Construa um tanque RC impresso em 3D de alto desempenho com caixa de câmbio de dupla velocidade

Neste tutorial, mostrarei como construí um tanque RC impresso em 3D ou um veículo rastreado controlado por rádio, com design limpo e todo preto, alguma iluminação LED bacana e uma caixa de câmbio de dupla velocidade. É isso mesmo, projetei especificamente uma caixa de câmbio para este tanque para que eu possa escolher uma marcha mais baixa ou mais alta dependendo do terreno ou da aplicação usada, e assim obter maior torque ou maior velocidade.

Você pode assistir ao vídeo a seguir ou ler o tutorial escrito abaixo.

Visão geral

Se você me acompanha, deve saber que há algum tempo eu já construí um tanque RC impresso em 3D, que era legal, mas com pouca potência. É por isso que agora para esta construção estou usando um motor DC de 200W para cada pista e em combinação com esta caixa de câmbio, o tanque tem potência suficiente para conquistar qualquer terreno ou para se divertir fazendo burnouts ou donuts com ele.

Falando em diversão, instalei uma faixa de led endereçável para as luzes, que oferece infinitas possibilidades de criação de efeitos de luz deslumbrantes. Para esse vídeo eu fiz um efeito estroboscópico de luzes da polícia, que fica muito legal dirigindo por aí, principalmente à noite

Quanto à suspensão, de cada lado o tanque é apoiado em três molas helicoidais e amortecedores, com duas rodas para cada um deles. Isso permite que o veículo corra suavemente em terrenos irregulares e suba obstáculos, mantendo uma boa superfície de contato entre as pistas e o terreno.

Claro, tudo é impresso em 3D e os arquivos 3D estão disponíveis para download, para que você possa construir um por conta própria. 

Para controlar o tanque, estou usando um transmissor RC comercial barato que envia comandos para ele. 

No tanque existe um receptor RC adequado que recebe os comandos e os envia para um microcontrolador. O cérebro desta plataforma é uma placa baseada em microcontrolador Atmega2560 e para conectar tudo facilmente, fiz uma PCB personalizada que pode ser simplesmente fixada no topo da placa. 

No entanto, agora aperte o cinto, pois irei orientá-lo em todo o processo de construção deste tanque RC, desde o design, impressão 3D, montagem e conexão dos componentes eletrônicos, até a programação do microcontrolador.

Projetando o tanque RC

Eu projetei este tanque usando Onshape.

Onshape é o sistema CAD e PDM 3D nativo da nuvem de nível profissional que uso em meus projetos.

Recomendo que engenheiros mecânicos e designers de produto confiram o Onshape, você e sua empresa podem usar o Onshape Professional gratuitamente por até 6 meses em https://Onshape.pro/HowtoMechatronics

Os parâmetros iniciais de entrada para o projeto foram os motores DC, ou suas dimensões e as RPM. Esses motores são bastante volumosos e têm 3.000 RPM. Isso é RPM muito alto para este tanque, então projetei esta caixa de câmbio, que reduz a velocidade para dois valores diferentes.

Esta caixa de câmbio funciona exatamente como uma transmissão manual de um carro. Existe um câmbio que ao invés de movê-lo manualmente, aqui ele é movido com o auxílio de um servo motor, podendo escolher qual dos dois conjuntos de engrenagens de saída será engatado como saída final.

A relação de redução inicial da caixa de câmbio é de 1,88:1, que é fixa, podendo então escolher entre a marcha baixa, que tem redução adicional de 2,76:1, ou a marcha alta, que tem relação de 1:1. Então, em marcha mais baixa, a redução total é de 5,2 ou em torno de 570 RPM, e na marcha mais alta apenas 1,88 redução de velocidade, ou em torno de 1600 RPM.

Veremos mais detalhes de como funciona a caixa de câmbio um pouco mais tarde neste vídeo em que iremos montá-la.

O próximo parâmetro de entrada para o projeto do tanque foram os amortecedores RC que obtive. Têm comprimento de 70 mm quando estendidos, com curso de 15 mm. Eu queria obter uma distância de deslocamento vertical um pouco maior para as rodas, então posicionei-as nesta configuração e obtive uma distância de deslocamento vertical de 22 mm.

Além disso, como se trata de um sistema de bogie onde um par de rodas é fixado a esse eixo móvel, as rodas podem girar em torno desse eixo e assim podem fazer deslocamentos verticais adicionais. Evidentemente, isso proporcionará uma condução mais suave e melhor contato entre a pista e a superfície abaixo dela.

