Programozási paletták és programblokkok.

A robot motorjai a hajtások részét képezik. A robotikáról általában az első lépésben tanultunk. A második lépésben eldöntöttük, hogy milyen robotot készítünk. Olyan működtetőket kell telepítenünk, amelyek mozgásra késztetik a robotot.

A robot motorjának megválasztása közvetlenül attól függ, hogy milyen feladatokat kell végrehajtania a robotnak. A motor (motor) lehet a hajtás része, vagy lehet külön hajtás.

Az aktuátor olyan eszközként definiálható, amely energiát (a robotikában jellemzően elektromos energiát) fizikai mozgásokká alakít át.

Az aktuátorok túlnyomó többsége forgó vagy lineáris mozgást végez. Például a motor egyfajta hajtás. A megfelelő működtetőelemek kiválasztása a robot számára megköveteli, hogy ismerje a rendelkezésre álló működtetőket. Talán egy kis képzelőerő, egy kis matematika és fizika.
A forgó hajtások olyan hajtások, amelyek az elektromos energiát forgó mozgássá alakítják.

AC motor

Váltakozó áramú (AC) motort ritkán használnak mobil robotokban. Elsősorban azért, mert a legtöbbjüket úgy tervezték, hogy akkumulátorról egyenárammal (DC) működjenek. A váltakozó áramú motorokat főként ipari alkalmazásokban használják, ahol nagyon nagy nyomatékra van szükség. Először is, ahol a motorok az elektromos hálózatra vannak csatlakoztatva.

DC motorok

Egyenáramú motorok A motoros egyenáramú motorok különféle formájú és méretűek. Bár a legtöbbjük hengeres. Kimenő tengelyük van, amely nagy sebességgel forog, jellemzően 5000-10 000 ford./perc. Bár az egyenáramú motorok nagyon gyorsan pörögnek, a legtöbbjük nem túl erős. Ezeknek a robotmotoroknak alacsony a nyomatéka.

A sebesség csökkentése és a nyomaték növelése érdekében sebességváltókat lehet hozzáadni. A motornak a robotra való felszereléséhez rögzítenie kell a motorházat a robot vázához. Emiatt a robotmotorokon gyakran vannak rögzítőfuratok, amelyek általában a motor homlokoldalán helyezkednek el. Ezért a felületre merőlegesen telepíthetők.

Az egyenáramú motorok az óramutató járásával megegyezően (CW) vagy azzal ellentétesen működhetnek. A tengely szögelmozdulása jeladókkal vagy potenciométerekkel mérhető.

Ez egy egyenáramú motor sebességváltóval kombinálva. Csökkenti a motor fordulatszámát és növeli a nyomatékot. Például egy egyenáramú motor 10 000 ford./perc sebességgel forog, és 0,001 Nm nyomatékot ér el. Ha hozzáadunk egy 100:1 (száz az egyhez) csökkentési arányt, akkor a sebességet 100-szorosára csökkentjük. Ennek eredményeként 10000 / 100 = 100 ford./perc, és a nyomaték 100-szorosára nő (0,001 x 100 = 0,1 N*m).

A reduktorok fő típusai a következők:

1. felszerelés
2. öv
3. planetáris
4. féreg

A csigahajtómű lehetővé teszi, hogy egyetlen lépéssel nagyon magas áttételi arányt érjen el. Ezenkívül megakadályozza a kimenő tengely elmozdulását, ha a motor nem jár.

Szervómotor

A használt motor típusa a kívánt mozgás típusától függ.

R/C vagy hobbi szervo motor

Az ilyen típusú szervomotorok gyakran akár 180 fokkal is elfordulhatnak. Egy bizonyos forgásszögben forognak. És gyakran használják drágább távirányítós modellekben a repülés vezérlésére vagy vezérlésére.

Ma már különféle alkalmazásokban használják őket. Ezeknek a szervóknak az ára jelentősen csökkent, a választék (különböző méretek, technológiák és erősségek) pedig nőtt. A legtöbb szervo közös tényezője, hogy a legtöbb csak körülbelül 180 fokos elforgatást használ.
Az R/C szervomotor egy egyenáramú motort, sebességváltót, elektronikát és egy forgó potenciométert tartalmaz, amely méri a szöget

Az elektronika és a potenciométer szinkron módon vezérli a motort és leállítja a kimenő tengelyt egy előre meghatározott szögben. Ezeknek a motoroknak általában három vezetékük van: test, B feszültség és vezérlő impulzus. A vezérlő impulzust általában eltávolítják a szervomotor-vezérlőből. A hobbi szervomotor egy új típusú szervomotor. Ez magában foglalja a folyamatos forgatást és a pozíció visszajelzését. Minden szervó forgatható jobbra és balra is.

Ipari szervomotorok

Az ipari szervomotoros hajtást másképpen vezérlik, mint egy hobbimotort, és gyakrabban találhatók meg nagyon nagy gépeken. Az ipari szervomotor általában háromfázisú, és egy AC motorból, egy sebességváltóból és egy jeladóból áll. A telepített jeladó visszajelzést ad a szöghelyzetről és a sebességről.

Ezeket a motorokat súlyuk, méretük, költségük és összetettségük miatt ritkán használják mobil robotokban. Erőteljes ipari manipulátorokon ipari szervomotorokat láthat. Nagyon nagy robotjárműveken is használhatók.

Léptetőmotorok

A léptetőmotor bizonyos „lépésekben” (valójában bizonyos fokokban) forog. A lépések száma és mérete több tényezőtől függ. A legtöbb léptetőmotor nem tartalmaz fogaskerekeket. Mivel ezek egyenáramú motorok és a nyomatékuk alacsony.

