Vollständig 3D-gedruckter Panzer:Bauen Sie eine vielseitige Raupenroboterplattform

Im Tutorial zeige ich Ihnen, wie ich ein supercooles ferngesteuertes Kettenfahrzeug, eine Roboterplattform oder einen Panzer gebaut habe, was auch immer. Ich habe dieses Ding von Grund auf so entworfen, dass es vollständig 3D-druckbar ist, sodass Sie alles einfach ausdrucken und selbst eines bauen können.

Sie können sich das folgende Video ansehen oder das untenstehende schriftliche Tutorial lesen.

Übersicht

Mein Ziel für dieses Projekt war es, eine vielseitige Plattform zu schaffen, die viele Geländetypen überqueren und für verschiedene Anwendungen verwendet werden kann. Die beste Lösung hierfür war die Verwendung eines durchgehenden Gleissystems. Die Ketten verteilen das Gewicht des Fahrzeugs auf eine größere Oberfläche, was für hervorragenden Grip sorgt und die Gefahr verringert, in weichem Boden, Schlamm oder Schnee stecken zu bleiben.

Die Roboterplattform fährt sich recht gut im Schlamm und es ist schade, dass ich keine Gelegenheit hatte, sie auf Schnee zu testen. Ich hoffe, dass ich in einigen meiner zukünftigen Videos vorhabe, einen Roboterarm oder einen Turm zu installieren. Mit einem Roboterarm oben auf der Plattform können wir verschiedene Aufgaben erledigen, z. B. etwas greifen und bewegen, oder wir können eine Kamera daran anbringen und sie zur visuellen Inspektion usw. verwenden. Oder wir können zum Beispiel einen Turm bauen, der NERF-Darts abfeuern kann, und in Kombination mit der einfachen, aber coolen LED-Beleuchtung, die ich bereits auf dieser Plattform installiert habe, können wir damit ziemlich viel Spaß haben.

Was die Federung betrifft, habe ich ein Christie-Federungssystem verwendet, das seit vielen Jahren in Panzern verwendet wird. Bei diesem Aufbau verfügt jedes Laufrad über eine individuelle Federung oder eine Feder und einen Stoßdämpfer.

Dadurch kann das Fahrzeug problemlos auf unebenem Gelände fahren und Hindernisse überwinden, während gleichzeitig eine gute Kontaktfläche zwischen den Ketten und dem Gelände erhalten bleibt.

Zur Steuerung des 3D-gedruckten Panzers verwende ich einen billigen kommerziellen RC-Sender, der Befehle an die Plattform sendet.

Auf der Plattform habe ich einen passenden RC-Empfänger, der die Befehle empfängt und an einen Mikrocontroller sendet. Das Gehirn dieser Plattform ist eine auf einem Atmega2560-Mikrocontroller basierende Platine. Um alles einfach miteinander zu verbinden, habe ich eine benutzerdefinierte Leiterplatte erstellt, die einfach oben auf der Platine angebracht werden kann.

Nichtsdestotrotz schnallen Sie sich jetzt an, denn ich werde Sie durch den gesamten Prozess des Aufbaus dieser Roboterplattform führen, angefangen beim Design über den 3D-Druck, den Zusammenbau, den Anschluss der Elektronikkomponenten bis hin zur Programmierung des Mikrocontrollers.

Entwerfen Sie die Roboterplattform

Ich habe diese Roboterplattform mit SOLIDWORKS entworfen, das auch der Sponsor dieses Videos ist.

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– Zurück zum Thema –

Lassen Sie mich erklären, wie ich auf das Design der Roboterplattform gekommen bin. Die ersten Eingabeparameter für das Design waren diese RC-Stoßdämpfer, die ich hatte, und ihre Abmessungen.

Ich hatte 8 davon, was bedeutete, dass es auf jeder Seite 4 Straßenräder gab, und sie waren 41 mm lang, wenn sie mit 11 mm Federweg ausgefahren waren. Aufgrund dieser Abmessungen wollte ich einen etwas größeren vertikalen Federweg für die Straßenräder erreichen, also habe ich mir diesen Mechanismus ausgedacht, der mir einen vertikalen Federweg von 16 mm für die Straßenräder ermöglicht.

Ich meine, ich kann eine noch größere Wegstrecke erreichen, wenn ich die Verbindung zwischen Stoßdämpfer und Straßenradverbindung näher an den Drehpunkt der Straßenradverbindung bewege, aber dann würde ich die Kraft der Feder verlieren, oder ich würde eine stärkere Feder benötigen, um die Plattform richtig zu halten.

Ich habe einige einfache Simulationen mit SOLIDWORKS durchgeführt, um die Reaktionskräfte auf die Federn mit verschiedenen Mechanismen zu überprüfen, und habe mich daher für diesen Mechanismus entschieden, der auch insgesamt eine gute Kompaktheit bietet.

Wenn wir uns das vordere Laufrad genauer ansehen, können wir erkennen, wie es mit dem Umlenkrad verbunden ist, das für die dynamische Spannung der Kette sorgt. Wenn das Straßenrad angehoben wird, werden die Kettenumfänge kleiner und somit lässt die Spannung nach.

Bei dieser Verbindung wird in diesem Fall das Leitrad nach vorne gedrückt, um die Kette zu spannen. Mit dieser Verbindung können wir die Schiene auch statisch spannen, indem wir diese Schraube und Distanzmutter anpassen.

