Очень хочется, наконец, заставить тушку бегать. С головой, без головы, хоть строго по прямой пока в стену не упрется, хоть с кнопок порулить. Да, как угодно! Лишь бы уже хоть какой-то прогресс…

Для решения этой задачи, тушке нужно два ключевых компонента – шасси и батарейки.


Разработанное для проекта шасси условно можно разделить на три компонента: (A) “ведущие колеса”, (Б) “двигатель-трансмиссия” и (В) “опорные колеса”.

Итак…


Ведущие колеса – самый ключевой элемент системы. Именно ими собачка будет бегать и поворачивать.

Конструкция кажется простой и без затей, но, на самом деле этот узел содержит дофига деталей:

Прежде всего, сами колеса. Их я не делал с нуля, само-собой. Взял уже готовые. На самом деле это передние (“опорные” колеса от инвалидного кресла-каталки:

Однажды, друг сломал ногу. По этому случаю, некоторое время своей жизни провел на соответствующем транспортном средстве. Когда средство перестало быть нужным, он собирался его отдать/продать/сдать, но руки у него до этого так и не дошли. Несколько лет кресло ржавело на улице у него во дворе. Ну и стало, в итоге, донором колес для этого моего проекта. Хорошие колеса: крепкие, надежные, наверняка одобрены для применения в медицинском оборудовании, какой-нибудь местной ассоциацией ведущих проктологов и имеют какой-нибудь пафосный сертификат в этой связи.

Есть в них один минус: они совершенно ни разу не были предназначены для исполнения роли ведущих колес. Т.е. они умеют только сидеть на тонкой оси и безвольно вращаться.

Очень не хотелось влезать в их “устройство”: выгрызать ступицы, что-то там такое изобретать, крепить, бороться с биением и перекосами… Более разумным показалось разработать под них специальные “суб-ступицы”, которые включали бы в себя уже имеющуюся ступицу колес в своей родной конфигурации:

Еще более разумным было бы купить нормальные колеса, специально для роботов такого типа предназначенные. Но… За конкретно этими колесами лежит целая история. Про них есть, что рассказать. Они представляют собой некую “историческую ценность”. Пускай и для очень узкого круга людей, но тем не менее… За новыми же специальными колесами с какого-нибудь амазона или алибабая – ничего кроме бездушной китайской машины массового производства не стоит. А я, порой, бываю не к месту сентиментален…

Итого, две половинки суб-ступицы, обхватывая родную ступицу колеса, надежно стягиваются насквозь пятью болтами.

Одна из половин суб-ступицы имеет в своем составе ведомую шестерню под под стандартный ремень типа XL 10мм шириной. 40 зубов на ведомой шестерне. 20 зубов будет на ведущей. В комплексе это обеспечивает понижающую передачу 2:1. Печатается шестерня из PETG: пять периметров, 60% заполнение “сотами” и т.п. Короче, практически монолитный шмот очень крепкого пластика.

Нужных наборов было изготовлено две штуки – по количеству колес:

Попутно, пришлось избавить колеса от родных подшипников – они оказались проржавевшими вхлам. Годы проведенные на улице не прошли бесследно. Пришлось всю начинку ступицы полностью заменить.

Спонсором новых подшипников стала дочь, которая поделилась запасами от какого-то там своего лонгборда, на котором она до сих пор иногда катается по парку, когда с собаками решает погулять. Какие-то там у нее супер-ваще-специальные подшипники для идеального скольжения носом по асфальту… Не знаю… Мне, главное, что по размеру подошли идеально.


Теперь – ось для колес. Простая палка, казалось бы…

Но исходя из внутреннего диаметра подшипников колес, выходило, что посадочные места под них на оси должны быть весьма тонкими. Висеть же на них будет – весь робот целиком… Соответственно, из чего попало делать не получится:

Алюминий не прокатит. Нужна хорошая сталь. А это значит, что для ее обработки в моей домашней мастерской нет ровным счетом нихрена.

