Programmēšanas paletes un programmu bloki.

Motori robotam ir iekļauti piedziņās. Pirmajā solī mēs uzzinājām par robotiku kopumā. Otrajā solī mēs izlēmām, kādu robotu veidosim. Mums ir jāinstalē izpildmehānismi, kas liks robotam kustēties.

Motora izvēle robotam ir tieši atkarīga no uzdevumiem, kas robotam jāveic. Dzinējs (motors) var būt daļa no piedziņas vai būt atsevišķa piedziņa.

Izpildmehānismu var definēt kā ierīci, kas pārvērš enerģiju (robotikā, parasti elektrisko enerģiju) fiziskās kustībās.

Lielākā daļa izpildmehānismu rada vai nu rotējošu, vai lineāru kustību. Piemēram, motors ir piedziņas veids. Lai izvēlētos pareizos izpildmehānismus savam robotam, ir jāsaprot, kādi izpildmehānismi ir pieejami. Varbūt nedaudz iztēles un nedaudz matemātikas un fizikas.
Rotācijas piedziņas ir piedziņas veids, kas pārvērš elektrisko enerģiju rotācijas kustībā.

Maiņstrāvas motors

Maiņstrāvas (AC) motors tiek reti izmantots mobilajos robotos. Galvenokārt tāpēc, ka lielākā daļa no tām ir paredzētas, lai tās darbinātu ar līdzstrāvu (DC) no akumulatora. Maiņstrāvas motori galvenokārt tiek izmantoti rūpnieciskos lietojumos, kur nepieciešams ļoti augsts griezes moments. Pirmkārt, kur motori ir pieslēgti elektrotīklam.

Līdzstrāvas motori

Līdzstrāvas motori Motora līdzstrāvas motoriem ir dažādas formas un izmēri. Lai gan lielākā daļa no tiem ir cilindriski. Viņiem ir izejas vārpsta, kas griežas ar lielu ātrumu, parasti no 5000 līdz 10 000 apgr./min. Lai gan līdzstrāvas motori griežas ļoti ātri, vairums no tiem nav īpaši jaudīgi. Šiem robotu motoriem ir zems griezes moments.

Lai samazinātu ātrumu un palielinātu griezes momentu, var pievienot pārnesumkārbas. Lai uzstādītu motoru uz robota, motora korpuss jāpiestiprina pie robota rāmja. Šī iemesla dēļ robotu motoriem bieži ir montāžas caurumi, kas parasti atrodas motora priekšpusē. Tāpēc tos var uzstādīt perpendikulāri virsmai.

Līdzstrāvas motori var darboties pulksteņrādītāja virzienā (CW) vai pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Vārpstas leņķisko kustību var izmērīt, izmantojot kodētājus vai potenciometrus.

Tas ir līdzstrāvas motors, kas apvienots ar pārnesumkārbu. Tas darbojas, lai samazinātu dzinēja apgriezienu skaitu un palielinātu griezes momentu. Piemēram, līdzstrāvas motors griežas pie 10 000 apgr./min un sasniedz 0,001 Nm griezes momentu. Ja pievienojam samazinājuma attiecību 100:1 (simts pret vienu), mēs samazinām ātrumu 100 reizes. Rezultātā 10000 / 100 = 100 apgr./min un palielina griezes momentu 100 reizes (0,001 x 100 = 0,1 N*m).

Galvenie reduktora veidi ir:

1. rīks
2. josta
3. planetārais
4. tārps

Tārpu pārnesums ļauj sasniegt ļoti augstu pārnesumu attiecību tikai ar vienu soli. Tas arī novērš izejas vārpstas pārvietošanos, ja dzinējs nedarbojas.

Servo motors

Izmantotā motora veids ir atkarīgs no vēlamās kustības veida.

R/C vai hobija servomotors

Bieži vien šāda veida servomotori var griezties līdz 180 grādiem. Tie griežas noteiktā griešanās leņķī. Un bieži tiek izmantoti dārgākos tālvadības pults modeļos, lai kontrolētu vai kontrolētu lidojumu.

Tagad tos izmanto dažādās lietojumprogrammās. Šo servo cenas ir ievērojami kritušās, un dažādība (dažādi izmēri, tehnoloģijas un stiprumi) ir palielinājusies. Kopīgs faktors lielākajai daļai servo ir tas, ka lielākā daļa izmanto tikai aptuveni 180 grādu rotāciju.
R/C servomotors ietver līdzstrāvas motoru, pārnesumkārbu, elektroniku un rotējošo potenciometru, kas mēra leņķi

Elektronika un potenciometrs darbojas sinhroni, lai vadītu motoru un apturētu izejas vārpstu iepriekš noteiktā leņķī. Šiem motoriem parasti ir trīs vadi: zemējums, spriegums B un vadības impulss. Vadības impulss parasti tiek noņemts no servomotora kontrollera. Hobija servomotors ir jauna veida servomotors. Tas ietver nepārtrauktu rotāciju un pozīcijas atgriezenisko saiti. Visi servo var griezties gan pa labi, gan pa kreisi.

Rūpnieciskie servomotori

Rūpnieciskā servomotora piedziņa tiek vadīta savādāk nekā hobija motors, un tā biežāk sastopama ļoti lielās mašīnās. Rūpnieciskais servomotors parasti ir trīsfāžu un sastāv no maiņstrāvas motora, pārnesumkārbas un kodētāja. Uzstādītais kodētājs nodrošina atgriezenisko saiti par leņķisko stāvokli un ātrumu.

Šos motorus reti izmanto mobilajos robotos to svara, izmēra, izmaksu un sarežģītības dēļ. Jūs varat redzēt rūpnieciskos servomotorus uz jaudīgiem rūpnieciskiem manipulatoriem. Tos iespējams izmantot ļoti lieliem robotizētiem transportlīdzekļiem.

