Progettazione, realizzazione e collaudo di Robot da combattimento peso formica ( AntWeight ) e peso scarabeo ( BeetleWeight)
utilizzando una stampante 3D e una macchina CNC.
Dopo aver stampato gli otto pezzi che compongono il robot, passiamo ad assemblarli. Per fare ciò abbiamo bisogno di 8 viti autofilettanti per plastica M2 lunghe circa 5 mm,
di 4 viti testa esagonale M3 di lunghezza adeguata e 4 dadi autobloccanti M3.
A questo punto passiamo al cablaggio dell'elettronica come nella seguente foto:
Per questo Battlebot ho usato un ESC prodotto dall'italiana MICROBOT. Si tratta di un regolatore di velocità e d'inversione di senso di marcia che accetta tre tipi d' INPUT : analogico (potenziometro), radiocomando RC, comunicazione digitale I2C. Inoltre è dotato della funzione di calibrazione sui segnali della ricevente.
Questo battlebot l'ho disegnato da zero pensando ad un robot veloce, piu piccolo rispetto a
questo e dotato di armi passive. Quest'ultime consistono
in due forche fisse e al centro una pala flottante.
Come materiale di stampa ho usato il solito PETG. Dopo vari combattimenti, non ho riscontrato rotture. Qui si trovano alcuni video di combattimento tra il Lifterbot ed il wedgebot.
In questo post parleremo del'ESC LS-L4015-D. Si tratta di regolatore di velocità bidirezionale per motori a spazzole con un BEC integrato.
Quest' ESC è stato il primo regolatore di velocità con cui ho avuto a che fare. Preso su amazon per pochi euro. Le specifiche del costruttore dicono che
funziona in un range di tensione che va da 4V a 8V, quindi ideale per funzionare con una batteria 2S (7,4 V). Appena l'ho avuto fra le mani, sono
passato subito a testarlo.
Dopo averlo cablato con il motore e la ricevente, l'ho alimentato con una LIPO 2S e subito un led rosso ha iniziato a lampeggiare velocemente.
Azionando lo stick del radiocomando, non succedeva nulla. Ho pensato subito che il mancato funzionamento fosse dovuto all'alimentazione sbagliata (la LIPO 2S che utilizzavo era carica e dava in uscita una tensione di 8,3 V, valore leggermente superiore
alle specifiche di funzionamento).
A questo punto ho sostituito la LIPO con un alimentatore variabile impostato a 5V. Con questa tensione il led si era spento e agendo sullo stick
proporzionalmente, il led iniziava ad accendersi ed il motore a girare. Alzando la tensione con step di 0,5 V , ho verificato che l'ESC funzionava
fino ad una tensione massima di 6 V, Poi andava in stallo ed il led iniziava a lampeggiare di continuo. A questo punto per far funzionare il mio
primo battlebot do dovuto interporre tra la LIPO e l'ESC un regolatore di tensione LM7805. Così facendo, le prestazioni dei motori sono calate.
Inoltre l'ESC è dotato di default anche del freno motore, quindi per invertire il senso di marcia bisogna sempre passare per la posizione neutra dello stick.
Non contente dell'acquisto e della soluzione adottata, mi sono messo a cercare su Google qualche possibile soluzione e girando e rigirando,
ho trovato questo. In quest'articolo l'autore parla della versione 1 del
nostro ESC e indica di fare un ponticello sulla scheda per disabilitare il freno. Con questa dritta sono passato a scansionare minuziosamente
il PCB del mio ESC , che è diverso da quello dell'articolo. Alla fine ho trovato l'unico tratto di pista dove potenzialmente ci sta una saldatura (vedi foto sotto).
La saldatura da effettuare è quella evidenziata nel riquadro rosso. Basta congiungere le due piazzole con un po’ di stagno.
Dopo la modifica ho cablato il tutto e ho alimentato l'ESC con la LIPO 2S. Il risultato è che oltre ad aver eliminato il freno, adesso l'ESC
accetta anche una tensione superiore ai 6V, quindi ho potuto eliminare il regolatore di tensione LM7805, avendo il massimo delle prestazioni
dal motore.
