Как сделать гусеницы для робота своими руками. Схема робота на гусеницах

Робот – самостоятельный (в определенных пределах) механизм, который передвигается по определенным алгоритмам. Здесь ключевое слово “передвигается”. Хотя есть и стационарные роботы, например, на каком-нибудь производстве, но в домашних условиях намного интереснее автономные движущиеся устройства.

Есть разные принципы приведения робота в движение, все зависит от привода. Самый простой привод – колесный. Затем по сложности я бы назвал гусеничный, а затем уже всякие шагающие, прыгающие и ползающие механизмы. Даже можно рассмотреть виброботы, которые вибрируют и двигаются за счет этого. Вот только с управлением будут сложности, заставить вибробота двигаться в строго определенном направлении очень проблематично. Его движения будут сильно зависеть от поверхности по которой он передвигается.

Недорогой гусеничный тракторking force 300, кандидат на встраивание мозгов робота

Для чего делаем робота? Для участия в соревнованиях? Это накладывает определенный отпечаток на
возможности изготовления шасси. Если для развлечения, то чем робот интереснее – тем лучше.

Мне, кстати очень понравился вариант колесно-шагающего и можно сказать бегающе-прыгающего робота высокой проходимости (видео)

Правда для домашнего изготовления хочется сделать нечто более простое, чтобы получить результат как можно скорее, а не разрабатывать робота годами.

Самый простой вариант и быстрый результат – покупное шасси. Чуть посложнее, но более универсальный вариант – изготовление шасси своими руками. Какие простые шасси можно выбрать?
Шагающие – интересно, но довольно сложно. Для соревнований точно не подойдет.
Возьмем для сравнения колесный и гусеничный варианты. Начнем с колес.
Колесные шасси можно разделить по количеству колес, по типам колес и типам управления.

Количество колес:
1 колесо – экзотика. Требуется сложная система балансировки. Для домашнего изготовления конструкция сложновата. Да и представленная на рисунке фактически использует три колеса, хотя и опирается на одно круглое типа мяч, зато балансирует с кирпичом на макушке

Робот на шаре, балансирует и даже может таскать кирпичи

Убегающий будильник. Два колеса и этого достаточно.

2 колеса. Распространенный тип. Есть покупные шасси на два колеса. Если центр тяжести ниже оси колес, то получаем относительно устойчивую конструкцию. Такая, например, используется в убегающем будильнике.

Если центр тяжести выше оси колес, то требуется система баланса. В любом случае такая конструкция позволяет сделать чрезвычайно маневренного и скоростного робота.

3 колеса. Самая распространенная конструкция. Зачастую, это те же два колеса с добавлением поддержки. Возможны варианты с типами колес и типом управления. Для начала рассмотрим два колеса управляющих и одно поддерживающее. Поддерживающее может быть как шаровым колесом, так и обычным мебельным всенаправленным колесиком, которое свободно вращается на своей оси и не мешает повороту тележки. В самых простых случаях, поддерживающее колесо заменяется проволочкой, которая скользит по полу.

Принцип разворота на месте. Одно ведущее колесо катится вперед, другое назад, тележка разворачивается.

Поскольку управляющие колеса вращаются отдельно друг от друга, то такой привод называется дифференциальным.

Колеса вращаются независимо, поэтому для разворота на месте достаточно одно колесо запустить вперед, а второе – назад. И тележка будет разворачиваться на месте вокруг центра между колесами.

Реечная схема управления. Управляющее колесо поворачивается при помощи реек управления

Если два ведущих колеса закреплены на общей оси оси, а управление осуществляется при помощи поворота свободного колеса, то такая схема называется реечной.

Часто такая схема используется в детских машинках. Она не требует двух моторов, нужен только один, а на управление достаточно соленоида, который будет поворачивать управляющее колесо в ту или в другую сторону.

Движение прямо на трех всенаправленных колесах.

Возможна схема с тремя всенаправленными ведущими колесами в этом случае шасси получает отличную маневренность, но требует более сложного управления за счет использования трех ведущих колес.

Тележка с тремя всенаправленными колесами может перемещаться в любом направлении, но проходимость у нее небольшая. Для движения прямо необходимы отдельные усилия. Для этого два двигателя должны быть включены, а третий выключен и два ведущих как лебедь рак и щука будут тянуть тележку вперед. Правда эффективность такого движения будет под вопросом. Так что либо маневренность, либо скорость и проходимость.

Всенаправленное колесо. Не сопротивляется движению в бок счет дополнительных роликов.

Также при такой схеме также затруднен подсчет пройденного пути при помощи энкодеров, поскольку пройденный путь зависит от пройденного пути каждого из трех колес и рассчитывается по сложным формулам, когда как для реечного управления достаточно поставить на ведущее колесо один энкодер для получения точного значения пройденного пути.