Stepper motori

Pakāpju motors griežas noteiktos “soļos” (faktiski noteiktos grādos). Pakāpju skaits un pakāpiena lielums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem. Lielākajā daļā pakāpju motoru nav iekļauti zobrati. Tā kā tie ir līdzstrāvas motori un griezes moments ir zems.

Pareizi noregulēts pakāpju motors var griezties pa kreisi un pa labi, un to var iestatīt vēlamajā leņķiskajā pozīcijā. Ir vienpolāri un bipolāri soļu motoru veidi. Viens ievērojams pakāpju motoru trūkums ir tāds, ka, ja motors nedarbojas, ir grūti pārliecināties par motora palaišanas leņķi.

Pārnesuma pievienošanai pakāpju motoram ir tāds pats efekts kā pārnesuma pievienošanai līdzstrāvas motoram: tas palielina griezes momentu un samazina leņķisko ātrumu. Tā kā ātrumu samazina pārnesumskaitlis, par to pašu koeficientu samazina arī pakāpiena lielumu.

Lineārie piedziņas

Lineārie izpildmehānismi rada lineāru kustību (kustību pa vienu taisnu līniju), un tiem ir trīs galvenās atšķirīgās mehāniskās īpašības.

1. Minimālais un maksimālais attālums, kādā stienis var pārvietot vārpstu (mm vai collas)
2. To stiprums (kg vai mārciņas)
3. To ātrums (m/s vai collā/s)

DC lineārais izpildmehānisms

Lineārā līdzstrāvas piedziņa bieži sastāv no līdzstrāvas motora, kas savienots ar tārpa pārnesumu. Kad dzinējs griežas, dzenskrūves stiprinājums atrodas tuvāk vai tālāk no dzinēja. Būtībā tārpa zobrats rotējošo kustību pārvērš lineārā kustībā.

Daži līdzstrāvas lineārie izpildmehānismi ietver lineāru potenciometru, kas nodrošina lineāru atgriezenisko saiti. Lai novērstu diska pilnīgu iznīcināšanu, daudzi ražotāji abos galos iekļauj ierobežojuma slēdžus. Parasti, lai pārtrauktu barošanu diskdzinī, kad tas tiek nospiests. Līdzstrāvas lineārie izpildmehānismi ir dažādu izmēru un veidu.

Solenoīds sastāv no spoles, kas aptīta ap kustīgu serdi. Kad spole ir iedarbināta, serde tiek atgrūsta magnētiskā lauka ietekmē un rada kustības vienā virzienā. Lai nodrošinātu kustību divos virzienos, būs nepieciešamas vairākas spoles vai daži mehāniski mehānismi.

Solenoīdi parasti ir ļoti mazi, bet to ātrums ir ļoti liels. Stiprums galvenokārt ir atkarīgs no spoles lieluma un no tā, cik daudz strāvas iet caur to. Šāda veida izpildmehānismi tiek izmantoti vārstos vai fiksācijas sistēmās. Šādās sistēmās, kā likums, nav pozīcijas atgriezeniskās saites (kodols ir pilnībā ievilkts vai pilnībā izvilkts).

Pneimatiskās un hidrauliskās piedziņas

Pneimatiskie un hidrauliskie izpildmehānismi lineārai kustībai izmanto gaisu vai šķidrumu (piemēram, ūdeni vai eļļu). Šāda veida izpildmehānismiem var būt ļoti garš gājiens, liela jauda un liels ātrums.

Lai tie darbotos, ir jāizmanto kompresora šķidrums. Tas apgrūtina to darbību nekā parastās elektriskās piedziņas. Viņiem ir liela jauda, ​​ātrums un parasti tie ir lieli. Un tos galvenokārt izmanto rūpnieciskajās iekārtās.

Piedziņas izvēle

Ir svarīgi atzīmēt, ka pastāvīgi parādās jaunas un inovatīvas tehnoloģijas un nekas nav pastāvīgs. Ņemiet vērā arī to, ka viens disks dažādos apstākļos var veikt ļoti dažādus uzdevumus. Piemēram, ar dažādu mehāniku. Izpildmehānismu, kas rada lineāru kustību, var izmantot, lai pagrieztu objektu un atpakaļ (piemēram, automašīnas vējstikla tīrītājus).

Roboti ar riteņiem vai kāpurķēdēm

Robota piedziņas motoriem ir jāpārvieto visa robota svars, un tiem, iespējams, būs nepieciešams reduktors. Lielākā daļa robotu izmanto bremzēšanu, izmantojot vienas puses riteņus. Kamēr automašīnas vai kravas automašīnas parasti izmanto stūri.

Ja izvēlaties buksēšanas sistēmu, līdzstrāvas motori ar pārnesumu ir ideāla izvēle robotiem ar riteņiem vai kāpurķēdēm. Galu galā tie nodrošina nepārtrauktu rotāciju, un tiem var būt izvēles pozīcijas atgriezeniskā saite, izmantojot optiskos kodētājus. Tos ir ļoti viegli programmēt un lietot.

Ja vēlaties izmantot stūrēšanu, jums būs nepieciešams viens piedziņas motors un viens motors priekšējo riteņu stūrēšanai. Rotācija ir ierobežota līdz noteiktam leņķim, un var izmantot R/C servomotoru.

Motoru izmanto, lai paceltu vai pagrieztu smagus svarus. Svara celšana prasa ievērojami vairāk enerģijas nekā svara pārvietošana uz līdzenas virsmas. Lai iegūtu griezes momentu, ir jāupurē ātrums.

Tāpēc vislabāk ir izmantot augstas pakāpes pārnesumkārbu un jaudīgu līdzstrāvas motoru vai līdzstrāvas lineāro izpildmehānismu. Varat apsvērt iespēju izmantot sistēmu (tārpa zobratu vai skavas). Kas neļauj slodzei nokrist kontroles zaudēšanas gadījumā.

Motora servo

Izmanto, ja diapazons ir ierobežots līdz 180 grādiem un griezes moments nav būtisks. R/S servomotors ir ideāli piemērots šādiem lietojumiem. Servo motori ir pieejami dažādos griezes momentos un izmēros un nodrošina leņķiskās pozīcijas atgriezenisko saiti.