Entusiasta dei risultati ottenuti, sono passato a modificare anche il secondo ESC e non contento, ho eseguiti ulteriori modiche con lo scopo
di trasformare i due ESC in un unico ESC doppio. Così ho eseguito le seguenti modifiche:
1) ho eliminato l'interruttore d'accensione bypassandolo con una saldatura.
2) ho accorciato i cavi che vanno alla ricevente.
3) ho eliminato i due condensatori elettrolitici.
4) ho fatto in modo che dai due PCB esca un unico cavo d'alimentazione.
5) infine ho incollato i due ESC uno all'altro usando del biadesivo di adeguato spessore.
Il risultato è il seguente:
Con questa soluzione sono riuscito a ridurre di molto l'ingombro degli ESC.
in questo post abbiamo
visto come configurare il radiocomando per far muovere il nostro Battlebot.
adesso andiamo avanti con la configurazione del canale che gestisce l'azionamento dell'arma principale del nostro Battlebot. Se quest'ultimo
è dotato di solo armi passive, bastano solo due canali per gestire il movimento, ma se ad azionare l'arma c'è un attuatore ( nel caso del
Lifterbot abbiamo un servo) c'è bisogno di un terzo canale.
Ritornando al radiocomando SPEKTRUM DX6I MODE 1, ho impostato l'azionamento dell'arma sullo stick di destra (alettone / throttle) e nello specifico ho usato il canale del throttle (gas).
Ho scelto questo canale perche la posizione dello stick non ha la molla del ritorno al centro, quindi posso posizionare il servo in qualsiasi posizione
entro l'angolo di regolazione del servo stesso. Questo si riflette (nel caso del braccio ribaltatore) in un movimento proporzionale di quest'ultimo.
Una volta collegato il servo alla ricevente, e verificato il senso di rotazione richiesto rispetto al movimento dello stick, bisogna regolare
i fine corsa del servo. Per fare ciò andiamo nel menù della radio e cerchiamo la voce REGOLAZIONE DELLA CORSA ( nel caso del DX6i andiamo
in TRAVEL ADJ).
A questo punto abbiamo l'azionamento dell'arma spostando lo stick del throttle in modo proporzionale. questa funzione va bene quando in un combattimento
corpo a corpo si cerca di divincolarsi. Ma se vogliamo un azionamento istantaneo del ribaltatore ( azionamento ON OFF) come fare?
La risposta è semplice, basta associare il canale throttle ad un interruttore del radiocomando. nel caso del DX6I ho abbinato l'apertura istantanea al pulsante
TAGLIO DEL THROTTLE. La sequenza d'azionamento in ON OFF dell'arma è la seguente:
si parte con lo stick del throttle tutto su ( braccio ribaltatore tutto alzato), con la mano destra si tiene premuto il pulsante TAGLIO DEL THROTTLE ( braccio ribaltatore tutto giù),
con la mano sinistra si pilota il robot. Quando si vuole sferrare un colpo basta rilasciare il pulsante e all'istante il braccio ribaltatore
si alza fino alla sua massima estensione.
Ritornando al movimento proporzionale dell'arma, questa funzione può essere sfruttata meglio quando l'arma è costituita da un Spinner; infatti
collegato l'ESC al canale del throttle, si riesce a controllare i giri del motore BRUSHLESS e quindi la velocità della lama rotante.
Per pilotare un Battlebots si utilizza in genere un Radiocomando a due Stick, il classico per pilotare aerei (modalità ACRO)
ed elicotteri (modalità HELI).Si può usare sia un radiocomando MODE 1 che un MODE 2.
In questa mini guida spiegherò come miscelare i due canali che gestiscono i motori, in modo da fare avanzare o retrocedere e
girare a destra o sinistra il nostro Battlebots.
Per la spiegazione mi rifaccio all'impostazione di uno dei miei radiocomandi e nello specifico lo SPEKTRUM DX6I MODE 1.
Ho impostato la radio in modo che lo stick di sinistra (elevatore / timone) gestisca rispettivamente l'avanti - indietro (elevatore)
e destra - sinistra (timone).
