Структура на робота

[spp]

Рано или късно,ако желаем да направим ,макар и най-лесния и малък робот,ще се сблъскаме с това,каква да бъде неговата конструкция и какви материали да използваме.
Разбира се едва ли ще мога да напиша за всички материали и дизайни,които могат да бъдат използвани,просто те са почти неограничени.Целта ми е да помогна в началото,когато все още има колебания и неясноти.
Каквото и да правим (тук ,ще говорим за техниката,а житейските неща всеки сам ще си ги осмисля)ще имаме нужда от точно и ясно предназначени и функции на устройството,което искаме да изработим.
В случая трябва ясно да знаем,какво точно искаме да прави нашия робот.
Разбира се "изисквания" от типа"Да си говори с мен и да познава Хан Соло" явно не са от най-точните.
Именно за това реших да опиша някои основни групи характерни за роботите.Ще го направя във вид на задание.
Ето ,как би могла да изглежда една идея.
1 Искам мобилен робот.Това общо взето е желанието на всички с които  съм говорил до момента.Това веднага ни води до следните въпроси:
-Какъв тип двигател ще използвам?
В любителската практика обикновено се ползват два основни типа двигатели с техните предимства и недостатъци
Постояннотоков двигател -това е най-често ползвания двигател.Класически двигател.Доста лек и лесен за управление.Развива от 1500 -25000 оборота.Управлява се най- лесно с промяна на захранващото напрежение.С намаляването му намаляват и оборотите.С увеличаването му те се увеличават.Разбира се това не е най-добрата схема на управление,но може да бъде изпълнена на първо време с един транзистор.
Недостатъците му трябва да бъдат познавани,за да се избегнат нежелани поведения от робота ни.
Има много високи обороти.Не можем директно да ги подадем към механизма за движение или колелата.Трябва задължително да се използва редуктор.Има механичен контакт между четките и колектора,които може да създава смущения.Механичния контакт е предпоставка и за загряване и неравномерна работа след време(при износени четки)Ако искаме да знаем точно честотата на въртене и да я регулираме,задължително ще ни трябва енкодер и малко по-сложно импулсно управление.
Ето един типичен в любителската роботика постояннотоков двигател с редуктора си.В случая е махната горната капачка на кутията на редуктора за да се види самия редуктор и двигател

ето и целият блок готов за монтаж в робота

Показания редуктор е от робота "Monty"

[spp]

За мен първите крачки в роботиката ,трябва да започнат именно с този двигател.Той е лесен за управление и евтин.
Редукторите и двигателя могат да бъдат взети от стари играчки.Ако нямаме такива можем за ниска цена да купим дефектни подобни и да използваме само редукторите и двигателите.(в магазина за играчки близо до нас има дефектни радио-управляеми китайски коли за 3лв бройката)
Стъпков двигател-По-скъп,Трябва допълнителна схема за управление.Имат ниски обороти до 5000-7000 оборота.Управляват се по ток и честота.Имат по-голяма маса  от постояннотоковите.В любителското роботостроене се ползват по-рядко.
Имат обаче и много положителни страни.
Могат да подържат много ниски обороти.Няма нужда от редуктори.Можем директно на оста им да поставим изпълнителния механизъм или колелата.
Тихи са.Не създават смущения ,тъй като нямат механични контакти между ротора и статора.Могат да се позиционират много точно и нямат нужда от енкодер.Могат да изпуснат стъпка,но това винаги е свързано с неправилният избор на двигател.
Ето един стъпков двигател със схемата за управление

[spp]

Един от проблемите на стъпковите двигатели е ,че ако спрем въртенето на ротора им,към намотките му продължава да се подава напрежение.Едва ли ще е най- доброто решение,ако имаме един малък робот,захранван от батерии ,които за да подържаме изпълнителният му механизъм в определено положение спрян ,да продължаваме да подаваме напрежение към двигателя му.Бих казал ,че ще е пълно недомислие.
Разбира се в никакъв случай не съм изчерпал темата,но се надявам ,че поне съм създал желание за размисъл и някаква идея за основните типове двигатели.
Ако вече имаме някакъв поглед върху първият ни въпрос ,то веднага изниква вторият такъв
Какъв механизъм ще използвам за движение?
Конкретен и еднозначен отговор не може да има.Отговора зависи от предназначението на нашия робот и средата в която ще го използваме.

[spp]

Колел-Класическа схема.Ползва се масово.лесна за изпълнение и управление.Идеална за дома или равна повърхност.На базата на тази схема можем да направим разбира се и високо-проходими роботи,но проблемите идват,когато се появят неравности от типа стъпала,камъни ,ровове.
Малко снимки на роботи изпълнени с тази схема.


Разбира се тук е и нашия сумист.