Labāk ir izmantot potenciometru un dažus specializētus optiskos kodētājus. R/C servo tiek izmantoti arvien vairāk, lai izveidotu mazus staigājošus robotus.

Stepper motori

Izmanto, ja griešanās leņķim jābūt ļoti precīzam. Robotu pakāpju motori apvienojumā ar pakāpju motora kontrolieri var radīt ļoti precīzu leņķisko kustību. Dažkārt priekšroka tiek dota servomotoriem, jo ​​tie nodrošina nepārtrauktu rotāciju. Tomēr daži profesionāli digitālie servomotori izmanto optiskos kodētājus. Tā rezultātā tiem ir ļoti augsta precizitāte.

Lineārie piedziņas

Lineārie izpildmehānismi ir vislabākie objektu pārvietošanai un to novietošanai taisnā līnijā. Tiem ir dažādi izmēri un konfigurācijas. Ļoti ātrai kustībai var apsvērt pneimatiku vai solenoīdus. Ļoti lielas jaudas gadījumā var apsvērt līdzstrāvas lineāros izpildmehānismus un arī hidrauliku.

Gadījuma izpēte

• 1. nodarbībā mēs definējām mūsu projekta mērķi, lai saprastu, kāda veida mobilo robotu var uzbūvēt ar nelielu budžetu.
• 2. nodarbībā nolēmām, ka gribam nelielu platformu uz riteņiem. Vispirms noteiksim piedziņas veidu, kas būs nepieciešams robota uzbūvēšanai.

Lai to izdarītu, jums ir jāatbild pieci jautājumi:

1. Vai šo izpildmehānismu izmanto, lai pārvietotu robotu ar riteņiem?
   Jā. Jums ir nepieciešams pārnesumkārbas motors ar vadību, bremzējot vienu pusi. Tas nozīmē, ka katrs ritenis būs jāaprīko ar savu motoru.
2. Vai robotu motori tiek izmantoti smagu svaru celšanai vai pagriešanai?
   Nē, darbvirsmas platformai nav jābūt smagai.
3. Vai kustību diapazons ir ierobežots līdz 180 grādiem?
   Nē, riteņi var pastāvīgi griezties.
4. Vai leņķim ir jābūt precīzam?
   Nē, mūsu robotam nav nepieciešama pozicionāla atgriezeniskā saite.
5. Vai tas virzās taisnā līnijā?
   Nē, jo mēs vēlamies, lai robots griežas un kustas visos virzienos.

Atbilst visām šīm prasībām liels motors no LEGO MINDSTORMS Education EV3 pamatkomplekta.

EV3 lielā motora specifikācijas

Izpildmehānisms ir mehānisms procesa vadības iekārtu darbināšanai, izmantojot elektriskos, pneimatiskos vai hidrauliskos signālus. Tā ir svarīga daļa robotikā. Robotos izmantotie diskdziņi ietekmē to iespējamību un veiktspēju. Tāpēc šajā rakstā apskatīsim 7 izplatītākos diskus, kurus var aprīkot ar dažādiem mērķiem paredzētiem robotiem.

Bezsuku līdzstrāvas motors

Sāksim ar elektromotoriem. Brushless jeb brushless ir viens no pievadu veidiem, kas gūst popularitāti robotikā. Kā norāda nosaukums, šāda veida motors komutācijai neizmanto birstes, bet gan tiek komutēts elektroniski. Šīs piedziņas darbības princips ir balstīts uz magnētisko lauku mijiedarbību starp elektromagnētu un pastāvīgo magnētu. Kad spole ir iedarbināta, rotora un statora pretējie poli tiek piesaistīti viens otram. Šie izpildmehānismi tiek izmantoti gandrīz jebkurā robotā.

BDP priekšrocības ir šādas:

• Reakcijas ātrums attiecībā pret griezes momenta raksturlielumiem;
• Lielāks rotācijas ātrums;
• Augstas dinamiskās īpašības;
• Ilgs kalpošanas laiks;
• Klusa darbība.

Trūkumi:

• Sarežģīts un dārgs ātruma regulators;
• Bez elektronikas nedarbojas.

Sinhronā piedziņa

Šis motors satur rotoru, kas sinhroni griežas ar svārstīgo lauku vai strāvu. Sinhronajām piedziņām ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar citiem motoriem. Pirmkārt, tas attiecas uz enerģijas rādītājiem. Šīs piedziņas tiek izmantotas ražotajos industriālajos robotos ar vidējo kravnesību un brīvības pakāpju skaitu no 3 līdz 6. Elektriskās piedziņas pozicionēšanas precizitāte sasniedz vērtības līdz ± 0,05 mm. Tos izmanto gan pozicionālajā, gan kontūru darbības režīmā.

Priekšrocības:

• Augsta efektivitāte;
• Vienkārša montāža un labas regulēšanas īpašības;
• Sinhronās piedziņas izmantošanas lietderība mehānismiem, kuriem nav nepieciešama ātruma kontrole, ir acīmredzama.

Trūkumi:

• Sinhronā motora lietošana ir apgrūtināta, ja mehānismiem ir lielas spararata masas, kur nepieciešama regulējama vai dubultā piedziņa;
• Nav sākotnējā palaišanas griezes momenta. Līdz ar to, lai to iedarbinātu, ir nepieciešams paātrināt rotoru, izmantojot ārēju griezes momentu, līdz rotācijas ātrumam, kas ir tuvu sinhronajam.