Auf der Rückseite befindet sich das Kettenrad, das aus drei Teilen besteht. Die Wellenkupplung und der linke und rechte Abschnitt des Kettenrads sind alle mit drei M3-Schrauben miteinander verbunden.

Das Schlüsselmaß hier beim Kettenrad ist die Teilung, da diese mit der Teilung der Kette übereinstimmen muss. Die Teilung beträgt hier 11 mm und ich habe das Kettenrad mit 12 Zähnen gewählt, was mir einen Teilungsdurchmesser des Kettenrads von etwa 42 mm ergab.

Der 11-mm-Abstand wurde eigentlich durch das Design des Kettenglieds definiert. Mein Ziel für die Schienenverbindung war es, so kompakt wie möglich zu sein und sich mit nur einem zusätzlichen Teil oder Stift mit der nächsten Verbindung verbinden zu lassen, gleichzeitig aber stark genug zu sein, um mit einem 3D-Drucker hergestellt zu werden.

Darüber hinaus wollte ich beim 3D-Druck jegliche Verwendung von Stützmaterial für das Teil vermeiden, was mir mit diesem Design tatsächlich gelungen ist.

Um die Kettenglieder miteinander zu verbinden, hatte ich vor, Stifte mit einem Durchmesser von 2 mm zu verwenden, also habe ich eine Seite auf 2 mm bemessen, um einen festen Sitz zu gewährleisten, und die andere Seite auf 2,3 mm, um einen lockeren Sitz zu erreichen, damit sich die Kettenglieder frei drehen können.

Die Zähne des Kettenrads gehen hier in diese Öffnung, wo die Stifte des Kettenglieds einen Durchmesser von 8,8 mm haben, während der Durchmesser des Kettenrads 9,1 mm beträgt, um einen lockeren Sitz zu gewährleisten und ordnungsgemäß zu funktionieren.

Nachdem ich alle diese Teile definiert hatte, zeichnete ich in der Montageumgebung eine Skizze, eine geschlossene Kontur um das Kettenrad, das Leitrad und die Straßenräder.

Dann habe ich diese Skizze mit der Funktion „Kettenkomponentenmuster“ von SOLIDWORKS verwendet, um alle Gleisverbindungen entlang dieser Kontur zu generieren.

Den Rest der Roboterplattform, die Basis, an der alles angeschlossen ist, die Seiten, an denen einige LEDs untergebracht sind, und die oberen Abdeckungen habe ich in einem meiner Meinung nach modernen und cool aussehenden Stil entworfen. Da die Gesamtabmessungen der Plattform mit etwa 400 x 300 mm größer sind als bei den meisten 3D-Druckern, habe ich alle Teile in zwei Abschnitte unterteilt, sodass wir sie auf fast jedem 3D-Drucker drucken können. Sie werden mit einigen Halterungen und M3-Schrauben miteinander verbunden.

Für den Zusammenbau der gesamten Roboterplattform benötigen wir verschiedene M3- und M4-Schrauben und -Muttern sowie einige Gewindeeinsätze und Lager. Eine vollständige Liste aller für dieses Projekt benötigten Komponenten finden Sie weiter unten im Abschnitt Montage.

3D-Modell und STL-Download-Dateien

Sie können das 3D-Modell dieser RC-Panzer-/Roboterplattform sowie die STL-Dateien für den 3D-Druck von Cults3D erhalten.

3D-Druck

Um beim 3D-Druck maßgenaue 3D-Druckteile zu erhalten, sollten wir die Einstellungen „Horizontale Ausdehnung“ und „Lochhorizontale Ausdehnung“ in unserer Slicing-Software verwenden. Wenn wir diese Einstellungen standardmäßig belassen, sind die Außenabmessungen des Ausdrucks sowie die Löcher normalerweise kleiner als beim Originalmodell.

Ich habe die horizontale Ausdehnung auf 0,02 mm und die horizontale Lochausdehnung auf 0,04 mm eingestellt. Natürlich sollten Sie einige Testdrucke durchführen, um zu sehen, mit welchen Werten Sie auf Ihrem 3D-Drucker die besten Ergebnisse erzielen. Wir benötigen genaue Abmessungen der Teile, um sie problemlos untereinander und mit den anderen Komponenten wie Lagern und Schrauben zusammenbauen zu können.

Beim 3D-Drucken der Schienenglieder habe ich ein Floß als Haftplatte für die Bauplatte verwendet, da ihre Kontaktfläche mit der Grundplatte etwas klein ist und möglicherweise nicht gut haftet, wenn die Grundhaftung auf Ihrem Drucker nicht so gut ist. Besonders beim Drucken größerer Auflagen ist die Verwendung eines Rafts sicherer.

Zusammenbau des 3D-gedruckten Panzers – Raupenroboterplattform

Ok, hier habe ich alle 3D-gedruckten Teile für die Roboterplattform. Um ehrlich zu sein, hat es ziemlich lange gedauert, alles zu drucken.

Beispielsweise dauerte der Druck jedes Basisabschnitts etwa 22 Stunden und der Druck aller 156 Gleisverbindungen etwa 96 Stunden. Wir benötigen ca. 200 Stunden, um alles zu drucken. Zum Glück hatte ich zwei 3D-Drucker, sodass ich etwa 100 Stunden dafür brauchte.

Teileliste

Hier ist eine Liste der Komponenten, die für den Zusammenbau dieses 3D-gedruckten Panzer-Roboterplattform-Projekts benötigt werden. Die Liste der Elektronikkomponenten finden Sie weiter unten im Abschnitt „Schaltplan“ des Artikels.

