DIY火星忍耐ローバーレプリカ–Arduinoベースのプロジェクト

電子部品を整理しておくために、このDIY火星探査車用のカスタムPCBを設計しました。

このPCBは、Arduino MEGAボードの上に直接接続できるため、実際にはArduinoMEGAシールドとして機能します。モータードライバーに加えて、3.3V電圧レギュレーターとそのモジュールを使用してローバーを制御したい場合に備えて専用のNRF24L01接続、およびDHT22センサー、コンパス、I2C、シリアル通信、12V、5Vの接続を含めました、3.3VおよびGND接続。実際、私はローバーの機能をアップグレードするためにこのPCBを将来的に保証しました。

PCBWayにPCBを注文しました。ここでは、ガーバーファイルをアップロードし、PCBのプロパティを選択して、リーズナブルな価格で注文するだけです。

Arduinoボードと一致させるために青に選択したPCBの色を除いて、デフォルトのプロパティは変更しませんでした。以下のガーバーファイルをダウンロードするか、PCBWayプロジェクト共有コミュニティからPCBを直接注文することもできます。

このDIYマーズローバーPCBのガーバーファイルをダウンロードできます：

それにもかかわらず、数日後にPCBが到着しました。 PCBの品質は素晴らしく、すべてがデザインとまったく同じです。

すべてにラベルが付けられているため、PCBの組み立ては非常に簡単です。 Arduino MEGA接続用にPCBの下部にあるピンヘッダーをはんだ付けすることから始め、次に上面に進みました。私は実際にすべての接続にピンヘッダーを使用しました。これは、何かが正しく機能しない場合に変更を加える柔軟性を提供するためです。とにかく今は使用しないので、3.3V電圧レギュレータといくつかの無料のArduinoピンをはんだ付けしませんでした。

PCBアセンブリが完成したら、2本のボルトを使用してArduinoボードを電子機器マウント部品に固定し、PCBを追加しました。

次に、各モーターをドライバーに接続し、PCBに配置しました。サーボは適切なサーボピンと、1/8のステッピング解像度を選択するために1つのジャンパーを使用したステッパードライバーに接続されます。

無線通信には、FLYSKY RC送信機と受信機を使用しています。これらは、非常に手頃な価格で、うまく機能します。

レシーバーをArduinoに接続するには、VCC、GND、および信号ピンの3本のワイヤーが必要なため、サーボ延長ケーブルを使用できます。受信機は、I-BUSとシリアルポートを介してArduinoと通信します。受信機から送信機にデータを送り返したい場合、この場合はバッテリー電圧を監視するために、受信機のセンサーI-BUSを別のArduinoシリアルポートに接続する必要もあります。

降圧コンバーターは2本のボルトで固定されています。LiPoバッテリーを固定するために、2本の輪ゴムを使用しているので、充電のためにバッテリーを簡単に取り外すことができます。

電源スイッチは、ローバーの右後部のパネルにあります。ローバーが完全に接続されている場合、それらを流れる電流が数アンペアに達する可能性があるため、これらの接続には20ゲージのワイヤーを使用しました。 Make sure you double check your connections with these wires because if you connect something wrong you might fire up things.

Lastly, we can connect the FPV camera to a 12V power supply and connect video signal wire to the video transmitter which also needs to be powered with 12V. With this we are done with the electronics.

We can put back the cover panels in place and we are done with this DIY Mars Rover. Actually, we are almost done, as we need to give life to this machine now, or program the Arduino.

Programming the DIY Mars Rover – Arduino Code

Here you can download the Arduino code for this DIY Mars Rover project:

Code overview

So, using the IBusBM library we read incoming data from the RC Transmitter.

// Reading the data comming from the RC Transmitter
  IBus.loop();
  ch0 = IBus.readChannel(0);
  ch1 = IBus.readChannel(1);
  ch2 = IBus.readChannel(2);
  ch3 = IBus.readChannel(3);
  ch6 = IBus.readChannel(6);Code language: Arduino (arduino)

Then we convert these values into a turning radius to right value, turning radius to left value and rover speed from 0 to 100%.

// Convertign the incoming data
  // Steering right
  if (ch0 > 1515) {
    r = map(ch0, 1515, 2000, 1400, 600); // turining radius from 1400mm to 600mm
  }
  // Steering left
  else if (ch0 < 1485) {
    r = map(ch0, 1485, 1000, 1400, 600); // turining radius from 600mm to 1400mm
  }
  // Rover speed in % from 0 to 100
  s = map(ch2, 1000, 2000, 0, 100); // rover speed from 0% to 100%Code language: Arduino (arduino)

We use the turning radius “r” value for calculating the steering wheels angles as well as the speed of the wheels.

void calculateMotorsSpeed() {
  // if no steering, all wheels speed is the same - straight move
  if (ch0 > 1485 && ch0 < 1515) {
    speed1 = speed2 = speed3 = s;
  }
  // when steering, wheels speed depend on the turning radius value
  else {
    // Outer wheels, furthest wheels from turning point, have max speed
    // Due to the rover geometry, all three outer wheels should rotate almost with the same speed. They differe only 1% so we asume they are the same.
    speed1 = s;
    // Inner front and back wheels are closer to the turing point and have lower speeds compared to the outer speeds
    speed2 = s * sqrt(pow(d3, 2) + pow((r - d1), 2)) / (r + d4);
    // Inner middle wheel is closest to the turning point, has the lowest speed
    speed3 = s * (r - d4) / (r + d4);
  }

  // speed value from 0 to 100% to PWM value from 0 to 255
  speed1PWM = map(round(speed1), 0, 100, 0, 255);
  speed2PWM = map(round(speed2), 0, 100, 0, 255);
  speed3PWM = map(round(speed3), 0, 100, 0, 255);
}

void calculateServoAngle() {
  // Calculate the angle for each servo for the input turning radius "r"
  thetaInnerFront = round((atan((d3 / (r + d1)))) * 180 / PI);
  thetaInnerBack = round((atan((d2 / (r + d1)))) * 180 / PI);
  thetaOuterFront = round((atan((d3 / (r - d1)))) * 180 / PI);
  thetaOuterBack = round((atan((d2 / (r - d1)))) * 180 / PI);
}Code language: Arduino (arduino)

As I mentioned earlier, we are using the Ackerman steering geometry for calculating them. These values are then used for controlling the servos using the ServoEasing library which provides smoother servo movements.

// Servo motors
    servoW1.startEaseTo(97 - thetaOuterFront);
    servoW3.startEaseTo(97 + thetaOuterBack);
    servoW4.startEaseTo(94 - thetaInnerFront);
    servoW6.startEaseTo(96 + thetaInnerBack);Code language: Arduino (arduino)

For controlling the DC motors using the analogWrite() function which actually sends PWM signal to the DC motor drivers.

// Motor Wheel 1 - Left Front
      analogWrite(motorW1_IN1, speed2PWM);   // PWM value
      digitalWrite(motorW1_IN2, LOW); // ForwardCode language: Arduino (arduino)

Overall, the code is not that complicated as the rover itself doesn’t have complicated functions. However, I do plan in future videos to add more functions to this rover, like GPS navigation, various sensors, robotic arm, soil collecting mechanism and so on.

I hope you enjoyed this project and learned something new.以下のコメントセクションで質問をして、Arduinoプロジェクトコレクションを確認してください。