Asinhronais motors

Šī elektriskā piedziņa maiņstrāvas elektriskās enerģijas pārveidošanai mehāniskajā enerģijā ir noderīga arī vairāku iemeslu dēļ. Pats termins “asinhrons” nozīmē nevienlaicīgu. Tas nozīmē, ka šajos dzinējos statora magnētiskā lauka rotācijas frekvence vienmēr ir lielāka par rotora griešanās ātrumu. Asinhronie motori darbojas ar maiņstrāvu.
Šis motora veids galvenokārt tiek izmantots, lai darbinātu automašīnas dzenošos riteņus, un tāpēc tas var atrast vietu riteņu robotikā. Lieljaudas pusvadītāju pieejamība ir padarījusi praktisku vienkāršāku maiņstrāvas indukcijas motoru izmantošanu.

Priekšrocības:

• Vienkāršība un uzticamība kolektora trūkuma dēļ;
• Lēts;
• Ievērojami mazs svars;
• Mazāki izmēri.

Trūkumi:

• Var pārkarst, īpaši zem slodzes;
• Nespēja uzturēt stabilu rotācijas ātrumu;
• Salīdzinoši mazs sprūda mehānisms.

Stepper motors

Stepper motors ir piedziņa, kas pēdējā laikā bieži tiek izmantota robotikā. Galvenā atšķirība starp to un visiem citiem dzinēju veidiem ir rotācijas metode. Kā zināms, iepriekš uzskaitītie dzinēji griežas nepārtraukti. Bet stepper piedziņas griežas "soļos". Katrs solis ir daļa no pilnīgas rotācijas. Šī daļa ir atkarīga no motora mehāniskās konstrukcijas un vadības metodes.

Stepper motoru izmantošana ir viens no vienkāršākajiem, lētākajiem un vienkāršākajiem risinājumiem precīzas pozicionēšanas sistēmu darbībai. Tāpēc šos motorus ļoti bieži izmanto CNC iekārtās un robotos.

Priekšrocības:

• Galvenā priekšrocība ir darba precizitāte. Kad tinumiem tiek pielietots potenciāls, motors stingri griezīsies noteiktā leņķī;
• Lēts;
• Piemērots atsevišķu mehānismu un sistēmu automatizācijai, kur nav nepieciešama augsta dinamika.

Trūkumi:

• Pastāv problēma ar rotora "slīdēšanu" ar palielinātu slodzi uz vārpstu;
• Pakāpju ierobežojums (maksimums 1000 apgr./min.).

Servo

Šis ir elektromehāniskā motora veids, kas negriežas nepārtraukti, tāpat kā pakāpju motori, bet pārvietojas pēc signāla uz noteiktu pozīciju un uztur to līdz nākamajam signālam. Tos plaši izmanto dažādās robotikas nozarēs – no paštaisītiem mehānismiem līdz sarežģītiem androīdiem.

Servo piedziņas izmanto atgriezeniskās saites mehānismu, lai apstrādātu un labotu pozicionēšanas kļūdas. Šādu sistēmu sauc par izsekošanas sistēmu. Ja kāds spēks izdara spiedienu uz izpildmehānismu, lai mainītu tā pozīciju, motors pieliks spēku pretējā virzienā, lai labotu radušos kļūdu. Tādējādi tiek sasniegta augsta pozicionēšanas precizitāte.

Priekšrocības:

• Lielāks rotācijas ātrums;
• Liela jauda;
• Mehānisma pozīcija vienmēr ir redzama un pieejama regulēšanai.

Trūkumi:

• Sarežģīta pieslēguma un vadības sistēma;
• Nepieciešams kvalificēts serviss;
• Augsta cena.

Pneimatiskā piedziņa

Dzinējs, kas darbina mehānismus, izmantojot saspiestā gaisa enerģiju. Galvenā sastāvdaļa šeit ir kompresors. Kompresora saspiestais gaiss nonāk pneimatiskajās līnijās un pēc tam pneimatiskajā motorā. Tā kā nav viskozas vides, šādi dzinēji var darboties ar lielāku frekvenci - pneimatiskā motora griešanās ātrums var sasniegt desmitiem tūkstošu apgriezienu minūtē.
Šis piedziņas veids arvien vairāk tiek izmantots robotikā, jo tam ir zems gaitas gludums un darbības precizitāte. Visracionālāk to izmantot mehānismiem ar diviem stāvokļiem - ievilkšanu un izgrūšanu vai aizvēršanu un atvēršanu.

Priekšrocības:

• Vienkāršība un ekonomija;
• Darba šķidrums nav ierobežots līdz noteiktam tilpumam, un to var papildināt noplūdes gadījumā;
• Kompresora vietā var izmantot saspiestās gāzes balonu, kas vienkāršo pneimatiskās sistēmas uzbūvi;
• Mazāk jutīgs pret apkārtējās vides temperatūras izmaiņām.

Trūkumi:

• Zemāka efektivitāte;
• Augstas pneimatiskās enerģijas izmaksas salīdzinājumā ar elektroenerģiju;
• Darba gāzes sildīšana un dzesēšana kompresoros, kas var izraisīt sistēmu aizsalšanu vai, gluži pretēji, ūdens tvaiku kondensāciju no darba gāzes.

Hidrauliskā piedziņa

Ja robotam jāstrādā ar slodzi, kas lielāka par 100 kg, jāapsver iespēja izmantot hidraulisko piedziņu. Šāda veida motors izmanto šķidrumu, lai darbinātu izpildmehānismu. Hidrauliskās piedziņas darbības princips sastāv no sūkņa, kas rada darba šķidruma spiedienu spiediena līnijā, kas savienota ar hidraulisko motoru. Dzinējs šķidruma spiedienu pārvērš mehāniskā spiedienā. Tajā pašā laikā regulatori kontrolē hidrauliskā motora ātrumu un kustības virzienu.
Šos diskus galvenokārt izmanto rūpnieciskajā robotikā. Bet ir gadījumi, kad tos izmanto citos prototipos, piemēram, slavenajā DARPA idejā - BigDog robotā.

Priekšrocības:

• Mazs izmērs un svars;
• Augsta veiktspēja – attīsta 25 reizes lielāku spēku nekā līdzīga izmēra pneimatiskais izpildmehānisms;
• Vienmērīga spēka regulēšana;
• Darba temperatūra - no -50 līdz +100С.