A megfelelően beállított léptetőmotor jobbra-balra foroghat, és a kívánt szöghelyzetbe állítható. Léteznek egypólusú és bipoláris léptetőmotorok. A léptetőmotorok egyik figyelemre méltó hátránya, hogy ha a motor nem jár, nehéz megbizonyosodni a motor indítási szögéről.

A léptetőmotorhoz hajtómű hozzáadása ugyanazt a hatást eredményezi, mint az egyenáramú motorhoz való fogaskerekes felszerelés: növeli a nyomatékot és csökkenti a szögsebességet. Mivel a sebességet az áttételi arány csökkenti, a lépésméret is ugyanilyen tényezővel csökken.

Lineáris meghajtók

A lineáris aktuátorok lineáris mozgást (egyetlen egyenes vonal mentén történő mozgást) hoznak létre, és három fő megkülönböztető mechanikai jellemzővel rendelkeznek.

1. Minimális és maximális távolság, amellyel a rúd el tudja mozgatni a tengelyt (mm-ben vagy hüvelykben)
2. Erősségük (kg-ban vagy fontban)
3. Sebességük (m/s-ban vagy inch/s-ban)

DC lineáris működtető

A lineáris egyenáramú hajtás gyakran egy csigahajtóműhöz csatlakoztatott egyenáramú motorból áll. Amikor a motor forog, a propeller tartója közelebb vagy távolabb lesz a motortól. Lényegében a csigakerék a forgó mozgást lineáris mozgássá alakítja.

Néhány egyenáramú lineáris aktuátor lineáris potenciométert tartalmaz, amely lineáris visszacsatolást biztosít. A meghajtó teljes tönkremenetelének megakadályozása érdekében sok gyártó végálláskapcsolót szerel fel mindkét végén. Jellemzően a meghajtó áramellátásának leállítására, amikor megnyomják. Az egyenáramú lineáris működtetők sokféle méretben és típusban kaphatók.

A mágnesszelep egy mozgatható mag köré tekercselt tekercsből áll. Amikor a tekercs feszültség alatt van, a magot taszítja a mágneses tér, és egy irányban mozog. Több tekercs vagy néhány mechanikus mechanizmus szükséges a kétirányú mozgás biztosításához.

A mágnesszelepek általában nagyon kicsik, de sebességük nagyon nagy. Az erősség elsősorban a tekercs méretétől és a rajta áthaladó áramtól függ. Az ilyen típusú működtetőket szelepekben vagy reteszelőrendszerekben használják. Az ilyen rendszerekben általában nincs helyzet-visszacsatolás (a mag vagy teljesen be van húzva, vagy teljesen ki van húzva).

Pneumatikus és hidraulikus hajtások

A pneumatikus és hidraulikus működtetők levegőt vagy folyadékot (például vizet vagy olajat) használnak a lineáris mozgáshoz. Az ilyen típusú működtetők nagyon hosszú löketűek, nagy teljesítményűek és nagy sebességűek lehetnek.

Működésükhöz kompresszorfolyadék használatára van szükség. Ez megnehezíti a működésüket, mint a hagyományos elektromos hajtások. Nagy erejük, sebességük és általában nagy méretűek. És elsősorban ipari berendezésekben használják őket.

Hajtás kiválasztása

Fontos megjegyezni, hogy folyamatosan új és innovatív technológiák jelennek meg, és semmi sem állandó. Vegye figyelembe azt is, hogy egyetlen meghajtó nagyon különböző feladatokat tud végrehajtani különböző körülmények között. Például különböző mechanikával. A lineáris mozgást előidéző ​​működtető szerkezettel egy tárgyat vissza lehet forgatni (például az autó ablaktörlőit).

Kerekes vagy lánctalpas robotok

A robot hajtómotorjainak mozgatniuk kell a teljes robot súlyát, és valószínűleg reduktorra lesz szükségük. A legtöbb robot az egyik oldal kerekeivel fékez. Míg az autók vagy teherautók általában kormányzást használnak.

Ha a csúszókormányzást választja, a hajtóműves egyenáramú motorok ideális választást jelentenek kerekekkel vagy lánctalpas robotokkal. Végül is folyamatos forgást biztosítanak, optikai kódolók segítségével opcionális helyzet-visszajelzéssel is rendelkezhetnek. Nagyon könnyen programozhatók és használhatóak.

Ha kormányzást szeretne használni, egy hajtómotorra és egy motorra lesz szüksége az első kerekek kormányzásához. A forgás egy bizonyos szögre korlátozódik, és R/C szervomotor alkalmazható.

A motor nehéz súlyok emelésére vagy fordítására szolgál. A súlyemelés lényegesen több energiát igényel, mint egy súlyt sík felületen mozgatni. A sebességet fel kell áldozni a nyomaték eléréséhez.

Ezért a legjobb, ha nagy áttételű sebességváltót és erős egyenáramú motort vagy egyenáramú lineáris működtetőt használ. Megfontolhatja egy rendszer (vagy csigafogaskerekek vagy bilincsek) használatát. Ez megakadályozza a rakomány leesését az irányítás elvesztése esetén.

Motor szervók

Akkor használható, ha a tartomány 180 fokra korlátozódik, és a nyomaték nem jelentős. Az R/S szervomotor ideális az ilyen alkalmazásokhoz. A szervomotorok többféle nyomatékban és méretben kaphatók, és szöghelyzet-visszajelzést adnak.