Se olharmos mais de perto as rodas dianteiras, podemos notar que elas se conectam com a roda intermediária na frente para fornecer tensão dinâmica da pista. Quando as rodas dianteiras sobem, a circunferência da pista fica menor e a tensão diminui.

Com esta configuração, quando isso acontece, a roda intermediária é empurrada para frente para tensionar a esteira. Com esta conexão também podemos tensionar a esteira estaticamente, ajustando este parafuso e porca distanciadora.

Na parte traseira temos a roda dentada que é composta por três partes. Possui o acoplador do eixo e as seções esquerda e direita da roda dentada conectadas entre si com três parafusos M3.

A dimensão chave aqui na roda dentada é o passo porque ele deve corresponder ao passo da pista. O passo é de 11 mm aqui e escolhi a roda dentada para ter 20 dentes, o que me deu um diâmetro primitivo da roda dentada de cerca de 69 mm. A ideia para o tamanho da roda dentada era ser grande o suficiente para que a esteira ficasse fora do corpo do tanque.

O passo de 11 mm foi definido pelo design do link da pista. Meu objetivo para o link da trilha era ser o mais compacto possível e conectável ao próximo link com apenas uma peça ou pino adicional, ao mesmo tempo que era forte o suficiente para ser feito com uma impressora 3D.

Além disso, na impressão 3D, quis evitar qualquer utilização de material de suporte para a peça, o que consegui com este design.

Para conectar os elos da trilha entre si, planejei usar pinos com 2 mm de diâmetro, então dimensionei um lado para 2,1 mm, para obter um ajuste justo, e o outro lado para 2,4 mm, para obter um ajuste solto para que os elos da trilha possam girar livremente.

Os dentes da roda dentada engatam nos elos da esteira no formato cilíndrico externo. O cilindro do elo da esteira tem raio de 4,4 mm, enquanto a roda dentada tem 4,9 mm para ter um ajuste solto para funcionar corretamente.

O corpo principal onde tudo está conectado tinha que ser grande o suficiente para acomodar as duas caixas de câmbio e, claro, ter espaço para a eletrônica e a bateria. Tudo isso resultou em dimensões gerais do tanque de 547x397mm. Isso é bastante grande, maior do que a base de uma impressora 3D normal, então dividi as partes grandes em duas seções, para que possamos imprimi-las em uma impressora 3D de base de 300 mm. Tenha em atenção que se quiser imprimi-lo numa impressora 3D mais pequena com 220mm, o modelo deverá ser dividido em 4 secções. Também fornecerei essa versão nos arquivos 3D.

Para montar o tanque, precisamos de vários parafusos e porcas M3 e M4, bem como alguns insertos roscados e rolamentos. Você pode encontrar uma lista completa de todos os componentes necessários para este projeto abaixo. Claro, você também pode encontrar o modelo 3D e os arquivos STL necessários para a impressão 3D.

Modelo 3D e arquivos de download STL

Você pode visualizar o modelo 3D deste tanque RC diretamente em seu navegador com Onshape.

Você pode obter o modelo 3D desta plataforma de tanque/robô RC, bem como os arquivos STL para impressão 3D em Cults3D.

Impressão 3D

Usei minha impressora 3D Creality Ender-3 V3 Plus para imprimir a maioria das peças deste tanque.

Ao imprimir em 3D, é importante usar o recurso Expansão Horizontal, ou agora no novo fatiador Creality Print que usei, é chamado de compensação de contorno XY. Se deixarmos essas configurações como padrão, as dimensões externas das impressões, bem como os furos, costumam ser menores que o modelo original e poderemos ter problemas na montagem.

No fatiador Creality Print, usei um valor de –0,07 para a compensação de contorno XY e mais 0,07 para o recurso de compensação de furo XY. Claro, você deve fazer alguns testes de impressão para ver quais valores lhe darão os melhores resultados em sua impressora 3D.

Para impressão 3D dos links da pista, usei jangadas como adesão da placa de construção, porque a superfície de contato da base com a placa base é um pouco pequena e pode não aderir bem se a adesão da base na sua impressora não for tão boa.

A Creality Ender-3 V3 Plus possui uma placa de construção de 300x300mm, então pude imprimir o corpo principal do tanque em duas partes. Mesmo em duas seções, as peças ainda são bastante grandes e levam a impressora 3D ao seu limite. Mas a Creality Ender-3 V3 Plus conseguiu lidar com isso e fez um ótimo trabalho ao imprimir essas peças grandes.