Trūkumi:

• Pie augsta spiediena var rasties šķidruma noplūde;
• Augstas aprīkojuma un apkopes izmaksas;
• Nepārtraukts enerģijas patēriņš;
• Ir grūti uzraudzīt darba precizitāti.

Šie bija visvienkāršākie izpildmehānismu veidi, kurus visbiežāk izmanto mūsdienu robotikā.

Robotika un dažādu automatizācijas sistēmu izveide rada lielu interesi ne tikai profesionāļu, bet arī iesācēju radioamatieru vidū.
Straujā tehnoloģiju izaugsme ir ietekmējusi mūsdienu radioelektronisko komponentu tirgu. Milzīga dažādu mikrokontrolleru, sensoru, releju, paplašināšanas plates izvēle ļauj līdzīgi kā dizainerim izveidot kompleksu tehnisko risinājumu mājas apstākļos.
Ja iepriekš, lai izveidotu un ieviestu Smart Home sistēmu, bija nepieciešams sazināties ar specializētiem uzņēmumiem, tad tagad lielāko daļu elementu var salikt neatkarīgi. Amatieru robotika neatpaliek no rūpnieciskā dizaina. Samontētais mājas robots ceļos pa noteiktu trajektoriju, tiks uzlādēts no saules paneļa, mērīs apkārtējās vides temperatūru/mitrumu un fotografēs apkārtni. Tas nebūt nav pilnīgs saraksts ar to, ko var pievienot, taču šis modelis jau pēc funkcionalitātes un loģikas ir līdzīgs, piemēram, kosmosa kuģim Curiosity, kas pēta planētu Marss.
Mūsdienās atkal sākušas atdzīvoties radiotehnikas aprindas, kurās pieredzējušu pasniedzēju vadībā robotiku apgūst jaunākā paaudze. Tā ir ne tikai izklaide, bet arī liels prāta darbs, kas prasa zināšanas matemātikā, fizikā un datorzinātnēs.
Daudzus darbus var atrast internetā. Daži ir pelnījuši īpašu uzmanību:

Apskatīsim galvenos punktus, kas mums būs nepieciešami robota projektēšanas un montāžas laikā.

Budžeta plānošana

Darbs pie robota projektēšanas un montāžas sākas ar budžeta plānošanu. Atkarībā no izmantotās funkcionalitātes un tehniskās bāzes robota galīgās izmaksas var būt augstas.
Lielākajai daļai projektu varat izmantot ne tikai oriģinālās rezerves daļas, bet arī to analogus (kopijas). Tas ievērojami samazinās projekta izmaksas. Daudzi cilvēki izvēlas pasūtīt detaļas no Ķīnas tiešsaistes veikaliem. Pasūtījuma izmaksas ar bezmaksas piegādi izskatās pievilcīgākas nekā tādu pašu detaļu pirkšana, bet ar lielu uzcenojumu Krievijā.

Robota platformas izvēle

Visizplatītākās un lētākās platformas ir riteņi Un izsekots. Šīm platformām ir daudz gatavu komponentu, tāpēc tie ir ideāli piemēroti sākuma projektam.
Riteņu platformai var būt jebkurš riteņu skaits. Visizplatītākie ir trīs un četru riteņu modeļi (2WD, 4WD). Mazā saskares laukuma ar virsmu dēļ riteņu platforma var paslīdēt.

Gumijas riepas var izmantot, lai samazinātu saķeres zudumu.
Ir paaugstinātas spējas krosā kāpurķēžu platformas. Tie novērš slīdēšanu un var pārvarēt dažādus mākslīgus un dabiskus šķēršļus. Platformas trūkums ir sarežģīta mehāniskā uzstādīšana.
Roboti ar ekstremitātēm var stabili pārvietoties pa ļoti nelīdzenām virsmām. Bet galvenais šīs platformas trūkums ir kodēšanas sarežģītība un augstās galīgās izmaksas.
Mūsdienu tirgus piedāvā daudz gatavu risinājumu gaisa robotiem. Īpaši populāri ir kvadrokopteri Un helikopteri.
Gaisa roboti ir ideāli piemēroti virsmu novērošanai un filmēšanai no augšas un grūti sasniedzamu vietu izpētei. Daži uzņēmumi preču piegādei aktīvi izstrādā un izmanto gaisa platformas. Būtisks gaisa platformas trūkums ir visas konstrukcijas daļējs un vairumā gadījumu pilnīgs zaudējums avārijas gadījumā.

Lai palielinātu esošo platformu veidu funkcionalitāti, dažāda veida manipulatori. Manipulatorus var aprīkot ar vienu vai desmit unikālām brīvības pakāpēm.
Ūdens platformas netiek plaši izmantoti. Galvenokārt izmanto zinātnes un rūpniecības jomās.

Motora izvēle robotam

Lai darbinātu lielāko daļu iepriekš apspriesto platformu, ir nepieciešams dzinējs (elektromotors). Šī ir ierīce, kas pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Motoru izvēle ir atkarīga no robota kustības veida.
Piemērots riteņu vai kāpurķēžu platformām Līdzstrāvas pārnesumu motors. Pārnesumkārba šajā gadījumā ļauj regulēt griezes momentu. Vārpsta abās motora pusēs ļauj uzstādīt kodētāju, kas palīdz noteikt griešanās leņķi un riteņa nobraukto attālumu. Dzinēja jauda tiek aprēķināta, pamatojoties uz paša robota svaru.

Stepper motors pārvietojas vienādos soļos. Stepper motori tiek vadīti ar impulsiem. Katrs impulss tiek pārvērsts pakāpē, par kādu notiek rotācija. Šāda veida motors tiek izmantots robotos, kur nepieciešams ārkārtīgi precīzs kustības leņķis.
Servomotors sastāv no līdzstrāvas motora, pārnesumkārbas, elektronikas un rotācijas potenciometra, kas mēra leņķi. Rotācijas leņķis ir aptuveni 180 grādi. Servomotorus parasti izmanto robotu rokās un robotos ar ekstremitātēm.
Praksē daudzos robotu modeļos ir dažāda veida motori. Centralizētai vadībai tiek izmantoti motora draiveri (motora vairogs).