Jobb, ha potenciométert és néhány speciális optikai kódolót használ. Az R/C szervókat egyre gyakrabban használják kis sétálórobotok létrehozására.

Léptetőmotorok

Akkor használják, ha a forgásszögnek nagyon pontosnak kell lennie. A léptetőmotor-vezérlővel kombinált robot léptetőmotorok nagyon precíz szögmozgást tudnak produkálni. A szervomotorokat néha előnyben részesítik, mert folyamatos forgást biztosítanak. Néhány professzionális digitális szervomotor azonban optikai kódolót használ. Ennek eredményeként nagyon nagy pontossággal rendelkeznek.

Lineáris meghajtók

A lineáris aktuátorok a legjobbak tárgyak mozgatására és egyenes vonalba helyezésére. Különféle méretben és konfigurációban kaphatók. A nagyon gyors mozgáshoz pneumatika vagy mágnesszelepek jöhetnek szóba. Nagyon nagy teljesítmények esetén egyenáramú lineáris hajtóművek és hidraulika is szóba jöhet.

Esettanulmány

• Az 1. leckében meghatároztuk a projektünk célját, hogy megértsük, milyen típusú mobil robotot lehet kis költségvetéssel megépíteni.
• A 2. leckében úgy döntöttünk, hogy szeretnénk egy kis, kerekes platformot. Először is határozzuk meg, hogy milyen típusú meghajtóra lesz szükség a robot megépítéséhez.

Ehhez válaszolnia kell öt kérdés:

1. Ezt az aktuátort egy kerekes robot mozgatására használják?
   Igen. Szüksége van egy hajtóműves motorra, amely az egyik oldalon fékezéssel vezérelhető. Ez azt jelenti, hogy minden kereket fel kell szerelni saját motorral.
2. Használnak robotmotorokat nehéz súlyok emelésére vagy fordítására?
   Nem, egy asztali platformnak nem kell nehéznek lennie.
3. A mozgási tartomány 180 fokra van korlátozva?
   Nem, a kerekek folyamatosan foroghatnak.
4. A szögnek pontosnak kell lennie?
   Nem, a robotunk nem igényel helyzeti visszajelzést.
5. Ez egyenes vonalban mozog?
   Nem, mert azt akarjuk, hogy a robot minden irányba forogjon és mozogjon.

Mindezeknek a követelményeknek megfelel nagy motor a LEGO MINDSTORMS Education EV3 alapkészletből.

Az EV3 nagy motor műszaki adatai

Az aktuátor egy olyan mechanizmus, amely elektromos, pneumatikus vagy hidraulikus jeleket használó folyamatvezérlő berendezéseket működtet. Ez fontos része a robotikának. A robotokban használt meghajtók befolyásolják azok megvalósíthatóságát és teljesítményét. Ezért ebben a cikkben megvizsgáljuk a 7 leggyakoribb meghajtót, amelyek különféle célokra felszerelhetők robotokkal.

Kefe nélküli DC motor

Kezdjük az elektromos motorokkal. A kefe nélküli vagy kefe nélküli aktuátorok egyike a robotikában egyre népszerűbbek. Ahogy a neve is sugallja, ez a motortípus nem használ kefét a kommutációhoz, hanem elektronikusan kommutálják. Ennek a meghajtónak a működési elve az elektromágnes és az állandó mágnes közötti mágneses mezők kölcsönhatásán alapul. Amikor a tekercs feszültség alatt van, a forgórész és az állórész ellentétes pólusai vonzódnak egymáshoz. Ezeket az aktuátorokat szinte minden robotban használják.

A BDP előnyei a következők:

• A nyomaték jellemzőihez viszonyított reakciósebesség;
• Magasabb forgási sebesség;
• Magas dinamikus jellemzők;
• Hosszú élettartam;
• Csendes működés.

Hibák:

• Bonyolult és drága sebességszabályozó;
• Elektronika nélkül nem működik.

Szinkron hajtás

Ez a motor egy forgórészt tartalmaz, amely szinkronban forog egy oszcilláló mezővel vagy árammal. A szinkron hajtások számos előnnyel rendelkeznek a többi motorhoz képest. Mindenekelőtt ez az energiamutatókra vonatkozik. Ezeket a meghajtókat gyártott ipari robotokban használják, átlagos teherbírással és 3-6 szabadságfokszámmal. Az elektromos hajtás pozicionálási pontossága eléri a ± 0,05 mm-es értékeket. Pozíciós és kontúr üzemmódban egyaránt használhatók.

Előnyök:

• Magas hatásfok;
• Könnyű összeszerelés és jó beállítási tulajdonságok;
• A fordulatszám-szabályozást nem igénylő mechanizmusok szinkronhajtásának célszerűsége nyilvánvaló.

Hibák:

• A szinkronmotor használata nehézkes, ha a mechanizmusoknak nagy lendkeréktömegük van, ahol állítható vagy kettős hajtásra van szükség;
• Nincs kezdeti indítónyomatéka. Következésképpen az indításhoz a forgórészt külső nyomatékkal fel kell gyorsítani a szinkronhoz közeli fordulatszámra.

Aszinkron motor

Ez az elektromos hajtás a váltakozó áramú elektromos energiát mechanikai energiává alakítja több okból is előnyös. Maga az „aszinkron” kifejezés azt jelenti, hogy nem egyidejű. Ez azt jelenti, hogy ezekben a motorokban az állórész mágneses mezőjének forgási frekvenciája mindig nagyobb, mint a rotor forgási sebessége. Az aszinkron motorok váltakozó árammal működnek.
Ezt a motortípust elsősorban az autók hajtókerekeinek meghajtására használják, így a kerekes robotikában is megállják a helyüket. A nagy teljesítményű félvezetők elérhetősége praktikussá tette az egyszerűbb váltakozó áramú indukciós motorok használatát.