Гусеничный привод очень похож на дифференциальных с той лишь разницей, что колеса соприкасаются с землей не в одной точке, а площадь контакта растянута по длине гусеницы. Что сразу уменьшает проскальзывание при прямолинейном движении, увеличивает сцепление и проходимость на мягком грунте, но требует больших затрат энергии в поворотах для компенсации бокового сопротивления гусениц. Если сила трения будет слишком большой, гусеницы могут быть даже сорваны с колес, что часто происходит с дешевыми шасси.

На рисунке красными стрелками показаны силы трения при левом повороте, которые действуют на гусеницу, пытаясь сорвать гусеницу и . Преодоление этих сил трения требует дополнительных затрат энергии, что делает гусеничный вариант более требовательным к мощности моторов и емкости аккумуляторов.

Небольшая табличка в которой сводятся достоинства и недостатки этих вариантов шасси.

Номер п.п Описание Достоинства Недостатки
1 Дифференциальная схема с тремя колесами Высокая маневренность вплоть до разворота на месте.
Простота конструкции, дешевизна, простота управления, компактность.
Увод в сторону при прямолинейном движении, Требует подруливания, низкая проходимость.
2 Реечная схема с тремя колесами Дешевизна конструкции. Простота управления. Не требует подруливания при прямолинейного движения. Низкая маневренность, большой радиус поворота. Трудность расчета необходимого угла поворота
3 Высокая маневренность, возможность перемещения в любую сторону Дороговизна, трудность управления, трудность расчета пройденного пути, низкая проходимость.
4 Гусеницы Высокая маневренность, высокая проходимость Большие энергозатраты на движение, необходимы более мощные моторы. Более сложная конструкция шасси.

При самостоятельном изготовлении шасси нужно исходить из задач. Если требуется высокая маневренность и не требуется высокая проходимость, например для участия в соревнованиях по движению по линии, то дифференциальная схема с тремя колесами подходит идеально. Если желательная большая мощность, сцепление с поверхностью, например для участия в соревнованиях роботов-сумоистор, то возможно применение гусеничной платформы, но она будет проигрывать колесной по скорости и маневренности, но будет выигрывать в силе. Реечная схема слабо подходит для точного управления роботом. А схема с всенаправленными колесами, хотя и максимально маневрена, но имеет высокую стоимость и ее невозможно сделать компактной хорошо двигается только по идеально ровным поверхностям.

В сельской жизни трактор является важным агрегатом. Особенно он необходим, когда ведется фермерское хозяйство. Без него, как без рук. Мешки с зерном, заготовленное сено, урожай картофеля или просто строительные материалы – все это каким-либо способом нужно перевозить. Вручную перемещать подобные грузы очень тяжело, а небольшой механичный помощник справится с этим довольно легко. Сегодня, купить такой агрегат для хозяйства для многих дорогое удовольствие. На много проще и дешевле будет собрать такой трактор небольшого размера на гусеницах своими руками в домашних условиях. Тем более что детали для него могут уже давно лежать забытыми на хозяйственном дворе и ожидать своего часа.

Рама

Главной конструкцией, на которую ложится вся нагрузка, любого механического агрегата является рама. Как видно из видео, создание прочного металлического основания для мини трактора на гусеничном ходу является важным этапом. Его несложно сделать своими руками, если грамотно выполнить расчеты, и учесть нагрузки.

Как показано на видео для изготовления рамы будет необходим сварочный аппарат. Усиленную жесткость конструкции основания агрегата на гусеницах создают лонжероны, сделанные из прочного материала. Обычно их делают своими руками 3-х ступенчатыми – наружные из прочного швеллера, а внутренние с железной квадратной трубы, повышенной жесткости.

Стоит помнить, что переднюю траверсу нужно конструировать короче от заднего аналога. На видео отображено, что если переднюю траверсу изготавливают из швеллера по д номером 12, то заднюю часть рамы нужно делать из швеллера 16 размера.

Силовой агрегат

Второй важный этап в создании домашнего помощника на гусеничном шасси – это выбор двигателя. Как видно из видео для создаваемого мини трактора сойдет любой мотор, если он подходит по мощности и соответствует крутящему моменту. Здесь идеальным вариантом будет установка дизельного движка мощностью 12 л.с., с четырьмя цилиндрами и водяным охлаждением.

Еще не плохим вариантом в решении данного вопроса будет мотор с мотоблока «Садко». Для уменьшения оборотов в таком движке нужно будет своими руками установить дополнительные шкивы. Таковые самодельные конструктивы уменьшают скорость вращения коленчатого вала мини трактора в 3,5 раза.

