1. soutěžní projekt týmu Marek Votroubek / Jan Král / Petr Bubeníček
Po velmi dobrých zkušenostech s předchozím testovacím modelem AS6-LWR jsme radikálně zvětšili měřítko. Jedním z podstatnějších cílů bylo konstrukci přizpůsobit tak, aby byla schopna vykonávat úkoly.
Z hlediska náročnosti stanovených cílů byl k týmu Jan Král / Marek Votroubek přibrán další člen, Petr Bubeníček.
Celý projekt zahrnuje 3 sub-verze robota, které byly postupně zamítávány z důvodu nekorektnosti zpracování úkolu. Úspěšnou se stala až třetí finální verze, která splňovala všechny dosavadní požadavky. Robot je již poháněn výkonnými elektromotory. Jeho konstrukce zahrnuje i mechanickou ruku, se kterou je schopen uchopovat různé předměty a dále s nimi manipulovat.
Výpočetní technikou tohoto prototypu není již jen jednočip, ale celý počítač, který je nadřazen menším výpočetním jednotkám, jež slouží jako regulátory otáček motorů. Robot disponuje také dvěma kamerami, kterými lze kontrolovat jeho pohyb do vzdálenosti až 100 metrů.
Soutěžní abstrakt
Předmětem projektu je dálkově řízené vozidlo s uchopovacím zařízením, stavbou by se mělo blížit poloprofesionálním robotům. Hlavním cílem není postavit všestranného a dokonalého robota, ale zkusit se podívat na přírodní vědy z jiného úhlu pohledu než ze školních lavic. Výsledek práce na tomto projektu by měl zúročit poznatky získané studiem na středních školách a vlastním zájmem v daném oboru. Projekt přináší nové zkušenosti v oboru konstrukcí strojů. Jedním z dalších cílů projektu je přivést mladé lidi k technice, ukázat jim, že je možné z hlediska financí, ale i co se týče složitosti konstrukce, realizovat své nápady.
Úplným začátkem byly především náčrtky, nesmyslné návrhy a pak především diskuse, která vyřadila méně racionální úvahy, rozvinula a dopracovala perspektivnější. Při existenci prvních rozumných myšlenek začalo hledání teoretických podkladů a správných konstrukčních prvků splňujících požadavky cenové a svými vlastnostmi vyhovující pro záměr projektu. To mělo za následek přehodnocení zamýšlené konstrukce. Do posledního kroku přípravy by se dalo zařadit praktické zkoušení jednotlivých dílů poloprototypu, s tím spojené měření mechanických vlastností konstrukce a nové výpočty v závislosti na zjištěných poznatcích.
Data se v první řadě skládají z údajů uvedených v katalogových listech od výrobců. V některých případech byly tyto údaje brány za dostačující, v jiných případech buď informace k danému produktu nebyly k nalezení, nebo pouze v nedostatečné míře. V takovém případě bylo nutností provést vlastní měření s danou součástkou. Získané údaje byly zaznamenány a následně vyhodnoceny, podle nich bylo rozhodnuto, zda je daná součástka pro zamýšlené použití vhodná a jak ji použít, aby co nejlépe splnila svůj účel.
Hardware
Základem hardwaru regulace otáček je mikrokontroler Attiny 2313 (1) napájený 5 V stabilizátorem (2). Mikrokontroler je programován po sběrnici připojené konektorem (3) s rozhraním JTAG. Mikrokontroler dostává obdélníkové pulsy od přijímače, připojeného ke konektoru (4), řídí rychlost motorů přes driver IR2110 (5), který má výstupy přivedeny na brány výkonových N tranzistorů typu MOS-FET (6). Driver je použit z důvodu vyšší účinnosti celé regulace, která spočívá v možnosti nabíjet a vybíjet kapacitu brány tranzistoru mnohem většími proudy, tzn. rychleji a s kratšími přechodovými jevy tranzistoru. Mikrokontroler dále řídí směr motorů, to spočívá v přepínání dvou-kontaktního relé (7), které mění pozici pólů napětí na výstupní svorkovnici. Pro řízení kotvy relé jsou použity běžné tranzistory (8). Paralelně k motoru je připojena ochranná dioda (9) proti napěťovým špičkám, vytvořených pulzním proudem v cívkách motoru. Napájení celé řídící části probíhá přes diodu (10) kvůli ochraně před záměnou pozic pólů na hlavní napájecí svorkovnici. Dále jsou na desce regulace otáček osazeny další prvky, jako je např. stabilizátor napětí pro přenos videa a pro přijímač, různé vyhlazovací kondenzátory apod.