• 8x RC Stoßdämpfer …………………………………….. Amazon /AliExpress
• 8x Federn ……………………………………………………………. Amazon / AliExpress
• 40x Kugellager 624 – 4x13x5mm ………………… Amazon /AliExpress
• M3-Gewindeeinsätze ………………………………………….. Amazon / AliExpress
• M3- und M4-Schrauben und Muttern ……………………………. Amazon  / AliExpress
  Schrauben:
  M4x40mm – 8 Stück; M4x35mm – 2 Stück; M4x30mm – 8 Stück; M4x25mm – 2 Stück; M3x25mm – 16 Stück; M3x20mm – 8 Stück; M3x16mm – 10 Stück; M3x12/14mm – 32 Stück; M3x10mm – 8 Stück; M3x8mm – 14St
  Nüsse:
  M4 – 25 Stück; M3 – 30 Stück
  Unterlegscheiben:
  M4 – 30 Stück

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Ich begann mit dem Zusammenbau der Basis. Wie ich bereits sagte, besteht es aus zwei Abschnitten, die mithilfe einiger Halterungen sowie M3-Schrauben und -Muttern miteinander verbunden werden.

Zur Befestigung der Seitenhalterungen verwende ich 5 mm lange M3-Gewindeeinsätze, die in die Seitenwand der Basis passen. Auf diese Weise bleibt die Außenseite der Wand sauber, ohne Schrauben und Muttern, sodass die Schienen in der Nähe verlaufen können.

Dann habe ich die Halterungen zur Befestigung der Stoßdämpfer mit einigen M3-Schrauben befestigt.

Als nächstes installiere ich die Lager dort, wo der Arm der Straßenräder schwenken wird. Die Lager haben einen Außendurchmesser von 13 mm und einen Innendurchmesser von 4 mm und wir benötigen zwei davon für jedes Straßenrad.

Als Stift verwende ich eine M4-Schraube mit 30 mm Länge. Wir müssen eine Unterlegscheibe zwischen Lager und Arm legen und diese von innen mit einer selbstsichernden Mutter befestigen. Wir sollten vorsichtig sein, wie stark wir diese Verbindung anziehen, nicht zu fest, aber auch nicht zu locker.

Als nächstes können wir den Stoßdämpfer einbauen. Wir befestigen es mit der M1,4-Schraube, die im Lieferumfang enthalten ist.

Da ich diesen kleinen Schraubenzieher nicht hatte, habe ich zum Befestigen der Schraube eine Zange verwendet. Bisher scheint der Mechanismus einwandfrei zu funktionieren.

Als nächstes können wir das Straßenrad am unteren Ende des Arms installieren. Das Straßenrad besteht aus zwei Abschnitten, um ein Bedrucken mit Stützmaterial zu vermeiden. Vielleicht könnte es als einzelnes Teil gedruckt werden, aber ich habe nicht versucht, wie es herauskommt.

Auf diese Weise müssen wir die beiden Abschnitte verbinden, und ich habe mich entschieden, zu diesem Zweck die 2-mm-Stahlstangen zu verwenden, die gleichen, die ich auch für die Verbindung der Schienenglieder verwenden werde. Dabei handelt es sich eigentlich um einen zum Schweißen verwendeten Messingstab, der etwas weich ist und sich einfach mit einer Zange auf die richtige Größe zuschneiden lässt. 

Ich habe für jedes Rad drei Stangen mit einer Länge von etwa 23 mm eingesetzt und dann auch zwei der gleichen Lager, die ich zuvor verwendet habe, auf beiden Seiten des Rads installiert. Auch hier habe ich das Laufrad wie zuvor mit einer M4-Schraube, einer Unterlegscheibe und einer selbstsichernden Mutter befestigt.

Das Rad sollte sich frei drehen können und kein Spiel in der Welle haben. 

Jetzt müssen wir diesen Vorgang nur noch für die anderen Straßenräder wiederholen. Was das vordere Straßenrad betrifft, haben wir einen etwas anderen Arm mit einem Hebel, der für eine dynamische Spannung der Kette sorgt, aber die Installation ist die gleiche.

Als nächstes können wir den Mechanismus für das Leitrad zusammenbauen. Es besteht aus drei 3D-gedruckten Teilen, einigen Schrauben und einer Distanzmutter.

Bevor wir das erste Glied befestigen, sollten wir auf der Rückseite eine selbstsichernde M4-Mutter anbringen, an der wir später das Leitrad befestigen.

Ich verwende die gleichen 2-mm-Kupferstäbe als Stifte für diese Verbindungen. Jetzt können wir am zweiten Glied auf der Seite des Leitrads eine 15 mm lange M3-Distanzmutter mit Hilfe einer M3-Schraube befestigen.

Auf der anderen Seite setzen wir eine 20 mm lange M3-Schraube und eine Mutter ein, die in die Distanzmutter passt. Mit diesem Setup können wir nun den Abstand zwischen dem Leitrad und dem Straßenradarm anpassen und so die Kette sowohl statisch als auch dynamisch spannen. Dann können wir das Leitrad einfach mit einer M4-Schraube befestigen und schon haben wir dieses Spannungssystem und das gesamte Aufhängungssystem fertig.