Мост

Обычно установка моста не вызывает никаких затруднений. Для этого не потребуется вносить дополнительно изменения в конструктивы в раму агрегата. Здесь идеально подойдет мост, снятый с любой модели отечественного автомобиля.

Например, для мини трактора можно применить задний мост из ГАЗ – 21 «Волга». Его придется своими руками лишь укоротить до ширины 800 мм и срубать заклепки на фиксирующих чулках удаляются, чтобы можно было разместить все механические элементы.

Гусеница

Самодельные шасси агрегата довольно просто изготовить в домашних условиях. Для этого понадобится комплект колес, например из тележки и старая покрышка из колеса большой машины. Размеры указанных элементов для шасси мини трактора нужно выбирать исходя из габаритов, создаваемой машины. Самодельные гусеницы изготавливаются просто. Нужно по бокам обрезать приготовленную покрышку и одеть на смонтированные колеса. Здесь важно не ошибиться в размерах.

Другие механизмы

Каждый механик понимает, что конструируемый гусеничный агрегат не сможет самостоятельно двигаться без узла сцепления и коробки передач. В качестве последнего элемента можно использовать переключающее устройство, снятое с грузовика ГАЗ – 53. Сцепление, взятое с автомобиля ГАЗ – 52, идеально конструктивно впишется в конструкцию будущего домашнего помощника.

Процесс сборки

Принцип работы

Самодельные агрегаты обычно складываются в определенном алгоритме. Этому немаловажно следовать, так как одни запчасти доведется подгонять под иные детали. Без установленного порядка сборки это осуществить будет затруднительно.

Комплектующие для минитратоктоа
Заготовка звездочки
Ведущие звездочки готовы
Рама с гусеницами в сборе

Вид снизу - монтаж гусениц

Вид сбоку
Вид спереди

Последовательность конструирования на практике выглядит следующим образом:

  • Собирание элементов рамы в цельную конструкцию. Установление на нее ведущих колес и опорных катков.
  • Установка мотора и соединение его с коробкой передач.
  • Размещение тормозных узлов и дифференциального элемента. Механическое соединение указанных элементов с коробкой передач.
  • Конструирование узла управления и оборудование места водителя.
  • Сборка и установка гусениц, а также добавочных вспомогательных элементов.
  • Проверка рабочего состояния узлов и систем агрегата. В случае необходимости их доработка.
  • Обкатка трактора.

Если рассмотреть принцип работы самоделкового механизма, то можно легко установить, что он мало чем различается от аналогов серийного производства. Одним словом, все основные функции выполняются, как в обычных тракторах на гусеницах. Только есть одно различие – упрощенная система разворачивания.

Принцип работы самодельного механизма выглядит таковым образом:

  • Мотор передает крутящий момент на коробку передач.
  • Крутящий момент поступает на дифференциальную систему, где распределяется на полуоси.
  • Колеса приступают к двигательному процессу, передающегося на гусеницы. Трактор начинает передвижение в заданном направлении.
  • Функция поворота заключается, что происходит торможение одной полуоси, а весь крутящий момент ложится на другую полуось. За счет торможения одна гусеница начинает двигаться вокруг другого заторможенного шасси. Так происходит поворот агрегата.

  1. Перед тем как приступить к сборке гусеничного агрегата, необходимо в первую очередь создать чертежи основных и дополнительных узлов, содержащие точные расчеты.
  2. Перед началом работы нужно побеспокоиться о наличии исправности сварочного аппарата, электрической дрели со всеми насадками и болгарки.
  3. Сборку надобно производить с тщательной аккуратностью. Все болты и гайки нужно закручивать с надежной чувствительностью. Каждый сварочный шов должен быть аккуратно зачищен.

При сборке следует помнить, что создаваемый трактор станет надежным и незаменимым помощником в решении многих вопросов по хозяйству.

Два года назад, когда я только начал заниматься мультикоптерами, мне пришлось сделать небольшой . Поскольку квадрокоптер задумывался сугубо автономным, все что требовалось от этого пульта - это управлять беспилотником во время испытаний и настройки.

В принципе, пульт со всеми возложенными на него задачами справлялся вполне успешно . Но были и серьезные недостатки.

  1. Батарейки в корпус никак не влазили, поэтому приходилось их приматывать к корпусу изолентой:)
  2. Настройка параметров была вынесена на четыре потенциометра, которые оказались очень чувствительными к температуре. В помещении настраиваешь одни значения, выходишь на улицу - а они уже другие, уплыли.
  3. У Arduino Nano, которую я использовал в пульте, есть всего 8 аналоговых входов. Четыре были заняты настроечными потенциометрами. Один потенциометр служил газом. Два входа были подключены к джойстику. Оставался свободен только один выход, а параметров для настройки гораздо больше.
  4. Единственный джойстик был вовсе не пилотным. Управление газом с помощью потенциометра тоже весьма угнетало.
  5. А еще пульт не издавал никаких звуков, что иногда бывает крайне полезно.

