Гоночная машина - автобот. Моторы LEGO в техник-конструировании Одноместный программы NXT

Приступим:

Lego Technic 42022
- Arduino Nano
- DRV 8833
- Сервопривод SG-90
- Радио-модуль связи 433 МГц
- Мотор-редуктор 200 об\мин, с диаметром вала 3мм
- 2 светодиода
- 2 резистора 150 Ом
- Конденсатор 10v 1000uF
- 2 однорядных гребенки PLS-40
- 2 разъема PBS-20
- Катушка индуктивности 68мкГн
- 6 NI-Mn аккумулятора 1.2v 1000mA
- Коннектор папа-мама двух контактный на провод
- Хомутик
- Провода разных цветов
- Припой
- Канифоль
- Паяльник
- Болтики 3х40 и гайки и шайбы к ним
- Болтики 3х20

Шаг 1 собираем корпус.
Необходимо собрать нашу машинку по Lego инструкции 42022 второй вариант с некоторой доработкой. Выполняем все действия с 3 по 6 страницу. Механизм с шестеренками нам не нужен. Lego двигатель тоже собирать не нужно. Однако понадобятся крепления двигателя собираемые на 14 – 19 страницах, кроме шестеренок и валов. Далее собираем все со страницы 20 по 74, кроме рычага на странице 25.

Шаг 2 механизируем корпус.
Приводить в движение нашу модель будет мотор-редуктор со скоростью 200 об\мин. Можно использовать и с другим передаточным числом. Но, на мой взгляд, это оптимальный вариант. При 100 об\мин – слишком медленно, 300 об\мин – не хватает мощности и сильно греется двигатель. На вал мотор-редуктора надо надеть «леговскую» соединительную втулку и зафиксировать от проворачивания обрезком спички. Чтобы закрепить наш моторчик на модели, необхожимо согнуть деталь от металлического конструктора буквой «П» и хомутиком прикрепить мотор-редуктор к пластине. В итоге должно получиться следующее:

При помощь болтиков 3х20 прикручиваем наш моторчик к модели. Сильно затягивать не стоит! Иначе можно повредить детали Lego конструктора. На модели это выглядит так:

Для осуществления поворота возьмем несколько модифицированный сервопривод SG-90. Корпус надо аккуратно просверлить, чтобы не задеть внутренние части, сквозное отверстие диаметром 3.2 мм или просто вырезать канцелярским ножом.

Вставляем болтик в проделанное отверстие, а по краям надеваем треугольные пластины и фиксируем гайками. На вал сервопривода надеваем рычаг и прикручиваем к рычагу Lego деталь. На машинке это выглядит так:

Шаг 3 электрика.
Паяльник в руки и вперед. Всю электрику можно собрать просто соединив монтажными проводами. Но это неудобно, так как требует много места. Кроме этого высока вероятность некачественного контакта. Поэтому лучше спаять все на монтажной плате по следующей схема:

Внесу немного ясности: конденсатор можно брать любой маломощный, катушка индуктивности тоже какую найдете, это нужно для стабилизации напряжения микроконтроллера. К приемнику надо припаять антенну. У меня получилось следующее:

Ставим Arduino Nano и DRV 8833 на свои места:

Для питания будем использовать 6 аккумулятора Ni-Mn 1.2v 1000mA, спаянных последовательно и смотанных изолентой. Приклеиваем их на двусторонний скотч пассажирское место.

Соединяем все согласно схеме и устанавливаем в задней части машинки. Также можно добавить пару светодиодов. Поставим их на место фар и подключим к 14 контакту (A2).

Шаг 4 прошивка.
Для написания прошивку я использовал Arduino IDE. Актуальная версия на момент написания статьи 1.8.1. Реализовать протокол связи посредством модулем 433 МГц удобно с помощью библиотеки «rc-switch-2.52». Вам надо скачать ее и добавить в папку «libraries» Arduino IDE.

