Stavíme MOBILNÍHO ROBOTA Ing. Martin Locker
67 95 120
Úvod Úvod 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. 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.
4 Stavíme mobilního robota 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 mm. 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 mm a zahloubení pro hlavy šroubů. Vzájemnou polohu dílu zajistíme buď vyvrtáním otvorů o průměru mm a následným skolíkováním dílů (varianta A). Nebo, pokud máme možnost frézování, vyfrézujeme 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.
Mechanická konstrukce 5 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.
6 Stavíme mobilního robota Montáž robota Montáž robota začneme přišroubováním serv do výřezů v bočnicích (použijeme šrouby Mx8, podložky a matice M). Na spodní desku přišroubujeme sloupky (délka 40mm). V případě varianty A do otvorů v bočnicích vložíme kolíky (z drátu o průměru mm, délky 5mm). Bočnice s namontovanými servy nasadíme kolíky do otvorů ve spodní desce. Sestavu uzavřeme horní deskou, kterou připevníme šrouby ke sloupkům. Montáž šasi varianta A
Mechanická konstrukce 7 U varianty B vložíme bočnice do vyfrézované drážky (kolíky pro definování polohy nepoužijeme). Montáž šasi varianta B Montáž dokončíme nasazením kol na výstupní hřídele serv a zajistíme je šrouby. Materiál Serva HITEC HS-22 2 ks (modelářské prodejny cca á 50,- Kč) Plexi tloušťka mm 200 x 170 mm (www.hobbyrobot.cz 70,- Kč) Kola SW65 2 ks (www.hobbyrobot.cz á 151,- Kč) Distanční sloupky (prodejny s elektronickými potřebami, polyamidové Mx40 4 ks např. GM á 9,- Kč) Šrouby se zápustnou hlavou Mx8 16 ks (prodejny se spojovacím materiálem) Matice M 8 ks (prodejny se spojovacím materiálem) Podložky pr. 8 ks (prodejny se spojovacím materiálem) Rezistory miniaturní 2k7 4 ks (prodejny s elektronickými součástkami, např. GM á 1,- Kč) Drát pr. mm (pouze varianta B) 8 x 5mm
Horní a spodní deska, bočnice - varianta A Zahloubení pro hlavy šroubů u všech dílů stejné ŘEZ A-A 8x,2 4x 2 8x 6 90 0,5 16, A A 26 20 50,8 62,5 72 4x 45 40 10 4 95 77 R60 45 65 Horní deska - 1 kus 4x,2 40 47,5 50 Bočnice - 2 kusy Spodní deska - 1 kus Materiál dílů - plexi tloušťka mm
Horní a spodní deska, bočnice - varianta B Zahloubení pro hlavy šroubů u všech dílů stejné 8x,2 ŘEZ A-A 8x 6 90 0,5 16, A A 95 77 50,8 R60 55 62,5 72 17,5 65 Horní deska - 1 kus 10 20 4x,2 27,5 4 40 47,5 55 50 Bočnice - 2 kusy Spodní deska - 1 kus Materiál dílů - plexi tloušťka mm