cvičný středoškolský projekt týmu Marek Votroubek / Jan Král
Tento projekt byl základním kamenem pro vznik a vývoj týmu Jan Král/Marek Votroubek. Jedná se o jednoduchou ale důmyslně promyšlenou konstrukci, která vyniká velmi nízkou hmotností a absolutně minimalizovanou cenou. Základem pohybu je 6 nohou, které se otáčí buď kolem vertikální nebo horizontální osy. Pro pohyb slouží pouze 3 servomotory, napájení mají na starosti 2 lehké lithiové články.
Součástí robota je i malý jednočipový modul sloužící pro řízení automatizovaného chodu a eliminaci složitého ovládání každého motoru samostatně.
Nečekaný úspěch s tímto prototypem nám dal impuls k dalším projektům…
Konstrukce
Základ celé konstrukce je laminátové plato o rozměrech 140x70mm. V rozích desky jsou umístěny duralové trubičky sloužící jako kluzná ložiska nohou. Nohy uchycené na těchto čepech slouží k posunu robota vpřed a vzad, v kombinaci s odlehčením protilehlé strany nohou. Na obrázku můžete vidět pohyb po jednotlivých krocích. Kružnice kolem robota je směr otáčení nohou (nad robotem – posuv, proti robotovi – zvdih na prostředních nohách). Detailní pohyb můžete vidět i v sekci Video.
Pohyb posuvných nohou (všech s vertikální osou) zajišťují 2 servomotory řady „micro“ , zdvih prostředních nohou pak jeden servomotor řady „mini.“ Jejich síla je dostatečná pro otočení nohy o 90 stupňů za 0,21 sekundy, což se odráží v rychlosti chůze.
Na všech složitých robotických konstrukcí typu „šesti-noh“, které lze dnes běžně zakoupit i v modelářském obchodě, naleznete 18, výjimečně však 12 výkonných servomotorů. Jejich obratnost a síla je sice vyšší, ale neúměrně na výkonu vzroste i jejich cena (přibližně 35 000,- za sestavený komplet). Náš prototyp pouze se 3 servomotory je schopen chůze vpřed, vzad, otáčení na místě a dokonce i chůze do zatáčky, a přitom se cena nevyhoupne přes 2.000,- za komplet.
O napájení se starají 2 Lithium-ionové články (Li-Ion) s kapacitou 750 mAh. Díky jejich velmi nízké hmotnosti a relativně velké kapacitě vzhledem k odběru motorů je jejich výdrž až 30 minut na jedno nabití. Jejich součástí je i tzv. balanční konektor. Díky němu a aditivního hardwaru nabíječky se nabíjí každý článek v baterii zvlášť, a je tak zajištěno rovnoměrné nabíjení obou článků. Po nabití se jejich napětí liší o 1-2 milivolty, čímž se zvyšuje životnost celé baterie a zároveň její výkonnost.
Pro řízení z vysílačky je mezi servomotory, ovládající posuv robota, umístěn přijímač. Dokáže komunikovat až do vzdálenosti 300 metrů, což je více než dostačující. Jeho výhodou je i schopnost vyrušení duplicitního signálu, které by se projevovalo na trhavých pohybech nohou.
Užitím velmi lehkých materiálů a příslušenství se hmotnost dostala na výtečných 209 gramů. Odráží se především na rychlosti, pohybu a výdrže baterií, parametru patřícího k těm důležitým v oboru robotiky.
Hardware
Na poměrně jednoduché řídící desce je osazen MCU (Micro Controller Unit) ATtiny 2313 a dva stabilizátory. Jeden stabilizátor stabilizuje napětí pro servo-motory z 7,2 V na 6 V, druhý 5 V slouží pro napájení MCU. MCU má jako vstup 4 kanály z přijímače. Tři kanály jsou proporcionálního charakteru a jeden kanál je dvoustavový. Tento kanál určuje režim, ve kterém MCU pracuje. Výstupní kanály jsou pouze 3 a jsou to vstupní signály servo-motorů. Tyto kanály nemají žádné zesílení, protože nabývají pouze logických hodnot a jsou připojeny ke vstupům servo-motorů s velkou impedancí.
Vstupním signálem z přijímače jsou pulzy, šířka pulzu je významová hodnota polohy páky na vysílačce a pohybuje se od 1 ms do 2 ms, přičemž 1,5 ms znamená páku ve středové poloze. O měření délky pulzů se stará vektor přerušení od změny logické hodnoty na vstupním pinu MCU. Pokud je změna z 0 na 1, ukládá se čítač hodin, pokud z 1 na 0, provádí se vlastní výpočet délky pulzu rozdílem aktuální hodnoty čítače vnitřního oscilátoru a uložené hodnoty.
Program MCU pracuje ve dvou režimech. Výběr režimu je podle šířky pulzu 4. vstupního kanálu. První režim je naprosto manuální. Šířka výstupního pulzu je identická s šířkou vstupního pro každý kanál separátně. Z toho vyplývá, že pohyb servo-motoru odpovídá pohybu páky na dálkovém ovládači.
Druhý režim řízení je o něco složitější, MCU musí simulovat pohyb nohou robota k docílení pohybu požadovaným směrem. Vektor rychlosti je brán vzhledem k soustavě spojené s robotem a určují ho dvě souřadnice polohy páky na ovladači. Osa x říká MCU míru zatáčení a osa y je požadovaná rychlost vpřed. Pokud je ovšem rychlost vpřed nulová a výchylka ve směru osy x nenulová potom dochází k otáčení na místě, což kolová (pásová) vozidla bez smýkání kol (pásů) nedokáží.
Technická specifikace AS6-LWR
• Rozměry konstrukce: 140x70mm
• Délka jedné nohy: 7cm
• Celková hmotnost: 209g
• Osy nohou: ocel, d=3mm
• Dosah signálu: 300m
Servo-motory pohybu (HiTec HS-55)
• Řada: mikroservo
• Hmotnost: 8g
• Rozměry: 22,8 x 11,6 x 24mm
• Moment síly: 13Ncm (= 0,13Nm)
• Uhlová rychlost: 60°/0,14s (= 7,51rad/s)
• Rozsah: 185°
Servo-motor zdvihu (HiTec HS-81)
• Řada: miniservo
• Hmotnost: 16,6g
• Rozměry: 29,8 x 12 x 29,6mm
• Moment síly: 30Ncm (= 0,3Nm)
• Uhlová rychlost: 60°/0,09 s (= 11,76rad/s)
• Rozsah: 170°
Akumulátor
• Typ: Li-Ion
• Kapacita: 750mAh
• Napětí: 7,2V
• Hmotnost: 36g
• Výdrž na jedno nabití: cca 30min