Posso recomendar esta impressora 3D para quem procura uma impressora 3D rápida e de grande volume. É uma impressora 3D CoreXZ que pode atingir velocidades de até 600 mm/s e com sua estrutura robusta oferece uma qualidade de impressão realmente boa. Parabéns à Creality por me fornecer esta impressora 3D.

Confira a loja Creality Ender-3 V3 Plus – EUA:https://shrsl.com/4rtkk; Loja da UE:http://shrsl.com/4rtkm; Amazon:https://amzn.to/3VjEoRH

Montagem do tanque RC

Aqui estão todas as peças impressas em 3D, para que possamos começar a montar o tanque. Para ser honesto, há muita impressão 3D. Demora vários dias para imprimir tudo, e não apenas tempo, mas também precisamos de vários carretéis de filamento.

Somente para os links de trilha, como são 214 links de trilha no total, precisamos de cerca de 500g e 30 horas de impressão 3D. O corpo principal do tanque precisa de cerca de 1kg de filamento, se dividido em duas seções como aqui, 500g e cerca de 12 a 18 horas para cada seção. Além disso, muitas das peças precisam ser impressas em 3D com suporte, por isso precisamos gastar algum tempo limpando.

BOM

Aqui está uma lista de componentes necessários para montar este projeto de tanque RC. A lista dos componentes eletrônicos pode ser encontrada abaixo na seção do diagrama de circuito do artigo.
Componente Quantidade Links de compra Amortecedores RC8Amazon |AliExpress Rolamento de esferas 686 – 6x13x5mm18Amazon |AliExpress Rolamentos de esferas 624 – 4x13x5mm44Amazon  | AliExpress Rolamento de esferas 684 4x9x4mm6Amazon |AliExpress Haste roscada M6300mmAmazon  | AliExpress Porca de bloqueio M64Amazon  | AliExpress Insertos roscados M3~20Amazon  | AliExpress Parafuso sem cabeça M3 ~30Amazon  | AliExpress Parafusos e porcas M3 e M4A especificarAmazon  | AliExpress Haste de soldagem de 2mm~12mAmazon  | AliExpress Parafusos e porcas M3 e M4Veja a lista abaixoAmazon  | AliExpress Parafusos Nozes M3x8mm – 10
M3x10mm – 10
M3x16mm – 20
M3x20mm – 10
M3x25mm – 10
M3x30mm – 10
M3x16mm escareado – 20
M4x16mm – 10
M4x35mm – 20
M4x40mm – 20
M5x40mm – 2 Porca de fixação M3 – 50
Porca de fixação M4 – 40
Porca M5 – 6
Divulgação:Estes são links afiliados. Como associado da Amazon, ganho com compras qualificadas.

Eletrônica – Diagrama do Circuito do Tanque RC

vamos dar uma olhada na eletrônica do tanque RC e explicar como ele funciona. O cérebro deste tanque RC é uma placa baseada em microcontrolador ATmega2560. 

Você pode obter os componentes necessários para este projeto nos links abaixo:
Componente Quantidade Links de compra Motor DC 895 – 12V 200W 3000RPM2Amazon |AliExpress Driver de motor CC BTS79602Amazon |AliExpress Servo Motor 1Amazon |AliExpress ATmega2560 – Arduino Mega Board1Amazon  | AliExpress Bateria 3S LiPo – mínimo 3000mAh1Amazon |AliExpress Conectores de bateria LiPo1Amazon  | AliExpress Flysky FS-i6X – Transmissor RC e Receptor FS-iA6B1Amazon  | AliExpress Faixa de LED endereçável WS2812b1mAmazon  | AliExpress Regulador de tensão LM3501Amazon  | AliExpress Pote de aparador – 5k1Amazon  | AliExpress Conector do bloco terminal4Amazon  | AliExpress Fios ~20AWG~3mAmazon  | AliExpress Rocker Switch1Amazon  | AliExpress Resistores
– 1k x1
– 2 mil x1
– 240 x1Amazon  | AliExpress Capacitores
– 0,1uF x1
– 1uF x1
– 400uF x1
Amazonas  | AliExpress
Divulgação:Estes são links afiliados. Como associado da Amazon, ganho com compras qualificadas.

Design de PCB personalizado

Para manter os componentes eletrônicos organizados, projetei uma PCB customizada para o tanque RC. A PCB será compatível com a placa baseada no microcontrolador ATmega2560 para ser montada diretamente sobre ela.

Encomendei o PCB da PCBWay. Aqui podemos simplesmente fazer upload do arquivo Gerber, escolher as propriedades do nosso PCB e encomendá-lo a um preço razoável.

Não alterei nenhuma das propriedades padrão, exceto a cor do PCB que escolhi para ser azul. Você pode encontrar e baixar o Gerber na comunidade de compartilhamento de projetos PCBWay, por meio da qual você também pode solicitar o PCB diretamente.

Concluindo a montagem do tanque RC

Nesta seção explicarei como conectar tudo e completar este tanque RC.

Esta seção ainda está em construção.

Programando o Tanque RC – Código Arduino

Nesta seção explicarei como funciona o código Arduino por trás do tanque RC. Aqui você pode baixar o código:

Visão geral do código

Assim, usando a biblioteca IBusBM lemos os dados recebidos do Transmissor RC.

05 
 O joystick direito, canais 0 e 1, são usados para controlar o movimento do tanque, a chave oscilante esquerda, ou canal 6, para controlar o servo para mudar as marchas, e as outras três chaves oscilantes para controlar os LEDs. 
 
 Convertemos os dados recebidos em valores adequados para controle PWM dos motores DC, que vai de 0 a 255. 
 
14 
 Enviamos os valores PWM para os drivers e motores usando a função analogWrite() apropriadamente. 
 
22 
 Para o servo motor e troca de marchas, você deve ajustar os valores de acordo com o servo que está utilizando. 
 
36 
 Quanto ao controle das luzes, verificamos qual tecla está acionada e, de acordo com ela, informamos para acender cada LED individualmente conforme a necessidade. 
 
44 
 O efeito estroboscópico das luzes da Polícia levei algum tempo para codificá-lo, mas ficou muito legal. 
 
Testando o tanque impresso em 3D
 
 Depois de carregar o código, podemos ligar a plataforma do robô e o transmissor RC para testá-lo. No display do transmissor podemos notar a tensão da bateria LiPo, bem como a tensão do receptor e do transmissor. 
 
 Aqui também podemos ver como funciona a mudança de marcha em movimento. Com a chave oscilante esquerda podemos mudar as marchas enquanto os motores estão funcionando. Na verdade é assim, não é? 
 
 Com os outros 3 interruptores controlamos as luzes do tanque. Existem 4 modos diferentes. Cinco LEDs de cada lado na cor branca, segundo modo, todos os LEDs brancos acesos, terceiro modo, todos os LEDs brancos piscando e, claro, o modo mais legal, um efeito estroboscópico de luzes policiais. O tanque pode se mover com qualquer um desses modos de luz ativados. 
 
 Apenas uma nota rápida aqui. Como os LEDs são alimentados pelos 5V provenientes do regulador de tensão LM350, ele pode ficar bastante quente, especialmente se o modo todos os LEDs brancos estiver em uso. Cada LED consome cerca de 50-60mA de corrente para a cor branca, ou seja, quase cerca de 1A de corrente. 
 
 O LM350 suporta até 3A de corrente, mas precisa de um grande resfriamento adequado para essa finalidade. Coloquei-o em um local errado no PCB personalizado para não poder adicionar um dissipador de calor adequado. Tentei adicionar alguns pequenos dissipadores de calor de um driver de passo. 
 
 Eles ajudam um pouco, mas mesmo assim, se todos os LEDs brancos permanecerem acesos por mais tempo, o regulador de tensão superaquecerá. Mas em todos os outros modos, estamos bem, então deixei as coisas como estão. Caso queiramos corrigir esse problema, poderíamos adicionar um conversor buck separado com corrente nominal de 8A. Este conversor Buck pode ser alimentado pelo terminal de saída de 12V, e sua saída de 5 ou 6V que configuramos pode ir para o terminal de 6V da PCB e podemos usar o barramento de 6V para alimentar os LEDs. 
 
 Mesmo assim, espero que você tenha gostado deste vídeo e aprendido algo novo. Divirta-se construindo e dirigindo este tanque RC. Como mencionei anteriormente, em vídeos futuros pretendo fazer algumas atualizações neste tanque. Eu poderia adicionar um braço robótico em cima dele, ou talvez fazer um soprador de neve ou algo parecido. Então, fique atento. 
 

            

            

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