Введение для начинающего роботостроителя

В прошлой статье мы рассмотрели "интеллектуальную" часть робота, а именно то, чем он думает (мозг роботов на основе микроконтроллеров), и то, чем он чувствует (всевозможные датчики). Теперь же мы с вами коснемся "силового" аспекта - приводы, манипуляторы, источники питания, корпус робота, которые не менее важны, потому что, если мозг и датчики робота обуславливают то, насколько робот будет умен, то силовая часть гарантирует его способность существовать, перемещаться, манипулировать реальными объектами. Без этой части ваш робот будет просто умным ящиком, а не роботом. Не последнюю роль в развитии любительской робототехники в наше время сыграло появление качественных источников энергии, в частности, емких аккумуляторов; поступление в производство на поток, а вследствие этого в свободную продажу качественных электроприводов. Посмотрим же, чем живут любители от роботостроения в плане этих составляющих, ну и, конечно, разберем реальные примеры роботов.

Приводы

Это также очень важная часть устройства. Именно от того, какой привод вы поставите, зависит, насколько силен, ловок, быстр будет ваш робот. Конечно, лучше всего использовать сервоприводы, применяющиеся в дорогих моделях машин, катеров, самолетов. Одними из лучших считаются приводы фирмы Futaba. Но приобрести их можно только разве что через интернет, что уже не дешево, если вообще для наших людей возможно ввиду отсутствия доступного способа оплаты. Да и приводы эти сами по себе дороги. Поэтому отечественные роботостроители чаще всего используют детали из неисправной или устаревшей бытовой техники, в огромном количестве окружающей сейчас каждого горожанина. Превосходными источниками компонентов (не только двигателей) для роботов самых разных конструкций являются: аудиоплееры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры и их узлы (особенно CD-ROM'ы и приводы флоппи-дисков), бытовые электромеханические часы и таймеры, калькуляторы с солнечными батареями, электромеханические игрушки и так далее.

Одним из основных "поставщиков" деталей для самодельных роботов является мировая автомобильная промышленность. Некоторая сложность, правда, состоит в том, что подавляющее большинство автомобильного оборудования рассчитано на напряжение 12В, поэтому оно используется обычно в достаточно крупных конструкциях.

В общем, отправляйтесь в подвал и раскопайте хлам, если таковой есть.

Движущая часть

Чаще встречаются либо колеса, либо гусеницы. Реже - лапы, но в "многоножном" варианте (пауки, тараканы и прочая живность). Из двуногих андроидов в любительском варианте мне лично известен только совместный проект Pino. OpenPINO - это платформа для построения гуманоидных роботов класса PINO, развивающаяся на основе совместной деятельности сообщества разработчиков, работающих с открытой технической информацией (так же, как, к примеру, и Linux).

Все программное обеспечение проекта открыто в соответствии с лицензией GPL (GNU General Public License), а электронные схемы и чертежи механической части - в соответствии с GNU Free Documentation License. Детальную информацию по концепции платформы OpenPINO можно найти на www.symbio.jst.go.jp/PINO.

Источники питания

Лучше использовать аккумуляторы, так как покупать каждый раз батарейки никаких денег не хватит. Аккумуляторы нужно ставить помощнее. Потому как, если ваш робот будет работать каких-нибудь 10 минут, ничего хорошего в этом не будет.

Наибольшее распространение получили никель-кадмиевые (NiCd), никель-металл-гидридные (NiMH), литий-ионные (Li-Ion), литий-полимерные (Li-Polymer) герметизированные свинцово-кислотные (Sealed Lead Acid - SLA) аккумуляторные батареи.

Никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы дешевы, долговечны, не боятся перезарядки и могут отдавать наибольший ток в нагрузку. Поэтому именно они наиболее широко применяются для питания силовых узлов роботов (ходовые электродвигатели, моторы манипуляторов и пр.) Их основной недостаток - потеря емкости при зарядке не полностью разряженного аккумулятора (так называемый "эффект памяти"); для восстановления емкости требуется периодическая "тренировка" - полная разрядка с последующей полной зарядкой.

Никель-металл-гидридные (NiMH) батареи имеют примерно на 50% большую удельную емкость, чем никель-кадмиевые, но, во-первых, они также подвержены "эффекту памяти" и, во-вторых, могут отдавать в нагрузку относительно небольшой ток, поэтому обычно используются для питания электронной части робота (если она отделена по питанию от силовой).

Литий-ионные (Li-Ion) и, особенно, литий-полимерные (Li-Polymer) аккумуляторы имеют значительно большую удельную емкость, чем NiMH и, тем более, NiCd. Кроме того, они не имеют "эффекта памяти", поэтому не требуют специального обслуживания. Литиевые батареи обычно используют для питания электроники и слаботочной силовой части. Их основной недостаток - высокая стоимость при небольшом сроке службы.

Герметизированные свинцово-кислотные (SLA) аккумуляторные батареи отличаются относительной дешевизной и могут быть хорошим решением в случае, если конструкция робота допускает их массогабаритные характеристики.