Fase 1:
La prima cosa da fare prima di eseguire la miscelazione dei canali è verificare che i motori girano nel senso giusto. Per fare questo
si parte dal layout dei motori sul robot. Nel mio caso, ho collegato l'ESC che gestisce il motore sinistro sul canale dell'elevatore
della ricevente e l'ESC che gestisce il motore destro sul canale del timone.
Spingendo lo stick in avanti (elevatore +) il motore sx deve girare in senso antiorario. Se questo non accade, invertire il canale
dell'elevatore.
Spingendo lo stick a destra(TIMONE +) il motore dx deve girare in senso orario. Se questo non accade, invertire il canale
del timone.
Fase 2:
Passiamo ad impostare il primo MIX. Impostiamo l'elevatore come master ed il timone come slave. impostare la miscelazione su +100%.
Spingere lo stick in avanti e verificare che il robot avanzi in avanti .Se il robot va indietro impostare la miscelazione su -100%.
A questo punto Spingere lo stick indietro e verificare che il robot avanzi all'indietro.
Fase 3:
Passiamo ad impostare il secondo MIX. Impostiamo il timone come master ed l'elevatore come slave. impostare la miscelazione su +100%.
Spingere lo stick in sinistra e verificare che il robot avanzi verso sinistra. Se il robot va a destra impostare la miscelazione su -100%.
A questo punto Spingere lo stick a destra e verificare che il robot avanzi verso destra.
Per entrambi i mix, se un motore gira più velocemente dell'altro, agire sulle percentuali di miscelazioni impostate precedentemente, aumentandole
o diminuendole.
La parte elettromeccanica ed elettronica include i seguenti componenti:
due micro motoriduttori N20; un micro servo; due esc per motori a spazzole (brushed motor); una ricevente RC;
una batteria Lipo.
I micro motoriduttottori devono essere preferibilmente da 300 rpm @ 6 volt con rapporto 50:1. Sui vari siti di vendita online si
trovano anche sotto i 5 euro.
Il micro servo deve avere preferibilmente gli ingranaggi in metallo. Io personalmente uso un MG90S Tower Pro.
Gli esc possono essere sia singoli che doppi. In genere Gli esc doppi sono la migliore soluzione; infatti il loro punto di forza sta nella compatteza a livello d'ingombro e peso ma di contro hanno un prezzo elevato. Io personalmente utilizzo esc singoli d'origine cinese, acquistati su Banggood a circa 5 euro.
La ricevente RC deve avere almeno tre canali (due per gestire i due motori ed uno per il servo). Io utilizzo sistemi radio
a 2.4 Ghz , come radiocomando utilizzo un DX6I della Spektrum, un DEVO 7 della Walkera e un T8SG plus della Jumper. Quest'ultimo
è molto versatile in quanto si tratta di una radio multiprotocollo, quindi riesco a gestire ricevinti di varie marche.
La batteria è una piccola LIPO 2S 20C 40C 180 mAh.Con tale batteria si garantisce circa 10 minuti di combattimento.
Tutti i vari componenti vanno cablati come mostra l'immagine seguente. La ricevente RC viene alimentata direttamente dai BEC integrati negli ESC.
Terminati i cablaggi si va a posizionare la parte elettronica e gli attuatori seguendo come linea di partenza l'immagine seguente. I motori vanno fissati con le staffe precedentemente stampate.
Per finire si montano le ruote. Io ho scelto Queste ruote.
Dopo aver stampato tutte le varie parti, procediamo con l'assemblaggio. Per fare ciò abbiamo bisogno di viti autofilettanti per plastica M2 lunghe circa 5 mm e una barra filettata M3 con dati autobloccanti.
Per prima cosa assembliamo il braccio sollevatore:
Tagliamo la barra M3 a misura per unire i due ARM, la LEVA e i distanziali da 12 mm e 19 mm .
infine avvitiamo i tre scudi .
Terminato il montaggio del braccio sollevatore passiamo all'assemblaggio di quest'ultimo con il BOTTOM .
Tagliamo la barra M3 a misura per unire il bottom con il braccio sollevatore e il distanziale da
39.5 mm .
