Arduino self balancing robot B-ROBOT EVO 2 - Tuning robota

Seznam článků

Tuning část první - kola

3D PLA díly, ze kterých je robot vyroben jsou dobré na plášť (bočnice, podvozek atd.), ale kola nejsou z plastu ideální (provoz na koberci je OK, ale pro linoleum nebo něco tvrdšího - dlaždice není toto řešení vyhovující). Lepší je namísto PLA kol zakoupit v modeláři kola z nějakého autíčka (ala bugina). V kameném krámku http://www.model-fun.cz/ jsem zakoupil 2ks kol 1:10 zadní (pro buggy) za 299,-.

Přesně tato kola v e-shopu kód zboží: HM06026Y zadní, nebo lze použít přední kola (ty jsou o kousek užší) v e-shopu kód zboží: HM06010Y

Kola na buggy (přední i zadní) jsou průměrově stejná (85mm guma čudlík - guma čudlík), ale liší se hloubkou ráfku a gumy (přední: 35mm, zadní: 42mm). Guma je na ráfku nalepená.

DSC 0844

DSC 0845

DSC 0847

DSC 0848

DSC 0855

Proč používat tato kola?

Výsledkem bude daleko lepší odpružení (kola nepůjdou "natvrdo") v terénu (například venku na "asfaltu") a zároveň ložiska motorů nebudou tolik "trpět" jako při použití PLA kol (řemínek, který je nasunut na PLA kolech vůbec netlumí vybrace, pouze brání prokluzu...

Pro montáž kol na robota je potřeba vytisknout 2ks 3D matic z PLA materiálu (v příloze soubor: matky kol pro offroad) a v ráfku kola zvětšit průměr díry z 4 mm na 5 mm (lepší postupně zvětšovat a testovat, aby šel ráfek nasadit "ztuha").

DSC 0857

DSC 0856

DSC 0858

Osu Kolo - motor to chce vymezit například bužírkou (kolo má jinak snahu se posouvat ke středu a následně "drhne o PLA materiál)

DSC 0935

DSC 0936

DSC 0937

 

Tuning část druhá - RGB LED oči

Pokud provozujeme robota na aplikaci od JJrobot (ne na placené osc aplikaci - tam je indikace baterek vyřešena) nepoznáme na první pohled stav baterií robota. Dále je vhodné nějak zobrazit stav kalibrace (že již můžeme robota postavit) po zapnutí robota, když nemáme osazené servo (servo s rukou). Rozhodl jsem se robota doplnit o 2ks RGB LED diod, které jsou umístěné v očích robota. Zakoupil jsem v tomto e-shopu destičky s čipem WS2812, ke kterému je připojena RGB LED dioda. Výhoda tohoto řešení je to, že nám stačí z Arduina pouze jeden vodič (namísto 6 tedy 2x RGB pro každé oko zvlášť) po kterém můžeme ovládat každé oko nezávisle (v RGB podání).

Stav LED očí na robotu

  • zapnutí napájení a čekání na kalibraci - červená barva / zelená barva (blikání v rytmu serva po kalibraci)
  • provozní stav - modrá barva (svítí pokud neaktivujeme servo) /  červená barva (svítí pokud aktivujeme servo)
  • varování před slabou baterií - žlutá barva (svítí do doby než se aktivuje bezpečnostní odpojení robota při změně na červenou barvu)
  • bezpečnostní odpojení motorů při slabé baterii - červená barva (rychlé blikání)

Modul RGB LED s čipem WS2812

WS2812B 13282 03

ws2812

DSC 0859

DSC 0860

DSC 0861

DSC 0866

DSC 0867

DSC 0868

DSC 0869

DSC 0870

DSC 0871

 

Tuning část třetí - NiMH baterie

Provoz robota na baterie je cca 1 hodina. Pokud se spočítá částka za 6ks AA článků 1,5V a doba provozu robota, tak je cenově (i vzhledem eko šetrnosti k přírodě) výhodnější používat nabíjecí baterie. Bateriový blok na 6 tužkových AA baterií 1,5V je možné osadit i nabíjecími bateriemi 6ks 1,2V v mém případě jsem použil baterie Eneloop Pro 2500mAh.

DSC 0802

Pro nabíjení NiMH baterií používám tuto nabíječku za cca 470,- z gesu, kde nastavíme přepínačem 6 článků a 1A nabíjecí proud (Automatický síťový rychlonabíječ NiCd a NiMH akumulátorových sad ze 2-10 článků. Nabíjecí proud volitelný 0,5 nebo 1A. Po ukončení rychlonabíjení automaticky přejde na udržovací nabíjení. Možnost vybití akumulátorů. Kontrola nabíjení tříbarevnou LED.)

mw6168

Výhodou nabíječe je, že se nemusí baterie vyndavat z PVC držáku (odmontovat z robota - tedy povolit šroub, vytáhnout ven, vyndat baterie...), ale stačí odpojit kabel z desky Arduino a připojit ho na vodiče z nabíječky. Pokud si do robota osadíme další konektor (s přepínáním robot/baterie), tak nemusíme rozpojovat ani kabel z Arduina...

