3D-tulostettava mobiilirobotti mecanum-renkailla

20/07/2019

Kyllästyttääkö sinua valmiit robottikitit, jotka eivät kykene mihinkään? Mitä jos voisit rakentaa oman robottisialustan itse?


Löydät YouTube-kanavaltani videoita robotin käyttämiseen.


Robotin osat löytyvät nyt STL-tiedostoina Thingiversestä!


If you want to get access to the source files I uploaded the links to my Patreon. The entire model is designed with Fusion 360. 


Tue projektia tilaamalla osia!
Huom! Adblocker piilottaa jostakin syystä Amazon.de -sivuston affiliate-linkit, joten jos haluat nähdä osat alapuolella, ota Adblocker pois käytöstä ja päivitä sivu uudelleen.


Jos haluat tukea projektia, osta näiden linkkien kautta osia

Jos tarvitset vähän laajempaa valikoimaa pieniä M2, M3 ja M4 pultteja, tässä on hyvä vaihtoehto Amazonista. Saksasta tilaamalla saa yllättävän halvalla osia ja tilaukset tulevat yleensä todella nopeasti.

Amazon.de

Ebay.com


2015 - Teippiä ja toivoa

Hiljattain sain päähäni suunnitella mobiilirobotin, joka pystyisi ajamaan myös vähän haastavammassa maastossa. Ensimmäinen kokemukseni robotiikasta oli erittäin yksinkertainen robotti, jonka rakensin vuonna 2015. Se pystyi juuri ja juuri ajamaan ohuiden listojen yli, mutta matot ja korkeat esineet olivat ylitsepääsemättömiä laitteelle, joka pysyi teipillä kasassa. (Ainakin melkein.) Tässä mallissa oli ohjainlaitteena Arduino, jolloin robotin päivittäminen olisi ollut mahdotonta. Esim. LIDAR, OpenCV (konenäkö) ja TensorFlow ovat kaikki erittäin vaativia laskentatehon suhteen, jota Arduinoissa ei ole.

Kuten kuvasta voi hyvin havaita, robotilla saisi olla huomattavasti parempi runko johon elektroniikan saisi kiinni. Tämä versio toimi AAA-paristoilla, joten kehittämisen varaa ainakin löytyi.


2019 - Tehoa ja toiminnallisuutta

Kiinnostukseni robotiikasta kasvoi nykyisen työpaikkani johdosta sen verran, että päätin rakentaa uuden version robotista. Tällä kertaa sitä ohjaa Linux-pohjainen yhden piirilevyn tietokone, jolla robotille saa huomattavasti tehokkaampia ja monimutkaisempia ominaisuuksia, kuin Arduinolla toteutetulle versiolle. Ohjelmoiminen on myös erittäin helppoa, kun aivoina on Linuxia ajava tietokone: robotti ja ohjelmointiin käytettävä tietokone yhdistetään samaan langattomaan verkkoon, yhdistetään SSH:n kautta robottiin ja saadaan suora yhteys robotin terminaaliin. Tällöin robotin ohjelmoinnissa ei ole rajoituttu vain yhteen kieleen, vaan voidaan sen ohjelmoimiseen käyttää sitä kieltä, joka sopii parhaiten käyttäjälle. Suosittelen vahvasti käyttämään Pythonia, sillä sillä on huomattavasti korkeampi ohjelmointikieli kuin C++ ja vaatii vähemmän vaivaa samojen asioiden suorittamiseen.

Muutaman iteraation jälkeen robotin ulkonäkö ja runko muuttui huommattavasti. Jokaisella renkaalla on oma iskari, rungossa on tilaa elektroniikalle ja osat on kiinni toisissaan ihan oikeilla pulteilla, eikä teipillä.


20.7.2019

Tällä hetkellä robotti on jonkin verran kasassa, mutta renkaat pitäisi tulostaa vielä. Renkasiin pitäisi myös ostaa osat, mutta tällä hetkellä näyttäisi siltä että pitää odottaa seuraavaa palkaa (budjetti ei veny enempää), jotta pääsen ostamaan laakerit niihin. Siihen vielä päälle 2-3 vk toimitusaika Kiinasta, joten renkaat ei tule valmiiksi ihan hetkessä.

Aikaisemmissa versioissa SBC on ollut paikassa, johon on mahdoton päästä käsiksi purkamatta robottia atomeiksi. Siirsin sen uusimmassa versiossa ylimmälle tasolle ja tein kaksi kiinnikettä, johin voi kiinnittää vielä uuden tason mikäli robottiin haluaa asentaa muita toimilaitteita. SBC:lle on myös oma taso, jonka voi vaihtaa neljällä pultilla.