Előnyök:

• Egyszerűség és megbízhatóság a kollektor hiánya miatt;
• Alacsony költségű;
• Jelentősen alacsony súly;
• Kisebb méretek.

Hibák:

• Túlmelegedhet, különösen terhelés alatt;
• Képtelenség fenntartani a stabil forgási sebességet;
• Viszonylag kicsi kioldó mechanizmus.

Léptetőmotor

A léptetőmotor egy olyan hajtás, amelyet a közelmúltban gyakran használnak a robotikában. A fő különbség közte és az összes többi motor között a forgási mód. Mint ismeretes, a korábban felsorolt ​​motorok folyamatosan forognak. De a léptető meghajtók „lépésenként” forognak. Minden lépés egy teljes forgás egy részét jelenti. Ez a rész a motor mechanikai felépítésétől és a szabályozási módtól függ.

A léptetőmotorok alkalmazása az egyik legegyszerűbb, legolcsóbb és legkönnyebb megoldás a precíziós helymeghatározó rendszerek működtetésére. Ezért ezeket a motorokat nagyon gyakran használják CNC gépekben és robotokban.

Előnyök:

• A fő előnye a munka pontossága. Amikor potenciálokat alkalmaznak a tekercsekre, a motor szigorúan egy bizonyos szögben forog;
• Alacsony költségű;
• Alkalmas egyedi mechanizmusok és rendszerek automatizálására, ahol nincs szükség nagy dinamikára.

Hibák:

• Probléma van a rotor „csúszásával” a tengely megnövekedett terhelése miatt;
• Lépéshatár (maximum 1000 ford./perc).

Szervo

Ez egy olyan típusú elektromechanikus motor, amely nem forog folyamatosan, mint a léptetőmotorok, hanem egy jelre mozog egy bizonyos pozícióba, és fenntartja azt a következő jelig. Széles körben használják a robotika különböző ágazataiban - a házi készítésű mechanizmusoktól a bonyolult androidokig.

A szervohajtások visszacsatoló mechanizmust használnak a pozicionálási hibák kezelésére és kijavítására. Az ilyen rendszert nyomkövető rendszernek nevezzük. Ha valamilyen erő nyomást gyakorol az aktuátorra, hogy megváltoztassa a helyzetét, a motor ellenkező irányú erőt fejt ki, hogy kijavítsa a keletkező hibát. Így nagy pozicionálási pontosság érhető el.

Előnyök:

• Magasabb forgási sebesség;
• Nagy teljesítményű;
• A mechanizmus helyzete mindig látható és állítható.

Hibák:

• Komplex csatlakozási és vezérlőrendszer;
• Szakképzett szervizt igényel;
• Magas ár.

Pneumatikus hajtás

Olyan motor, amely sűrített levegő energiájával hajtja meg a gépeket. A fő alkatrész itt a kompresszor. A kompresszor által sűrített levegő bejut a pneumatikus vezetékekbe, majd a pneumatikus motorba. A viszkózus közeg hiánya miatt az ilyen motorok nagyobb frekvencián működhetnek - a pneumatikus motor forgási sebessége elérheti a percenkénti több tízezer fordulatot.
Ezt a hajtástípust egyre gyakrabban használják a robotikában, mivel alacsony a futási simasága és működési pontossága. A legracionálisabb olyan mechanizmusokhoz használni, amelyek két állapotúak - visszahúzás és kilökődés vagy zárás és nyitás.

Előnyök:

• Egyszerűség és gazdaságosság;
• A munkafolyadék nem korlátozódik egy adott térfogatra, és szivárgás esetén pótolható;
• Kompresszor helyett használhat sűrített gázpalackot, ami leegyszerűsíti a pneumatikus rendszer felépítését;
• Kevésbé érzékeny a környezeti hőmérséklet változásaira.

Hibák:

• Alacsonyabb hatékonyság;
• A pneumatikus energia magas költsége az elektromos energiához képest;
• A munkagáz felmelegítése és hűtése a kompresszorokban, ami a rendszerek lefagyásának lehetőségéhez vezethet, vagy fordítva, a vízgőz lecsapódásához a munkagázból.

Hidraulikus hajtás

Ha a robotnak 100 kg-nál nagyobb teherrel kell dolgoznia, fontolja meg hidraulikus hajtás használatát. Az ilyen típusú motorok folyadékot használnak az indítószerkezet meghajtására. A hidraulikus hajtás működési elve egy szivattyúból áll, amely nyomást hoz létre a munkaközegben a hidraulikus motorhoz csatlakoztatott nyomóvezetékben. A motor a folyadéknyomást mechanikai nyomássá alakítja. Ugyanakkor a szabályozók szabályozzák a hidraulikus motor sebességét és mozgási irányát.
Ezeket a meghajtókat elsősorban az ipari robotikában használják. De vannak olyan esetek, amikor más prototípusokban használják őket, például a DARPA híres ötletében - a BigDog robotban.

Előnyök:

• Kis méret és súly;
• Nagy teljesítmény – 25-ször nagyobb erőt fejleszt ki, mint egy hasonló méretű pneumatikus működtető;
• Sima erőszabályozás;
• Működési hőmérséklet -50 és +100 С között.