Подключаем Arduino и прошиваем следующей прошивкой:

Для проверки работоспособности нашей модели понадобится вторая плата Arduino. Необходимо ко второй плате подключить радиопередатчик 433 МГц. Передатчик подключается так:
VCC (передатчика) к 5+ (Arduino),
GND к GND,
DATA к D10.
Записать туда измененный скетч SendDemo. Он находится в примерах в установленной нами библиотеки, и служит для отправки команд. Перед прошивкой скетч надо немного изменить, а именно изменить передаваемые команды. В зависимости от того, что надо проверить пишем в строку отправки следующие команды:
«1» - движение вперед (команду писать без кавычек!)
«2» - движение назад
«15» - полная остановка
«3» - поворот руля влево
«4» - поворот руля вправо
«5» - установить руль посередине
«10» - включить фары
«11» - выключить фары

Изготовление пульта с радиопередатчиком 433 МГц – тема для отдельной статьи. Я обязательно займусь написание инструкции по изготовлению такого пульта.

Хочу сказать, что этот вариант подходит практически для любой модели Lego машинки. Достаточно подключить всю механику и найти место под плату. А если включить фантазию, то можно механизировать любую модельку.

Гоночную машину, имитирующую болид формулы 1, можно сделать с помощью образовательного набора LEGO MINDSTORMS Education EV3 (45544). В машине сидит водитель и держится за руль. Машина дистанционно управляется с Android-смартфона.

Для управления машиной я воспользовался приложением EV3 Numeric Pad (см. картинку ниже). Приложение позволяет сделать управление по своему алгоритму. Вот какие шаги нужно выполнить, чтобы управлять этой гоночной машиной с помощью EV3 Numeric Pad :

• • • • Запустить приложение EV3 Numeric Pad и подключите его через Bluetooth к EV3.
      • Запустите демонстрационную программу на EV3 (перед запуском обязательно установите передние колёса прямо).
      • Можно управлять.

Принцип работы приложения EV3 Numeric Pad следующий: когда вы касаетесь голубого прямоугольника и водите по нему пальцем, вы тем самым передвигаете по нему красную мишень. В это время приложение постоянно передаёт координаты мишени (по осям X и Y) модулю EV3. Координата по оси X – передаётся в диапазоне от -100 до 100 в почтовый ящик с именем «x», а координата по оси Y – тоже передаётся в диапазоне от -100 до 100, но в почтовый ящик с именем «y» (слева сверху отображаются текущие числа переданные EV3).

Демонстрационная программа racing-car.ev3 , которую вы можете скачать ниже, считывает координаты из ящиков «x» и «y» и преобразует следующим образом: координата по оси X преобразуется в повороты передних колёс вправо и влево, а координата по оси Y преобразуется в скорость вращения задних колёс. Как только вы отрываете палец от экрана, красная мишень возвращается в центр голубого поля, модулю EV3 передаются координаты 0, 0 и, соответственно, передние колёса возвращаются в прямое положение, и задние колёса останавливаются.

Нижняя полоска работает аналогично верхнему квадратному полю, но она передаёт значения от -100 до 100 в почтовый ящик с именем «z». Если вы прикоснётесь здесь пальцем слева или справа от центра, то демонстрационная программа заставит машину посигналить.

Вместо программы EV3 Numeric Pad вы можете использовать её более продвинутый аналог EV3 Numeric Pad+ (см. картинку ниже), в которой есть ещё 4 дополнительные кнопки, по нажатию на которые, вы можете запрограммировать дополнительные действия. Номера нажатых кнопок будут приходить в почтовый ящик с именем «w». Вот что вы можете попробовать запрограммировать сами при нажатии на дополнительные кнопки:

• • • • Помощь водителю при развороте : после нажатия на кнопку, машина самостоятельно совершает разворот на 180 градусов, попеременно двигаясь вперёд-назад и поворачивая руль то влево, то вправо.
      • Помощь водителю при парковке : устанавливаем машину рядом с местом, куда нужно парковаться, нажимаем запрограммированную кнопку, и машина сама паркуется.
      • Сигнализация : установка и снятие с охраны - пока машина на охране она не может ехать, а при обнаружении препятствия рядом с датчиком расстояния включается сирена и начинает мигать красным светом светодиод. Ещё можно подключить гироскоп и с помощью него определять, что машина под охраной стоит неподвижно, а как только машину кто-нибудь двигает, тоже включать тревогу.