Also gut, als nächstes können wir das Kettenrad zusammenbauen und zu diesem Zweck müssen wir zuerst den Motor installieren. Ich habe die Basisplattform so konzipiert, dass sie Motoren mit 37 mm Durchmesser mit entweder zentraler oder versetzter Achse aufnehmen kann.

Wir können jeden 12-V-Gleichstrommotor mit einer Drehzahl von 20 bis 1000 U/min einbauen, abhängig natürlich von der Anwendung der Roboterplattform, aber darauf werden wir etwas später im Video eingehen. Der Motor wird mit sechs M3-Schrauben befestigt. 

Um das Kettenrad an der Motorwelle zu befestigen, müssen wir zunächst die Wellenkupplung vorbereiten oder einige Gewindeeinsätze darin installieren.

Anschließend können wir die Kupplung einsetzen und mit einer M3-Madenschraube sichern.

Anschließend werden die beiden Abschnitte des Kettenrads eingesetzt und mit drei M3-Schrauben befestigt.

Hier haben wir also den Plattform-Antriebsstrang fertiggestellt und jetzt ist es an der Zeit, etwas Spaß beim Zusammenbau der Schiene zu haben. Stimmt, es hat mir großen Spaß gemacht, die Strecke zusammenzubauen.

Hier ist ein genauerer Blick auf die Gleisverbindungen, wo wir sehen können, wie einfach und sauber sie sind.

Sie kommen sofort einsatzbereit aus dem 3D-Drucker, da wir beim 3D-Druck keine Unterstützung in Anspruch nehmen. Wir benötigen lediglich 2-mm-Stifte, um sie anzuschließen. Wie ich bereits sagte, können wir sie problemlos aus 2-mm-Messing-Schweißstäben herstellen.

Die äußeren Löcher an den Gliedern sitzen fest, daher müssen wir etwas Kraft aufwenden, um sie einzuführen, aber das stellt sicher, dass sie sich nicht lösen. Die inneren Löcher an den Gliedern sind lose angebracht, was eine freie Drehung zwischen den Kettengliedern gewährleistet.

Jetzt müssen wir nur noch eine Tasse Tee oder einen Kaffee kochen und uns ein paar Stunden lang daran erfreuen, sie zusammenzubauen. Wie viel Spaß es macht, merkt man erst, wenn man mehrere davon miteinander verbindet und sieht, wie cool der Track wird. Für den Aufbau eines einzelnen Gleises benötigen wir insgesamt 78 Gleisglieder. Bezogen auf die Stablänge benötigen wir für jede Schiene etwa 3,5 m, da jeder Stift etwa 43 mm lang sein sollte.

Sobald wir die Kette fertig haben, können wir sie einfach um das Kettenrad, die Laufräder und das Leitrad wickeln und die Schlaufe mit einem weiteren 2-mm-Stift vor Ort schließen. Wir können hier feststellen, dass bei 78 Kettengliedern die Spannung der Kette genau richtig ist, obwohl sich das letzte Straßenrad etwas nach oben bewegt.

Das liegt tatsächlich daran, dass die Feder nicht stark genug ist. Wir können die Federspannung ein wenig anpassen, indem wir diese Mutter am Stoßdämpfer verstellen, aber auch das reichte nicht aus. Deshalb habe ich beschlossen, die Originalfeder, die mit dem Stoßdämpfer geliefert wurde, gegen eine stärkere auszutauschen.

Der Federwechsel ist recht einfach, da wir lediglich ein Ende des Stoßdämpfers abschrauben, die stärkere Feder einsetzen und die Stange wieder festschrauben müssen. Die Feder, die ich hatte, war etwas breiter als das Original, daher musste ich an der Unterseite eine M4-Unterlegscheibe verwenden. Jetzt hatte diese Feder genug Kraft, um das Straßenrad beim Einbau der Ketten mit 78 Gliedern an Ort und Stelle zu halten. 

Am Ende habe ich die Federn aller Stoßdämpfer ausgetauscht, weil mir klar wurde, dass sie nicht stark genug sein würden, um das Gewicht der gesamten Plattform zu tragen. Dies vervollständigt das gesamte Antriebssystem der Plattform, was meiner Meinung nach recht gut gelungen ist.

Bei Bedarf können wir nun die Kettenspannung mit der Distanzmutter am Umlenkrad anpassen. Natürlich ist es in Ordnung, die Spur etwas locker zu lassen, damit sie richtig funktioniert. Der gelöste obere Teil der Schienen stützt sich auf den Stoßdämpferhalterungen ab. 

Ich habe den Motor an eine Steckdose angeschlossen, um zu prüfen, wie er funktioniert. Für mich schien es perfekt. Es ist wirklich ein tolles Gefühl, etwas, das man mit so vielen 3D-gedruckten Teilen geschaffen hat, in Aktion zu sehen. 

Natürlich müssen wir den gleichen Vorgang wiederholen, um die andere Seite zusammenzubauen. Damit ist die Roboterplattform zu etwa 80 % fertig. Als nächstes werde ich die Seitenwände montieren, die hauptsächlich der optischen Erscheinung dienen.

Wir befestigen sie mit Hilfe einiger Halterungen und M3-Schrauben. Gehen Sie oben zu den Abdeckungen, die die Plattform umschließen. Für dieses Video habe ich es nur aus optischen Gründen so gestaltet.

Wie ich bereits erwähnt habe, plane ich in einigen meiner zukünftigen Videos, einen Roboterarm oder einen Turm auf dieser Plattform anzubringen, was bedeutet, dass ich die Oberseiten dann entsprechend gestalten muss.