Чтобы устранить все эти недостатки, я решил кардинально переделать пульт. И железную часть, и софт. Вот что мне захотелось сделать:

  • Сделать большой корпус, чтобы в него можно было запихнуть все что хочется сейчас (включая батарейки), и что захочется позже.
  • Как-то решить проблему с настройками, не за счет увеличения числа потенциометров. Плюс, добавить возможность сохранения параметров в пульте.
  • Сделать два джойстика, как на нормальных пилотных пультах. Ну и сами джойстики поставить православные.

Новый корпус

Идея чрезвычайно проста и эффективна. Вырезаем из оргстекла или другого тонкого материала две пластины и соединяем их стойками. Все содержимое корпуса крепится либо к верхней, либо к нижней пластине.

Элементы управления и меню

Чтобы управлять кучей параметров, нужно либо разместить на пульте кучу потенциометров и добавить АЦП, либо делать все настройки через меню. Как я уже говорил, настройка потенциометрами не всегда хорошая идея, но и отказываться от нее не стоит. Так что, решено было оставить в пульте четыре потенциометра, и добавить полноценное меню.

Чтобы перемешаться по меню, и менять параметры обычно используют кнопки. Влево, вправо, вверх, вниз. Но мне захотелось использовать вместо кнопок энкодер. Эту идею я подсмотрел у контроллера 3D-принтера.


Разумеется, за счет добавления меню, код пульта распух в несколько раз. Для начала я добавил всего три пункта меню: "Telemetry", "Parameters" и "Store params". В первом окне отображается до восьми разных показателей. Пока я использую только три: заряд батареи, компас и высота.

Во втором окне доступны шесть параметров: коэффициенты PID регулятора для осей X/Y,Z и корректировочные углы акселерометра.

Третий пункт позволяет сохранять параметры в EEPROM.

Джойстики

Над выбором пилотных джойстиков я долго не размышлял. Так получилось, что первый джойстик Turnigy 9XR я добыл у коллеги по квадрокоптерному делу - Александра Васильева, хозяина небезызвестного сайта alex-exe.ru . Второй такой же заказал напрямую на Hobbyking.


Первый джойстик был подпружинен в обоих координатах - для контроля рыскания и тангажа. Второй я взял такой же, чтобы затем переделать его в джойстик для управления тягой и вращением.

Питание

В старом пульте я использовал простой регулятор напряжения LM7805, который кормил связкой из 8 батареек AA. Жутко неэффективный вариант, при котором 7 вольт уходили на нагрев регулятора. 8 батареек - потому что под рукой был только такой отсек, а LM7805 - потому что в то время этот вариант мне представлялся самым простым, и главное быстрым.

Теперь же я решил поступить мудрее, и поставил достаточной эффективный регулятор на LM2596S. А вместо 8-ми AA батареек, установил отсек на два LiIon аккумулятора 18650.


Результат

Собрав все воедино, получился вот такой аппарат. Вид изнутри.


А вот с закрытой крышкой.


Не хватает колпачка на одном потенциометре и колпачков на джойстиках.

Наконец, видеоролик о том, как происходит настройка параметров через меню.


Итог

Физически пульт собран. Сейчас я занимаюсь тем, что дорабатываю код пульта и квадрокоптера, чтобы вернуть им былую крепкую дружбу.

По ходу настройки пульта, были выявлены недостатки. Во-первых, нижние углы пульта упираются в руки:(Наверное я немного перепроектирую пластины, сглажу углы. Во-вторых, даже дисплея 16х4 не хватает для красивого вывода телеметрии - приходится названия параметров сокращать до двух букв. В следующей версии девайса установлю точечный дисплей, либо сразу TFT матрицу.

Роботы и робототехнические системы часто предназначены для использования в экстремальных условиях, там, где необходимо облегчить или обезопасить труд человека.Очень часто мобильные роботы применяются в экстремальных ситуациях, например при тушении пожаров, локализации радиоактивных отходов и т.п., и, как правило, работают в труднопроходимой местности.

Решение подобных задач возлагается на мобильных гусеничных роботов, которые обладают высокой проходимостью и грузоподъемностью. Важное отличительное качество гусеничных мобильных роботов заключается в их маневренности. Обладая независимым приводом для каждой из гусениц в отдельности, мобильный робот может легко менять направление собственного движения.

Благодаря тому, что скорость каждой из гусениц регулируется в отдельности, достаточно легко управлять движением мобильного робота. Для задания какого-либо направления движения необходимо изменить относительную скорость приводов.