Помимо того, что в программе EV3 Numeric Pad+ есть дополнительные кнопки, здесь можно выбирать между двумя вариантами имён почтовых ящиков. Это могут быть ящики с именами «w», «x», «y» и «z» (по умолчанию) или «a», «b», «c» и «d». Т.е. вы сможете запрограммировать сразу два пульта в одном.

Кроме первой версии машины вы можете сделать версию машины с увеличенной скоростью движения. В скоростной версии добавлены шестерёнки, благодаря которым машина потеряет в мощности, но сможет ехать в 5 раз быстрее. Разница при сборке только в креплении задних колёс (различаются шаги 18, 24, 25 и 26, а шаг 29 превращается в шаги 29 – 35 в скоростной версии). Для этой версии нужно использовать другую демонстрационную программу.

С появлением в 2007 году электрической системы LEGO Power Functions открылись новые интересные возможности для конструкторов, в частности моделей LEGO Technic:

1. Моторизация
2. Освещение
3. Дистанционное управление

Наиболее важным и сложным на мой взгляд всегда является вопрос моторизации.

Ввиду множества существующих моторов, всегда возникает вопрос: какой мотор выбрать для той или иной функции модели? Но недостаточно правильно выбрать мотор - не менее важно правильно его применить, а именно:

1. определить необходимую скорость и крутящий момент вала в конечном месте приложения усилия (вращение колес/рулевая система/поворот башни или подъем стрелы крана и т.д.)
2. правильно выбрать место расположения моторов в модели
3. надежно закрепить моторы
4. грамотно построить трансмиссию

На сегодняшний день линейка LEGO PF моторов представлена 4-мя моторами: L, M, XL, Servo. Дополнительно я включил в обзор скоростной 9V Race Buggy мотор, который не имеет аналогов в системе PF 2007 года. К сожалению, он уже не производится и не применяется в современных наборах, однако его можно купить б/у в достаточно хорошем состоянии.

8883 M (Medium) Motor. Средний мотор

Технические характеристики:

• Мощность - 1,15 ватт
• Крутящий момент при частичной* нагрузке - 5,5 N.cm
• Максимальное потребление тока - 0,85 A
• Минимальное потребление тока (без нагрузки) - 0,065 А

• Вес- 31 г.
• Провод - четырех-жильный, 20 см
• Размеры - 3x3x6.
• Интерфейс - Lego Technic, Lego System
• Система: Power functions (PF)

Мотор с невысокой мощностью. Широко распространен в наборах LEGO Technic.

Рекомендую использовать для рулевых систем, лебедок, пневмокомпрессоров, моторизации актуаторов, а также различных переключателей: коробок передач, пневмоклапанов и т.д. Применение возможно практически везде, где не требуется высокая мощность (высокая скорость и высокий крутящий момент одновременно).Поэтому для движения моделей данный мотор подходит плохо ввиду маленькой мощности.

Тем не менее, его можно использовать для движения моделей в следующих случаях:

Небольшие легкие модели;

С понижающей передачей. Крутящий момент тем самым повысится, однако сильно снизится скорость;

Модели с несколькими М моторами для движения, например, по мотору на ось для полного привода или два мотора на ось - задний привод. Можно больше моторов, однако не целесообразно, так как проще установить более мощный мотор (L, XL) сэкономив при этом вес и свободное место.

Отличительной особенностью данного мотора является возможность его крепления к System элементам за счет площадки размером 2x6 снизу.

При использовании в рулевой системе почти всегда необходимо делать понижающий редуктор для большего усилия и точного поворота колес. В своих моделях с небольшой скоростью движения я использую понижение как минимум 8:24 + 12:20. При этом использую белую clutch gear 24 шестерню с проскальзыванием для защиты рулевой от поломки в крайних. Также мотор хорошо подходит для рулевых систем с автовозвратом (возврат колес в центральное положение) с использованием резинок или других конструкций. В этом случае понижающий редуктор не требуется.

Мотор хорошо подходит для прямого подключения к линейным актуаторам практически для всех случаев применения.

К IR ресиверу можно подключать до 4-х M моторов, к одному выходу ресивера до 2-х моторов. ВНИМАНИЕ: для использования 2-х моторов от одного выхода IR ресивера необходимо использовать ресивер старой версии НЕ v2 !