Elektronik – Schaltplan der Roboterplattform

Jetzt können wir mit der Elektronik dieses Projekts fortfahren. Wie gesagt, ich werde ein ATmega2560-Mikrocontroller-basiertes Board verwenden.

Sie können die für dieses Projekt benötigten Komponenten über die folgenden Links erhalten:

• 2x 12V Gleichstrommotor – 50 bis 500 U/min ………. Amazon / AliExpress
• DRV8871 DC-Motortreiber ……………….…. Amazon / AliExpress
• Arduino MEGA…………………………….….…..… Amazon / AliExpress
• 3S LiPo-Akku ………………………..………….. Amazon / AliExpress
• XT60-Anschluss …………………………..……… Amazon / AliExpress
• FLYSKY RC-Sender …………………………. Amazon / AliExpress

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Zum Antrieb der beiden Motoren verwende ich zwei DC-Motortreiber DRV8871, die PWM-Steuerung und bis zu 3,6 A Spitzenstrom unterstützen. Die Betriebsspannung des Gleichstrommotors beträgt 12 V, und wir versorgen alles mit einem 3S-LiPo-Akku, der etwa 12 V liefert. Ich habe auch einen 5-V-Spannungsregler, den LM350 IC, eingebaut, um eine dedizierte 5-V-Versorgung für andere zukünftige Anwendungen zu haben, zum Beispiel für den Anschluss von Servomotoren. In diesem Video verwenden wir diese 5 V zur Stromversorgung des RC-Empfängers und einiger LEDs.

Die LEDs, die ich für dieses Projekt verwende, sind einfache 5-mm-LEDs in den Farben Weiß und Rot. Ich habe sie wie folgt angeordnet:

Hinten haben wir auf jeder Seite zwei rote LEDs als Rücklichter und vorne auf jeder Seite drei weiße LEDs als Scheinwerfer. Zusätzlich befinden sich an der oberen Abdeckung sechs LEDs als Fernlicht. Damit diese LEDs richtig leuchten, benötigen wir eine geeignete Schaltung, die Widerstände zur Strombegrenzung enthält. Ich habe ihre Verbindungen sowohl parallel als auch in Reihe kombiniert.

Für die Frontscheinwerfer verwende ich beispielsweise zwei parallele Leitungen mit 12 V, um die 6 LEDs zu versorgen, 3 auf jeder Seite links und rechts, die in Reihe geschaltet sind. Anhand der Vorwärtsspannung und des Stroms der LEDs habe ich den erforderlichen Widerstandswert für jede Leitung berechnet, der in diesem Fall 150 Ohm betrug. Zum Aktivieren der LEDs verwende ich einige Allzweck-NPN-Transistoren mit einer Nennleistung von 200 mA.

Zuletzt habe ich einen einfachen Spannungsteiler gebaut, den ich zur Überwachung der Batteriespannung verwenden werde. Die 12 V der Batterie werden einfach auf unter 5 V abgesenkt, sodass sie in einen analogen Eingang im Mikrocontroller eingespeist werden können. Im Programm können wir den Wert zurück in den tatsächlichen Spannungswert umwandeln und ihn vom RC-Empfänger an den RC-Sender senden, wo wir den Wert auf dem Display sehen können.

Kundenspezifisches PCB-Design

Tatsächlich hatte ich ziemlich viele Verbindungen, also musste ich, um ein Durcheinander zu vermeiden, eine benutzerdefinierte Leiterplatte für dieses Projekt entwerfen.

Die Platine ist mit der Mikrocontroller-basierten Platine ATmega2560 kompatibel und kann direkt darauf montiert werden.

Ich habe einen 3,3-V-Spannungsregler und einen Anschluss für ein NRF24L01-Transceiver-Modul beigefügt, falls wir die Plattform mit diesem Modul steuern möchten. Außerdem habe ich eine 12-V-Schiene sowie 5-V- und 6-V-Schienen mit digitalen Stiftanschlüssen für den Anschluss von Servomotoren eingebaut. Die 6-V-Schiene kann mit einem externen Abwärtswandler versorgt werden.

Ich habe die Platine bei PCBWay bestellt. Hier können wir einfach die Gerber-Datei hochladen, die Eigenschaften unserer Leiterplatte auswählen und sie zu einem günstigen Preis bestellen.

Ich habe keine der Standardeigenschaften geändert, außer der PCB-Farbe, die ich für Weiß ausgewählt habe. Sie können den Gerber in der PCBWay-Projekt-Sharing-Community finden und herunterladen, über die Sie die Leiterplatte auch direkt bestellen können.

Sie können die Gerber-Datei auch hier herunterladen:

Dennoch kam die Platine nach mehreren Tagen an. Die Qualität der Platine ist großartig und alles stimmt genau mit dem Design überein.

Der Zusammenbau der Platine ist ziemlich einfach, da alles beschriftet ist. Ich begann mit dem Löten der Stiftleisten an der Unterseite der Platine für den ATmega2560-Anschluss und fuhr dann mit der Oberseite fort. Der Einfachheit halber sollten wir zuerst die kleineren Komponenten wie die Widerstände und Transistoren löten und dann die größeren wie die LED und die Stromanschlüsse.

