Колесная робоплатформа. Часть 1 - приводы и питание.


Незаметно пролетели вечера, и теперь есть чем продолжить рассказ об изготовлении робоплатформы. От планов наконец переходим к делу.

Основание, приводы и колеса.

Под основание взяты листы оргстекла. Остались в наследство от прошлых задумок. Материал совершенно не благодарный: трескается, ломается, крошится. Сверлится даже не совсем гладко. На маленьких оборотах дрели может дать трещину, на больших — плавится и облепляет сверло. Тонкое сверло после такого издевательства ломается при следующей попытке просверлить что-то твердое. К счастью пришлось только сверлить, нарезали мне его еще давно в мастерской под корпус для одной поделки, которая в итоге была заброшена.

С колесами долго думать не пришлось. Слишком уж сильно мне понравились микро-моторы с редукторами. Они такие миниатюрные и металлические:) Разработчикам с изготовителями мысленно шлю коньяк с тортом. А они (моторы) еще и не одиноки и идеально подходят к креплениям и колесам Pololu. Завершает трио металлическая шаровая опора. Все запчасти добыты в нескольких магазинах, исходя из наличия и цены. Вот весь набор:



Колеса стоили дороговато для куска пластика (~100руб за штуку), но деваться было некуда, если уж собрался все сделать красиво.

Драйвер двигателей.

Не ломая голову, была взята вполне стандартная схема — L293DNE + обвяз. Схема прямо по даташиту.
Век живи — век учись, как гласит народная мудрость. А до века еще как до Австралии на матраце.
Как выяснилось в комментариях, защитные диоды можно опустить, если они уже встроены в микросхему, т.е. используя микросхемы с индексом D (L293D, L293DNE) диоды ставить не нужно. В L293N и L293NE ставить диоды обязательно. Зато во втором случае лишняя железяка позволит увеличить продолжительных выходной ток с 0.6А до 1А на канал.




Управляющие входы у этой ИМС с индексом DNE по умолчанию находятся в состоянии логической единицы. Чтобы это исправить, их нужно подтянуть к земле.

Печатку делал такой формы, чтобы сэкономить пространство и впихнуть покомпактней на нижний ярус. Плата двухсторонняя, но я делал на одной стороне и с парой перемычек. Так проще. Посмотрите разводку, и сами захотите напаять 2 провода:



В итоге решил спилить и отросток с датой. Нет предела совершенству:)

Тепло у L293 рассеивается через 4 центральных ноги, и чтобы оно лучше рассеивалось вокруг них сделаны площадки. Вообще в этом конкретном случае о теплоотводе можно и не думать. До пикового тока в 0,6А еще далеко. С заклиненным валом моторы потребляют 360мА, так что запас еще есть. Если что — можно припаять радиатор прямо к ногам ИМС. И даже сажать одну микросхему на другую и припаивать нога к ноге, наращивая так мощность.

Режем, точим, ЛУТуем, травим, паяем:



Добавляем к платформе:



Теперь про питание.

Как и собирался, сделал раздельным для цифровой и механической части, со стабилизаторами и DC-преобразователем, построенном на микросхеме MC34063A. Схемы — всюду даташит:



Разделение питания обосновывается просто: логике нужно стабильное напряжение, а механике большой ток. Стабилизаторы дают почти идеальное напряжение, но все избытки рассеивают в виде тепла. Преобразователь наоборот не даст стабильного напряжения, оно будет зависеть от нагрузки. Зато он имеет куда более высокий КПД, и ценный заряд батарей не будет расходоваться на никому не нужную грелку.

Не смог удержаться:) Переводил надписи и заметил картинку. Чудесная ягодица фрау Пеш приносит пользу.



Скоро все старые журналы изведу на благо технологий. Вернемся к блоку питания. Номиналы рассчитывались под преобразование 11.1 -> 6В при 750мА тока через нагрузку. Номинал индуктивности может варьироваться в довольно больших пределах. Я поставил 100 мкГн вместо 10 расчетных, и ничего, работает. Вместо R2 кусок провода. Честно не уверен, будет ли от него толк. R2 вообще можно не ставить, а соединить 6й и 7й выводы микросхемы напрямую, работать будет. Только тогда придется позаботится о том, чтобы ток через нагрузку не превышал максимально допустимый, а то можно и микросхему спалить. С7 тоже может отличаться от расчетного. Его изменение вполне компенсируется увеличением номинала С8. Диод — любой диод Шоттки, подходящий по току и обратному напряжению. А вот R3 и R4 как я думаю лучше подобрать поточнее.
Именно этой парой резисторов задается выходное напряжение. Со входа, через делитель на резисторах выведен PLS штырек. С него потом будет измеряться заряд аккумулятора.

Вот печатка:



И обратная сторона платы (лицевая в начале статьи):



Тестировал блок питания этими самыми мотор-редукторами. При 12В на входе, на выходе получаем 7В с одним подключенным мотором и 6.5В при двух. И это без ШИМ, на максимальной скорости. Серва должна сбросить до 6В. Поживем — измерим. От Li-Ion аккумуляторов тоже не стоит ждать ровных 3.7В. Они должны в заряженном состоянии выдавать заметно больше, а в разряженном меньше. Завтра поеду забирать заказ, для начала 3 штуки по 2400мАч защищенных, потом подумаю, стоит ли наращивать до 6.

Ну и на этом пока все. С механикой разобрались, теперь самое время переходить к управляющей схеме.
Удачных экспериментов и хорошего крафта:)

Схемы и платы можно скачать.

