Rocker Tubie, il robot costruito con tubi idraulici in PVC.

da Francesco Onorati | Set 18, 2018 | 7 commenti

Rocker Tubie è un rover 6WD economico, robusto, modulabile ed ecologico.

Rocker Tubie è un progetto di rover a sei ruote autocostruibile, economico, robusto e modulabile presentato dal team Fanbotica in occasione del Maker Faire Europe che si è tenuto a Roma dal 12 al 14 Ottobre 2018, nel corso del quale ha riscosso un enorme successo di pubblico.

Questo robot articolato su ruote appartiene alla categoria generale dei robot semoventi o telecomandati su ruote anche detti “rover” (vagabondi).

Nello specifico si tratta di un robot classificato come “rover 6WD”, ovvero a 6 ruote motrici.

Realizza il tuo Rocker Tubie riutilizzando tubi idraulici in PVC da 40mm!

Per realizzare il telaio del rocker puoi riutilizzare tubi idraulici in pvc da 40 mm di diametro esterno.

Consiglio: Puoi recuperarli dal materiale di scarto dei cantieri edili, direttamente in discarica, o se non riesci a reperirli puoi acquistarli da noi in kit preforati e verniciati a partire da Dicembre 2018.

Nella versione presentata al Maker Faire ti occorreranno una decina di segmenti di tubi da circa 30 cm l’uno.

Ma essendo il progetto modulabile potresti ad esempio decidere di raddoppiare le misure fornite nel tutorial di questo progetto ed ottenere un robot grande il doppio con lo stesso hardware e la stessa elettronica!

Rocker Tubie DK-B (Developer Kit-Base) Part List:

Passiamo ad esaminare insieme i componenti usati per realizzare il telaio del Roker Tubie con sospensioni a bilanciere:

n°2 tubi in PVC da 63 mm,
n°4 tubi in PVC da 110 mm,
n°4 tubi in PVC da 140 mm,
n°2 tubi in PVC da 150 mm.
n°2 tubi in PVC da 260 mm,
n°4 raccordi in PVC tipo a 90°,
n°4 raccordi in PVC tipo a 45°,
n°18 raccordi stampati in PLA (scarica e stampa files da qui),
n°2 staffe forate 98 mm x 20 mm
n°6 cuscinetti a sfera per skateboard 608 2RS 8x22x7 mm,
n°2 barre filettate M4, 4mm x 1000 mm,
n°2 barre filettate tipo M8, 8 mm x 1000 mm,
n°61 dadi esagonali M8 filettati autobloccanti, diametro esterno 13 mm,
n°16 viti M8, diametro esterno 13 mm lunghezza 60 mm,
n°8 viti M8, diametro esterno 13 mm lunghezza 80 mm,
n°61 rondelle circolari con foro M8, diametro esterno 16 mm,
n°16 viti M4 da 4 mm x 60 mm,
n°16 dadi M4 da 7 mm di diametro esterno,
n°20 guaine termoretraibili di varia misura,
n°60 distanziatori esagonali M3, 12 mm di altezza,
n°6 Motori a corrente continua da 12V 107rpm (giri al minuto) con riduttori, Encoder ad effetto hall e staffe di fissaggio forate,
n°6 Ruote da 130 mm x 60 mm.

Questa in vece l’elettronica on board del Rocker Tubie:

n°1 Batteria Lipo 3S – 11,1 V 5000 mAh 30-45 C (non inclusa nei kit),
n°1 5A XL4005 Convertitore di alimentazione step-down regolabile CC-CC,
n°1 Microcontrollore Arduino Mega 2560 Rev3,
n°1 Scheda di controllo motori DBH-12V fino a 30A 2 canali,
n°4 Moduli LED Full Color 10 mm RGB,
n°2 Sensori di prossimità Sharp 2Y0A02 (20-150 cm),
n°1 modulo Wi-Fi nRF24L01, corredato di antenna esterna del tipo “long-range” e del modulo addizionale di alimentazione a 5 V, (maggiori dettagli qui),
n°1 set da 20 ponticelli tipo Dupont Maschio/Femmina,
n°1 set da 20 ponticelli tipo Dupont Femmina/Femmina,

Dettagli tecnici del telaio Rocker Tubie

Rocker Tubie + Modulo RC

Il sistema di sospensione del Rocker Tubie è simile a quello dei rover Nasa impiegati per le missioni spaziali su Marte.