Ich habe für alle Anschlüsse Stiftleisten verwendet, weil das die Flexibilität bietet, Änderungen vorzunehmen, wenn etwas nicht richtig funktioniert. Die Anschlüsse für den externen Tiefsetzsteller und seine Schienen sowie den 3,3V-Spannungsregler habe ich nicht verlötet, da ich sie jetzt sowieso nicht verwenden würde. Mir gefällt wirklich, wie schön und sauber diese Platine in dieser weißen Farbe herausgekommen ist. 

Fertigstellung der 3D-gedruckten Tankbaugruppe

Ok, also befestigen wir zuerst die Mikrocontroller-Platine mit einigen M3-Schrauben und dann legen wir darauf die kundenspezifische Platine.

Jetzt ist es an der Zeit, die LEDs zu installieren. Sie werden mit Hilfe dieser Halterungen, die die 5-mm-LEDs aufnehmen, in der Seitenwand befestigt. Wie in den Schaltplänen beschrieben, sollten wir jede LED-Reihe in Reihe löten.

An der Kathode verläuft das schwarze Kabel und an der Anode das rote Kabel. Wir führen diese Drähte durch eine kleine Öffnung in den Seitenwänden, die zur Leiterplatte führen.

Der LED-Halterteil ist so konzipiert, dass er eng an der Seitenwand anliegt, so dass wir nach dem Einsetzen ein schönes und sauberes Aussehen erhalten.

Die Fernlicht-LEDs sind direkt auf der oberen Frontabdeckung platziert.

Zum Anschließen der LEDs habe ich XH2,54-mm-Dupont-Stecker auf die Platine gelötet, sodass ich an den Drähten einen passenden Dupont-Buchsenstecker installieren musste. Wir brauchen eine Crimpzange für diese Handtasche, aber als ich dieses Projekt machte, hatte ich keine dabei.

Ich habe für diese Arbeit eine normale kleine Zange verwendet und die Verbindungen liefen einwandfrei. Jede LED-Leitung sollte an den entsprechenden Anschluss angeschlossen werden, der auf der Platine beschriftet ist.

Was die Motoren angeht, da ich keine passenden Anschlüsse hatte, habe ich die Drähte direkt daran angelötet. Der Motoranschluss geht in die DRV8871-Treiberplatine und dann in die Platine.

Für die Funkkommunikation verwende ich den FLYSKY RC-Sender und -Empfänger, die wirklich erschwinglich sind und hervorragend funktionieren.

Um den Empfänger mit dem Mikrocontroller zu verbinden, können wir Überbrückungsdrähte verwenden. Der Empfänger kommuniziert mit dem Mikrocontroller über einen I-BUS und den seriellen Port, sodass wir nur drei Drähte benötigen:VCC, GND und den Signal-Pin.

Wenn wir Daten vom Empfänger an den Sender zurücksenden möchten, in unserem Fall zur Überwachung der Batteriespannung, müssen wir auch den Sensor-I-BUS des Empfängers mit einem anderen seriellen Port verbinden. 

Zuletzt können wir den LiPo-Akku anschließen. Je nach Batterie benötigen wir einen passenden Anschluss. Dieser geht in den 12-V-Anschluss und direkt daneben befindet sich ein EIN/AUS-Anschluss, an den ein Schalter zum Ein- und Ausschalten der Plattform angeschlossen wird.

Bitte beachten Sie hier, dass wir vor dem Einschalten der Platine zunächst den RC-Empfänger vom Stromnetz trennen und die variable Spannung des LM350-IC mit dem Trimmer auf 5 V einstellen sollten.

Jetzt müssen wir nur noch die obere hintere Abdeckung anbringen, und schon sind wir mit diesem Projekt fertig. 

Programmierung der Roboterplattform

Jetzt müssen wir die 3D-gedruckte Panzer-/Roboterplattform programmieren. Hier ist der Arduino-Code für diese Roboterplattform.