Hibák:

• Nagy nyomáson folyadékszivárgás léphet fel;
• Magas berendezések és karbantartási költségek;
• Folyamatos energiafogyasztás;
• Nehéz ellenőrizni a munka pontosságát.

Ezek voltak a modern robotikában leginkább használt hajtóművek legalapvetőbb típusai.

A robotika és a különféle automatizálási rendszerek létrehozása nemcsak a szakemberek, hanem a kezdő rádióamatőrök körében is nagy érdeklődésre tart számot.
A technológia gyors növekedése hatással volt a rádióelektronikai alkatrészek modern piacára. A különféle mikrokontrollerek, érzékelők, relék, bővítőkártyák hatalmas választéka lehetővé teszi, hogy tervezőhöz hasonlóan komplex műszaki megoldást alkosson otthon.
Ha korábban a Smart Home rendszer létrehozásához és megvalósításához speciális cégekkel kellett kapcsolatba lépni, most az elemek többsége önállóan összeszerelhető. Az amatőr robotika nem marad el az ipari formatervezés mögött. Az összeszerelt otthoni robot adott pályán halad, napelemről töltődik, méri a környezet hőmérsékletét/páratartalmát, és fényképeket készít a területről. Ez még korántsem a teljes lista a kiegészíthető dolgokról, de ez a modell funkcionalitásában és logikájában már hasonlít például a Mars bolygót kutató Curiosity űrszondához.
Napjainkban újra megindultak a rádiómérnöki körök, ahol tapasztalt tanárok irányításával a fiatalabb generáció sajátítja el a robotikát. Ez nem csak szórakozás, hanem rengeteg szellemi munka is, melyhez matematikai, fizikai és számítástechnikai ismeretekre van szükség.
Sok mű megtalálható az interneten. Néhányan külön figyelmet érdemelnek:

Nézzük meg azokat a főbb pontokat, amelyekre szükségünk lesz egy robot tervezésénél és összeszerelésénél.

Költségvetés tervezése

A robot tervezésével és összeállításával kapcsolatos munka a költségvetés tervezésével kezdődik. A funkcionalitástól és az alkalmazott műszaki alaptól függően a robot végső költsége magas lehet.
A legtöbb projekthez nemcsak eredeti alkatrészeket, hanem analógjaikat (másolataikat) is használhatja. Ez jelentősen csökkenti a projekt költségeit. Sokan inkább kínai online áruházakból rendelnek alkatrészeket. Az ingyenes szállítással járó megrendelés ára vonzóbbnak tűnik, mintha ugyanazokat az alkatrészeket vásárolná meg, de nagy felárral Oroszországban.

Robot platform kiválasztása

A leggyakoribb és legolcsóbb platformok kerekesÉs lánctalpas. Számos kész komponens létezik ezekhez a platformokhoz, így ideálisak kezdő projektnek.
Egy kerekes platform tetszőleges számú kereket tartalmazhat. A legelterjedtebbek a három- és négykerekű modellek (2WD, 4WD). A felülettel való kis érintkezési felület miatt a kerekes platform megcsúszhat.

A gumiabroncsok segítségével csökkenthető a tapadás elvesztése.
Megnövekedett terepfutó képessége van lánctalpas platformok. Megakadályozzák a csúszást, és leküzdhetik a különféle mesterséges és természetes akadályokat. A platform hátránya a bonyolult mechanikai beépítés.
Robotok végtagokkal nagyon egyenetlen felületeken is stabilan mozoghat. De ennek a platformnak a fő hátránya a kódolás bonyolultsága és a magas végső költség.
A modern piac számos kész megoldást kínál a légi robotokhoz. Különösen népszerűek kvadrokopterekÉs helikopterek.
A légi robotok ideálisak felületek felülről történő megfigyelésére és filmezésére, valamint nehezen elérhető helyek felfedezésére. Egyes vállalatok aktívan fejlesztenek és használnak felszálló platformokat áruszállításra. A légplatform jelentős hátránya a teljes szerkezet részleges, legtöbbször teljes elvesztése egy balesetben.

A meglévő típusú platformok funkcionalitásának növelése érdekében különféle típusú manipulátorok. A manipulátorok egy vagy tíz egyedi szabadságfokkal is felszerelhetők.
Vízi platformok nem használják széles körben. Főleg tudományos és ipari területeken használják.

Motor kiválasztása robothoz

A legtöbb fent tárgyalt platform meghajtásához motorra (elektromos motorra) van szükség. Ez egy olyan eszköz, amely az elektromos energiát mechanikai energiává alakítja. A motorok kiválasztása a robot mozgásától függ.
Alkalmas kerekes vagy lánctalpas platformokhoz DC hajtóműves motor. A sebességváltó ebben az esetben lehetővé teszi a nyomaték beállítását. A motor mindkét oldalán található tengely lehetővé teszi egy jeladó felszerelését, amely segít meghatározni a kerék forgási szögét és megtett távolságát. A motor teljesítményét magának a robotnak a súlya alapján számítják ki.

Léptetőmotor egyenlő lépésekben mozog. A léptetőmotorokat impulzusok vezérlik. Minden impulzus a forgás mértékére alakul át. Ezt a motortípust olyan robotokban használják, ahol rendkívül pontos mozgási szögre van szükség.
Szervómotor egyenáramú motorból, sebességváltóból, elektronikából és a szöget mérő forgó potenciométerből áll. Az elforgatási szög körülbelül 180 fok. A szervomotorokat általában robotkarokban és végtagokkal rendelkező robotokban használják.
A gyakorlatban sok robotmodell különböző típusú motorokat tartalmaz. A központi vezérléshez motormeghajtókat (Motor shield) használnak.