Motora kontrollera (vadītāja) izvēle

Lai pārveidotu mazjaudas vadības signālus strāvās, kas ir pietiekamas motoru vadīšanai, tās izmanto motora vadītāji (Motor Shield)
Motora vadītājs var uztvert tikai motora ātrumu un virzienu, bet nevar tos tieši kontrolēt ierobežotās jaudas dēļ. Tāpēc motora draivera izmantošana bez mikrokontrollera nav iespējama. Mūsdienu motoru draiveru loģika ļauj vadīt dažāda veida motorus gan atsevišķi, gan vienlaicīgi. Izvēloties vadītāju, jums jāpievērš uzmanība nominālajam spriegumam un strāvai.
Specifikācijās parasti ir norādīts ieejas sprieguma diapazons un strāva, kurai tas ir paredzēts. Neskatoties uz iebūvētajām pārslodzes aizsardzības sistēmām, 5V motoru nevajadzētu pieslēgt 3V kontrollerim.
Kontroliera (motora vadītāja) izvēle jāveic pēc tam, kad ir noteikts un apstiprināts to motoru tips, kurus plānots uzstādīt robotā.

Vadības sistēmas izvēle

Ir vairāki veidi, kā vadīt robotu:

Vadības vadība
Vienkāršākais veids, kā vadīt robotu, ir ar vadu. Vadības panelis ir savienots ar robotu, izmantojot kabeli. Nav nepieciešami sarežģīti elektroniski komponenti. Būtisks trūkums ir ierobežota kustība. Kontroles diapazons ir pilnībā atkarīgs no kabeļa garuma. Pārāk garš kabelis pastāvīgi aizķersies un sapinās.

Bezvadu vadība

Infrasarkanais signāls

Robota vadīšanai tiek izmantota tālvadības pults. Dažos gadījumos varat konfigurēt parasto televizora tālvadības pulti. Uz robota ir uzstādīts IR sensors, kas ir savienots ar mikrokontrolleru un pārraida uz to vadības signālus. Tāpat kā izmantojot televizora tālvadības pulti, robotu var vadīt ierobežotā attālumā tiešā IR sensora redzamības līnijā.

Bluetooth

Izmantojot Bluetooth tehnoloģiju, robota vadība kļūst iespējama, izmantojot ar Bluetooth saderīgas ierīces (planšetdatoru, mobilo tālruni, datoru). Nav nepieciešams atrasties tiešā redzamības zonā uz raidītāju, lai gan Bluetooth ir ierobežots darbības diapazons (apmēram 10-15 m).

Robotu var vadīt no jebkuras vietas, kur ir pieejams internets. Jums tikai jāpievieno robota wi-fi modulis maršrutētājam, kuram ir piekļuve internetam.

GPRS/GPS

GPS tiek izmantots, lai noteiktu robota atrašanās vietu. Izmantojot navigāciju, varat aprēķināt maršruta punkta kursu un attālumu.
GSM kartes nodrošina iespēju veikt un saņemt zvanus no citiem tālruņiem, sūtīt SMS uz norādīto numuru, nospiežot noteiktu pogu. Tādējādi, nosūtot SMS no sava mobilā tālruņa, mēs varēsim pārsūtīt komandas robotam pa GSM tīklu. Turklāt pats robots var atrasties jebkurā vietā, kur ir GSM tīkla pārklājums.

Mikrokontrollera izvēle

Kā mēs visi jau zinām, mikrokontrolleris ir mikroshēma, kas paredzēta elektronisku ierīču vadīšanai. Tas ir vienas mikroshēmas dators, kas spēj veikt salīdzinoši vienkāršus uzdevumus. Lai mijiedarbotos ar ārpasauli, mikrokontrolleris ir aprīkots ar kontaktiem, uz kuriem var ieslēgt (1) vai izslēgt elektrisko signālu (0). Tapas var izmantot, lai nolasītu elektriskos signālus, kas nāk no dažādām ierīcēm un sensoriem.
Mūsdienu mikrokontrolleros ir integrēts sprieguma regulators. Tas ļauj mikrokontrollerim darboties plašā sprieguma diapazonā, kas neprasa mums nodrošināt precīzu darba spriegumu.
Var izmantot ļoti daudz dažādu mikrokontrolleru, taču mūsdienās plaši tiek izmantota Arduino aparatūras platforma.
Pateicoties daudzplatformām, zemajām izmaksām, atvērtajai arhitektūrai un programmēšanas valodas vienkāršībai, Arduino ir kļuvis ļoti populārs iesācēju un profesionāļu vidū.
Populāri projekti, kuros tiek izmantota Arduino platforma, ir vienkāršu automatizācijas un robotikas sistēmu būvniecība. Izmantojot šo platformu, jūs varat organizēt viedo māju, izveidot mājas meteoroloģisko staciju un apgūt robotiku.

Telemetrija

Visu veidu sensori tiek izmantoti, lai pētītu un mērītu pasauli ap robotu. Ar viņu palīdzību varam noskaidrot sava robota atrašanās vietu, noteikt attālumu līdz objektiem, izmērīt temperatūru/mitrumu/spiedienu, nofotografēt apkārtni utt.
Pareizi izvēlēta paplašināšanas plate ievērojami vienkāršos jaunu sensoru veidu pievienošanas procesu un ietaupīs mūs no nepieciešamības mainīt iegulto loģiku projektēšanas stadijā.
Apskatīsim galvenos sensoru veidus, kas ir pieņemami un viegli programmējami:

Kosmosa sensori

Ultraskaņas diapazona meklētājs

Ultraskaņas avots izstaro impulsu signālu, un uztvērējs nosaka signālu atspulgus no dažādiem šķēršļiem. Attālumu līdz objektam nosaka, analizējot signāla turp un atpakaļ laiku. Atšķirībā no infrasarkanajiem attāluma mērītājiem, ultraskaņas sensoru neietekmē gaismas avoti vai šķēršļa krāsa. Vispopulārākais radioamatieru ultraskaņas tālmērs ir HC-SR04. Tas spēj izmērīt attālumus no 2 līdz 450 cm.