Для больших габаритных роботов с мощными двигателями (например, приводы от автомобильных дворников) можно использовать связки обычных или гелевых аккумуляторов. Автомобильные стартерные батареи лучше не использовать, гелевые прослужат дольше, стартерные не рассчитаны на глубокий разряд (>20%), он сокращает срок службы и емкость.

Корпус

Корпус зачастую берут от дешевых китайских игрушек. Например, от радиоуправляемых машин (желательно джипы, т.к. их корпус самый вместительный). Или, если необходима прочность, и, кроме того, не хочется подстраиваться под количество места в готовой конструкции (а его может запросто не хватить), шасси и корпус можно сделать из дюрали или алюминия. Железо желательно не использовать ввиду его массы, т.к. двигатели могут такой корпус просто не потянуть. Любители, участвующие в соревнованиях боевых роботов (Dragon*Con Robot Battles, Southeastern Ant & Beetle Championship и т.д.), где корпус должен быть сверхпрочным, а на вес накладываются жесткие ограничения, используют иногда в своих целях авиационный алюминий (2024 aircraft aluminum). Но в условиях нашей действительности приходится использовать то, что есть. Например, можно в качестве шасси взять верхнюю крышку флоппи-дисковода (если тот сломался и уже не нужен), так как она выполнена из дюрали. Нижнюю крышку приспособить проблематично, т.к. в ней слишком много отверстий.

Засим откланиваюсь.

(Продолжение следует)

Сергей БОНДАРЕНКО Aka WildCat,
tetravita@mail.ru

По материалам www.roboclub.ru

Примеры роботов

Albert. Мозг этого робота создан на основе лаптопа (на фото он хорошо виден). Благодаря бесплатному Microsoft's free Speech SDK (text-to-speech engine - программный модуль, позволяющий произносить текст и, наоборот, распознавать голос) Альберт способен говорить и даже понимать простые голосовые команды, чего в других хобби-роботах в нормальной реализации не встретишь. Способность робота вести "самостоятельную жизнь" зависит не только от его интеллекта, но и от количества и качества (читай - разнообразия) датчиков. А их у Альберта немало: 5 сонаров, детектор света, два датчика касания, электронный компас (о, шик заморский) и 2 ИК локатора. Также он оснащен радиомодемом и, как уже упоминалось, лаптопом для контроля робота на, как говорится, высоком уровне. Все это дело запитывается 12-Вольтовой 12 Ампер/час батареей. Альбертом этот в высшей степени умный робот назван в честь Альберта Эйнштейна.

OpenPino. Обратите внимание, что внешний вид создаваемой конструкции не подпадает под лицензию GPL и является объектом авторского права; в частности, дизайн PINO создан Tatsuya Matsui и принадлежит Kitano Symbiotic Systems Project.

PINO создавался как человекоподобный робот, который может быть построен из дешевых и доступных компонентов. При разработке робота также использовался бесплатный программный инструментарий, доступный в интернете.

Базовая конструкция - PHR-0001 (PINO-class Humanoid Robot) - достаточно проста и содержит массу возможностей для совершенствования, она рассматривается лишь как стартовая точка для дальнейших коллективных усилий. PINO - робот, которого вы можете сделать сами (открытая техническая документация и тексты программ).

NANO - гений немецкой инженерной мысли ;). Паук Нано был создан не так давно, а именно 28 декабря 2001 года. Создание довольно миниатюрное - 120 мм, и легкое - 270 г, собственно, потому он и назван "Нано". И это при его потрясающих характеристиках! Судите сами: из сенсоров у Нано есть 1x CMOS-камера, 1x LLS (Laser Line Scanner), 12x пьезо-датчиков касания, 2x позиционных датчиков и др. Механическая часть тоже выдалась на славу: 18 миниатюрных сервомоторов заставляют двигаться лапки робота точь в точь как у живого паука. Электроника выполнена на плате 2x4 слоя 120x30 мм. "Кушает" этот робот из четырех 3В литиевых аккумуляторов. А "думает" 2x 8 бит RISC-процессором на 16 Mhz. Кроме всего этого, он имеет дуплексную (двухстороннюю) Bluetooth 115.2k бод связь и аналоговую одностороннюю. Ну разве не чудо?

Beatle. Чтобы у читателя не складывалось мнение, что робот - это всегда нечто сложное и достаточно габаритное, разрешите представить вам "Жучка". Устройство его весьма простое - он относится к классу так называемых BEAM роботов (простых по устройству роботов, повторяющих вид настоящих насекомых), которые мы рассмотрим подробнее в следующей статье. Как описывает автор свое детище (или, правильнее сказать, детенка), "моя цель была сделать робота очень миниатюрным и удобным в плане приобретения материалов для него. Этот бот может следовать (читай - ползти) за солнечным лучиком. Для этого использовано 4 фототранзистора спереди и столько же сзади. Для управления двумя моторчиками и снятия показаний с датчиков использована микросхемка IC 74HC14."

Представляете, ползает у вас на столе (или подоконнике) такая букашка и попискивает в пьезодинамики, за окном птички чирикают... Красота! Отдых в стиле хайтек ;).