Motorvezérlő (illesztőprogram) kiválasztása

Az alacsony teljesítményű vezérlőjelek motorok vezérléséhez elegendő árammá alakítására használják motor meghajtók (Motor Shield)
A motorvezető csak a motor sebességét és irányát érzékeli, de a korlátozott teljesítmény miatt nem tudja közvetlenül irányítani. Emiatt a motormeghajtó használata mikrokontroller nélkül nem lehetséges. A modern motormeghajtók logikája lehetővé teszi a különböző típusú motorok külön-külön és egyidejű vezérlését. Az illesztőprogram kiválasztásakor ügyelni kell a névleges feszültségre és áramerősségre.
A specifikációk általában azt a bemeneti feszültségtartományt és áramerősséget jelzik, amelyre tervezték. A beépített túlterhelés elleni védelmi rendszerek ellenére nem szabad 5V-os motort 3V-os vezérlőhöz csatlakoztatni.
A vezérlőt (motorvezetőt) a robotba beszerelni tervezett motorok típusának meghatározása és jóváhagyása után kell megtenni.

Vezérlőrendszer kiválasztása

A robot irányításának többféle módja van:

Vezetékes vezérlés
A robot irányításának legegyszerűbb módja a vezetékes. A vezérlőpanel kábellel csatlakozik a robothoz. Nem igényel bonyolult elektronikus alkatrészeket. Jelentős hátránya a korlátozott mozgás. A szabályozási tartomány teljes mértékben a kábel hosszától függ. A túl hosszú kábel folyamatosan beakad és összegabalyodik.

Vezeték nélküli vezérlés

Infravörös jel

A robot irányításához távirányítót használnak. Bizonyos esetekben beállíthat egy normál TV távirányítót. A robotra egy infravörös érzékelő van felszerelve, amely a mikrokontrollerhez csatlakozik és vezérlőjeleket továbbít rá. Csakúgy, mint a TV távirányítójának használatakor, a robot korlátozott távolságban vezérelhető az IR érzékelő közvetlen látószögéből.

Bluetooth

Bluetooth technológia használata esetén a robotvezérlés Bluetooth-kompatibilis eszközökkel (táblagép, mobiltelefon, számítógép) lehetővé válik. Nem kell közvetlen rálátásban lenni az adóra, bár a Bluetooth működési hatótávolsága korlátozott (kb. 10-15 m).

A robot bárhonnan vezérelhető, ahol van internet-hozzáférés. Csak a robot wi-fi modulját kell csatlakoztatnia egy internet-hozzáféréssel rendelkező útválasztóhoz.

GPRS/GPS

A GPS a robot helyének meghatározására szolgál. A navigáció segítségével kiszámíthatja egy útpont irányát és távolságát.
A GSM-kártyák lehetőséget biztosítanak más telefonokról hívások kezdeményezésére és fogadására, SMS-küldésre egy adott számra, amikor megnyom egy bizonyos gombot. Így mobiltelefonunkról SMS-t küldve a GSM hálózaton keresztül tudunk majd parancsokat továbbítani a robotnak. Sőt, maga a robot minden olyan helyen elhelyezhető, ahol GSM hálózati lefedettség van.

Mikrokontroller kiválasztása

Mint már mindannyian tudjuk, a mikrokontroller egy olyan mikroáramkör, amelyet elektronikus eszközök vezérlésére terveztek. Ez egy egychipes számítógép, amely viszonylag egyszerű feladatok elvégzésére képes. A külvilággal való kölcsönhatás érdekében a mikrokontroller érintkezőkkel van felszerelve, amelyeken az elektromos jelet be lehet kapcsolni (1) vagy kikapcsolni (0). A tűk segítségével különböző eszközöktől és érzékelőktől érkező elektromos jelek olvashatók.
A modern mikrokontrollerek integrált feszültségszabályozóval rendelkeznek. Ez lehetővé teszi, hogy a mikrokontroller olyan széles feszültségtartományban működjön, amely nem igényli a pontos üzemi feszültséget.
Nagyon sokféle mikrokontroller használható, de az Arduino hardverplatformot manapság széles körben használják.
Platformokon átívelő, alacsony költsége, nyitott architektúrája és a programozási nyelv egyszerűsége miatt az Arduino nagyon népszerűvé vált a kezdők és a profik körében.
Az Arduino platformot használó népszerű projektek egyszerű automatizálási és robotikai rendszerek építése. Ezzel a platformmal okosotthont szervezhet, otthoni meteorológiai állomást építhet, és elsajátíthatja a robotikát.

Telemetria

Mindenféle érzékelőt használnak a robot körüli világ tanulmányozására és mérésére. Segítségükkel megtudhatjuk robotunk helyét, meghatározhatjuk a tárgyak távolságát, mérhetünk hőmérsékletet/páratartalmat/nyomást, képet készíthetünk a területről stb.
A helyesen kiválasztott bővítőkártya nagyban leegyszerűsíti az új típusú érzékelők hozzáadásának folyamatát, és megóv minket attól, hogy már a tervezési szakaszban módosítani kell a beágyazott logikát.
Nézzük meg a megfizethető és könnyen programozható érzékelők fő típusait:

Térérzékelők

Ultrahangos távolságmérő

Az ultrahangforrás impulzusjelet bocsát ki, a vevő pedig érzékeli a jelvisszaverődéseket különböző akadályokról. Az objektum távolságát a jel oda-vissza idejének elemzésével határozzuk meg. Az infravörös távolságmérőkkel ellentétben az ultrahangos érzékelőt nem befolyásolja a fényforrás vagy az akadály színe. A rádióamatőrök legnépszerűbb ultrahangos távolságmérője a HC-SR04. 2 és 450 cm közötti távolságok mérésére alkalmas.