Software
Vstup signálu od přijímače je obdélníkový, šířka pulsu se pohybuje v rozmezí od 1 ms do 2 ms, přičemž šířka pulsu 1,5 ms udává střední pozici páčky na vysílačce a říká, že má motor být v klidu. Program je rozdělen do několika částí.
První částí je zjištění délky pulsu, to má za úkol procedura volaná při přerušení od změny na vstupním pinu. Ta zjistí rozdíl stavů pinů, podle 16-bitového časovače spočítá délku pulsu a tu uloží do paměti. Mikrokontroler má nastavený vnitřní oscilátor s frekvencí 8 MHz, což přesností naprosto dostačuje (rozlišovací schopnost délky pulsu je 125 ns).
Další částí programu je procedura volaná při přetečení časovače, která podle délek pulsů spočítá délku pulsu, který bude generován pro tranzistor MOS-FET a podle toho zda je menší, nebo větší než 1,5 ms přepne relé. Program je koncipován tak, že pro změnu směru se nejprve vypne tranzistor regulující otáčky a teprve potom se přepne relé, to z důvodu prodloužení jeho životnosti. V této proceduře se nastaví bity registrů komparátorů časovače, pro každý motor se bude vypínat výstupní pin v jiný čas. Přerušení z důvodu přetečení časovače nastává 122 x do sekundy, tzn., že frekvence pulsů napětí pro motor je 122 Hz.
Třetí částí programu je přerušení od komparátoru časovače, to nastane, pokud má skončit puls pro daný motor.
Parametry
Rozměry ve složeném stavu:
• Délka 880 mm
• Šířka 650 mm
• Výška 420 mm
• Hmotnost 27 kg
Dosah ramena
• 700 mm (horizontálně)
• 850mm (vertikálně)
Pásy
• 4 klínové řemeny 2050x10mm
Konstrukce:
• Hliníkový profil 15x15mm
• Ocelové desky 280x150x3mm
• Šrouby 4, 5, 6mm
• Závitové tyče 5 a 6mm
• Osy kol: ocel d=12mm
• Uložení kol: Ocelová trubka d=17mm (vnitřní d=12mm)
• Laminátové desky
Akumulátory:
• Typ Pb (olověné)
• Zapojení 1S3P+1S (3 paralelní pro články pohon; 1 na napájení počítače)
• Charakteristika pohonné sady: 12V; 21,6 Ah
• Charakteristika napájení PC: 12V; 7,2 Ah
• Bezdrátová komunikace:
• Vysílač 1: 35,100 MHz, rychlost přenosu PCM G3 – 8 funkcí
• Vysílač 2: 40,075 MHz, kanál 85 – 3 funkce
• Video přenos: 2,40085 GHz; dosah cca 100 metrů v přímé viditelnosti
Pohon:
Stejnosměrné motory (pojezd):
• Celkový výkon: 400W
• Celkový točivý moment: 40Nm
• Rychlost: 0-400 ot/min (proporcionálně)
Krokové motory (pohyb ramena):
• Výkon: 8W
• Rychlost: 0-250ot/min (proporcionálně)
• Přesnost na jeden krok: 1,8°
Servomotory:
• Točivý moment: 1,98 Nm
• Rozsah: 135°
• Uhlová rychlost: 60°/0,28s
Počítač:
• Intel Desktop Board G845GVSH
• RAM paměť: integrovaná 256MB
• HardDisk: 200GB
• CPU: 800MHz
Regulátory otáček:
• Řídicí čip: ATTINY 2313
• Max. zatížení: 30A
• Proporcionální řízení
Videosnímač:
• Nikon Coolpix L101
• Rozměry 91 x 60 x 39 mm
• Rozlišení pro přenos: 320x240px
• Typ snímače: CCD; 1/2.5 palce (4:3)
• Objektiv: f 38 – 190 mm / F2,9 – 5,0
• Ostření: automatické
• Minimální zaostření: 4 cm
• Max. délka záznamu: neomezeně
• Výstupní formát videa: Motion JPEG (.mov)
• Použitý výstup pro přenos: A/V (analog video)