P.S.
Про импульсные преобразователи подробнее можно почитать у DI HALT`а.
И простая считалка обвяза преобразователя:
http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml

Содержание серии:
0 — Планирование.
1 — Приводы и питание.
2 — Контроллер периферии и связь.
3а — Мультимодульный USART. Теория.
3б — Мультимодульный USART. Реализация.
  • +3
  • 13 марта 2012, 20:40
  • Ozze

Комментарии (11)

RSS свернуть / развернуть
+
0
Супер! Огромное спасибо за столь подробное описание и грамотный подход к делу!
avatar

admin

  • 14 марта 2012, 06:26
+
0
Да подход внушает=)
Разве что я забил на защитные диоды.
L293D со встроенными диодами;)
avatar

Zoltberg

  • 14 марта 2012, 22:27
+
0
А не подскажете ли, можно ли мне так же забить на диоды?
Я слепил мотор-шилд на мосфетах, использовал IRFZ44N. Они, кажись, со встроенными стабилитронами.
Проверил на движке — на холостом ходу (без нагрузки) работает, ничего не перегорает.
Только при ШИМе (от дуины — 500 Гц) с большой скважностью слегка греются транзисторы, наверное, при установке на тележку надо будет радиаторы ставить.
avatar

able

  • 15 марта 2012, 06:44
+
0
Спасибо, буду знать:)
avatar

Ozze

  • 15 марта 2012, 13:02
+
0
в L293DNE встроенных диодов нет!
myrobot.ru/downloads/datasheets/l293dne.pdf

в L293D — есть!

но тогда ток до 500mA. DNE — можно до 1000mA! (потому что диоды греются снаружи)

забивать на обвязку не стоит,
не хотите заморачиваться с обвязкой — берите интегрированную схему! (L293D)
или лучше сразу Motor Shield

очень странно, учитывая что автор сделал печатную плату…
avatar

RoboZeka

  • 25 марта 2012, 13:48
+
+1
«не хотите заморачиваться с обвязкой — берите интегрированную схему! (L293D)
или лучше сразу Motor Shield»

Если это мне, то ;)))
как-то не попался мне мотор-шилд, который выдерживал бы по 15-20А на канал.
Если такие есть, то сколько стоят?
А с доставкой?
Нафиг-нафиг, проще самому сделать :)
Да и интереснее.
avatar

able

  • 25 марта 2012, 14:42
+
+3
Кстати, в L293DNE диоды таки есть,
NE — это просто вариант исполнения микрухи L293D! XD
Их нет в L293 и L293NE.
avatar

able

  • 25 марта 2012, 15:32
+
+1
да, погорячился =)

L293DNE = L293D, только с перевернуой логикой,
подробнее myrobot.ru/stepbystep/el_simple_robot.php

моторшилды на 15-20 амепер — постоянно попадаются, видел даже до 50?
сайты seeedstudio.com dfrobot.com roboshop.com, доставка с сиидстудио от 50$ бесплатно. вчера пришла посылочка =)
кстати стоили как то недорого…

конечно самому интереснее!, но даже самый простой драйвер двигателя может победить начинающего робототехника, особенно если игнорировать рекомендованную даташильдом обвязку.

мой ответ был предназначен скорее тем, кто прочитав статью и коменты тоже начнет, не глядя, выкидывать из схем защитные диоды, конденсаторы и прочие непонятные штуковины.
avatar

RoboZeka

  • 25 марта 2012, 20:17
+
0
Я ведь не просто так спрашивал. Я спросил именно об IRFZ, может, кто-то знает.
Буква Z в названии вроде бы обозначает наличие внутри диодов Зенера, которые, собственно, и указываются на схемном обозначении данного мосфета.
А вопрос был в том, какую мощность выдержат эти диоды, рассчитаны ли они на номинальный ток?
Как я понял из дальнейших поисков, выбросы тока кратковременны и мощность диодов, кажется, большого значения не имеет. :)
avatar

able

  • 26 марта 2012, 02:13
+
0
У Сидстудио я уже полгода закупаюсь, но у них шилды только двухамперные, на L298.
Мощные видел только у Pololu, но от них доставка дороговато, да и сами товары дорогие.
У DFRobot и Robotshop тоже цены завышены.
avatar

able

  • 26 марта 2012, 02:19
+
+1
Ух, пришлось немного инфы поискать. Ну в этом то и прикол общения со сходными интересами. Казалось бы в понятных вещах постоянно новое открываешь:)
Как я понял, есть L293D и L293DD от ST Microelectronics, друг от друга отличаются только корпусами. И есть L293DNE, L293N и L293NE от Texas Instruments. По той ссылке (www.myrobot.ru/stepbystep/el_simple_robot.php помню, когда-то начал освоение этой микросхемы оттуда) немного рассказано про эти микросхемы, и приведены еще аналоги. Изделия от Texas Instruments по умолчанию на логических входах имеют 1. И из упомянутых только в L293N и L293NE нет диодов.

И как вы верно заметили, ток увеличивается почти вдвое, «потому что диоды греются снаружи».

«мой ответ был предназначен скорее тем, кто прочитав статью и коменты тоже начнет, не глядя, выкидывать из схем защитные диоды, конденсаторы и прочие непонятные штуковины.»
Я их выкинул потому, что у меня с прошлого лета ездилка из китайской машинки пркрасно себя чувствует без них. И как выяснилось — не зря:) Выкинул потому, что в интернете схемы с L293D повально без них.
On the L293, external high-speed output clamp diodes should be used for inductive transient suppression

Теперь знаем хорошо, с чем работаем:)
avatar

Ozze

  • 26 марта 2012, 17:04

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.