Attenzione, stringere i dadi autobloccanti fino a che rimanga un po' di gioco in modo che la leva ruoti liberamente sull' asta filettata M3 e lo stesso vale per l'asta filettata M3 tra il braccio e il bottom.
Bene, a questo punto abbiamo la base dove iniziare a montare i primi componenti elettromeccanici ( motori, servo) e l'elettronica di controllo.
Questo battlebot è stato ridisegnato completamente prendendo spunto da questo. Il peso del robot originale rientra nei 150 g , io l'ho portato a circa 220 g in modo da poter accogliere le varie parti elettroniche piu economiche rispetto a quelle dell'originale.
Per prima cosa scarica qui le parti da stampare. In base alle prestazioni delle propria stampante 3D ci possono volere svariate ore di stampa.
Come materiale di stampa sarebbe preferibile l' ABS, ma ci sono tanti altri materiali piu facili da stampare e abbastanza resistenti. Io personalmente ho usato del PETG, che è un giusto compromesso di resistenza e facilità di stampa ed inoltre è inodore.
Gli strumenti necessari per poter iniziare questa fantastica esperienza sono vari e si dividono in parte software ed in parte hardware.
La parte software riguarda i programmi CAD in 3D, i programmi per lo slicer della stampante 3D e i programmi per la macchina CNC.
In rete ci sono varie soluzioni sia open source che a pagamento. Personalmente per disegnare utilizzo OPENSCAD,per la
stampante 3D utilizzo Simplify3D e per la macchina CNC utilizzo linuxCNC. Per adesso lasciamo stare la CNC in quanto la si utilizza per
creare particolari in metallo tipo scudi di protezioni quando si combatte contro lame rotanti (spinner).
Concettualmente il workflow è il seguente:
con OPENSCAD si crea il modello 3D, lo si esporta in un file .STL che viene elaborato dallo slicer ( Simplify3D ) che genera il
file Gcode. Quest'ultimo file viene eseguito dalla stampante 3D creando il modello reale.
La parte hardware è costituita dalla stampante 3D, dalla macchina CNC, dai vari attrezzi per l'assemblaggio ( cacciavite, pinze, saldatore, ecc.).
Per quanto riguarda la stampante 3D si può iniziare anche con delle economiche sopra i 100 euro. Io personalmente uso una stampante che mi sono auto costruito.
Se non si vuole realizzare il modello da zero, sul web ci sono vari siti dove scaricare progetti pronti da stampare. Personalmente, prima di iniziare
a disegnare i miei battlebots, i primi progetti li ho scaricati qui.
La passione per l'elettronica e la programmazione mi ha spinto ad affacciarmi al mondo dei
modelli radiocomandati. Dopo aver fatto esperienza con il mondo dei droni, ho voluto sfruttare
tutto il sapere acquisito cimentandomi nella realizzazione di questi piccoli robot da combattimento.
In Italia non esiste un vero e proprio sport legato a questi robot, ma in altri paesi esistono vere
e proprie competizioni divise in varie categorie in base al peso. Si parte dai 150 grammi dei
AntWeight fino ad arrivare agli oltre 150 kg dei superheavyweights.
In questo blog condividerò vari progetti da me realizzati, descrivendo passo dopo passo come si realizza
un battlebot, partendo dal disegno del modello, passando alla realizzazione tramite stampante 3D fino ad
arrivare al montaggio della parte meccanica ed elettronica e alla programmazione del radiocomando RC.
Questi battlebot possono sembrare dei giocattoli ma in realtà non lo sono; infatti in base al tipo
d'arma utilizzata, possono essere più o meno pericolosi.
Dopo aver realizzato minimo due robot, per poterli collaudare bisogna costruirsi un'arena, anche non grandissima.
Come punto di partenza ci focalizzeremo sulla realizzazione di due modelli ribaltatori, in modo da poter
gareggiare in un'arena aperta senza bisogno di vetri protettivi. Quest'ultimi diventano essenziali quando
entreranno in campo dei battlebots armati con armi rotanti ( spinner verticali ed orizzontali ).
Queste armi possono sparare in aria pezzi di robot ed armi stesse col rischio di ferire seriamente le persone
presenti (piloti e spettatori).