Вышеуказанная таблица демонстрирует соотношение скоростей и направлений вращения приводов гусеничного шасси. Важно обращать внимание на положение привода, ведь в зависимости от ориентации в пространстве привода зависит направление вращения его выходного вала, а соответственно и направление движения гусеничных траков. Например, для того чтобы робот двигался вперед, необходимо, чтобы его левый привод вращался «против часовой стрелки», а правый – «по часовой стрелке».


  1. Для того чтобы двигаться прямо, необходимо, чтобы правый и левый приводы вращались с одинаковой скоростью в направлении «прямо».
  2. Для того чтобы повернуть налево, необходимо, чтобы скорость правого привода была больше, чем скорость левого. Чем больше будет разница скоростей, тем меньше будет радиус разворота при движении.
  3. Для того чтобы повернуть направо, необходимо, чтобы скорость правого привода была меньше, чем скорость левого. Чем больше будет разница скоростей, тем меньше будет радиус разворота при движении.
  4. Для того чтобы повернуть налево на месте, необходимо, чтобы правый привод вращался «прямо», а левый – «назад» с такой же скоростью.
  5. Для того чтобы повернуть направо на месте, необходимо чтобы левый привод вращался «прямо», а правый «назад» с такой же скоростью.
  6. Для того чтобы двигаться назад, необходимо, чтобы правый и левый приводы вращались с одинаковой скоростью в направлении «назад».


Помимо высокой маневренности гусеничные шасси обладают повышенной проходимостью. Благодаря хорошему сцеплению гусеничных траков с поверхностью, по которой осуществляется движение, гусеничные роботы могут преодолевать различные неровности поверхности и преграды.


В зависимости от назначения гусеничного робота и степени его проходимости различают различные конструкции гусеничных шасси.


Традиционно гусеничные транспортные средства имеют специальный угол наклона спереди, чтобы въезжать на препятствия по ходу движения. Чем выше проходимость гусеничного робота или транспортного средства, тем, как правило, больше данный уклон.


Иногда для решения специализированных задач применяются гусеничные транспортные средства, состоящие из подвижных относительно друг друга гусеничных траков. С помощью регулировки угла подъема передних гусениц подобные роботы могут преодолевать препятствия различной сложности.


В данной лабораторной работе исследуются способы управления мобильным гусеничным шасси. Разрабатываемая в рамках данной работы модель робота обладает достаточно большой проходимостью для собственных габаритных размеров.

Конструкция шасси робота состоит из гусеничных траков, расположенных под достаточно большим углом к направлению движения, благодаря чему робот может преодолевать препятствия с высотой не менее высоты подъема гусеничных траков.


Для того чтобы робот в процессе своего движения не застрял, преодолевая препятствие, его шасси оснащается ИК-датчиком, определяющим наличие объектов на его пути. Если датчик обнаруживает объект, это значит, что высота объекта соизмерима с высотой робота и есть риск того, что робот не сможет преодолеть данный маршрут. В этом случае робот должен предпринять какое-либо другое действие, например объехать препятствие сбоку и т.п.

Данный урок посвящен изучению основ движения гусеничных мобильных роботов, исследованию способов их маневрирования и прохождения различных препятствий.

Выполнение простейших маневров.

В данной части лабораторной работы рассматриваются прямолинейное движение гусеничного робота и процесс поиска препятствий на его пути.


Если на пути робота обнаруживается препятствие, это означает, что оно обладает габаритами, которые робот не в состоянии переехать. В этом случае система управления робота должна предпринять какие-либо действия по выполнению маневров с целью избежать столкновения.

Согласно предложенному алгоритму гусеничный робот едет прямо, переезжая все препятствия на своем пути. Если же на пути робота обнаруживается объект, который не пропадает с пути робота в течение 3 секунд, робот останавливается и совершает маневр по объезду препятствия.


В начале программы задаются базовые переменные, определяющие пороговое значение до объекта, скорости вращения приводов робота и время ожидания перед обнаруженным объектом (3 сек). С помощью этих значений определяется скорость маневрирования роботов и расстояние, которое робот не доезжает до обнаруженного объекта.

Программа представляет собой бесконечный цикл, в котором анализируется показания датчика, подключенного к PORT. С помощью переменных obstacle_threshold и bstacle_judging_time задаются максимальные значения расстояния до объекта и время обнаружения объекта. Если объект находится вне зоны видимости, робот продолжает движение под управлением функции forward.

В случае если робот обнаружил объект на своем пути, поочередно вызываются функции reverse, stop, pivot_left с помощью которых робот совершает заданный маневр по объезду препятствия. Функции чередуются с помощью вызова таймера, ограничивающего время работы каждой из них.

