Enkodér do serva
senzor pro odometrii jednoduchého robota
Jedním z hojně užívaných pohonů pro malé mobilní roboty je upravené modelářské servo. Popisů na úpravu pro kontinuální otáčení existuje na webu mnoho. Pro kvalitní řízení robota však ještě potřebujeme vědět, jakou vzdálenost robot ujel a jak rychle se pohybuje. Potřebujeme tedy snímač, který nám tuto informaci zajistí…
Tento článek je prvním a doufám, že ne posledním, na téma stavby
jednoduchého mobilního robota. Robotikou na hobby úrovni se
zabývám již tři roky, a tak bych se chtěl o své zkušenosti
podělit.
Motivace
Upravené modelářské servo je poměrně levné, má dostatečný výkon, kvalitní
převodovku (lze koupit náhradní díly) a vestavěnou elektroniku. Je tedy vhodné
jako pohon pro malé mobilní roboty. Servo samotné však nemá žádný snímač, který
by zjišťoval, jak rychle se pohybuje. U klasických motorů se k tomuto účelu
nejčastěji používají optické inkrementální snímače, buď jako průchozí nebo
reflexní optická závora. Bližší popis v průvodci kapitola
Enkodéry. Získáme-li informace o otočení kol, můžeme je
použít pro určení polohy robota (viz. průvodce Odometrie).
Realizace enkodéru
Snímací kolo |
Současnou variantu vestavby enkodéru do
serva lze realizovat poměrně snadno. Je nutné se pouze obrnit
trochou trpělivosti. Celá úprava stojí meně než 100 Kč, a při
troše šikovnosti ji lze zvládnout za cca 1 hodinu práce. Odměnou
je dobrý pocit z fungující pohonné jednotky. Pro úpravu zvolíme asi nejběžnější standardní servo Hitec HS-322.
Co budeme potřebovat kromě serva?
Součástky:
IR reflexní optozávoru QRD1114 | 2x |
rezistor miniaturní - 2k7 | 2x |
SMD rezistor velikost 1206 - 220ohm | 1x |
SMD rezistor velikost 1206 - 4k7 | 2x |
SMD keramický kondenzátor velikost 1206 - 100nF | 1x |
SMD integrovaný obvod 74HC14 | 1x |
čtyřžilový kabel (průřez jako má přívodní kabel servu) | |
desku plošného spoje (viz. dále), lze se obejít i bez ní, ale konstrukce pak již není tak odolná |
Nářadí:
- páječku (nejlépe mikropáječku)
- jehlové pilníky
- vrtačku a vrták (3-4mm)
- křížový šroubovák
- štípací kleště
- nůž
- štětec a černou matnou barvu (např. na kity)
- lepicí pásku
Postup
Vestavbu začneme kompletní demontáží serva. Odšroubujeme spodní kryt.
Odpájíme přívody elektromotoru a desku s elektronikou vyjmeme. U
posledních sérií serv to jde trochu ztuha kvůli použití
nějakého lepidla.
Odskřípneme vodiče od potenciometru. Sejmeme
kryt převodovky a převodovku rozebereme. U výstupního kola
odstraníme výstupek, který brání otáčení o více než 180°, např.
odskřípnutím kleštěmi a začištěním nožem. Odšroubujeme
potenciometr a vyjmeme jej.
Nyní nás čeká nejpracnější část, zhotovení otvorů pro snímače. Pro určení polohy otvorů použijeme
šablonu (vytisknout v rozlišení 600 DPI).
Přiložíme ji na servo tak, aby kruhový otvor v
šabloně byl na výstupku pro osu prvního ozubeného kola, a
označíme si otvory. Kouskem lepicí pásky zalepíme pastorek
motoru, aby se do něj nedostal prach (jde to velmi obtížně
vyčistit). Vyvrtáme do obou otvorů díry průměru < 4mm a
jehlovým pilníčkem dopilujeme otvory do správných rozměrů.
Nejlépe je zkontrolujeme přímo zkoušením vložení snímače. Dále
vypilujeme vybrání pro kabel od snímače. Prohloubíme a rozšíříme
původní vybrání a šikmo dovnitř vypilujeme zkosení.
Dále nabarvíme první ozubené kolo z poloviny černou barvou. Nejprve ho
odmastíme, poté polovinu přelepíme lepicí páskou a natřeme.
Doporučuji matnou černou barvu na kity. Po zaschnutí sejmeme
pásku, a pokud nám barva zatekla i pod ni, opatrně nožem
zaškrábneme.
Při zkoušení jsem zjistil, že kvalita signálu přímo
ze snímačů velmi překračuje všechna moje očekávání (viz. obrázek
z osciloskopu).
Proto by bylo možné výstupy snímačů použít
přímo, ale z hlediska možného rušení blízkým motorem je vhodné
signály upravit hradlem se Smittovým vstupem. Hodnoty odporů
byly určeny experimentálně.
Osadíme desku s plošnými spoji
rezistory, kondenzátorem a integrovaným obvodem.
Snímače jsou orientovány fototranzistorem, tj. tmavší částí ven.
Zapájíme je tak, aby horní plocha lícovala s povrchem serva (viz. obrázek).
Tzn. snímače zapájíme spodní hranou 3,5mm nad deskou nebo raději přímo v servu.
Snímače umístíme do serva tak, aby horní plochou lícovaly s povrchem serva,
vložíme DPS a zápájíme (je tam sice málo místa, ale máme jistotu, že snímač bude
tam, kde má být).
Osazení DPS |
Nyní snímač vyzkoušíme. Vložíme desku do serva, upevníme šroubem od
potenciometru, pod který vložíme izolační podložku. Sestavíme
převodovku. Připojíme napájení 5V a zkontrolujeme výstupy
enkodéru. Pokud je vše v pořádku a při otáčení serva se na
výstupech objevuje požadovaný průběh, máme vyhráno. Nakonec
upravíme původní desku elektroniky. Odpájíme zbytky přívodních
vodičů od potenciometru a nahradíme je odpory 2k7 dle obrázku.
Kabel od enkodéru umístíme do rozšířeného vybrání,
desku s elektronikou serva vložíme na původní místo a přípájíme vývody motoru. Nyní
vyzkoušíme funkci enkodéru při běžícím motoru. Jak řídit motor
serva se můžete dočíst v průvodci Řízení serva a jak vyhodnotit
signál z enkodéru bude předmětem dalšího pokračování.
Pokud Vás článek zaujal a rádi byste přidali svůj komentář, případně pokud jste
zde našli chybu či nesrovnalost, použijte prosím našeho
kontaktního formuláře.