IR távolságérzékelő

A működés elve az érzékelő LED visszavert infravörös sugárzásának elemzése a környező tárgyakról.
A szerkezet mozgó részeitől való távolság meghatározásához mechanikus eszközökbe történő beépítésre tervezték. A Sharp GP2Y0A21YK0F optoelektronikus távolságérzékelő kényelmesen használható robotikai projektekben. Az észlelési távolság 100 és 550 cm között van, így elkerülhető, hogy a robot egy akadállyal ütközjön.

Helyzetérzékelők

Giroszkóp lehetővé teszi az eszköz helyzetének és mozgásának meghatározását a térben: a gördülési és trimmelési (emelkedési) szögeket, a gravitáció vektorára és a forgási sebességre összpontosítva. Mozgás közben meghatározza a lineáris gyorsulást és a szögsebességet saját X, Y és Z tengelye körül, és teljes képet ad a helyzetről.


A leggyakoribb modul az MPU6050 chipen. A modul egy gyorsulásmérőből, giroszkópból és hőmérséklet-érzékelőből áll.

Klímaérzékelők

Digitális hőmérséklet és páratartalom érzékelő lehetővé teszi a környezet hőmérsékletének és páratartalmának mérését.

A leggyakoribb érzékelők: . A DHT11 érzékelőhöz képest a DHT22 érzékelő nagy mérési pontossággal rendelkezik, és 0 alatti hőmérsékletet is képes mérni.

Nyomásmérő lehetővé teszi a légköri nyomás mérését. A legolcsóbb nyomásérzékelők közé tartozik a BMP180 érzékelő. Az érzékelő I2C interfésszel rendelkezik, így az Arduino család bármely platformjához csatlakoztatható.

Gázérzékelők

Gázelemzők lehetővé teszi a propán, bután, metán és hidrogén szivárgásának észlelését. Beltéri füst szabályozására is használható. A mérések eredményeként az érzékelő a gáztartalommal arányos analóg jelet generál. A mérések minősége a környezet hőmérsékletétől és páratartalmától függ. Rendelkezik ezzel a jellemzőkészlettel széles hatótávolságú gázérzékelő MQ-2.

Fényérzékelők

Fényérzékelő lehetővé teszi, hogy robotunk megkülönböztesse a nappalt az éjszakától, a napos időt a felhőstől, az árnyékot a fénytől. Megfelelő konfigurációval és a kapcsolási rajz módosításával lehetővé teszi, hogy a készülék napelemeit a nap felé irányítsa.

A motor (hajtás, motor) a robot szerves része, amely nem csak a robotot hajtja, hanem a különféle mechanizmusokat vagy manipulátorokat is, amelyekkel a robot fel van szerelve. Röviden: egy robotmotor elektromos energiát alakít át mozgási energiává.

A robotika főleg hármat használ motor típus: DC motorok, léptetőmotorok, szervók és RC (rádióvezérlésű) típusok.

Milyen méretű és teljesítményű motort használjak?

Melyik motortípus melyik robothoz a legjobb? Minden a választott robot kialakításától függ. A kerekeken mozgó robothoz többféle kialakítás közül választhat:

• két meghajtó kerék csatlakozik az egyik motorhoz, a másik két kerék forog. Egyszóval a robot úgy néz ki, mint egy autó;
• két meghajtó kerék van csatlakoztatva egy motorhoz és egy kerék kormánykerékként;
• két kerék két különböző motorhoz van csatlakoztatva, és további két kerék használható kiegyensúlyozó kerékként ( leggyakoribb lehetőség), kiderül, hogy egy kerekes tank.

Ha osztályozzuk a motor teljesítményét, akkor a következőket kapjuk:

• Egyenáramú motorok sebességváltóval. A legerősebb motor, szinte bármilyen típusú robotban használható;
• szervo motorok. 2,5 kg-nál kisebb tömegű robotokban használják. valamint lábas robottípusokban;
• léptetőmotorok. Talán a leggyengébbek, kis és könnyű robotokban használják őket.

Nézzük meg az egyes motorok pozitív és negatív oldalait.

DC motorok

Előnyök:
– Könnyen elérhető a piacon
- Motorok széles választéka
- A legerősebb
- Könnyen csatlakoztatható
- Nem kell nagyméretű robotokhoz használni

Hibák:
- Túl gyors, sebességváltót igényel
- Magas fogyasztás
- Nehéz felszerelni a kerekeket
- Drága

A legjobb:
— Nagy robotok

Szervo motorok:

Előnyök:
- Beépített sebességváltó
— Változatosság
- Nem olyan drága
- Megfelelő teljesítmény kis robotokhoz
- Könnyen telepíthető
— Átlagos energiafogyasztás

Hibák:
– Nem alkalmas nagyméretű robotokhoz
- Elég alacsony sebesség

A legjobb:
— Kis robotok
— Lábas robotok

Két éve, amikor először kezdtem el dolgozni multikoptereken, csinálnom kellett egy kicsit. Mivel a quadcoptert tisztán autonómnak szánták, ettől a távirányítótól mindössze a drón vezérlésére volt szükség a tesztelés és a beállítás során.

A távirányító elvileg sikeresen megbirkózott a rá rendelt összes feladattal . De voltak komoly hiányosságok is.