  • AA baterie (6ks) Eneloop Pro 1,2V/ 2500mAh s PVC držákem váží cca 240g.
  • Celkové napětí článků je 6x1,2V = 7,2V.
  • Nevýhodou NiMH baterií je tzv. paměťový efekt (nebo zde), kde je nutné je nejprve zcela vybít a následně je možné je nabíjet (nelze tedy například uprostřed kapacity) -> menší kapacita.

Pokud budeme používat můj upravený EVO 2 kód: 24.2.2017 verze 2.7 a vyšší (LiPol, NiMH, RGB LED) pro kontrolu napětí baterie s články NiMH je potřeba v programu nastavit: #define LIPOBATT 0

Aktuální hodnoty pro NiMH: 6.5V varování / 5.5V vypnutí

DSC 0938

Tuning část třetí - LiPol baterie (pouze na Vaše riziko)

Robot jezdí na tuto LiPol baterii cca hodinu.

Li-Pol = Lithium - Polymer

Druhou možností je nahradit baterie AA (ať již nabíjecí AA, nebo alkalické AA) + držák baterií za LiPol článek, který má své výhody :-), ale i nevýhody (bezpečí článků). V kameném krámku http://www.model-fun.cz/ jsem zakoupil tuto LiPol baterii (přesněji akupack - akumulátor) za 420,-

DSC 0849

DSC 0851

DSC 0852

  • 1800-2S ECO-S (7,4V)
  • 90x35x16 mm 100g
  • Max. proudové zatížení: 25C (max 45A)
  • Max. nabíjecí proud 4C (max 7A)
  • Servisní konektor JST-XH

Akku LiPol XPower 1800-2S ECO 25C
je novou řadou LiPol akumulátorů vyrobených při příležitosti desátého výročí od založení firmy Dualsky. Akumulátory této řady jsou lehké, odolné a s výborným poměrem výkon/cena.

K nabíjení tohoto článku nemůžeme z důvodu bezpečnosti použít "samodomo nabíječku co dům dal", ale je nutné mít nabíječku přímo na LiPol články. U LiPol se každý článek při nabíjení kontroluje samostatně. Použil jsem tento nabíječ za 599,-

1407916589b 0

Mikroprocesorový nabíječ 20W s balancerem pro 2-4 čl. Li-poly/Li-Fe s přepínatelným proudem 1, 2 nebo 3A. Napájení 110-230V.

Nabíječ SKY RC e4 s vestavěným balancerem je velmi jednoduchý "krabičkový" nabíječ pro rekreační jezdce a letce se síťovým napájením pro nabíjení Li-poly a Li-Fe akumulátorů. Je ideálním doplňkem "setových" stavebnic umožňující jednoduché nabíjení doma nebo výborným společníkem na cesty, kdy s sebou nechcete "tahat" velký, těžký a drahý nabíječ. Nabíjený akumulátor se připojuje pomocí silových kabelů zapojených do výstupu nabíječe (4 mm banánky) a k vestavěnému balanceru prostřednictvím servisního konektoru; nabíječ je opatřen třemi zásuvkami (2s, 3s a 4s) pro konektory systému JST-XH. V jednu chvíli je možno nabíjet vždy jen jednu sadu - buď dvoučlánkovou, tříčlánkovou, nebo čtyřčlánkovou.

Základní funkce

Síťové napájení 100-230 V/50-60 Hz
Pro nabíjení 2-4s Li-poly nebo Li-Fe článků
Nabíjecí proud přepínatelný 1, 2 nebo 3A
Max. výkon pro nabíjení 20 W
Nabíjení metodou „konstantní proud/konstantní napětí“
Přepínač koncového napětí 3,6 V pro Li-Fe a 4,2 V pro Li-poly na předním panelu nabíječe
Provozní stavy nabíječe signalizovány LED diodami
Hlásí chybové stavy (velký rozdíl napětí jednotlivých článků, přerušení kabelů)
Nabíjecí konektory JST-XH 2s, 3s a 4s, nabíjet je možno vždy jen jednu sadu
Kompaktní plastová skříňka, kapesní rozměry
Sada nabíječe obsahuje: nabíječ SKY RC e4, síťový napájecí kabel, nabíjecí kabel se 4 mm banánky a druhým koncem volným, návod.

