos y negativos de cada motor.

motores de corriente continua

Ventajas:
– Fácilmente disponible en el mercado.
— Amplia gama de motores
- La más poderosa
- Fácil de conectar
- No es necesario utilizarlo para robots grandes.

Defectos:
— Demasiado rápido, requiere una caja de cambios
- Alto consumo
— Ruedas difíciles de instalar
- Caro

Mejor para:
— Grandes robots

Servomotores:

Ventajas:
— Caja de cambios incorporada
- Variedad
- No tan caro
— Potencia adecuada para robots pequeños
- Fácil de instalar
— Consumo medio de energía

Defectos:
— No apto para robots grandes
- Velocidad bastante baja

Mejor para:
— Pequeños robots
— Robots con piernas

Hace dos años, cuando comencé a trabajar en multicópteros, tuve que construir uno pequeño. Dado que el cuadricóptero estaba destinado a ser puramente autónomo, todo lo que se necesitaba de este control remoto era controlar el dron durante las pruebas y la configuración.

En principio, el mando a distancia hizo frente con bastante éxito a todas las tareas que se le asignaron. . Pero también hubo graves deficiencias.

1. Las baterías no encajaban en el estuche, así que tuve que pegarlas con cinta aislante :)
2. Los parámetros se ajustaron mediante cuatro potenciómetros, que resultaron ser muy sensibles a la temperatura. Estableces algunos valores en el interior, sales al exterior y ya son diferentes, se han ido flotando.
3. El Arduino Nano que utilicé en el control remoto tiene sólo 8 entradas analógicas. Cuatro estaban ocupados por potenciómetros de sintonización. Un potenciómetro sirvió como gas. Se conectaron dos entradas al joystick. Sólo quedaba una salida libre y había muchos más parámetros para configurar.
4. El único joystick no era el del piloto. Controlar el acelerador con un potenciómetro también resultaba bastante frustrante.
5. Y el mando a distancia no emitió ningún sonido, lo que a veces resulta muy útil.

Para eliminar todas estas deficiencias, decidí rediseñar radicalmente el mando a distancia. Tanto la parte de hardware como la de software. Esto es lo que quería hacer:

• Haz un estuche grande para que puedas guardar en él todo lo que quieras ahora (incluidas las baterías) y lo que quieras después.
• De alguna manera soluciono el problema con la configuración, no aumentando el número de potenciómetros. Además, agregue la capacidad de guardar parámetros en el control remoto.
• Haz dos joysticks, como en las consolas de piloto normales. Bueno, pon los joysticks ortodoxos.

Nuevo edificio

La idea es extremadamente simple y efectiva. Cortamos dos placas de plexiglás u otro material fino y las conectamos con rejillas. Todo el contenido del estuche está sujeto a la placa superior o inferior.

Controles y menús

Para controlar una serie de parámetros, debe colocar varios potenciómetros en el control remoto y agregar un ADC, o realizar todas las configuraciones a través del menú. Como ya dije, ajustar con potenciómetros no siempre es una buena idea, pero tampoco hay que renunciar a ello. Entonces, se decidió dejar cuatro potenciómetros en el control remoto y agregar un menú completo.

Para navegar por el menú y cambiar parámetros se suelen utilizar botones. Izquierda derecha arriba abajo. Pero quería usar un codificador en lugar de botones. Obtuve esta idea del controlador de una impresora 3D.

Por supuesto, debido a la adición del menú, el código del control remoto se ha ampliado varias veces. Para empezar, agregué solo tres elementos de menú: "Telemetría", "Parámetros" y "Almacenar parámetros". La primera ventana muestra hasta ocho indicadores diferentes. Hasta ahora sólo uso tres: batería, brújula y altitud.

En la segunda ventana están disponibles seis parámetros: coeficientes del controlador PID para los ejes X/Y, Z y ángulos de corrección del acelerómetro.

El tercer elemento le permite guardar parámetros en EEPROM.

Palancas de mando

No pensé mucho en la elección de los joysticks piloto. Dio la casualidad de que el primer joystick Turnigy 9XR me lo regaló un colega en el negocio de los cuadricópteros: Alexander Vasiliev, propietario del conocido sitio web alex-exe.ru. Pedí el segundo directamente a Hobbyking.

El primer joystick tenía un resorte en ambas coordenadas para controlar la guiñada y el cabeceo. El segundo que tomé fue el mismo, para luego convertirlo en un joystick para controlar la tracción y la rotación.

Nutrición

En el antiguo control remoto usaba un regulador de voltaje LM7805 simple, que se alimentaba con un montón de 8 baterías AA. Una opción terriblemente ineficiente, en la que se gastaron 7 voltios en calentar el regulador. 8 baterías, porque solo había un compartimento de este tipo a mano, y LM7805, porque en ese momento esta opción me parecía la más simple y, lo más importante, la más rápida.

Ahora decidí actuar con más prudencia e instalé un regulador bastante eficaz en el LM2596S. Y en lugar de 8 pilas AA, instalé un compartimento para dos baterías LiIon 18650.

Resultado

Juntando todo, obtuvimos este dispositivo. Vista interior.

Pero con la tapa cerrada.

Faltan las tapas de un potenciómetro y las tapas de los joysticks.

Por último, un vídeo sobre cómo se configuran los ajustes a través del menú.

Línea de fondo

El mando a distancia está físicamente montado. Ahora estoy trabajando para finalizar el código del control remoto y el cuadricóptero para devolverles su antigua y fuerte amistad.

Al configurar el control remoto, se identificaron deficiencias. En primer lugar, las esquinas inferiores del control remoto descansan en sus manos: (probablemente rediseñaré un poco las placas, suavizaré las esquinas. En segundo lugar, incluso una pantalla de 16x4 no es suficiente para una hermosa pantalla de telemetría; tengo que acortar el nombres de parámetros a dos letras En la próxima versión del dispositivo instalaré una pantalla de puntos o inmediatamente una matriz TFT.