Пришлось задействовать “взрослый” ЧПУ-станок на работе. Кажется, робот счел такую простую деталь за форменное унижение… Пришлось молить его о прощении все те пять минут, что он ее резал и обещать познакомить с “Сарой”, когда она сможет самостоятельно ходить:

Раз уж пошла такая пьянка со злоупотреблением должностным положением, то отволок готовую ось и к другому роботу. Этот – попроще. Умеет гравировать лазером картинки. Клиенты такие художества, бывает, притаскивают на гравировку, что он ко всему привыкший. Перед ним можно не извиняться и ничего не обещать.

Думал еще и воронение сделать, благо, на работе и такое оборудование есть, но… Долго, масло, горячая кислота, рож вот это все… Решил, что оно того не стоит… Натер каким-то ружейным маслом, что первое под руку подвернулось и – норм…

Но прикручивать ось и колеса к каркасу было еще рано…


Драйверам моторов в будущем понадобится охлаждение. Будет три мотора (два мотора на колеса + мотор для шеи), соответственно, три драйвера. Чем лепить к каждому по вентилятору и увеличивать расход батарей, лучше сделать один вентилятор сразу на всех троих. Включаться/выключаться он должен будет автоматически по мере надобности.

Поскольку драйверы моторов будут расположены возле самих моторов, а те, в свою очередь, в непосредственной близости от ведущих колес, то и вентилятор тоже должен быть расположен в той же области. Прям вот тут:

Вентилятору нужно крепление. А оси колес нужен дополнительный упор. Болты, конечно, достаточно надежно держат ось на передней части рамы, но очень хотелось все же, еще чуток усилить крепление. Это ось – сталь (SAE.4140). А рама – алюминий (ГВН.ИЗ.МАГ.НЕВЕД). Вибрации, все такое, крепежные отверстия в алюминии будут раздалбываться/ослабевать, если на их торцы будет робот опираться всем своим весом….

В общем, этот дополнительный упор стал одновременно и креплением вентилятора. Если посмотреть на весь комплекс крепления оси к раме в разрезе, то получается вот так:

И, вот, когда было изготовлено это крепление вентилятора, выполняющего, так же, функции упора для оси, вот только теперь можно было собрать весь узел ведущих колес вместе:

Треть шасси готова…


Следующая часть: “двигатель-трансмиссия”.

Два двигателя. А “трансмиссия” в данном случае, просто ременные передачи от каждого из моторов к колесам.

Вся эта часть состоит из двух комплектов в составе: прочного крепления под мотор, самого мотора, пары натяжных роликов для ремня и драйвера мотора. Последний крепится сам по себе прямо к раме каркаса. Остальные элементы собираются в креплении:

Моторы ходовой части – шаговые. NEMA 23 из “средней” весовой категории с тягой 269oz-in (20 кило на см.). 24 V, 2.8А. 400 оборотов в минуту.

В комплекте с понижайкой 2:1, должны выдавать тяги фунтов до 30 на дюйм и обеспечивать скорость, порядка 3.5-4 мили в час (5-6 ваших км. в час). Если верить этому калькулятору, вроде, получается. Прям, буквально по верхнему пределу, но должно прокатить. Покатит ли в реальности – время покажет…

Если что, то есть “План Б”. Взаимное расположение компонентов позволяет понизить передачу до соотношения 3:1 или, даже, 3.5:1. Торк станет выше, соответственно. Нужны будут более длинные ремни (уже есть в загашнике) и потребуется перепечатать ведомые шестерни на колесах (вопрос вообще ниочем). Будет соответствующая потеря в скорости, но для спринтерских забегов этот робот никогда и не планировался. Даже 2-3 мили в час – достаточно для перемещения по дому.

Есть и “План Ц”: моторы NEMA34. Под них придется перепечатывать крепления, но… Там по их мощности уже все настолько за гранью Добра и Зла, что и понижающих передач не нужно. Но прожорливые они – жесть… Каждый по 6А выхлюпывает – только в путь. С таким потреблением долго собачка не пробегает на своих батарейках. Сперва, все же, из 23-их попытаюсь все соки выжать. Они пока выглядят, как хороший компромисс..