Kunhan saan robotin loput osat tulostettua, kasaan robotin ja tarkistan että kaikki sopii yhteen, eikä missään ole mahdottomia sijainteja työkalulle. Sitten olisi vuorossa BOM:in tekeminen, kasausohjeiuden väsääminen ja lopulta mallin jakaminen. Pyrin ainakin siihen, että ensi viikon aikana robotti olisi jo täysin kasassa.


21.7.2019

Nyt on BOM kasassa ja loput osat on edelleen tulostumassa. Isojen tulosteiden tekeminen menee vielä ensi viikon puolelle. Isomman tulostimen kanssa (CR-10S) on ollut vähän ongelmia, niin voi olla että joudun uhraamaan pari aikayksikköä sen säätämiseen. Hyvin todennäköisesti tulostusasetuksien muuttaminen riittää.


22.7.2019

Yhden kuukauden odotuksen jälkeen Akkukauppa.com:in tilaus saapui, mutta tilauksesta uupui akun alijännitesuoja. Akku kuitenkin tuli perille, joten robotilla pääsee (onneksi) ajamaan. Ei kyllä ole ihan kaikista sulavin ensimmäinen tilaus heiltä, mutta toivotaan että he saavat asiat kuntoon.


BOM

( Ei sis. mecanum-renkaita, kehitys kesken)

3D-tulostettavat osat

  • Robotin runko ( 1 kpl )
  • Vaihteen välikappale ( 4 kpl )
  • Moottorin adapteri ( 4 kpl )
  • Ylempi tukivarsi ( 4 kpl )
  • Alempi tukivarsi ( 8 kpl )
  • Ylemmän tukivarren kiinnike ( 4 kpl )
  • Alemman tukivarren kiinnike ( 4 kpl )
  • Iskunvaimentimen yläkiinnike ( 4 kpl )
  • Iskunvaimentimen alakiinnike ( 4 kpl )
  • Akun iskusuoja ( 1 kpl )
  • SBC:n tason kiinnike ( 2 kpl )
  • Lisälaitteiden tason adapteri ( 2 kpl )
  • SBC:n kiinnitysadapteri (BeagleBone Black) ( 1 kpl )
  • Moottorinohjaimen adapteri ( 2 kpl )
  • *Sensorikiinnike ( 1 kpl, valinnainen )
  • *TOF-adapteri ( 1 kpl, valinnainen )

Osat joita ei voi 3D-tulostaa

Pultit ja mutterit

  • 16 kpl M4 x 50 (kuusiokoloruuvi, lieriökanta), tukivarsien kiinnitykseen
  • 32 kpl M4 aluslevy
  • 16 kpl M4 nyloc
  • 8 kpl M4 x 60 (kuusiokoloruuvi , lieriökanta), rungon kiinnitys
  • 8 kpl M4 mutteri
  • 8 kpl M3 x 10 (kuusiokoloruuvi , lieriökanta), moottoriohjaimien kiinnitys adaptereihin
  • 8 kpl M3 nyloc
  • 4 kpl M4 x 30 (kuusiokoloruuvi , lieriökanta), moottoriohjaimien kiinnitys runkoon
  • 4 kpl M4 aluslevy
  • 4 kpl M4 mutteri
  • 4 kpl M3 x 20 (uraruuvi, kupukanta), iskunvaimentimien kiinnittämiseen ylhäältä
  • 4 kpl M3 nyloc
  • 4 kpl M3 x 20 (kuusiokoloruuvi , lieriökanta), iskunvaimentimien kiinnittämiseen alhaalta
  • 4 kpl M3 nyloc
  • 8 kpl M3 x 40 (kuusiokoloruuvi , lieriökanta), moottoreiden kiinnitys adaptereihin
  • 8 kpl M3 nyloc
  • 8 kpl M4 x 14 (kuusiokoloruuvi , lieriökanta), SBC:n tason ja adapterin kiinnitys runkoon.
  • 8 kpl M4 mutteri

Pienille pulteille kannattaa ostaa lajitelma, jolloin pultit ei tule liian kalliiksi ja on ylimääräisiä varalta, jos haluaa tehdä lisäyksiä. Isoja pultteja löytyy esim. IKH:lta ja Kärkkäisen verkkokaupasta. Kaikki M3-pultit tulee olla koneruuveja, jotta ne kestää rasituksen alla.

Kasaus

Kun kaikki osat on valmiina, niin robotti täytyy luonnollisesti kasata. Tähän tulee kasausohjeet kuvilla heti kun ehdin tehdä ne.