88003 L (Large) Motor. Большой мотор

Технические характеристики:

• Мощность - 2,14 ватт
• Скорость вращения без нагрузки - 390 об/мин
• Крутящий момент при частичной* нагрузке - 10,5 N.cm
• Максимальное потребление тока - 1,3 A
• Минимальное потребление тока (без нагрузки) - 0,12 А

* - нагрузка при которой обороты падают в два раза от максимума.

• Вес- 42 г.
• Размеры - 3x4x7
• Интерфейс - Lego Technic
• Система: Power functions (PF)

Большой мотор впервые появился в наборе 9398. Мотор универсален: обладает высокой скоростью вращения (почти как у М мотора) и достаточным крутящим моментом для движения модели. Преимущество использования данного мотора в качестве движущего - быстрый, легкий, компактный и не "рвет" трансмиссию (как XL). Может использоваться на скоростных машинах, моделях с моно/полным приводом и триальных моделях (не менее 2х моторов). При понижении редуктором итоговый крутящий момент в месте приложения будет немногим меньше чем от XL мотора при равной скорости. Рекомендую для наибольшей мощности использовать по два мотора одновременно - размеры мотора в большистве случае это допускают (в отличие от громоздкого и неудобного XL)

L Мотор может использоваться везде, где мощности М мотора недостаточно - в рулевых системах, строительной технике и т.д.

Из прочих преимуществ мотора - наличие множества крепежных отверстий.

В ближайшее время мотор будет активно использоваться компанией LEGO в новых техник наборах, замещая M мотор (например, набор 2013 года - 42009 Mobile Crane Mk II)

Недостаток, на мой взгляд один: несмотря на заявленную ширину 4 дырки, на практике он занимает в конструкции все 5 дырок, что не всегда удобно.

8882 XL (Extra large) Motor. Экстра-большой мотор

Технические характеристики:

• Мощность - 2,65 ватт
• Скорость вращения без нагрузки - 220 об/мин
• Крутящий момент при частичной* нагрузке - 23 N.cm
• Максимальное потребление тока - 1,8 A
• Минимальное потребление тока (без нагрузки) - 0,08 А

* - нагрузка при которой обороты падают в два раза от максимума.

• Вес- 69 г.
• Размеры - 5x5x6
• Интерфейс - Lego Technic
• Система: Power functions (PF)

Мотор с высокой мощностью. У него невысокая скорость вращения вала, при этом огромный крутящий момент. Отлично подходит для полноприводных внедорожников, грузовиков и триальных машин с меделнной скоростью передвижения и потребностью в большом крутящем моменте.

Оффициально мотор применялся в трех наборах: 8275, 4958 и 8258. Возможно, отказ от его дальнейшего применения в официальных наборах - отзывы потребителей о сломаных деталях. Это мое предположение. Надеюсь, мы еще увидим его в действии. В противном случае, мотор в ближайшем будущем рискует стать дорогим раритетом как 9V Race Buggy мотор.

ВНИМАНИЕ : В руках неопытного строителя мотор часто приводит к сломанным шестерням, карданам и скрученным осям! При постройке модели необходим делать особо прочную трансмиссию для передачи высокого крутящего момента от мотора к колесам. Желательно ставить мотор максимально близко к оси исключая множество осей и передач, тем самым исключая риски поломок и повышая надежность в экстремальных нагрузках.

Постройка скоростных моделей с данным мотором затруднительна и неэффективна ввиду невысокой скорости вращения вала. Повышение скорости вращения за счет повышающего редуктора приводит к потерям крутящего момента.

Кроме движения моделей (8275 и 4958), мотор также подходит для второстепенных функций - там где нужна высокая мощность (как в 8258), или где нет возможности поставить М мотор с понижающим редуктором.

Недостатками данного мотора являются его большие размеры и вес.

В машинах среднего размера используют 1 мотор. В тяжелых и мощных моделях - 2 и больше.

9V Race Buggy Motor. Багги мотор.

