obot klub Rychnov
Robi
univerzální podvozek pro testování hardwaru a řídicích algoritmů
Kdo z technicky založených nadšenců by si nechtěl splnit sen mít vlastního robota? Dnes to již není problém. Stačí se na chvíli stát konstruktérem, elektronikem a programátorem a za nějaký čas budete mít robota, jehož první nesmělé krůčky vás vrátí do dětských let. Takže pokud máte dostatek nadšení a dostatečně tolerantní okolí, můžete se s chutí pustit do práce.
Tento seriál vzniká, aby pomohl všem, kteří si zatím na stavbu vlastního robota
netroufali. Postupně v několika článcích projdeme mechanickou konstrukci robota,
stavbu řídicího počítače a jeho programování. Postupně doplníme robota čidly a
naučíme ho „inteligentnímu“ chování.
Robot, jehož stavba bude popsána, byl navržen s ohledem na co nejjednodušší stavbu
a bezproblémovou opakovatelnost (hlavně s ohledem na použité součásti). Konstrukci
si může každý upravit podle svých možností a požadavků nebo si postavit úplně svého robota.
Věřím, že tímto seriálem se podaří rozšířit řady amatérských robotiků. A brzy se
sejdeme na různých soutěžích, které se už pořádají i u nás.
Základní údaje
- Autor
- Martin Locker
- Koncepce
- Diferenciální podvozek
- Pohon
- 2x servo HS-322(311) (s vestavěným enkodérem)
- Řídicí procesor
- ATmega8 - 8MHz
- Napájení
- 2x LiON 2000mAh
- Senzory
- dle použití
Co nás čeká?
Robotický systém se skládá ze tří vzájemně provázaných částí: mechaniky, elektroniky
a řídicího systému – programu. Při stavbě mechanické části robota vyrobíme nosnou konstrukci
a doplníme ji pohony. Elektronika se bude sestávat z jednoduchého řídicího počítače
a čidel. Při tvorbě programu se seznámíme s programováním jednočipových mikrokontrolerů
a řešením základních úloh z oblasti řízení robotů.
Co budeme potřebovat?
Pro výrobu mechanických dílů použijeme běžné vybavení (pilka na železo, pilník, vrtačka).
Desku plošných spojů pro elektroniku si můžeme vyrobit sami nebo využít služeb firem,
které je vyrábějí. Pro osazení desky elektroniky potřebujeme páječku, nejlépe mikropáječku.
Pro ty, kteří nemají zkušenosti s programováním jednočipových mikropočítačů, doporučuji
pro první seznámení nepájivé kontaktní pole. Vlastní programování zajistíme jednoduchým
přípravkem připojeným k osobnímu počítači. Ukázky programů budou psány v jazyku C s
použitím volně šiřitelných vývojových nástrojů.
Celkové náklady na stavbu robota se pohybují okolo 2000,- Kč.
Mechanická konstrukce
Robot využívá jednoduché konstrukce diferenciálního podvozku, tj. dvoukolý podvozek,
kde každé kolo má samostatný pohon. Změna směru pohybu je realizována různou rychlostí
otáčení kol. Výhodou je snadné řízení a velká manévrovací schopnost.
Pohon zajišťují modelářská serva. Servomechanizmus je tvořen malým stejnosměrným
elektromotorem, převodovkou a řídicí elektronikou. Jejich výhodou je snadná dostupnost,
dostatečný výkon, vhodná rychlost otáčení a v neposlední řadě rozumná cena.
Pro pohon mobilních robotů lze použít krokové motory (mají nevýhodný poměr hmotnost/výkon,
ale výhodou je možnost řízení bez zpětné vazby), další možností jsou stejnosměrné motory
(jejich hlavním problémem jsou vysoké otáčky, které je nutné snížit převodovkou,
a dále potřeba výkonové řídicí elektroniky). Pro malé jednoduché roboty je proto
použití modelářských serv nejjednodušší řešení.
Podvozek
Podvozek je sestaven ze čtyř dílů vyrobených z plexiskla tloušťky 3mm. Díly vyřežeme
nahrubo dle výkresu a na čistý tvar dokončíme pilníkem. Otvor pro servo vyrobíme
nejsnadněji odvrtáním a dopilováním na potřebný tvar. Vyvrtáme otvory průměru 3 mm
a zahloubení pro hlavy šroubů.
Vzájemná poloha dílu je zajištěna buď vyvrtáním otvorů o průměru 1,5mm a následným
skolíkováním dílů (varianta A). Nebo, pokud máme možnost frézování, vyfrézoujeme
drážky do obou desek a bočnice vyrobíme vyšší o hloubku drážek (varianta B).
Pohon – úprava serva pro kontinuální otáčení
Modelářská serva jsou určena pouze pro pohyb v rozsahu úhlů max. 180°.
Pro použití jako pohon je musíme upravit pro kontinuální pohyb.Úprava spočívá
v odstranění potenciometru zpětné vazby a jeho nahrazení odporovým děličem a
odstranění mechanického dorazu na výstupním ozubeném kole.
Demontáž serva začneme odšroubováním spodního krytu. Odpájíme přívody elektromotoru
a desku s elektronikou vyjmeme. U posledních sérií serv to jde trochu ztuha kvůli
použití nějakého lepidla. Odšroubujeme potenciometr a vyjmeme jej.
Sejmeme kryt převodovky a rozebereme ji. U výstupního kola odstraníme výstupek,
který brání otáčení o více než 180°, např. odskřípnutím kleštěmi a začištěním nožem.
Převodovku smontujeme nazpět.
Nakonec upravíme původní desku elektroniky. Odpájíme
přívodní vodiče od potenciometru a nahradíme je odpory 2k7 dle obrázku.
Desku s elektronikou serva vložíme na původní místo a připájíme vývody motoru.
Úpravu dokončíme přišroubováním spodního krytu.
Montáž robota
Montáž robota začneme přišroubováním serv do výřezů v bočnicích
(použijeme šrouby M3x8, podložky a matice M3).
Na spodní desku přišroubujeme sloupky (délka 40mm). V případě varianty A do otvorů
v bočnicích vložíme kolíky (z drátu o průměru 1,5mm, délky 5mm). Bočnice s namontovanými
servy nasadíme kolíky do otvorů ve spodní desce. Sestavu uzavřeme horní deskou,
kterou připevníme šrouby ke sloupkům.
U varianty B vložíme bočnice do vyfrézované drážky (kolíky pro definování polohy nepoužijeme).
Montáž dokončíme nasazením kol na výstupní hřídele serv a zajistíme je šrouby.
Materiál
| Serva HITEC HS-322 | 2 ks | (modelářské prodejny – cca á 350,- Kč) |
| Plexi tloušťka 3mm | 200 x 170 mm | (a – 70,- Kč) |
| Kola SW65 | 2 ks | (a – á 151,- Kč) |
| Distanční sloupky polyamidové M3x40 | 4 ks | (prodejny s elektronickými potřebami, např. GM – á 9,- Kč) |
| Šrouby se zápustnou hlavou M3x8 | 16 ks | (prodejny se spojovacím materiálem) |
| Matice M3 | 8 ks | (prodejny se spojovacím materiálem) |
| Podložky pr. 3 | 8 ks | (prodejny se spojovacím materiálem) |
| Rezistory miniaturní 2k7 | 4 ks | (prodejny s elektronickými součástkami, např. GM – á 1,- Kč) |
| Drát pr. 1,5mm (pouze varianta B) | 8 x 5 mm |