  1. Kasaa tukivarsipaketit [ 4 kpl ] (ylätukivarsi, alatukivarsi, mottoriadapteri + välikappale, rungon kiinnikkeet, iskunvaimentimen kiinnikkeet ja moottorit vaihteineen)
  2. Kiinnitä moottorinohjaimet (L298N) adaptereihin [ 2 kpl ], jonka jälkeen voit kiinnittää adapterit runkoon.
  3. Laita mutterit SBC:n tason kiinnikkeisiin
  4. Kiinnitä akun iskusuoja, tukivarsipaketit, runko ja SBC:n tason kiinnikkeet pulteilla runkoon.  ( 8 kpl M4 x 60 )
  5. Kiinnitä lisälaitteiden tason adapterit ( 4 kpl M4 x 14 )
  6. Elektroniikka sisään
  7. SBC:n taso kiinni ( 4 kpl M4 x 14 )

Vaihe 1 ( tukivarsipakettien kasaus [ tarvitset näitä neljä ] )

Tukivarsipaketin kasaamiseen tarvitset nämä osat:

Pultit ja mutterit

  • 4 kpl M4x50 (kuusiokoloruuvi, lieriökanta)
  • 8 kpl M4 aluslevy
  • 4 kpl M4 nyloc
  • 1 kpl M3x20 (kuusiokoloruuvi, lieriökanta)
  • 1 kpl M3 nyloc
  • 1 kpl M3x20 (uraruuvi, kupukanta)
  • 1 kpl M3 nyloc
  • 2 kpl M3x40 (kuusiokoloruuvi, lieriökanta)
  • 2 kpl M3 nyloc
3D-tulostetut osat

  • 1 kpl ylemmän tukivarren kiinnike
  • 1 kpl alemman tukivarren kiinnike
  • 1 kpl iskunvaimentimen yläkiinnike
  • 1 kpl iskunvaimentimen alakiinnike
  • 1 kpl ylempi tukivarsi
  • 2 kpl alempi tukivarsi
  • 1 kpl moottorin adapteri
  • 1 kpl vaihteen välikappale

Muut osat

  • 80 mm iskunvaimennin
  • Moottori vaihteella ja renkaalla

Vaihe 2 (moottoriohjaimien kiinnitys)

Moottorinohjaimien kiinnittämiseen tarvitset nämä osat: 

Pultit ja mutterit

  • 8 kpl M3x10
  • 8 kpl M3 nyloc
  • 4 kpl M4x30 (kuusiokoloruuvi, lieriökanta)
  • 4 kpl M4 aluslevy
  • 4 kpl M4 mutteri
3D-tulostetut osat

  • 2 kpl moottorinohjaimen adapteri

Muut osat

  • 2 kpl L298N moottorinohjain

Huom! Pidä huoli että siili osoittaa ylös ja adapterin takana oleva kiinnityskohta osoittaa alaspäin.

Vaihe 3 (mutterit SBC:n tason kiinnikkeisiin)

Pultit ja mutterit

  • 8 kpl M4 mutteri

3D-tulostetut osat

  • 2 kpl SBC:n tason kiinnike

Vaihe 4 ( Kiinnitä akun iskusuoja, tukivarsipaketit, runko ja SBC:n tason kiinnikkeet pulteilla runkoon. )

Pultit ja mutterit

  • 8 kpl M4 x 60 (kuusiokolo, lieriökanta)
  • 8 kpl M4 mutteri

Muut osat

  • 1 kpl akun iskusuoja
  • 1 kpl runko
  • 4 kpl tukivarsipakettia
  • 2 kpl SBC:n tason kiinnike

Laita ensin M4x60 pultit akun iskusuojasta läpi, jonka jälkeen voit pujottaa loput osat samoihin pultteihin. Lopuksi lisää mutterit sbc:n kiinnikkeen yläpuolelle ja ruuvaa ne kiinni.

Vaihe 5 ( Kiinnitä lisälaitteiden adapteri )

Pultit ja mutterit

  • 4 kpl M4 x 14 (kuusiokolo, lieriökanta)

3D-tulostetut osat

  • 2 kpl lisälaitteiden tason adapteri
Aseta adapteri SBC:n tason kiinnikkeen päälle ja kiinnitä se siihen kahdella M4 x 14 ruuvilla. Toista sama toiselle puolelle.

Vaihe 6 ( Tunge elektroniikka sisään )

Nyt on hyvä aika laittaa kaikki elektroniikka rungon ja sbc:n väliin kun siihen on vielä mahdollisuus. Esim. BEC:it on hyvä laittaa tähän väliin. Ne voi kiinnittää vaikka kaksipuolisella teipillä tai nippusiteillä runkoon.

Vaihe 7 ( Kiinnitä SBC:n taso ja itse SBC )

Pultit ja mutterit

  • 4 kpl M4 x 14 (kuusiokolo, lieriökanta)

3D-tulostetut osat

  • 1 kpl SBC:n taso

Kun kaikki muu on valmista, voit viimein kiinnittää SBC:n tasoon kiinni ja tason kiinni robottiin. Tämän jälkeen ei jää muuta kuin johtojen vetäminen ja siistiminen, jonka jälkeen robottialusta on valmis! Sitten vain koodaamaan.


28.7.2019

Sain viimeinkin robotin täysin kasaan, kaikki kytkennät tehtyä ja testikoodin ajoa varten.