/*
 3D Printed Tracked Robot Platform - Arduino Code
 by Dejan, www.HowToMechatronics.com
 Libraries:
 IBusBM: https://github.com/bmellink/IBusBM
*/
#include <IBusBM.h>
#define motorLeft_IN1 4
#define motorLeft_IN2 5
#define motorRight_IN1 6
#define motorRight_IN2 7
IBusBM IBus;
IBusBM IBusSensor;
int ch0, ch1, ch6, ch8 = 0;
int motorSpeed, steeringValue, leftMotorSpeed, rightMotorSpeed = 0;
int ledBlinkPeriod = 50;
int isOn = LOW;
unsigned long time_now = 0;
void setup() {
 Serial.begin(115200);
 IBus.begin(Serial1, IBUSBM_NOTIMER); // Servo iBUS
 IBusSensor.begin(Serial2, IBUSBM_NOTIMER); // Sensor iBUS
 IBusSensor.addSensor(IBUSS_INTV); // add voltage sensor
 // DC motors control - set them stationary
 // Left track
 digitalWrite(motorLeft_IN1, LOW); // PWM value
 digitalWrite(motorLeft_IN2, LOW); // Forward
 // Right track
 digitalWrite(motorRight_IN1, LOW); // PWM value
 digitalWrite(motorRight_IN2, LOW); // Forward
 digitalWrite(46, LOW);
 digitalWrite(47, LOW);
 digitalWrite(48, LOW);
}
void loop() {
 // Reading the data comming from the RC Transmitter
 IBus.loop();
 // ch0 - left and right; ch1 - forward and backward;
 ch0 = IBus.readChannel(0); // ch0 - left and right;
 ch1 = IBus.readChannel(1); // ch1 - forward and backward;
 ch6 = IBus.readChannel(6); // ch6 - Headlights
 ch8 = IBus.readChannel(8); // ch8 - High beam
 // convert the incoming date into suitable PWM value
 steeringValue = map(ch0, 1000, 2000, -185, 185); // 0 to 185 range because then I add +70 in order to avoid low PWM values as to motors won't start if so
 motorSpeed = map(ch1, 1000, 2000, -185, 185);
 motorSpeed = abs(motorSpeed);
 leftMotorSpeed = 70 + motorSpeed + steeringValue; // 70 + (0-185) + (0 - 185 ) = 70 - 255 so this range from 70 to 255 is used as PWM value
 rightMotorSpeed = 70 + motorSpeed - steeringValue;
 leftMotorSpeed = constrain(leftMotorSpeed, 0, 255); // constrain the PWM value from 0 to 255
 rightMotorSpeed = constrain(rightMotorSpeed, 0, 255);
 // if PWM is lower than 72, set PWM value to 0
 if (leftMotorSpeed < 72) {
 leftMotorSpeed = 0;
 }
 if (rightMotorSpeed < 72) {
 rightMotorSpeed = 0;
 }
 // if right joystick goes up > move forward
 if (ch1 > 1510 && ch1 < 2000) {
 analogWrite(motorLeft_IN1, leftMotorSpeed); // PWM input
 digitalWrite(motorLeft_IN2, LOW); // Direction - Forward
 analogWrite(motorRight_IN1, rightMotorSpeed); // PWM input
 digitalWrite(motorRight_IN2, LOW); // Direction - Forward
 }
 // if right joystick goes down > move backward
 if (ch1 > 1000 && ch1 < 1420) {
 digitalWrite(motorLeft_IN1, LOW); // Direction - Backward
 analogWrite(motorLeft_IN2, leftMotorSpeed); // PWM input
 digitalWrite(motorRight_IN1, LOW); // Direction - Backward
 analogWrite(motorRight_IN2, rightMotorSpeed); // PWM input
 }
 // if right joystick is in the middle, don't move
 if (ch1 > 1420 && ch1 < 1520) {
 if (leftMotorSpeed < 75 && rightMotorSpeed < 75) {
 digitalWrite(motorLeft_IN1, LOW);
 digitalWrite(motorLeft_IN2, LOW);
 digitalWrite(motorRight_IN1, LOW);
 digitalWrite(motorRight_IN2, LOW);
 }
 // if right joystick move just left or right, without going up or down, move the tank left or right (only 1 motor move)
 else {
 analogWrite(motorLeft_IN1, leftMotorSpeed); // PWM input
 digitalWrite(motorLeft_IN2, LOW); // Direction - Forward
 analogWrite(motorRight_IN1, rightMotorSpeed); // PWM input
 digitalWrite(motorRight_IN2, LOW); // Direction - Forward
 }
 }
 // LEDs control
 // Headlights and Taillights LEDs control
 if (ch6 > 1500) {
 digitalWrite(47, HIGH);
 digitalWrite(48, HIGH);
 }
 else {
 digitalWrite(47, LOW);
 digitalWrite(48, LOW);
 }
 // High beam LEDs control
 if (ch8 == 1500) {
 digitalWrite(46, HIGH);
 }
 // If rocker switch in position 3 (2ooo value) - flasing with the high beam LEDs
 else if (ch8 == 2000) {
 if (millis() >= time_now + ledBlinkPeriod) {
 time_now += ledBlinkPeriod;
 if (isOn == HIGH) {
 isOn = LOW;
 }
 else {
 isOn = HIGH;
 }
 digitalWrite(46, isOn);
 }
 }
 else {
 digitalWrite(46, LOW);
 }
 // Monitor the battery voltage
 int sensorValue = analogRead(A0);
 float voltage = sensorValue * (5.00 / 1023.00) * 3.02; // Convert the reading values from 5v to suitable 12V
 // Send battery voltage value to transmitter
 IBusSensor.loop();
 IBusSensor.setSensorMeasurement(1, voltage * 100);
}Code language: PHP (php)

Codeübersicht

Mithilfe der IBusBM-Bibliothek lesen wir also eingehende Daten vom RC-Sender.

// Reading the data comming from the RC Transmitter
 IBus.loop();
 // ch0 - left and right; ch1 - forward and backward;
 ch0 = IBus.readChannel(0); // ch0 - left and right;
 ch1 = IBus.readChannel(1); // ch1 - forward and backward;
 ch6 = IBus.readChannel(6); // ch6 - Headlights
 ch8 = IBus.readChannel(8); // ch8 - High beamCode language: JavaScript (javascript)

Der rechte Joystick, Kanal 0 und 1, dient zur Steuerung der Bewegung der Plattform, die beiden Wippschalter, Kanal 6 und 8, zur Steuerung der LEDs.

Wir wandeln die eingehenden Daten in Werte um, die für die PWM-Steuerung der Gleichstrommotoren geeignet sind, nämlich von 0 bis 255.