Таймеры очень часто применяются для задания времени работы какого-либо устройства или фрагмента управляющей программы. Рассмотрим работу таймера на примере функции инициализации, вызываемой в самом начале программы.

Данная функция запускает воспроизведение мелодии на время, определяемое переменной prepare_time. Данная переменная инициализирует таймер, который работает в течение заданного времени.

Во время отсчета таймера осуществляется задержка, во время которой выполняется последняя операция, например воспроизведение мелодии. Задержка осуществляется с помощью функции timer_standby, которая с помощью оператора WAIT WHILE ожидает окончания отсчета. Таким образом, можно сгенерировать любую необходимую для работы программы временную задержку.

Важной отличительной особенностью данной программы является отличие функции проверки правильности сборки от функций, рассматриваемых в предыдущих работах. В данной работе перед запуском основной программы определяется, к какому из портов управления подключен ИК-датчик.

Для этого автоматически опрашиваются все порты, и если на одном из них обнаруживаются показания от ИК-датчика, светодиод моргает соответствующее номеру порта количество раз.

В случае с PORT при обнаружении сигнала с ИК-датчика вызывается функции LED_port_num, которая моргает системным светодиодом.

Если же сигнал с ИК-датчика обнаруживается на каком-то другом порту контроллера СМ-530, функция LED_port_num вызывается с помощью оператора LOOP FOR, выполняющегося заданное количество раз.

Преодоление препятствий на пути.

Разрабатываемый в рамках данной работы мобильный гусеничный робот может быть отнесен к сверхлегкому классу подобных роботов. Такие роботы, как правило, применяются для разведки местности и работают на пересеченной местности, среди руин и завалов.

Подобные мобильные роботы перемещаются достаточно быстро среди завалов, преодолевают уклоны и спуски, но из-за малой массы часто опрокидываются и переворачиваются. Несмотря на это роботы должны выполнять поставленную задачу, а значит, как минимум, продолжать движение.

Для того чтобы робот мог продолжать движение после переворачивания, его конструкцию делают абсолютно симметричной.

Для того чтобы робот мог двигаться в перевернутом состоянии, необходимо изменить направления вращения его приводов. Поскольку подобные роботы перемещаются автономно или зачастую пользователь не может наблюдать за их перемещением, смена направления вращения должна осуществляться автоматически в зависимости от ориентации в пространстве робота.


С целью определения положения робота устанавливается ИК-датчик, направленный в пол. Соответственно в одном из положений робота он срабатывает, а в перевернутом – нет, и наоборот, в зависимости от способа установки датчика.

Управляющая программа робота идентична той, что рассматривалась в предыдущей части, за исключением части, касающейся определению положения робота.


Программа робота состоит из двух симметричных веток, каждая из которых выполняется в зависимости от положения робота. В отличие от программы в предыдущей части, в данной рассматривается единственное дополнительное условие.


Переход от одной ветки программы к другой осуществляется с помощью ИК-датчика, подключенного к PORT, который определяет ориентацию робота в пространстве.

Также в отличие от программы из части № 1, для функций forward и reverse реализованы аналоги slow_forward и slow_reverse, которые обеспечивают медленное движение робота при маневрах.


Данные функции оперируют значениями l_wheel_low_speed и r_wheel_low_speed, описываемыми в начале программы.

Заключение.

Для закрепления материала из данного урока, предлагается выполнить несколько опытных испытаний.

Смоделируйте ситуацию, при которой робот транспортирует груз за пределы черной линии. Для этого оснастите гусеничное шасси двумя ИК-датчиками: спереди для обнаружения объектов и снизу – для определения черной линии.



Исследуйте проходимость гусеничных роботов на пересеченной местности, моделирующей ямы или овраги на пути робота. Направьте робота на преодоление прерывистого препятствия, а сами оцените, как зависит ширина преодолеваемого препятствия от габаритов робота.



Помните, что ничего не ограничивает фантазию разработчиков в рамках решения поставленных задач. И если проходимости вашего робота не хватает для преодоления препятствия на его пути, это не повод отчаиваться, а хороший шанс задуматься и усовершенствовать конструкцию.

По многочисленным просьбам я решил описать процесс создания вот такого робота с камерой на гусеничном шасси и управлением по bluetooth с помощью джойстика.