IR attāluma sensors

Darbības princips ir analizēt sensora LED atstaroto infrasarkano starojumu no apkārtējiem objektiem.
Paredzēts uzstādīšanai mehāniskās ierīcēs, lai noteiktu attālumu līdz konstrukcijas kustīgajām daļām. Optoelektroniskais attāluma sensors Sharp GP2Y0A21YK0F ir ērti lietojams robotikas projektos. Atklāšanas attālums svārstās no 100 līdz 550 cm Tas novērsīs robota sadursmi ar šķērsli.

Pozīcijas sensori

Žiroskopsļaus noteikt ierīces novietojumu un kustību telpā: ripošanas un apgriešanas (soliņa) leņķus, koncentrējoties uz gravitācijas vektoru un griešanās ātrumu. Kustības laikā tas nosaka lineāro paātrinājumu un leņķisko ātrumu ap savām asīm X, Y un Z un sniedz pilnīgu priekšstatu par pozīciju.


Visizplatītākais modulis, kura pamatā ir MPU6050 mikroshēma. Modulis sastāv no akselerometra, žiroskopa un temperatūras sensora.

Klimata sensori

Digitālais temperatūras un mitruma sensorsļauj izmērīt apkārtējās vides temperatūru un mitrumu.

Visizplatītākie sensori: . Salīdzinot ar DHT11 sensoru, DHT22 sensoram ir augsta mērījumu precizitāte un tas var izmērīt temperatūru zem 0.

Spiediena mērītājsļauj izmērīt atmosfēras spiedienu. Vispieejamākie spiediena sensori ietver BMP180 sensoru. Sensoram ir I2C saskarne, lai to varētu savienot ar jebkuru platformu no Arduino saimes.

Gāzes sensori

Gāzes analizatoriļauj atklāt propāna, butāna, metāna un ūdeņraža noplūdes. Var izmantot arī dūmu ierobežošanai telpās. Mērījumu rezultātā sensors ģenerē analogo signālu, kas ir proporcionāls gāzes saturam. Mērījumu kvalitāte ir atkarīga no apkārtējās vides temperatūras un mitruma. Ir šis īpašību kopums plaša diapazona gāzes sensors MQ-2.

Gaismas sensori

Gaismas sensorsļaus mūsu robotam atšķirt dienu no nakts, saulainu laiku no mākoņaina laika, ēnu no gaismas. Pareizi konfigurējot un pārveidojot savienojuma shēmu, tas ļaus orientēt ierīces saules paneļus pret sauli.

Dzinējs (piedziņa, motors) ir neatņemama robota sastāvdaļa, kas vada ne tikai robotu, bet arī dažādus mehānismus jeb manipulatorus, ar kuriem robots ir aprīkots. Īsāk sakot, robota motors pārvērš elektrisko enerģiju kustības enerģijā.

Robotika galvenokārt izmanto trīs dzinēja tips: līdzstrāvas motori, pakāpju motori, servo un RC (radio vadāmie) tipi.

Kāda izmēra un jaudas dzinēju man vajadzētu izmantot?

Kurš motora tips ir vislabākais kādam robotam? Tas viss ir atkarīgs no izvēlētā robota dizaina. Robotam, kas pārvietojas uz riteņiem, varat izvēlēties vairākus dizaina veidus:

• divi dzenošie riteņi ir savienoti ar vienu motoru, un pārējie divi riteņi griežas. Vārdu sakot, robots izskatās pēc automašīnas;
• divi dzenošie riteņi ir savienoti ar vienu motoru un viens ritenis kā stūre;
• divi riteņi ir savienoti ar diviem dažādiem motoriem un vēl divi riteņi tiek izmantoti kā balansēšanas riteņi ( visizplatītākā iespēja), izrādās, ka tā ir tvertne uz riteņiem.

Ja mēs klasificējam dzinēja jaudu, mēs iegūstam sekojošo:

• Līdzstrāvas motori ar ātrumkārbu. Visspēcīgākais motors, var izmantot gandrīz jebkura veida robotos;
• servo motori. Izmanto robotos, kas sver mazāk par 2,5 kg. un robotu tipos ar kājām;
• pakāpju motori. Varbūt vājākie, tos izmanto mazos un vieglos robotos.

Apskatīsim katra dzinēja pozitīvās un negatīvās puses.

Līdzstrāvas motori

Priekšrocības:
- Viegli pieejams tirgū
— Plašs dzinēju klāsts
— Visspēcīgākais
- Viegli savienojams
- Nav jāizmanto lieliem robotiem

Trūkumi:
— Pārāk ātri, nepieciešama ātrumkārba
— Liels patēriņš
— Grūti uzstādīt riteņus
- Dārgi

Vispiemērotākais priekš:
— Lieli roboti

Servo motori:

Priekšrocības:
- Iebūvēta ātrumkārba
— Daudzveidība
- Ne tik dārgi
— Piemērota jauda maziem robotiem
— Viegli uzstādāms
— Vidējais enerģijas patēriņš

Trūkumi:
— Nav piemērots lieliem robotiem
- Diezgan mazs ātrums

Vispiemērotākais priekš:
— Mazie roboti
— Roboti ar kājām

Pirms diviem gadiem, kad es pirmo reizi sāku strādāt ar multikopteriem, man bija jāuztaisa mazs. Tā kā kvadrokopteris bija paredzēts tīri autonomam, no šīs tālvadības pults bija nepieciešams tikai vadīt dronu testēšanas un uzstādīšanas laikā.