Vstupní napětí (síťové - AC) [V] 230
Nabíjecí proud [A] 1 - 3
Li-Pol [čl.] 2 - 4
Li-Fe [čl.] 2 - 4
Balancer Ano
Výkon při nabíjení [W] 20
Délka [mm] 110.7
Šířka [mm] 69.4
Výška [mm] 40.5
Hmotnost [g] 176

Z robota tedy vyjmeme původní držák baterií AA 6ks a na jeho místo (nad motory a pod PLA držák elektroniky) umístíme LiPol akumulátor. Pro přichycení použijeme pásek suchého zipu. Pro propojení LiPol akumulátoru s Arduino deskou potřebujeme zakoupit také protikus konektor Dualsky DC-3A sameconektor Dualsky DC-3A samec za 30,- (dvojice silových konektorů firmy Dualsky. Konektory mají průměr 3,5 mm. Dutinka je trořena pevnou trubičkou, kolík je rozříznut. Kontakt konektorů není pouze kruhový ale plošný, takže spoj má velmi malý ohmický odpor. To je důležité pro správné využití moderních baterií, jejichž vnitřní odpor je velmi nízký. Povrch konektorů je pozlacen. Pár je uzavřen v polarizovaném plastovém pouzdře, takže při spojení nemůže dojít k přepólování.)

konektor dualsky dc 3a kolik 1

Informace o akupacku LiPol 2 články 1800mAh (čtěte!)

  • Plně nabitý LiPol článek má 4,2 V (+-0,05 V na článek) a pokud napětí klesne pod 2,9 V může být akumulátor nenávratně zničen.
  • Teplota při nabíjení smí být v rozmezí 10°C - 45°C!
  • Teplota při vybíjení smí být v rozmezí 10°C - 50°C!
  • Skladování (2 týdny a déle) se provádí při nabití na 50% - 60% (tedy 3,8V na článek) nikoliv při nabití na 100%!
  • Baterie se nesmí nikdy ohřát na teplotu vyšší než 60°C!
  • Nabíjení nastavíme dle článku 1800mAh (bezpečné na 2C uvnitř místností) -> tj. nabíjecí proud bude na nabíječi nastaven na hodnotu 3A (přesně 2C je 2 x 1800 mAh = 3,6A)

Můj zakoupený akumulátor (akupack) má dva články - maximální napětí bude celkem 4,2 + 4,2 = 8,4V tedy o 0,6V méně než při použití 6ks AA 1,5V článků a o 1,2V více než při použití 6ks AA NiMH 1,2V článků. Napětí je tedy v pořádku a robot bude pracovat i s LiPol akumulátorem.

Pokud budeme používat můj upravený EVO 2 kód: 24.2.2017 verze 2.7 a vyšší (LiPol, NiMH, RGB LED) pro kontrolu napětí baterie s články NiMH je potřeba v programu nastavit: #define LIPOBATT 1

Aktuální hodnoty pro LiPol: 6.3V varování / 6.0V vypnutí

Více informací o LiPol článku například na Wiki...

POZOR LiPol opravdu není sranda!

Výhody

  • Velká kapacita na malém rozměru
  • Bez paměťového efektu
  • Minimální samovybíjení (cca 5 % za měsíc)
  • Jednoduché a bezproblémové zapojení mnoha článků do série
  • Vhodné nominální napětí 3,7 V
  • Dlouhá životnost (až 2000 cyklů, až 3 roky)
  • Není ho nutné zcela vybíjet před nabitím
  • Přijatelný teplotní rozsah (-10 až 50 °C)
  • Rychlonabíjení (až 4-násobkem kapacity článku)
  • Vysoký vybíjecí proud (špičkově až 50-násobek kapacity článku)

Nevýhody

  • Možnost vznícení nebo výbuchu (zejména při zkratování – nutná interní ochrana)
  • Kapacita klesá i při nepoužívání akumulátoru
  • Při poklesu napětí pod 2,7 V může být akumulátor nenávratně zničen
  • Vyšší pořizovací cena
  • Akumulátor může tzv. "vytuhnout" (i při nízkém samovybíjení, po roce a půl nepoužívání prostě odejde)
  • Časem se zvyšuje tlak uvnitř baterie

DSC 0862

DSC 0864

Pomocí suchého zipu drží baterie nad motory

DSC 0873

DSC 0874

(Baterka je odpojena - rozpojením konektorů...)

 

Tuning robota

  • Doplněná LED indikace (4 LED serio-paralelně připojené na pin A3 a zem na desce Leonardo)
  • výměna serva za servo MG996R s kovovými převody (namísto mikroserva s plast. převody)

 

Attachments:
Download this file (brobot.pdf)Schéma robota[ ]22 kB374 Downloads2017-01-25 16:30
Download this file (Info_akku.pdf)Informace o bateriích a akumulátorech dle § 31d[ ]204 kB286 Downloads2017-02-21 19:57