Я всегда мечтал создать робота, которым можно управлять с помощью компьютера и смотреть за его перемещениями от первого лица.
Весь процесс я условно разделил на три части:
1. Сборка робота
2. Программирование боротового микроконтроллера
3. Программирование управления с ПК

Полагаю, что наиболее интересной эта тема будет тем, кто хотел бы построить такого робота, но не хватает знаний в отдельных моментах. (Тем, кто хорошо разбирается в роботостроении, электронике и программировании, ничего нового я не открою). Поэтому рассказывать буду максимально подробно и просто.
Вообще говоря, робота можно купить и готового, но
-во-первых это не так интересно - сам процесс создания робота своими руками доставляет огромное удовольствие
-во-вторых при покупке готового робота переделать его под свои интересы часто довольно сложно, если вообще возможно
-и наконец, при грамотном подходе, самостоятельно сделать робота может оказаться дешевле.
Мы будем использовать максимально дешевые, но готовые узлы, потому что сборка с нуля не каждому интересна, более сложна и рискует надоесть затянувшемся на месяцы процессом:).
Если робота хочется не просто заполучить на поиграться, а именно сделать самому, тогда поехали!
Робот самостоятельно не принимает решений, то есть это управляемое с ПК шасси, которое выполняет команды и передает видеосигнал. Однако, доработать его до самостоятельного робота не составляет никакого труда - нужно лишь добавить сенсоры и дописать логику бортового компьютера. Платформа на это рассчитана.
Нам понадобится:
Для гусеничного шасси
1. Двухмоторная коробка с редуктором - Tamiya Twin Motor Gearbox (TAM70097)

2. Гусеницы и катки с осями - Tamiya Track and Wheel Set (TAM70100)

3. Платформы и крепеж - Tamiya Universal Plate Set (2) (TAM70157)

Из этого дефицитом в России является только пункт 2.
Купить остальное можно в Терраэлектронике (70097 - 520р, 70157 - 385р)
Или в официальном магазине Tamiya . Если будете покупать в нем, то берите гусеничное шасси (630р) и коробку (390р). Вам останется про запас коробка с одним мотором.
Дело в том, что нам нужна коробока с двумя моторами, чтобы робот мог ехать не только прямо, но и поворачивать, раздельно управляя гусеницами.
Поскольку в Москве купить все в одном месте не удалось, а бегать и искать не хотелось, то я все это заказал на ebay у единственного продавца , который по нормальной цене доставляет в Россию. Обошелся комплект примерно в $37.5 с доставкой.
Также можно найти эти запчасти на pololu.com. Там подороже и не всегда в наличии.
Вместо платформы с отверстиями вполне можно использовать кусок фанеры, а для крепежа металлический конструктор, который продается в детском мире примерно за 200-400 рублей (есть несколько наборов).

В общем, самое главное - это гусеницы и мотор-редукторы.

Бортовая электроника
1. Arduino Duemillanove/ Freeduino 2009 - мозг нашего робота -


на ebay от $17.60.
Я брал на freeduino.ru, довольно давно и за 950р.
Для робота вполне достаточно на базе Atmega168 (дешевле чем Atmega328P), если вы не собираетесь писать очень навороченную логику робота или использовать Arduino как и я для других экспериментов, которым 16кБ флэш памяти может не хватить.
2. Силовой модуль Motor Shield V2 или V3 для управления моторами


На ebay от $10.5, старая версия и без гребенок для установки следующего этажа шилдов.
на Freeduino.ru от 600р в виде конструктора до 900 р в собранном виде. Советую v3 - она более гибкая.
3. Sensor shield V4 - удобный модуль для подключения сенсоров и сервоприводов. Если вас не пугает пучок проводов, то он нафиг не нужен. Я купил его для экспериментов, поэтому воткнул для удобства.

порядка $8 на ebay
4. SmartBluetooth модуль. Понадобится для связи с ПК или ноутбуком.

на ebay от $9.9. Я брал давно и мне он обошелся аж в $23
5. Bluetooth dongle - если будете управлять с ПК и Bluetooth интерфейса в нем нет, то нужно купить.
цена - $2.7
Итого $40.7 если обойтись без Sensor shield, но с bluetooth dongle для ПК.

Нам также понадобится питание для Arduino и моторов. Вы можете воспользоваться обычными АА батарейками в таком вот отсеке, купив его на рынке или в ЧипИДипе, если очень срочно.


« »
или 9В батарейкой типа «Крона».
Я предпочитаю компактные и более удобные LiPoly аккумуляторы :


или 2 LiIon элемента 18650, соединенных последовательно.

Этого комплекта достаточно, чтобы сделать робота с базовым функционалом, поэтому я бы предложил в этом месте сделать паузу, выбрать где и что вы будете заказывать, сделать заказы или съездить по магазинам, а пока заказ будут доставлять, заняться видеоподсистемой.
При заказе в основном из китая все компоненты вы получите примерно через 2-3 недели и обойдется все в $80-100, в зависимости от выбранного продавца или вашего желания поторговаться и сэкономить, может быть и дешевле. Если покупаете несколько товаров у одного продавца, просите комбинировать доставку, на этом можно сэкономить. Так называемая «бесплатная доставка» (free shipping) просто включена в стоимость и хороша, если покупаете один предмет.