Infatti sono state adottate sospensioni del tipo a bilanciere, per una migliore stabilità su terreni disconnessi.

Questo tipo di tecnologia adoperata nelle sospensioni, offre il vantaggio di avere almeno cinque ruote su sei sempre in contatto col terreno, riducendo a casi estremi la possibilità del ribaltamento del mezzo.

Il Rocker Tubie inoltre presenta sei ruote indipendenti da 130 mm x 60 mm ed altrettanti motori a spazzola da 12 V e 107 rpm (giri al minuto).

La presenza di un encoder ad effetto hall su ogni albero motore, consente la rilevazione della esatta posizione, del numero di giri al minuto, e della distanza percorsa da ciascuna ruota.

Il driver dei motori è un DHB-12V a doppio canale per un max di 50 A con ponte H, al quale abbiamo già dedicato un articolo qualche tempo fa che puoi leggere qui.

Nella versione con raccordi stampati in PLA può sopportare carichi fino a 30 kg.

L’elettronica è gestita da microcontrollori Arduino Mega 2560.

La guida passo passo

Sto realizzando la guida passo passo del Rocker Tubie.

In essa spiegherò come realizzare gli elementi tubolari e i raccordi stampati in 3d, inoltre illustrerò le varie fasi di assemblaggio, cablaggio, installazione dell’elettronica e del software con relativi test funzionali.

Il progetto è stato selezionato per essere esposto in uno stand dedicato presso la Maker Faire Europe di Roma 2018 che si è tenuta con un eccellente riscontro di pubblico dal 11 al 14 Ottobre nel Padiglione n°6 della Fiera di Roma.

Download dei files STL da stampare in 3d

Prima di procedere con le fasi di assemblaggio prepara il necessario, sistemi di protezione individuale, gli strumenti che ti serviranno, e scarica dalla pagina Thingiverse del progetto i files STL (stereolitografici) delle parti da stampare in 3d, cliccando qui:

Download files STL

Fase 1 - Taglio dei tubi in PVC,

Il primo passo del tutorial per Rocker Tubie è il sezionamento dei tubi in PVC.

Procurati due tubi in PVC della lunghezza di due metri ciascuno ed aventi il diametro esterno di 40mm.

Prendendo le misure con un metro rigido segna con una matita i punti esatti nei quali dovrai sezionare il tubo con una tagliatubi a cricchetto o un seghetto con la lama per plastica o metalli.

Consiglio: avvolgi del nastro adesivo di carta intorno al tubo nei punti dove prevedi di segnare la linea di taglio, così sarai più preciso.

Dimensioni degli elementi tubolari in PVC

Il diametro esterno degli elementi tubolari lineari in PVC misura 40mm, come quello interno dei raccordi che vedremo in seguito.

Le dimensioni dei vari elementi tubolari da ricavare sezionando con la tagliatubi i 2 tubi da 2000 mm di lunghezza ciascuno (presenti nel kit), sono le seguenti:

2 x 260 mm (elementi obliqui anteriori)
4 x 140mm (elementi obliqui posteriori lunghi),
2 x 63mm (elementi obliqui posteriori corti),
4 x 110mm (elementi orizzontali laterali),
2 x 150mm (elementi orizzontali anteriori e posteriori).

Come eseguire il taglio con la tagliatubi in sicurezza.

Indossa i guanti e la mascherina di protezione e procedi al taglio cercando di mantenere la tagliatubi il più possibile perpendicolare al tubo. Man mano che azionerai il cricchetto la lama della tagliatubi comincerà a fare pressione sulla superficie di taglio del tubo, finchè questa non cederà. Continua a tagliare il tubo tenendo la mano ferma e procedi così fino a tagliare l’intero diametro del tubo.