При използването на две двигателни колела управлението и изпълнението на този тип окачване е лесно.
по-трудния вариант идва при увеличаване броя на колелата.Като този невероятен дистанционно управляем робот на NASA

[spp]

Проблемите,които имат колелата при пресечен терен могат да бъдат намалени с използването на верижните задвижвания.От самото си създаване веригите(гъсениците)са предвидени да се използват там където колелата нямат никакъв шанс.Достатъчно е да споменем само танковете и веднага да разберем за каква проходимост става дума.Това е идеален механизъм за неравни и тежки терени,като стъпала ,кал,пясък,сняг.В любителската роботика също има място за този тип движение.Проблема е неговата изработка и цена.Доста труден е за изработване в домашни условия,а ако имаме финанси,няма проблем-можем да имаме робот,като този,за които дъжд и сняг няма да го  откажат да изпълни мисията си

И напълно готов

[spp]

Остана ни да хвърлим поглед и на последния тип механизми за движение.Те са включени в списъка други.
Други-Тук влизат всички останали механизми,които също са доста интересни.Обикновено са индивидуални или експериментални.Имат строго специфични задачи за изпълнение,макар,че могат да бъдат ползвани и в любителското робото-строене,обикновено имат доста сложна механична схема на предвижване.един пример за такъв робот е на следната картинка.

А също и този интересен робот.

С това общо взето ви запознах с основните типове движение за хоби роботите.Темата ще я продължа с описание на изчисленията на редуктори,колела,скорост на предвижване ,радиус на завои и.т.н.
в следващите дни.

[spp]

И така.Ако имаме два еднакви двигателя с редуктори и две колела поставени на една ос,можем да конструираме първата ни платформа.Управлението ни ще бъде сравнително лесно,но да започнем от началото.
Ако нашите колела се въртят с една и съща скорост и в една и съща посока платформата ни ще се движи праволинейно.Като на следващия пример.

Какво би се случило,ако едно от колелата забави своето движение или спре?А ако се завърти в обратна посока?
Предполагам отговора ви е вече готов.Ще разгледаме първо варианта с различните скорости на двете колела.В определен момент един от  двигателите на нашата платформа (в случая левия)получава команда да увеличи оборотите си.На картинката е показан в червено.

Лявото колело за едно и също време ще измине по-голям път,отколкото дясното.Но те са на една ос,явно не могат да се раздалечат.Ефекта ще е ,че нашия робот ще завие на дясно.
Същото ще е ако подадем по-високи обороти на дясното колело,спрямо лявото.В този случай роботът ни ще завие на ляво.
Не е трудно нали?Поне на теория не е трудно,но на практика нещата са малко по-различни.Изникват нови въпроси,като:
-Какъв ще е радиуса на завоя и от какво зависи?
-С каква скорост ще се извърши завиването?
-Какво ще е времето на реакция на робота и от какво зависи?
Това са част от въпросите,на които трябва да отговорим,още докато проектираме нашия робот.Познаването на тези характеристики ,ще ни гарантира изпълнението на задачите,които сме задали и то още преди да е "роден"

[spp]

Как можем да имаме точни параметри с които да боравим?
Един от начините е графичен.
Изпълняваме го за горният случай.Нанасяме два вектора V1 и V2.
Вектора V1 има големина скоростта на въртене на лявото колело на робота и посока,посоката на въртене на лявото колело.
Вектора V2 има големина скоростта на дясното колело и посока,посоката на въртене на дясното колело.
Когато ги нанасяме,трябва да следим за техните точни размери.Най-добре е ,ако го направим на милиметрова хартия.Трябва да изглежда така.

[spp]

Сега,ако съединим върховете на векторите с една права и я продължим надолу,докато не пресечем мисленото продължение на оста на робота,ще получим една точка.В скицата с червено е правата,която съединява върховете на векторите.С син цвят е мисленото продължение на оста на робота.Точка А е точката на ротация,а разстоянието от точка А до средата на реалната ос на робота е радиус на завоя.
Ето и скицата

[spp]

Центъра на ротация ще бъде външен,когато векторите са в една и съща посока и имат скорости различни от 0.Такъв е случая изобразен на скицата.
Когато един от векторите е нула ,центъра на ротация,ще бъде на края на реалната ос на робота.
Когато двата вектора имат различни посоки,центъра на ротация,ще бъде вътре в реалната ос.Ако двата вектора са еднакви по големина ,но с различни посоки,центъра на ротация,ще съвпадне с центъра на реалната ос на робота.

[spp]

От горната скица можем да вземем още няколко параметъра.Това са Вътрешен и външен радиус на завоя.Когато центъра на ротация е външен е необходимо да се съобразяваме с тези два параметъра.Когато центъра на ротация е вътрешен е достатъчно да знаем само външния радиус.
Разликата между външния и вътрешния радиус определя минималната ширина на коридора ,който е способен да премине робота при завои с минимален радиус.Ето и една схемичка за уточняване на нещата