Технические характеристики:

• Мощность - 4,96 ватт
• Скорость вращения без нагрузки:
• внешний выход - 1240 об/мин
• внутренний выход - 1700 об/мин
• Крутящий момент при частичной* нагрузке:
• внешний выход - 7,7 N.cm
• внутренний выход - 5,69 N.cm
• Максимальное потребление тока - 3,2 A
• Минимальное потребление тока (без нагрузки) - 0,16 А

* - нагрузка при которой обороты падают в два раза от максимума.

• Вес- 55 г.
• Размеры - 5x5x10
• Интерфейс - Lego Technic
• Система: 9V

Самый мощный лего-мотор. В настоящий момент не выпускается. Высокая скорость вращения вала, при этом достаточный крутящий момент. Отлично подходит для легких и средних скоростных машин. При использовании редуктора можно использовать в триальных моделях.

Мотор использвался в линейке наборов Racers (8475, 8366, 8376), Technic (8421, 8287) в 2002-2006г.в. Сейчас не выпускается. Можно найти "бу" в хорошем состоянии.

Имеет два сквозных выхода с разной скоростью вращения.

ВНИМАНИЕ: мотор необходимо использовать с PF IR приемниками версии 2 (v2, от набора 9398) так как приемники старых версий не дают мотору выйти на полную мощность и при малейшей нагрузке на вал включают защиту от перегрузки. Кроме того мотор можно использовать с блоком радио-управления (уже не выпускается) от набора 8475, который рассчитан на работу с двумя моторами одновременно.

ВНИМАНИЕ: Для подключения к системе Power functions, ввиду разных коннекторов, необходим переходник-удлинитель 9V-PF 20 см (продается отдельно).

Данный мотор мощнее чем XL. В триальных моделях, мотор позволяет ехать с более высокой скоростью. Легким скоростным моделям мотор позволяет достигать высоких скоростей (до 10 км/ч). Кроме того, возможна постройка легких дрифт-моделей.

Ввиду высокого потребления, к одному v2 IR приемнику можно подключить 1 багги мотор (+ маломощный м- или серво- мотор для руления, при необходимости). Кроме того для каждого багги мотора крайне желательно иметь отдельный батарейный блок.

Преимущества: высочайшая мощность и возможность использования в любых моделях.

Недостатками данного мотора являются его большие размеры и крайне неудобное крепление из за Г- образной формы мотора. Мотор потребляет много энергии.

88004 Servo Motor. Сервомотор.

Технические характеристики:

• Размеры мотора - 3х5х7. Имеется множество отверстий для крепления.
• Интерфейс - Lego Technic
• Система: Power functions (PF)
• Скорость вращения мотора без нагрузки - 90 градусов за 0,25 сек, то есть колеса поворачиваются из центрального в крайнее положение за 0,25 сек. На практике скорость вращения сильно зависит от нагрузки.

Этот долгожданный мотор появился впервые в наборе 9398. Мотор сделан для одной цели - поворот управляемых колес как на настоящих машинах. Он не совсем похож на традиционные сервомоторы радиоупраыляемых моделей, однако в нем реализованы функции автовозврата и поворота колес на разные углы.

Вал мотора не вращается бесконечно, как на обычных моторах: он поворачивает на 90 градусов по часовой стрелке и на 90 градусов против часовой. Итого - 180 градусов. При этом, при опускании рычага управления стандартного пульта (или нажатии на кнопку сброс/стоп пульта с плавной регулировкой) мотор возвращает вал в центральное положение (то есть колеса авто встают прямо). Помимо этого мотор позволяет устанавливать 7 различных углов поворота колес в каждую сторону: всего 14 позиций + центральная. Для этого необходим пульт с плавной регулировкой, как в наборах с поездами.

Мотор имеет передний и задний выходы соединенные вместе. Это позволяет легко реализовать поворот одновремнно передней и задней осей.

Если мотор управляется обычным пультом с рычагами: при нажатии на рычаг мотор поворачивается на максимальный угол - 90 градусов.

При управлении мотором пультом с регулировкой скорости мотор будет поворачивать вал постепенно в соответствии с вращением колеса пульта.

ВАЖНО: при строительстве модели вал мотора должен быть выровнен по центру - 4 точки на моторе и оранжевом выходе вала должны лежать на одной линии. Для центровки нужно подключить мотор к любому выходу IR ресивера подключенного к включенному батарейному блоку. В этом случае вы услышите кратковременный звук мотора - центровка произведена. Пульт при центровке трогать не нужно!