Come accennato anche nell’articolo di descrizione dello strumento tagliatubi, è consigliabile non usare la tagliatubi per tagliare tubi di lunghezza inferiore ai 4 cm, in quanto molto probabilmente in fase di taglio un tubo di così esigua lunghezza cederà col pericolo di generare delle schegge, dunque adoperatela soltanto per tagliare tubi di lunghezza dai 4cm in su.

Una volta che avrai tagliato tutte le sezioni necessarie provvedi a limarne i bordi con della carta vetrata a grana prima grossa e poi fine, fino ad eliminare del tutto gli eventuali bordi irregolari.

Fase 2 - Stampa dei raccordi in PLA,

La stampa dei raccordi in PLA è il secondo step e consiste nella stampa 3d dei 18 raccordi in PLA necessari all’assemblaggio degli elementi in PVC del telaio Rocker Tubie, e delle 4 mascherine predisposte per alloggiare sensori e led.

Li troverete disponibili per il download print-ready in basso o a breve li potrete ordinare già stampati direttamente da noi.

Gli ultimi tre files disponibili sulla mia pagina Thingiverse per il download, sono gli elementi che servono per l’assemblaggio del modulo superiore con l’elettronica di bordo e le batterie Lipo, del quale parlerò più avanti nel tutorial.

Scarica i files STL da Thingiverse

I parametri di stampa dei raccordi in PLA

I parametri di stampa col filamento PLA possono variare sensibilmente a seconda delle caratteristiche di ciascuna stampante, io vi riporto quelli da me utilizzati con la stampante Anycubic Kossel Linear Plus.

Filamento: PLA 1.75 mm,

Risoluzione: 2 mm,

Letto Riscaldato a 60°,

Fill: 60%,

Supporto: Brim,

Software di slicing utilizzato: Cura 3.4.0.

Fase 3 - Preparazione tubi e raccordi in PVC,

Foratura dei raccordi in PVC

Per procedere all’assemblaggio dei tubi in PVC e dei raccordi del Roker Tubie occorre prima praticare dei fori di 3mm passanti nel collare di ciascun raccordo in PVC, in senso perpendicolare ai lati del Rocker.

Eseguire questa operazione per tutti i raccordi in PVC (con diametro interno 40mm).

Ovvero per i 4 raccordi in PVC con curvatura a 45° che serviranno come giunzione tra gli elementi laterali e per i 4 raccordi in PVC con curvatura a 90° che serviranno a congiungere gli elementi centrali del Rocker,

Consiglio: Per praticare fori precisi e perfettamente perpendicolari avvolgi i terminali dei tubi con del nastro di carta adesivo, e utilizzalo anche per segnare con la matita il punto preciso dove andrai ad effettuare i fori sulle due facce di ciascun raccordo.

Foratura dei tubi in PVC

Si procederà in modo simile per forare i tubi in PVC esattamente in corrispondenza dei fori già presenti nei raccordi stampati in 3d.

Ovvero avvolgere la parte terminale dei tubi in PVC con del nastro carta adesivo, installare un raccordo in PLA sul relativo tubo in PVC, e segnare con la matita il punto dove si praticherà il foro sul tubo. Terminata la segnatura sfilare i raccordi in PLA e procedere a forare col trapano utilizzando prima una punta da 4mm e successivamente una da 8mm.

Una volta realizzati tutti i fori sui tubi in PVC, ricordati di rimuovere tutti gli spezzoni di nastro adesivo di carta.

Verniciatura (opzionale) dei tubi e/o raccordi in PVC.

A questo punto, se lo ritieni necessario, puoi procedere a verniciare i tubi e/o i raccordi in PVC.

Per eseguire una buona verniciatura spruzza su tutti i tubi prima una mano di spray Primer, e poi procedi con la verniciatura del colore che preferisci, io ho scelto il nero antracite opaco, ma puoi utilizzare qualsiasi tipo di colore spray pensi vada bene.

Consiglio: per verniciare in sicurezza usa la mascherina, gli occhiali e i guanti adatti alla verniciatura.

Serviti di un supporto di cartone abbastanza ampio da fungere come base paraspruzzi per gli oggetti da verniciare. Fai passare un filo di metallo all’interno del tubo e lega le estremità del filo a qualcosa, in modo che tu possa tenerlo sospeso in senso orizzontale per verniciare facilmente ogni suo angolo.