Как и шестерни ведущих колес, основная часть креплений моторов печаталась из PETG со всякими зверскими параметрами. Вышло надежно и прочно:

На фото видно, что ведущая шестерня мотора на 20 зубов была сперва отпечатана из пластика. Просто очень хотелось пожужжать, а китайцы что-то слишком уж долго везли мне нормальные алюминиевые шестерни… Обидно, что терпения мне не хватило ровно на один день! Только был готов запустить все с этими пластмассовыми ведущими шестернями, как мне приперли таки нормальные алюминиевые. Пришлось половину всего разобрать, ставить нормальные шестерни, собирать обратно, натягивать ремни…


Ремни трансмиссии – тоже не все так просто…

Прежде всего, вместо наиболее часто используемого ремня типа GT2 (или MXL – почти тоже самое, но с другим профилем зуба), был использован тот, который обычно называют XL. Вот картинка для сравнения разных типов ремней:

Тут была задача минимизировать возможность срыва-проскальзывания ремня по шестеренке. Понятно, что, чем жирнее зуб у ремня, тем он более лучше кусь за шестерню. В разумных пределах, конечно…

С этой же точки зрения, немаловажна и общая площадь сцепления между шестерней и ремнем. Чем длиннее дуга по которой ремень обхватывает шестерню, тем выше их сцепление (выделено красным):

Для своей механической собачки я воспользовался именно вторым вариантом прокладки ремня. Возможно, разница и не кажется существенной, но уверяю вас, лишних четыре-шесть зубов в сцеплении оказывают крайне существенное влияние на надежность передачи в целом.

Кстати, у большинства “домашних” ЧПУ-станков, приводы на ремень организованы подобным же образом… “Все придумано до нас”…

На фотографиях ремни плохо видно, потому, что они всегда устанавливается вместе с колесами и за этими колесами их совсем не видно. Поэтому, вот, на уровне модели покажу, как оно выглядит на самом деле (колесо сделано невидимым):

Т.о. было достигнуто очень хорошее сцепление. Фактически, сейчас, при экстремальной нагрузке на трансмиссию, обмотка на шаговом моторе проскочит раньше, чем ремень проскочит по шестерне. А еще сильно раньше до того – просто само колесо буксонёт по полу, скорее всего.


И, наконец, первое ж-ж-ж-ж ходовой части робота. Свершилось!

Конечно, это далеко еще не “первый шаг” робота. Даже и не подготовка к нему. Все на весу, управляющая ардуина на соплях, питается от маломощного настольного БП… Т.е. это ж-ж-ж-ж ровным счетом ничего не значит, ничего не показывает и ни о чем не говорит, с практической точки зрения… Но мне так хотелось это услышать…


Последняя часть марлезонского балета: “опорные колеса”. Самая простая часть приключения, которая уже мелькала но фотографиях. Просто потому, что они собирались параллельно с каркасом, являясь его неотъемлемой частью.

Всего две детали крепления, да поворотное колесико. Единственное приключение, которое было в этой связи – найти это самое колесико. В смысле, чтобы хорошее, а не как обычно. Пришлось протралить несколько хардверных магазинов. Нашел, в итоге…

Катается мягко, не люфтит в поворотном подшипнике, собрано качественно, само колесо не из дубового крошащегося пластика, как обычно, а нечто силиконоподобное упругое. Обещают, что может на себе держать до 130 фунтов. А мне и близко столько не нужно, так, что…

Эти колеса просто катаются вслед за ведущими, поддерживая корму собачки, чтобы по земле не волочилась. В основном, на них должен приходиться вес батареек в этой части каркаса.

А, вот, насколько их вихляние во время маневров, будет вносить помехи в общее управление – это большой вопрос. С одной стороны, вес аккумуляторов, приходящийся на эти колеса, должен минимизировать и их вихляния. С другой стороны, если вспомнить личный опыт по управлению тележкой в супермаркете… И опять – время покажет… Наступило б еще это всепоказывающее время…


Ну а пока, вот итог этого этапа работ (случайно подвернувшаяся живая собака, которая спала и никого не трогала – для масштаба):

Осталось впердолить в тушку механической собачки батарейки В сущности, это последний барьер, который предстоит взять перед тем, как механическая собачка сделает свой первый шаг. Пускай еще и не осмысленный, зато свой собственный, а не “помогли ногой под зад”, как сейчас.

О системе питания вообще и батарейках в частности, речь пойдет в следующих сериях…

Поделиться: