CARDUINOntm

PROJECTVOORSTELING

Carduino is een uniek bouwproject waarbij jullie de kans krijgen een gepersonaliseerde radiografisch bestuurde buggy te bouwen en te besturen. Bij elke stap van het bouwproces leren jullie bij over de onderdelen die jullie gebruiken. Zo kom je wat te weten over ontwerp van wagens, de werking van motoren, de werking van batterijen, de basis van radiobesturing en heel wat andere onderdelen van het bouwpakket.

Er zijn al verschillende versies van de Carduino de revue gepasseerd, dit jaar laten we het programmeren achterwegen en leggen we de nadruk op de mechanica en elektronica. Volg onderstaand 10-stappenplan om je eerste eigen RC-wagen te bouwen. Veel plezier!

INHOUDSTAFEL STAPPENPLAN

Motor

Voorwielhouders

Achteras & achterwielhouders

Bouw je Carduino

Volg het stappenplan hieronder om je buggy samen te stellen. Aan de linker kant krijg je een overzicht van de benodigde onderdelen, rechts vindt je een steeds een assemblagefilmpje terug als referentie. De onderdelen (een 130 tal in totaal) zitten gegroepeerd verpakt in gelabelde zakjes in het bouwpakket. Je zal niet bij elke stap alle onderdelen van een zakje moeten gebruiken, dus hou alle zakjes zorgvuldig bij. Naast deze onderdelen heb je ook verschillende tools nodig: schroevendraaiers en tangen. Ook hiervan zit een set in je bouwpakket.

Motor

BENODIGDHEDEN

tandwiel met 24 tanden (3D print, PLA)

2 x Schroef M4x8mm
2 x M4 veerring
M3X6mm stelschroef
540 45T motor
2 x M3x8mm (or 10mm)
M3X4mm stelschroef
motorhouder voor 540 motor (3D print, PLA)
chassis bovenkant

INSTRUCTIES

Schroef de motorhouder vast aan de bovenkant van het chassis. Gebruik hiervoor twee M4x8mm schroeven en twee M4 veerringen. Voorlopig mag je dit goed vastschroeven. We moeten ze in een latere fase terug wat loszetten om de tandwielen goed op elkaar te laten aansluiten.
Plaats de motor in de motorhouder en bevestig deze met twee M3x8mm schroeven. Zorg dat deze goed vast zitten.
Schuif het tandwiel met 24 tanden over de as van de motor, zo ver je kan. Je zal zien dat de as een platte zijde vertoont, deze afgeplatte zijde vind je ook terug in het tandwiel en komt overeen met de plaats waar het tandwiel kan vastgeschroefd worden.
Gebruik de M3x6mm stelschroef om het tandwiel goed vast te schroeven op de as van de motor. let hierbij op dat het tandwiel mooi parallel staat met de motorhouder om later problemen te vermijden.

UITLEG

DE 540 MOTOR

Motoren komen in veel soorten en maten. Zo maken we onder anderen een onderscheid tussen borstelmotoren en borstelloze motoren, en een onderscheid tussen gelijkstroommotoren en wisselstroommotoren. De motor die we in deze toepassing gebruiken is een gelijkstroom borstelmotor. De verwijzing naar '540' is een verwijzing naar de dimensies van de motor. Over het algemeen kan je stellen dat een grotere motor een krachtigere motor zal zijn. De 540 motor is heel gangbaar in RC-toepassingen omdat hij voldoende snelheid en koppel kan genereren.

Gelijkstroom- versus wisselstroommotor

Zowel een wisselstroom of AC (alternating current) motor als een gelijkstroom of DC (direct current) motor hebben als taak, het omzetten van elektrische energie naar mechanische energie. Toch zijn beide anders aangedreven. Het grootste verschil tussen de twee is de stroombron. AC-motoren worden aangedreven door wisselstroom, zoals er thuis op je stopcontacten zit. Terwijl DC-motoren worden aangedreven door gelijkstroom zoals bijv. batterijen of dc voedingen. De gelijkstroommotor is een veel gebruikt type motor in industriële toepassingen. De reden is o.a. dat gelijkstroommotoren eenvoudig regelbaar en veelal compact zijn, waardoor ze ook makkelijk in kleinere ruimtes zijn in te bouwen. Daarom maken ook RC-wagens, boten, drones, vliegtuigen, enz. steeds gebruik van dit soort motoren. Bij een gelijkstroommotor heeft de spanning (U) een direct relatie tot het toerental (n). De opgenomen stroom (I) bepaalt het geleverd koppel (T).

Borstelmotor versus borstelloze motor

Gelijkstroommotoren kunnen we indelen in borstelmotoren en borstelloze motoren. De interne werking van zowel gelijkstroommotoren mét borstel als borstelloze gelijkstroommotoren is gebaseerd op hetzelfde idee: de motorwikkelingen ontvangen elektriciteit waardoor er een elektromagnetisch veld wordt opgewekt dat tegen de permanente magneten drukt (ze afstoot) en de as laat draaien. Terwijl de as draait, wordt deze duwende energie van de ene reeks windingen naar de volgende overgedragen, waardoor de motoras constant draait.

In het geval van een borstelmotor worden de wikkelingen bevestigd aan de centrale as in de motorbehuizing en draaien deze samen met de as rond wanneer er stroom wordt aangevoerd. De permanente magneten bewegen niet, deze zijn bevestigd aan de binnenkant van de motorbehuizing. Aan de motorwikkelingen wordt vermogen geleverd door twee borstels (positief en negatief) die tegen de commutator op de centrale as drukken. De wrijving tussen de borstels en de commutator is de reden dat de motor niet zo efficiënt is als een borstelloze motor. Daarnaast zullen de borstels en commutator na enige tijd verslijten, waardoor motoren met borstels van tijd tot tijd onderhoud en vervangingsonderdelen nodig hebben. Een sterkere motor met borstels slijt sneller dan een minder krachtige motor. De meeste goedkopere, radiogestuurde voertuigen maken gebruik van borstelmotoren.

DC Brushed Motors (afbeelding door maxon group)

Voordelen

Goedkoop: motoren met borstels zijn goedkoper om te produceren en aan te kopen.
Eenvoudige bedrading: voor de voeding van motoren met borstels heb je maar twee draden nodig.
Elektronische snelheidsregelaars (ESC) voor borstelmotoren zijn relatief goedkoop.

Nadelen

Na verloop van tijd slijten de borstels en commutator, alhoewel het bij sommige motoren mogelijk is om deze te vervangen.
Niet erg efficiënt in vergelijking met borstelloze motoren.
Er gaat meer vermogen verloren via het bijkomstige warmteverlies en de wrijving van de borstels tegen de commutator. Dit bekent dat je kortere gebruikstijden zult ervaren.

Bij een borstelloze motor (Brushless), ook wel ECM (afkorting van Electronically Commutated Motor) genoemd zijn windingen op de behuizing of stator geplaatst, en magneten op de rotor. Er zijn dan geen koolborstels meer nodig, waardoor vonkvorming en slijtage (een probleem bij borstelmotoren) voorkomen worden en er ook bijna geen sprake meer is van onderhoud. Je vindt borstelloze motorsystemen in de duurdere RC-voertuigen en de meeste drones. Daarnaast vinden we ze ook terug in ventilatoren, circulatiepompen en zwembadpompen. De borstelloze motortechnologie werd in de jaren 60 uitgevonden, maar is pas beschikbaar voor radiografische bestuurbare auto's sinds 2003-2004 (daarvoor voor modelvliegtuigen).

Voordelen:

Zeer weinig onderhoud: geen borstels of commutator die kunnen slijten.
Hoger rendement in vergelijking met motoren met borstels, waardoor je langere gebruikstijden zult ervaren.
Er zijn hogere snelheden haalbaar.

Nadelen:

Duurder in de productie en aanschaf.
Er is een gecompliceerdere 'borstelloze ESC' nodig voor de aansturing.

Bekijk deze (Engelstalige) video om meer te weten te komen over de verschillende soorten motoren.

Voorwielhouders

BENODIGDHEDEN PER WIEL

voorwielhouder (3D-print, PLA)

M3x35mm schroef
M3 sluitring
wielkoppeling hexagonaal (12mm)
2 x kogellager 10mmx4mm
2 x M3x4mm stelschroef

Je maakt in deze stap de houder voor zowel het linker als het rechter voorwiel. Enkel de voorwielhouder verschilt voor beide wielen.

INSTRUCTIES (herhaal deze instructies voor beide voorwielhouders)

Duw de kogellagers in de uitsparingen aan beide kanten van de wielhouder.
Steek een M3x35mm schroef door de kogellagers en de wielhouder.
Schuif een M3 sluitring over het uiteinde van de M3x35mm schroef.
Schuif de wielkoppeling over het eindeinde van de M3x35mm schroef, tot tegen de M3 sluitring.
Schroef de wielkoppeling vast op de schroef door gebruik te maken van de twee M3x4mm stelschroeven. Let hierbij op dat de wielkoppeling goed vast zit tegen de sluitring zodat de wielkoppeling niet wiebelt, maar zorg dat de wielkoppeling nog steeds goed kan draaien zonder dat je veel weerstand voelt. Wiebelt de wielkoppeling, dan moet je de wielkoppeling harder tegen de sluitring duwen voor je ze vastschroeft met de stelschroeven. Draait de wielkoppeling niet meer soepel, dan moet je de wielkoppeling minder hard tegen de sluitring duwen vooraleer je ze vastschroeft. In elk geval is het belangrijk dat de wielkoppeling mooi parallel draait met de kogellager.

UITLEG

KOGELLAGERS

Een kogellager is een rollend lager en bestaat meestal uit een binnenring en een buitenring. Daartussen zitten één of twee rijen kogels. Een kogellager zorgt ervoor dat de wrijving van een draaibeweging wordt verminderd, doordat de kogels draaien. Een kogellager wordt gebruikt om de as van een wiel aan een voertuig te bevestigen of het wiel aan de as te bevestigen. Het wiel kan dan met weinig wrijving ronddraaien, ondanks het feit dat er een flink gewicht op de as drukt. Bij een fiets zijn het voorwiel en achterwiel voorzien van kogellagers, maar ook de trapas en de stuuras. Bij in-line skates wordt elk wiel van twee kogellagers voorzien waar een korte as doorheen gestoken wordt. Ook zwaarbelaste scharnieren van deuren worden wel van kleine kogellagertjes voorzien. De meeste elektromotoren zijn voorzien van kogellagers.

Achteras & achterwielhouders

BENODIGDHEDEN

resultaat stap 1
tandwiel met 32 tanden (3D print, PLA)

2 x M3x10mm schroef
2 x M3 moer
flenskoppeling
150mm as
achterwielhouders (links & rechts)
2 x wielkoppeling hexagonaal (12mm)
2 x kogellager 10mmx4mm
6 x M3x4mm stelschroef
2 x M3 sluitring
4 x M4x8mm schroef
4 x M4 veerring

INSTRUCTIES

Schuif het tandwiel en de flenskoppeling over de 150mm as.
Maak de flenskoppeling stevig vast aan het tandwiel met behulp van twee M3x10mm schroeven en twee M3 moeren. De flenskoppeling is voorzien op vier schroeven maar twee is voldoende. gebruik hiervoor twee overeenstaande gaatjes. De as wordt voorlopig nog niet vastgemaakt aan de flenskoppeling.
Duw aan de buitenkant van de achterwielhouder een kogellager in de uitsparing. Er is een linker- en een rechterachterwielhouder. Plaats ze al aan de juiste kant van het chassis zodat je je nadien niet vergist. De schoefuitsparing aan de onderkant van de achterwielhouder zit aan de achterkant van de houder, zo hou je de linker en rechter achterwielhouder uit elkaar.
Steek de as aan beide kanten door de achterwielhouder en kogellager, met de flenskoppeling gericht naar de linker achterwielhouder.
Plaats de achterwielhouders, met de as er door gestoken, onder de voorziene schroefuitsparingen in het chassis. Laat het tandwiel met 32 tanden aansluiten op het tandwiel met 24 tanden dat op de motor werd gemonteerd. Maak je geen zorgen we komen nog terug op het afstellen van de tandwielen, maar om de achteras op het chassis te monteren moet je waarschijnlijk voorzichtig aan het tandwiel draaien.
Maak de wielhouders vast aan het chassis met behulp van twee M4x8mm schroeven en twee M4 veerringen per kant. Zorg ervoor dat de wielhouders parallel staan tegenover mekaar, anders zal er wrijving ontstaan op de achteras en zullen de achterwielen minder vlot bewegen.
De as zit nu nog los in de achterwielhouders. Manouvrees de as zodat er aan beide buitenkanten van de achterwielhouders ongeveer evenveel plaats over is.
Schuif een M3 sluitring over één van de uiteinden van de 150mm as, tot tegen de kogellager en schuif er nadien ook een wielkoppeling tegen. Maak deze wielkoppeling vast aan de as door gebruik te maken van twee M3x4mm stelschroeven.
Schuif nu ook een sluiting over het andere uiteinde van de as en schuif er een wielkoppeling tegen aan. Oefen wat druk uit langs beide kanten van de as en maak ook deze wielkoppeling vast aan de as door gebruikt e maken van twee M3x4mm stelschroeven. Zoals bij de voorwielhouders is het ook nu belangrijk dat de wielkoppelingen mooi evenwijdig lopen met de kogellagers, dat de er niet teveel speling zit op de wielkoppelingen maar dat de wielkoppelingen en de as ook vrij kunnen ronddraaien zonder dat er teveel wrijving is. Dit is een stap waar je wat meer voeling voor krijgt naarmate is dit inoefent. Als je de wrijving wil testen, duw je de tandwielen even uit mekaar en draai je aan de wielkoppelingen.
In deze stap maken we het tandwiel vast op de juiste plaats op de as. Zorg dat het tandwiel op de as aansluit op het tandwiel van de motor, maar zorg ook dat de schroef en die moer waarmee de flenskoppeling aan het tandwiel zijn vastgemaakt, voldoende plaats hebben om tussen de motorhouder en de rechter achterwielhouder te draaien. Aan beide kanten heb je slechts +-1 millimeter over. Bij deze stap is nauwkeurigheid erg belangrijk. Je zal zien dat beide tandwielen niet perfect overeenkomen. Dat is geen probleem. Wanneer het tandwiel in de juiste positie staat, maak je de flenskoppeling stevig vast aan de as met behulp van twee M3x4mm stelschroeven.
De lastigste stap in dit bouwproces is zorgen dat de tandwielen mooi in elkaar passen en ook bij een hoog toerental geen grip verliezen. Indien er teveel ruimte tussen de tandwielen is, de tandwielen scheef op elkaar staan of er net te weinig bewegingsvrijheid is, zullen de wielen niet goed draaien en de tandwielen snel stuk gaan. Zet de M4x8mm schroeven waarmee je de motorhouder hebt vastgemaakt aan het chassis een beetje losser en beweeg zo de motor om een optimale verbinding tussen de twee tandwielen te bekomen. Draai wat met de wielen tot ze voldoende soepel bewegen. Neem indien nodig het prototype er bij om even te vergelijken.

UITLEG

(SLUIT)RINGEN EN VEERRINGEN

Een ring of sluitring (bij ons ook bekend als rondel) is een vlak voorwerp met een gat in het midden dat over een schroef of draadeind past en dat onder een schroef, bout of moer wordt geplaatst.

Een ring kan meerdere doelen dienen:

verspreiding van de drukkracht op de verbinding over een groter oppervlak, waardoor het te bevestigen voorwerp niet gaat vervormen;
afdichten van de verbinding om te voorkomen dat vocht naar binnen dringt langs de verbinding.
bescherming van het te bevestigen voorwerp tegen beschadigingen tijdens het los- of vastdraaien van de verbinding.
het voorkomen dat een moer of bout lostrilt.

Om te voorkomen dat moeren of bouten lostrillen gebruikt men voornamelijk borgringen. Een voorbeeld van een borgring is een veerring. Deze zorgt voor extra druk tussen de vastgeschroefde delen en voorkomt zo speling. Soms wordt een veerring gecombineerd met een sluitring, om te voorkomen dat de veerring, een ander onderdeel beschadigd door haar opstaande uiteinden.

TANDWIELEN & KOPPEL (torque in het Engels)

Een tandwiel is een getand onderdeel van een machine of constructie in de vorm van een wiel of een cilinder dat in combinatie met andere getande onderdelen gebruikt kan worden om beweging over te brengen of van snelheid of richting te veranderen. In ons geval brengen we beweging over van een motor op een achteras. Een tandwiel brengt ook een koppel over.

Een koppel is een natuurkundige grootheid die een voorwerp doet draaien. Waar een kracht een voorwerp in de richting van de kracht in beweging brengt, heeft een koppel een rotatie-effect op een voorwerp rondom de as van het koppel. De term vindt zijn oorsprong in het effect van twee - een koppel - even grote maar tegengesteld gerichte krachten. Het koppel van een motor geeft de kracht aan die een of motor ontwikkelt bij een bepaald toerental, en dat in ons geval via één tandwiel wordt overgebracht op een ander tandwiel. De grootte van een koppel wordt uitgedrukt in de newtonmeter (Nm).

Wanneer de tanden van twee tandwielen in elkaar grijpen, zal het draaien van één tandwiel het andere dwingen om ook te draaien in tegengestelde draairichting (als beide tandwielen buitenvertanding hebben). Door twee tandwielen van verschillende diameters in te schakelen, kan een groter koppel worden verkregen bij een lagere omwentelingssnelheid, of omgekeerd.

Door gebruik te maken van een kleiner tandwiel op de motor, dat een groter tandwiel op de achteras doet bewegen, verhogen we dus het koppel, maar verlagen we de omwentelingssnelheid van de achteras, waardoor de wielen trager zullen draaien. Onze motor heeft een tandwiel met 24 tanden en onze as heeft een tandwiel 32 tanden, waardoor we spreken van een overbrengingsverhouding van 24/32 of 3/4. De wielen zullen dus op 3/4de van de snelheid van de motor draaien, maar er zal wel 50% meer kracht uitgeoefend worden.

Eigenlijk kennen jullie dit principe allemaal wel, een fiets met 'verzetten' schakelt namelijk tussen verschillende tandwielen om de snelheid van de omwentelingen en de kracht die wordt uitgeoefend, te manipuleren. Met dat verschil dat een fiets gebruik maakt van een ketting tussen tandwielen, in plaats van tandwielen die rechtstreeks op elkaar zijn geplaatst.

Enkele simulaties om dit te verduidelijken vinden jullie in deze video.

Servomotor

BENODIGDHEDEN

resultaat stap 3
korte servoarm (transparant acryl)
servohoorn (witte plastiek)
12g digitale servomotor
M2x3.5mm schroef
M2x8mm schroef
M2 borgmoer
2x M2x10mm schroef
2x M2 moer

INSTRUCTIES

Bevestig de korte servoarm met een M2x8mm schoef en een M2 borgmoer aan de servohoorn. Let hierbij op dat je beide armen langs de juiste zijde met elkaar verbindt, zoals in de assemblagevideo te zien is. Indien je de onderkant en bovenkant van de korte servoarm omwisselt, zal het moeilijker zijn om deze later met de wielhouders te verbinden. Schroef de borgmoer vast tot er bijna geen speling meer zit tussen de moer en de servoarm maar zorg dat de servoarm nog wel vrij kan bewegen. Als je de borgmoer helemaal vastdraait, zal de sturing niet werken.
Monteer de servomotor in de daarvoor voorziene opening in het chassis door gebruik te maken van twee M2x10mm schroeven en twee M2 moeren. Je hebt hier weinig plaats dus deze stap zal je fijne motoriek op de proef stellen. Maak gebruik van een fijne tang om de moer op zijn plaats te houden terwijl je de schroef er door draait.
Duw de servohoorn op de servomotor. De servomotor werd vooraf ingesteld op de 0-positie dus probeer de servohoorn zo gecentreerd als mogelijk op de servo te plaatsen. Het is geen probleem als dit niet perfect recht is. We kunnen de startpositie later nog wat manipuleren met de RC-verzender.
Schroef de servohoorn vast op de servomotor met behulp van de kleine M2x3.5mm schroef.

UITLEG

SERVOMOTOR

Een servomotor (vaak afgekort tot servo) is een apparaat om automatisch een mechanisch systeem te regelen, zonder directe mechanische verbinding. Servo's gebruikt in radio bestuurde voertuigen of robotica bestaan uit een elektromotortje, een daaraan gekoppelde potentiometer en regelelektronica. Gerobotiseerde assemblagelijnen zitten bomvol servo's om armen in verschillende richtingen te laten bewegen.

Hoe werken ze? In de servo wordt een referentiesignaal opgewekt. De servo vergelijkt voortdurend het stuursignaal met het referentiesignaal. Zodra er een verschilsignaal is, laat de regelaar de motor linksom of rechtsom draaien waarbij een potentiometer het referentiesignaal aanpast. Zodra het verschilsignaal nul is, stopt de servomotor.

Het stuursignaal voor de modelbouwservo's wordt door middel van pulsduurmodulatie (pulse-widt modulation, jullie al bekend van Arduino) overgebracht. De pulsduur bepaalt de rotatiestand. De meeste servo's hebben een beperkte draaihoek; maximaal 180 graden. Ook bidirectionele DC-motoren kunnen als aandrijving worden gebruikt, dan krijgen we een 360 graden-servo's. Die is dan weer nuttig voor andere toepassingen. Onze 12g digitale servo is een servo die een maximale draaihoek van 180° heeft, in theorie, want in de praktijk zal je merken dat een goedkope kleine servo geen volle 180° kan draaien.

BORGMOER

Een borgmoer is een specifiek soort moer met een plastieken of rubberen ringetje in dat voor wrijving zorgt tussen de moer en de schroef. Hierdoor zal de moer niet loskomen van de schoef. Borgmoeren worden gebruikt om verbindingen extra stevig te maken en eigenlijk kan je eender welke moer vervangen door een borgmoer om de verbinding te versterken.

Voor dit bouwpakket gebruiken we enkel borgmoeren om onderdelen met elkaar te verbinden die nog wat plaats nodig hebben om te bewegen zonder het risico te lopen dat door deze speling, de moer lostrilt.

Stuurmechanisme

BENODIGDHEDEN

resultaat stap 2
resultaat stap 4
lange servoarm (transparant acryl)
M3x12mm schroef
M3x16mm schroef
2 x M3 borgmoer
2 x M4x8mm schroef
2 x M4 veerring

INSTRUCTIES

Plaats de voorwielhouders aan de beide kanten van het chassis, onder de correcte gaatjes en schroef ze vast aan het chassis door gebruik te maken van een M4x8mm schroef en een M4 veerring. Schroef ze helemaal vast, maar draai ze nadien een kwartslag los zodat de voorwielhouders nog kunnen draaien maar niet wiebelen.
Plaats de lange servoarm over de uitsparingen van beide voorwielhouders en bevestig de servoarm aan de voorwielhouder door gebruik te maken van de M3x12mm schroef en een M3 borgmoer. Draai opnieuw de borgmoer voldoende vast om speling te voorkomen maar niet te vast zodat de arm nog kan bewegen met een minimum aan wrijving.
Bevestig de andere kant van de lange servoarm aan de linker voorwielhouder en de korte servoarm met behulp van een M3x16mm schroef en M3 borgmoer. Opnieuw draai je de borgmoer voldoende vast om speling te voorkomen, maar niet te vast zodat de armen nog kunnen bewegen. Vergelijk gerust even met het prototype als je niet zeker bent.

UITLEG

STUURMECHANISME

Door de servomotor te verbinden met een korte arm en deze te verbinden met één van beide voorwielhouders, die dan weer onderling met elkaar verbonden zijn door een andere arm, kunnen we door de servomotor te laten draaien, beide wielhouders tegelijk laten bewegen. Dit is een eenvoudige versie van een techniek die heel vaak wordt toegepast bij radiogestuurde voertuigen. Deze gesimplificeerde versie is niet ideaal, want er zal wat speling zitten op de wielen en we gaan geen gebruik kunnen maken van de volledige 180° draaiing van de servomotor. Toch is het voldoende om zo een eenvoudig stuurmechanisme te bekomen.

Chassis

BENODIGDHEDEN

resultaat stap 5
chassis onderkant
16 x M3x8mm schroef
8 x 25mm standoff (aluminium)
5 x M4x8mm schroef
5 x M4 veerring

INSTRUCTIES

Gebruik acht M3x8mm schroeven om acht 25mm standoffs vast te maken aan de bovenkant van het chassis.
Draai het chassis om en leg de onderkant van het chassis er bovenop. Zorg dat je de onderkant juist oriënteert.
Bevestig de onderkant van het chassis aan het geheel door opnieuw acht M3x8mm schroeven vast te schroeven in de 25mm standoffs.
Schroef de onderkant van beide voorwielhouders vast op het chassis met een M4x8mm schroef en een M4 veerring.
Schroef de onderkant van beide achterwielhouders vast op het chassis met een M4x8mm schroef en een M4 veerring.
Schoef de onderkant van de motorhouder vast op het chassis met een M4x8mm schroef en een M4 veerring.

Als alles goed is verlopen zou je Carduino er voorlopig ongeveer moeten uitzien zoals op de afbeelding hieronder. Wat ons nog rest is het vastsnoeren van de ESC (Electronic Speed Controller), de RC-ontvanger en de batterij. Hiervoor hebben we geen sleutels of schroevendraaiers meer nodig, maar hou ze binnen handbereik want we hebben ze nog een laatste keer nodig voor de allerlaatste stap in het assemblageproces: het vastmaken van de wielen op de wielkoppelingen.

ESC & RC-ontvanger

BENODIGDHEDEN

60A Electronic Speed Controller (ESC)
X6FG RC-ontvanger (in transmitter box)
2 x velcro gesp

INSTRUCTIES

Bevestig de Electronic Speed Controller aan de bovenkant van het chassis met een velcro gesp. Gebruik hiervoor de 2 uitsparingen die werden voorzien in het chassis. De ESC heeft aan de ene kant aansluitingen voor de motor en de batterij. Aan de andere kant zit een aansluiting voor de RC-ontvanger en een schakelaar. Monteer de ESC met de schakelaar naar achteren gericht.
Duw de schakelaar in de uitsparing in het chassis. De schakelaar zal niet helemaal vast zitten maar wel voldoende om niet zomaar weg te springen.
Bevestig de X6FG RC-ontvanger aan de bovenkant van het chassis met een velco gesp. Gebruik hiervoor de 2 uitsparingen die werden voorzien in het chassis. Bevestig de RC-ontvanger met de pin-aansluitingen naar achteren gericht.
Sluit de 3-pin connector van de ESC aan op kanaal 2 van de RC-ontvanger. De RC-ontvanger heeft (van links naar rechts) een signaalpin, + en een - aansluiting. De zwarte draad op de 3-pin connector van de ESC is de -, de rode is de + en de witte is de signaal-draad.
Sluit de rode motordraad van de ESC (rode draad met een kogelconnector) aan op de zwarte draad van de motor en sluit de zwarte motordraad van de ESC aan op de rode draad van de motor. Gebruik de gaatjes in het chassis om de draden uit de weg van de wielen te houden.
Sluit nu ook de 3-pin connector van de servomotor aan op kanaal 1 van de RC-ontvanger. De gele draad in de 3-pin connector van de servo is de signaaldraad. De draden van de servomotor zijn behoorlijk lang. Gebruik de uitsparingen in het chassis om de draden wat te lussen en zo uit de weg te houden van de wielen.

UITLEG

ESC (Electronic Speed Controller)

De ESC is een elektronisch circuit dat de snelheid en de draairichting van elektrische motoren kan regelen. Je vindt ze niet alleen terug in echte wagens, maar ook in radiografisch bestuurde voertuigen. Voor borstel- en borstelloze motoren worden andere ESC's gebruikt. De versie voor borstelmotoren is redelijk eenvoudig omdat je door het doorgestuurde voltage te variëren, de motor sneller of trager kan laten rijden en door de polen om te wisselen, de motor in de andere richting kan laten rijden. De programmeerbare versies van de Carduino werken in plaats van deze ESC met een Arduino microcomputer die verbonden wordt met een H-brug-circuit. Zo bereik je eigenlijk hetzelfde maar heb je nog meer mogelijkheden. We kiezen voor dit model voor de eenvoudige ESC als brein voor de snelheidsregeling.

Een ESC heeft een bepaald bereik van motoren waarvoor deze geschikt is. Zo heeft elke ESC een maximale stroom die kan worden voorzien, weergegeven in Ampères. Onze ESC kan tot 60A voorzien. Dit is meer dan voldoende voor onze motor. Borstelmotoren trekken doorgaans minder stroom dan borstelloze motoren. Wanneer je een rc-wagen samenstelt moet je altijd zorgen dat je ESC, je motor en je batterij onderling compatibel zijn. Bij een drone of quadcopter heeft elke motor een eigen ESC zodat je elk individueel kan regelen. Er is nog veel meer te vertellen over de werking van de ESC maar voor dit bouwpakket hoef je niet meer te weten.

RC-ONTVANGER

Elk RC-voertuig heeft een zender en een ontvanger die draadloos met mekaar worden verbonden. Hoewel er heel veel verschillende versies zijn van zenders en ontvangers, met allemaal hun voor- en nadelen, de ontvangers zullen steeds volgens hetzelfde principe zijn opgebouwd. Er zijn een specifiek aantal kanalen beschikbaar om functies te vervullen. Voorbeelden van functies zijn: rijden, sturen, lichten bedienen, muziek afspelen, ... De meeste zenders hebben 3 tot 6 kanalen. Als standaard wordt genomen dat kanaal 1 gebruikt wordt voor sturing en kanaal twee voor rijden. Wanneer je een RC-zender/ontvanger koopt voor een RC-wagen zal er altijd een stuur en een 'trigger' aanwezig zijn voor deze functies. Bij meer geavanceerde zenders kan je alle functies en kanalen veranderen naar believen. De RC-ontvanger voorziet aansluitingsmogelijkheden voor alle kanalen die beschikbaar zijn op de verbonden RC-zender. Wanneer je een signaal van kanaal op de RC-zender stuurt, bvb. door aan het wiel te draaien, zal de ontvanger dit signaal via pin-aansluitingen kunnen doorsturen naar aangesloten componenten, zoals een motor of een servo. In ons voorbeeld hebben we de servo aangesloten op kanaal 1 van de RC-ontvanger (voor sturing) en de ESC sluiten we aan op kanaal 2. Indien we in de toekomst graag verlichting toevoegen, hebben we nog 4 kanalen over om ook dat aan te sluiten.

Batterij

BENODIGDHEDEN

7.4V (2200MaH) Lipo Batterij
velcro gesp

INSTRUCTIES

Bevestig de 7.4v Lipo batterij aan de bovenkant van de onderplaat van het chassis. Gebruik hiervoor een velcro gesp en de hiervoor voorziene uitsparingen.
De batterij heeft twee aansluitingen. De 3-pin aansluiting gebruiken we bij het gebalanceerd opladen van de batterij, de grotere 2-pin aansluiting (een deans-connector genoemd) zal de ESC en de RC-ontvanger voorzien van stroom. Voorlopig duw je de deans-connector van de batterij door de uitsparing in het chassis zodat we er later de ESC op kunnen aansluiten. Sluit de batterij voorlopig nog niet aan.
Controleer of de ESC, de RC-ontvanger en de batterij voldoende vast zitten met de velcro gespen, zodat ze niet beginnen bewegen tijdens het rijden. Electronische onderdelen (en batterijen) blijven best stabiel om problemen te voorkomen.

UITLEG

BATTERIJEN

In een batterij wordt door chemische reacties elektronen vrijgemaakt aan de minpool en tegelijkertijd deze elektronen zich verplaatsen naar de pluspool. Hierdoor ontstaat tussen beide polen een spanningsverschil of potentiaal genaamd, uitgedrukt in Volt.

Door een elektrische verbruiker op beide polen aan te sluiten, is het nu mogelijk om een stroom, uitgedrukt in Ampère of mA, te onttrekken uit de batterij. De capaciteit van een batterij, uitgedrukt in mAh is de hoeveel elektronen en dus stroom per uur geleverd. Een batterij is dus een stroombron.

De energie die een batterij onder optimale condities kan leveren, verkrijgt men door de capaciteit (in mAh) te vermenigvuldigen met de spanning over de polen (in Volt), wat het aantal Wh is. Neem als voorbeeld een standaard AA-batterij, capaciteit 3330 mAh en spanning 1,5 V. De energie die deze kan leveren, is 5VAh (3330mAh x 1,5 V). Dus voor een hogere energiewaarde te bekomen is niet direct de soort batterij belangrijk, maar wel de combinatie van de nominale spanning en de capaciteitswaarde.

Als je een elektrische wagen van stroom wil voorzien heb je heel wat opties. Een oplaadbare optie is aangewezen maar ook oplaadbare batterijen komen in allerlei soorten en maten. Bij de keuze houden we 2 criteria in het acherhoofd:

Energiedichtheid: hoeveelheid energie die per kilogram batterij opgeslagen kan worden, uitgedrukt in Wh/kg. Anders gezegd de maximale capaciteit aan opslag energie nodig voor bepaalde tijd.
Vermogensdichtheid: het maximum vermogen dat een batterij kan leveren, uitgedrukt in Watt/kg. Vermogen is de batterijspanning vermenigvuldigd met de geleverde stroom, uitgedrukt in Watt.

Deze twee criteria samen geven aan hoeveel maximale kracht de soort batterij heeft en dit gedurende hoeveel maximale tijd?

Nikkel-MetaalHydride of NiMH-batterij

De NiMH-batterij is er gekomen als vervanger van de oudere en verbannen NiCd-batterij. De NiMH-batterij is een batterij waarin zich geen chemische vloeistoffen bevinden. Zeker goed om weten is het feit dat deze minder goed te lage of te hoge temperaturen verdragen. Bij te lage temperatuur verliest de batterij zijn lading, terwijl bij te hoge temperatuur de batterij beschadigt. Door deze temperatuurgevoeligheid dien je deze altijd weg te houden van de felle zon. Omgekeerd, gebruik je ze bij koud weer onder de 10°C, merk je snel dat deze batterijsoort veel sneller leeg komt. NiMH batterijen worden ook vaak gebruikt in opbaadbare batterijen voor powertools.

De nominale spanning per cel bedraagt 1,2 Volt. De energiedichtheid ligt op 60 Wh/kg. De vermogensdichtheid op 170 Watt/kg

Lithium-ijzer-fosfaat of LiFe-batterij

De LiFe- batterij is ook een batterij waarin zich geen chemische vloeistoffen bevinden. Ze hebben weinig last van zelfontlading en een heel lange levensduur. Ze zijn ook een beter en minder chemisch onstabiel dan LiPo-batterijen.

Let wel dat je de batterijen niet volledig ontlaad, onder de 2.4V treden onomkeerbare chemische reacties op. Omgekeerd niet hoger laden dan 4,2 Volt per cel. De reden is dat bij een volle batterij nog elektrische energie toevoegen niet kan omgezet worden in meer chemische energie. Deze energie wordt dan omgezet in warmte. De cellen zwellen op en de batterij gaat stuk indien dit proces te lang blijft aanhouden.

De nominale spanning per cel bedraagt 3,4 Volt. Deze waarde blijft tijdens gebruik ook zo gedurende lange tijd. De energiedichtheid ligt op 90 Wh/kg. Ongeveer 30% beter dan NiMH. De vermogensdichtheid op 900 Watt/kg.

Lithium-ion-Polymeer of LiPo-batterij

De LiPo-batterij is een droogtype en variant van de Lithium-ion batterij. De Lithium-ion tref je vooral aan in laptops of tablets als vaste batterij. De LiPo-batterij kent in de modelbouw de laatste jaren heel wat aantrek. De zelfontlading is klein, ongeveer 10% per maand. De levensduur ongeveer 24 tot 36 maanden. Het aantal laadcycli 300 tot 500. Het laden gebeurt vrij snel, in ongeveer 1 tot 2 uren met een aangepaste lader.

Toch zijn er een aantal heel belangrijke zaken nodig om weten, namelijk het stockeren, gebruik en laden.

Een LiPo-batterij heeft een nominale spanning van 3,7-3,8 Volt per cel. In volgeladen toestand is deze 4,1 – 4,15 Volt. Er worden soms tot 5 cellen gecombineerd. Voor een 2 cellen-batterij betekent dit samen 8.2 – 8,3 Volt. Indien bij gebruik de spanning per cel lager komt dan 3,2 Volt, gaat een thermische reactie op gang komen. Wat er gebeurt is een vergassing van de chemische samenstelling in de cel zelf. De cel blaast op met definitieve schade tot gevolg. Zelfs brand, rookontwikkeling of explosie is geen rariteit op dat moment.

Het laden mag enkel gebeuren met een specifieke LiPo-lader. Deze is voorzien om een tweede stekker aan te sluiten die de spanning per cel controleert en deels ontlaadt indien nodig. Volgeladen LiPo’s dienen ook zo snel mogelijk gebruikt te worden. De hoge spanning per cel is niet bevordelijk voor de levensduur. Stockeer je LiPo’s op de rustspanning van 3,7 – 3,8 Volt. Hiervoor heb je op de meeste laders een speciale laadfunctie, namelijk een storage mode.

De energiedichtheid ligt op 100 – 200 Wh/kg. Nog beter dan de LiFe. De vermogensdichtheid op 2800 W/kg. Owwille van de grote energiedichtheid en vermogensdichtheid, en het prijsverschil met LiFe batterijen, maken wij bij onze Carduino gebruik van een 2200MaH 7.4V LiPo batterij. We moeten dus steeds zorgen dat we de batterij op de juiste manier opladen en bewaren!

Wielen

BENODIGDHEDEN

4 x 85mm wielen
4 x M4x8mm schroef
4 x M4 veerring

INSTRUCTIES

De wielen passen mooi over de hexagonale wielkoppelingen.
Maak de wielen vast aan de wielkoppelingen door gebruik te maken van een M4 veerring en een M4x8mm schroef per wiel.

RC-zender

BENODIGDHEDEN

Dumborc X6 zender (in transmitter box)
4 x AA batterij

INSTRUCTIES

Voor elke individuele Carduino stellen we de instellingen best nog even af.
Wat kunnen we zoal doen:
- De stuurrichting en motorrichting omdraaien indien nodig (CH1 en CH2 reverse)
- Limieten instellen voor sturing indien we de servo niet willen overbelasten (CH1: EPA for steering)
- Limieten instellen voor snelheid indien we de motor niet op volle toeren willen laten draaien (CH2: EPA for throttle)
- 0-positie aanpassen voor sturing indien de wielen in de standaard 0-positie niet mooi recht staan (CH1 sub-trim for steering)
- 0-positie aanpassen voor motor indien de motor te snel of te traag reageert op de trigger. (CH2: sub-trim for throttle)

Link naar een video met een review van de DumboRC X6 controller: https://www.youtube.com/watch?v=TxrejljEOAg

Veel plezier met je zelfgebouwde RC-wagen! Niets houdt je tegen om na te denken over manieren om de wagen te personaliseren, van verlichting te voorzien, enz.

Page updated

Report abuse