Fase 4 - Assemblaggio della struttura.

Seguendo lo schema con la nomenclatura dei raccordi qui di seguito assembleremo gli elementi in sequenza dalla A alla Z con i tubi in PVC da te già sezionati, forati ed eventualmente verniciati.

Per lo schema dei tubi con le relative misure consulta la sezione “Taglio dei tubi in PVC”.

Assemblaggio dei terminali “A”

Comincia ad assemblare i 6 terminali “A” (vedi schema precedente), con i 2 tubi da 260 mm e i 4 tubi da 140mm.

Procedi infilando il tubo forato nel terminale A, assicurati che i fori sui due lati del tubo siano allineati a quelli del terminale.

Ora inserisci le rondelle nei 4 alloggiamenti predisposti (2 per ciascun lato del terminale), poi inserisci le viti M8 da 80mm nei fori e fissale con i dadi autobloccanti M8 dall’altra parte come indicato nello schema seguente:

Consiglio: per avvitare le viti ai dadi autobloccanti utilizza una chiave inglese che tenga bloccata la vite a testa esagonale mentre con un’altra chiave semplice o a mandrino procedi ad avvitare il dado autobloccante.

Posizionamento dei cavi elettrici dei motori nei terminali “A”

In questa fase del montaggio approfittiamo della facilità di accesso alle cavità dei tubi e dei terminali per posizionare al loro interno i cavi a sei fili che serviranno ad alimentare i 6 motori indipendenti del rover e quindi a ricevere i segnali dei sensori di Hall (encoder) posizionati in torno all’asse sul retro di ciascun motore.

Consiglio: per far passare agilmente le estremità di ciascun cavetto a 6 fili negli appositi fori situati lateralmente su ciascun terminale A, ungi con del grasso per ingranaggi i fori e raggruppa i fili formando un unico cavetto utilizzando dei segmenti di guaina termorestringente della lunghezza di un cm circa ciascuno, posti alla distanza di dieci centimetri l’uno dall’altro, preferibilmente lungo tutta la lunghezza del cavetto.

Eseguire questo passaggio per tutti i terminali “A”. Il risultato finale è illustrato nella seguente immagine:

Foratura staffe di raccordo.

Pratica dei fori da 8 mm nelle 2 staffe di raccordo distanziando i punti centrali dei primi due fori di 20 mm e il secondo e il terzo di 58 mm.

Consiglio: Per forare le staffe in sicurezza utilizza un trapano a colonna o tieni ferme in posizione le staffe con l’ausilio di una morsa da tavolo. Usa prima una punta da 3 e poi da 8 per metalli.

Posizionamento dei cuscinetti negli alloggi dei raccordi “B”

Inserisci negli appositi alloggi i 4 cuscinetti (due per ogni raccordo).

Consiglio: utilizza molta cautela ed un martello in gomma del tipo da campeggio per inserire i cuscinetti in posizione.

Un trucco valido è preriscaldare con un saldatore ad aria o con un fon ciascun cuscinetto prima di spingerlo in posizione. L’acido polilattico (PLA) con il quale sono stati realizzati i raccordi è molto sensibile al calore e permetterà al cuscinetto di entrare senza difficoltà nell’alloggio.

Posizionamento dei cavi motore nei Raccordi “B”

Prima di fissare i raccordi “B” ai rispettivi tubi in PVC non dimenticare di far passare i cavetti motore attraverso gli appositi fori come indicato nell’immagine seguente.

Assemblaggio dei raccordi “B”

Fatto questo procedi all’assemblaggio dei raccordi “B” come indicato nel prossimo schema.

Nota la presenza delle doppie rondelle in corrispondenza dei cuscinetti.

Nell’immagine seguente i due terminali “A” e il raccordo “B” assemblati:

Percorso cavi motore nei raccordi “C” e “D” lato sinistro

Assemblaggio raccordi “D1” e “E1” lato sinistro

Assemblaggio raccordi “D2” e “E2” lato destro

Assemblaggio staffe dei raccordi “B1” e “C2” lato sinistro

Assemblaggio mascherine portasenrori