Собираем шасси
Комплект Tamiya 70100 идет с подробной инструкцией. Аккуратно вырезаем кусачками или канцелярским ножом резиновые гусеницы и катки, отделяя от литников, собираем и крепим с помощью винтиков М3х10 к фанерной площадке или если купили Tamiya universal plate set, то комплектными клинышками, они многоразовые, так что ничего страшного, если сначала что-то не туда воткнете.
Затем собираем коробку моторов с редукторами TAM70097. У нее есть 2 варианта передаточных чисел. 58:1 ездит очень и очень шустро, но моторчики на малых оборотах не тянут и жалобно стонут, а после того, как нагрузим платформу, могут вообще еле ворочаться. Рекомендую собирать в варианте 201:1, так наш «танк» не будет убегать из поля зрения и будет двигаться более плавно. Правда шуму от бешено вращающихся шестерней будет побольше. Ведущие шестерни шасси насаживаем на шестигранные оси коробки.
Для проверки работоспособности достаточно подать питание от 2 батареек на моторчики просто конснувшись проводками контактов мотора. Теперь нужно подпаять по паре проводков к моторчикам. Сантиметров по 10-15 будет достаточно.
Затем с помощью деталей от конструктора я закрепил вторую площадку для крепления электроники. В принципе, можно и в один этаж делать, просто там места маловато и работать не очень удобно, но вполне возможно.
На второй этаж винтиками М3х10 крепим Arduino/Freeduino (она не совсем совпадает по отверстиям и становится чуть-чуть по диагонали). Вторым этажом вставляем MotorShield. Через отверстия в площадке пропускаем провода от моторчиков и крепим провода в порт М3 и М4 - крайние винтики, средний остается неиспользованным (он для шаговых двигателей). Полярность подключения моторов значения пока не имеет, ее потом можно поменять или задать программно, так что не бойтесь перепутать.
Bluetooth модуль пока просто прикиньте куда воткнуть или прикрепите к верхнему этажу канцелярской резинкой. Я его даже распаковывать не стал - вспененная упаковка послужит ему механической защитой, а заодно и не позволит замкнуть контакты случайно.

Получится примерно вот такой бутерброд:


« »
Откройте полноразмерную картинку, чтобы рассмотреть получше что и как соединено, если возникли трудности со сборкой и подключением. Arduino крепите USB портом к краю платформы, чтобы удобнее потом было подключать кабель и программировать не снимая с робота.
Работы всего на пару часов, если делать не торопясь.

Видеоподсистема
Чтобы покататься с изображением от первого лица нам понадобится миниатюрная видеокамера, радиопередатчик (трансмиттер) и приемник (ресивер).
Вариантов огромное множество. В том числе дойти до рынка и купить в магазине шпионских штучек или аппаратуры видеонаблюдения китайскую радиокамеру. Обойдется скорее всего в 2-4 тыр вместе с ресивером.
Но гораздо дешевле заказать из Китая.
Рекомендую брать на 1.2 ГГц, а не 2.4ГГц, чтобы избежать помех bluetooth модулю и WiFi, работающим на 2.4ГГц
Например вот такой комплект :


обойдется чуть больше $30. Есть и дешевле, в зависимости от камеры в комплекте.
На ebay можно купить точно такое же или с камерой в металлическом корпусе как на картинке с коробки.
Качество изображения у всех этих CMOS камер весьма так себе (380ТВЛ и те довольно мыльные и с низким динамическим диапазоном и высокими шумами при слабом освещении). Поэтому я заказал на hobbyking.com камеру на ПЗС матрице Sony с разрешением 420ТВЛ и чувствительностью получше, что позволяет даже под столом без дополнительной подсветки видеть что проиходит.


А также крепление для нее с поворотом и наклоном:


Как гласит надпись на картинке - сервоприводы в комплект не входят, поэтому заказываем недорогие 9граммовые сервы . Нам понадобится 2 штуки, 3я останется про запас, если сломаем.
У меня камера от 9В работать не хочет, поэтому приходится питать ее от отдельного аккумулятора на 11.1В.
Приемник и передатчик использовал из недорогого комплекта, показанного выше. (Передатчик пробовал более мощный - на 800мВт, но он прилично греется, громоздкий с радиатором и мощность такая, что вызывает наводки на сервоприводах камеры).
Можно подключить ресивер к телевизору, но управлять с компьютера, а смотреть в телевизор не слишком удобно (разве что купить портативный). Поэтому нам понадобится устройство видеозахвата.
Благо стоит оно