1. Az akkuk nem fértek be a tokba, így elektromos ragasztószalaggal kellett a házra ragasztani :)
2. A paraméterek beállítása négy potenciométerrel történt, amelyekről kiderült, hogy nagyon érzékenyek a hőmérsékletre. Beltérben beállítasz néhány értéket, kimész a szabadba – és máris mások, elúsztak.
3. A távirányítóban használt Arduino Nano csak 8 analóg bemenettel rendelkezik. Négyet a hangoló potenciométerek foglaltak el. Egy potenciométer gázként szolgált. Két bemenet csatlakozott a joystickhoz. Csak egy kimenet maradt szabadon, és sokkal több paramétert kellett konfigurálni.
4. Az egyetlen joystick egyáltalán nem pilóta volt. A gázkart potenciométerrel vezérelni is elég frusztráló volt.
5. A távirányító pedig nem adott ki hangot, ami néha rendkívül hasznos.

Mindezen hiányosságok kiküszöbölése érdekében úgy döntöttem, hogy gyökeresen átalakítom a távirányítót. Mind a hardver, mind a szoftver. Íme, mit akartam csinálni:

• Készítsen egy nagy tokot, hogy belerakhasson mindent, amit csak szeretne (beleértve az elemeket is), és amit csak szeretne később.
• Valahogy a beállításokkal oldd meg a problémát, ne a potenciométerek számának növelésével. Ezenkívül adjuk hozzá a paraméterek mentésének lehetőségét a távirányítóban.
• Készítsen két joystickot, mint a normál pilótakonzolokon. Nos, tedd a joystickot maguk ortodoxnak.

Új épület

Az ötlet rendkívül egyszerű és hatékony. Kivágunk két lapot plexiből vagy más vékony anyagból, és rácsokkal összekötjük. A tok teljes tartalma a felső vagy az alsó lemezhez van rögzítve.

Vezérlők és menük

Egy csomó paraméter vezérléséhez vagy el kell helyeznie egy csomó potenciométert a távirányítón, és hozzá kell adnia egy ADC-t, vagy az összes beállítást a menüben kell elvégeznie. Ahogy már mondtam, a potenciométerekkel történő beállítás nem mindig jó ötlet, de nem is szabad lemondani róla. Ezért úgy döntöttek, hogy négy potenciométert hagynak a távirányítóban, és adnak hozzá egy teljes menüt.

A menüben való navigáláshoz és a paraméterek módosításához általában gombokat használnak. Balra, jobbra, fel, le. De gombok helyett kódolót akartam használni. Ezt az ötletet egy 3D nyomtatóvezérlőtől kaptam.

Természetesen a menü kiegészítése miatt a távirányító kódja többször is bővült. Kezdetben csak három menüpontot adtam hozzá: "Telemetria", "Paraméterek" és "Paraméterek tárolása". Az első ablak legfeljebb nyolc különböző jelzőt jelenít meg. Eddig csak hármat használok: akkumulátort, iránytűt és magasságot.

A második ablakban hat paraméter érhető el: PID-szabályozó együtthatók az X/Y, Z tengelyekhez és a gyorsulásmérő korrekciós szögei.

A harmadik elem lehetővé teszi a paraméterek EEPROM-ba mentését.

Joystick

Nem sokat gondolkodtam a pilóta joystickok kiválasztásán. Történt, hogy az első Turnigy 9XR joystick-et egy quadcopter üzletágban dolgozó kollégától kaptam - Alexander Vasziljevtől, a jól ismert alex-exe.ru webhely tulajdonosától. A másodikat közvetlenül a Hobbykingtől rendeltem.

Az első joystick mindkét koordinátában rugós volt – az elfordulás és a dőlésszög szabályozására. A második, amit vettem, ugyanaz volt, hogy aztán joystickké alakíthassam a tapadás és a forgás szabályozására.

Táplálás

A régi távirányítóban egy egyszerű LM7805 feszültségszabályzót használtam, amit egy csomó 8 db AA elemmel tápláltam. Borzasztóan nem hatékony lehetőség, amelyben 7 voltot költöttek a szabályozó fűtésére. 8 elem - mert csak ilyen rekesz volt kéznél, és LM7805 -, mert akkoriban ez az opció tűnt számomra a legegyszerűbbnek, és ami a legfontosabb, a leggyorsabbnak.

Most úgy döntöttem, hogy bölcsebben cselekszem, és egy meglehetősen hatékony szabályozót telepítettem az LM2596S-re. És 8 db AA elem helyett egy rekeszt tettem be két LiIon 18650 elemnek.

Eredmény

Mindent összerakva megkaptuk ezt a készüléket. Belső nézet.

De zárt fedéllel.

Az egyik potenciométer kupakja és a joystickok sapkái hiányoznak.

Végül egy videó arról, hogyan konfigurálhatók a beállítások a menüben.

A lényeg

A távirányító fizikailag össze van szerelve. Most a távirányító és a quadcopter kódjának véglegesítésén dolgozom, hogy visszaállítsam őket korábbi erős barátságukhoz.

A távirányító beállítása során hiányosságokat állapítottak meg. Először is a távirányító alsó sarkai a kezetekben pihennek: (valószínűleg kicsit áttervezöm a lemezeket, kisimítom a sarkokat. Másodszor, még egy 16x4-es kijelző sem elég egy szép telemetriás kijelzőhöz - le kell rövidíteni a paraméternevek kétbetűsek A készülék következő verziójában egy pontkijelzőt, vagy azonnal egy TFT mátrixot telepítek.