Principā tālvadības pults diezgan veiksmīgi tika galā ar visiem tai uzticētajiem uzdevumiem . Taču bija arī nopietni trūkumi.

1. Akumulatori korpusā neiederējās, tāpēc nācās pielīmēt pie korpusa ar elektrisko lenti :)
2. Parametri tika regulēti, izmantojot četrus potenciometrus, kas izrādījās ļoti jutīgi pret temperatūru. Jūs nosakāt dažas vērtības telpās, izejiet ārā - un tās jau ir atšķirīgas, tās ir aizlidojušas.
3. Arduino Nano, ko izmantoju tālvadības pultī, ir tikai 8 analogās ieejas. Četrus aizņēma noregulēšanas potenciometri. Viens potenciometrs kalpoja kā gāze. Kursorsvirai tika pievienotas divas ieejas. Tikai viena izeja palika brīva, un bija daudz vairāk konfigurējamu parametru.
4. Vienīgā kursorsvira vispār nebija pilotsvira. Arī droseļvārsta kontrole ar potenciometru bija diezgan nomākta.
5. Un tālvadības pults neradīja nekādas skaņas, kas dažreiz ir ļoti noderīgi.

Lai novērstu visus šos trūkumus, es nolēmu radikāli pārveidot tālvadības pulti. Gan aparatūras daļa, gan programmatūra. Lūk, ko es gribēju darīt:

• Izveidojiet lielu maciņu, lai tajā varētu ievietot visu, ko vēlaties tagad (ieskaitot baterijas), un visu, ko vēlaties vēlāk.
• Kaut kā atrisināt problēmu ar iestatījumiem, nevis palielinot potenciometru skaitu. Turklāt pievienojiet iespēju saglabāt parametrus tālvadības pultī.
• Izveidojiet divas kursorsviras, tāpat kā parastajās pilotkonsolēs. Nu ielieciet kursorsviras paši pareizticīgie.

Jaunbūve

Ideja ir ārkārtīgi vienkārša un efektīva. Mēs izgriezām divas plāksnes no organiskā stikla vai cita plāna materiāla un savienojam tās ar statīviem. Viss korpusa saturs ir piestiprināts pie augšējās vai apakšējās plāksnes.

Vadības pogas un izvēlnes

Lai kontrolētu virkni parametru, tālvadības pultī ir jāievieto virkne potenciometru un jāpievieno ADC, vai arī visi iestatījumi jāveic izvēlnē. Kā jau teicu, regulēšana ar potenciometriem ne vienmēr ir laba ideja, taču arī no tās nevajadzētu atteikties. Tāpēc tika nolemts atstāt tālvadības pultī četrus potenciometrus un pievienot pilnu izvēlni.

Lai pārvietotos pa izvēlni un mainītu parametrus, parasti tiek izmantotas pogas. Pa kreisi, pa labi, uz augšu, uz leju. Bet es gribēju izmantot kodētāju, nevis pogas. Šo ideju guvu no 3D printera kontrollera.

Protams, pateicoties izvēlnes pievienošanai, tālvadības pults kods ir vairākas reizes paplašinājies. Sākumā es pievienoju tikai trīs izvēlnes vienumus: "Telemetrija", "Parametri" un "Veikala parametri". Pirmajā logā ir redzami līdz astoņiem dažādiem indikatoriem. Pagaidām izmantoju tikai trīs: akumulatora enerģiju, kompasu un augstumu.

Otrajā logā ir pieejami seši parametri: PID kontrollera koeficienti X/Y, Z asīm un akselerometra korekcijas leņķi.

Trešais vienums ļauj saglabāt parametrus EEPROM.

Kursorsviras

Es ilgi nedomāju par pilota kursorsviru izvēli. Tā sagadījās, ka pirmo Turnigy 9XR kursorsviru ieguvu no kolēģa kvadrakopteru biznesā - Aleksandra Vasiļjeva, plaši pazīstamās vietnes alex-exe.ru īpašnieka. Otro pasūtīju tieši no Hobbyking.

Pirmā kursorsvira bija ar atsperi abās koordinātēs - lai kontrolētu leņķi un slīpumu. Otrais, ko paņēmu, bija tas pats, lai pēc tam varētu to pārveidot par kursorsviru, lai kontrolētu vilci un rotāciju.

Uzturs

Vecajā pultī izmantoju vienkāršu LM7805 sprieguma regulatoru, kas tika barots ar 8 AA baterijām. Šausmīgi neefektīvs variants, kurā regulatora sildīšanai tika iztērēti 7 volti. 8 akumulatori - jo pie rokas bija tikai tāds nodalījums, un LM7805 - jo tobrīd šis variants man šķita visvienkāršākais, un galvenais, ātrākais.

Tagad es nolēmu rīkoties gudrāk un LM2596S uzstādīju diezgan efektīvu regulatoru. Un 8 AA bateriju vietā es ievietoju nodalījumu divām LiIon 18650 baterijām.

Rezultāts

Saliekot visu kopā, mēs ieguvām šo ierīci. Skats no iekšpuses.

Bet ar aizvērtu vāku.

Trūkst viena potenciometra vāciņa un kursorsviru vāciņu.

Visbeidzot, video par to, kā iestatījumi tiek konfigurēti, izmantojot izvēlni.

Apakšējā līnija

Tālvadības pults ir fiziski samontēta. Tagad es strādāju pie tālvadības pults un kvadrokoptera koda pabeigšanas, lai atgrieztos viņu bijušajā stiprajā draudzībā.

Uzstādot tālvadības pulti, tika konstatēti trūkumi. Pirmkārt, tālvadības pults apakšējie stūri atpūšas rokās: (Droši vien nedaudz pārveidošu plāksnes, izlīdzināšu stūrus. Otrkārt, skaistam telemetrijas displejam nepietiek pat ar 16x4 displeju - jāsaīsina parametru nosaukumi līdz diviem burtiem Nākamajā ierīces versijā uzstādīšu punktu displeju , vai uzreiz TFT matricu.