// convert the incoming date into suitable PWM value
 steeringValue = map(ch0, 1000, 2000, -185, 185); // 0 to 185 range because then I add +70 in order to avoid low PWM values as to motors won't start if so
 motorSpeed = map(ch1, 1000, 2000, -185, 185);
 motorSpeed = abs(motorSpeed);
 leftMotorSpeed = 70 + motorSpeed + steeringValue; // 70 + (0-185) + (0 - 185 ) = 70 - 255 so this range from 70 to 255 is used as PWM value
 rightMotorSpeed = 70 + motorSpeed - steeringValue;
 leftMotorSpeed = constrain(leftMotorSpeed, 0, 255); // constrain the PWM value from 0 to 255
 rightMotorSpeed = constrain(rightMotorSpeed, 0, 255);Code language: JavaScript (javascript)

Wir senden die PWM-Werte mit der Funktion analogWrite() entsprechend an die Treiber und Motoren.

// if right joystick goes up > move forward
 if (ch1 > 1510 && ch1 < 2000) {
 analogWrite(motorLeft_IN1, leftMotorSpeed); // PWM input
 digitalWrite(motorLeft_IN2, LOW); // Direction - Forward
 analogWrite(motorRight_IN1, rightMotorSpeed); // PWM input
 digitalWrite(motorRight_IN2, LOW); // Direction - Forward
 }Code language: JavaScript (javascript)

Insgesamt ist der Code nicht so kompliziert, da die Roboterplattform selbst keine komplizierten Funktionen hat.

Testen des 3D-gedruckten Roboters – Plattform für verfolgte Roboter

Sobald wir den Code hochgeladen haben, können wir die Roboterplattform und den RC-Sender zum Testen einschalten. Auf dem Display des Senders können wir die Spannung des LiPo-Akkus sowie die Spannung des Empfängers und des Senders ablesen.

Und da haben wir es. Mit dem rechten Joystick können wir die Bewegung der Plattform steuern. Mit dem linken Wippschalter steuern wir die Scheinwerfer und die Rücklicht-LEDs, mit dem rechten 3-Wege-Wippschalter die Fernlicht-LEDs. Die Fernlicht-LEDs verfügen über zwei Modi, einen Dauerlichtmodus und einen Blinkmodus. 

Hier können wir feststellen, dass die Motoren, die ich verbaut habe, für diese Plattform tatsächlich etwas zu schwach sind.

Wir können sehen, dass der Joystick fast ganz oben sein muss, damit sich die Ketten in Bewegung setzen. Außerdem kann ich die Schiene ganz einfach mit der Hand anhalten. Das Federungssystem und die Ketten selbst verursachen viel Spannung und Widerstand für die Motoren. Diese Motoren haben eine Drehzahl von 888 U/min, was hinsichtlich der Geschwindigkeit in Ordnung ist, es handelt sich jedoch um die kleineren Motoren mit einer Nennleistung von knapp 500 mA.

Also habe ich sie durch meine anderen größeren Motoren ersetzt, die ich hatte, aber ich habe tatsächlich fast die gleichen Ergebnisse erzielt. Obwohl es sich um leistungsstärkere Motoren handelte, war ihre Drehzahlreduzierung geringer oder sie hatten eine höhere Drehzahl von 1280 U/min, sodass ich die gleichen Ergebnisse erzielte.  

Eigentlich sind sie gar nicht so schlimm. Die Roboterplattform läuft damit ganz gut.

Ehrlich gesagt macht es wirklich Spaß, dieses Ding herumzufahren, vor allem wenn die LEDs blinken und man Burnouts oder Donuts macht. 

Allerdings hielt der Spaß nicht so lange an, denn sobald ich es nach draußen brachte, hörte es sehr schnell auf zu funktionieren. Das Problem sind zwar die leistungsschwachen Motoren, aber auch die Konstruktion der Kettenglieder. Dort, wo die Zähne des Kettenrads hingehen, sammelt sich dort leicht Schmutz an.

Deshalb habe ich sie so umgestaltet, dass sie auf der anderen Seite eine Öffnung haben, damit der Schmutz hindurchtreten kann. Außerdem habe ich das Kettenrad etwas kleiner gemacht, indem ich es um 0,2 mm versetzt habe, damit es lockerer auf der Schiene sitzt. 

Mit diesen Updates habe ich alles wieder zusammengebaut und die Plattform war nun fahrtauglich im Freien. Allerdings waren die leistungsschwachen Motoren erneut ein Problem. Die Plattform stapelte sich von Zeit zu Zeit und konnte nicht bergauf fahren. Mein Vorschlag wäre also, einen Motor mit nicht mehr als 500 U/min und einen stärkeren Motor mit mindestens 1 A oder 2 A Nennstrom zu kaufen. 

Ich habe tatsächlich die Plattform mit stärkeren Motoren ausprobiert. Sie hatten nur 20 U/min, was offensichtlich zu langsam war, um Spaß zu haben und Donuts zu machen, aber die Plattform war jetzt wie ein echter Panzer. Es könnte buchstäblich überall hingehen.

Die Motoren mit 20 U/min waren stark genug, um jedes Hindernis zu überwinden. Sie waren wirklich langsam, aber vielleicht reichen sie für bestimmte Anwendungen völlig aus. Mein Vorschlag wäre, dass wir langsamere Geschwindigkeiten für Motoren mit etwa 50 U/min benötigen und für höhere Geschwindigkeiten etwa 500 U/min.

Ich hoffe, Ihnen hat dieses Video gefallen und Sie haben etwas Neues gelernt. Fühlen Sie sich frei, Ihre Fragen im Kommentarbereich unten zu stellen und vergessen Sie nicht, sich für zukünftige Updates zu abonnieren und meine Arduino-Projektsammlung anzusehen.