Мотор не очень подходит для очень скоростных машин (как правило, они на багги моторах) ввиду относительно медленной скорости поворота вала. Пожалуй, это единственный недостаток. Пусть он вас не смущает - построить очень быструю машину не так то просто. Если вы новичок - сервомотор значительно облегчит вам постройку модели. Модель с таким мотором легче управляется ввиду наличия автоцентровки колес, что очень важно если играть моделью будет ребенок.

В заключение хочу представить вам наглядные сравнительные характеристики от Sariel. Скорость моторов указана "средняя рабочая", а не максимальная. Тем не менее вы можете сравнить и соотнести характеристики моторов между собой.

При написании статьи использовались материалы сайтов lego.com и philohome.com, sariel.pl а также личный опыт строительства.

Удачной моторизации!

Привет всем любителям конструктора Lego! Мы решили продолжить начатую давно серию публикаций о том, как из имеющихся деталей конструктора лего создавать оригинальные поделки (смотрите « » и « »).

На это нас подтолкнул наш читатель Данил, который прислал нам фотоотчет, как из деталей, имеющихся практически у каждого, можно сделать городскую машинку лего.

При этом, при создании машинки лего, детали могут используются не оригинальные леговские, а из китайских конструкторов подделок «типа Lego».

Мастерим машинку лего

Все этапы создания машинки показаны на 10 фотографиях. Также на них видны, какие детали нужно найти и использовать для складывания машинки.

Машинка Лего — ГОТОВА!

Если у вас не хватает каких-либо деталей, то это не беда. Смело ищите им замену, меняйте дизайн, создавайте свою машинку, пусть даже она не будет похожа на эту. Главное — вы интересно проведете время, занимаясь конструированием.

На десерт мы предлагаем посмотреть лего анимационное видео, которое создал Данил, складывая машинку лего. Смотрите, ставьте лайки и подписывайтесь на канал

Для одного блока NXT
или
Скачайте программу для удалённого Bluetooth-управления (требуется два блока NXT).

Итого получится четыре программы: две для автобота с одним блоком NXT, и две для удалённого управления по Bluetooth, предназначенные для использования с 5-и кнопочным пультом дистанционного управления и удаленного рулевого управления (обязательно наличие двух NXT блоков).

Одноместный программы NXT:

1. Черные: Игнорируется
2. Синий: Поверните налево (начало поворота на первый синей линии, остановка поворот на втором синяя линия)
3. Зеленый: Скорость до полной мощности
4. Желтый: Замедление до 30% мощности
5. Красный: Стоп
6. Белый: Игнорируется

Автомобиль должен быть запущен с передними колесами указал прямо перед собой (корректировать их, прежде чем начать программу, повернув ручку колеса на рулевой двигатель), и начнем прямо вождения медленно.

Обратите внимание, что автономную работу сложно, потому что есть ограниченный контроль, а также руководящий много механических "помои" в нем, что позволяет получать прямой старт и последовательным оказывается сложной задачей.

Вам также может понадобиться изменить цвета, используемые в программе для корректировки цвета вашего пола и маркеры используются. Чтобы проверить, какой цвет автомобиля видит на различных поверхностях, используйте View » Color функцию в меню кирпича NXT-н-ролл автомобиля по различным поверхностям.

Программа 2ButtonSteer будет контролировать Race Car с двумя сенсорными датчик проводной пульт дистанционного управления, показанный в шаге 22 здания выше инструкции. Автомобиль должен быть запущен с передними колесами указал прямо перед собой (корректировать их, прежде чем начать программу, повернув ручку колеса на рулевой двигатель). Нажмите и удерживайте обе кнопки идти ехать прямо, нажмите и удерживайте нажатой одну кнопку, чтобы включить в этом направлении, и отпустить обе кнопки, чтобы остановиться. Вы также можете настроить скорость автомобиля с помощью стрелка влево и вправо Стрелка на NXT.

Bluetooth управляющих программ (Два NXTs обязательно):

SteerBTCar программа управляющая программа для Race Car, который предназначен для использования вместе с удаленного рулевого управления проектом. См. инструкции для этого проекта.