ƒомашние роботы


¬€чеслав √урь€нов, computerra.ru



 раткий обзор попул€рных моделей и наборов дл€ домашнего роботостроени€. Ќесколько сокращенный вариант материала, опубликованного в журнале " омпьютерра" в июле 2002 года.

¬ знойный и душный июльский день в продаже по€вилась очередна€ Ђ омпьютерраї #453-454. Ќесмотр€ на довольно мрачное название темы номера (Ђ ладбище домашних животныхї), речь в ней шла о вещах веселых и занимательных, о домашних роботах. Ќо Furby, Aibo и прочие Ђдомашние животныеї, будучи полностью законченными издели€ми, всего лишь сложные игрушки, не позвол€ющие производить над собой никакие Ђоперацииї, кроме тех, что предусмотрены производителем (впрочем, умельцы умудр€ютс€ расшир€ть их возможности, но делают это на свой страх и риск).


¬ то же врем€ существует немало фирм, предлагающих Ђдомашних роботовї, в которых заложены возможности дальнейшего развити€. —пектр предложений весьма широк: от отдельных комплектующих до готовых изделий, причем это не промышленные или исследовательские роботы, а именно домашние, рассчитанные на любителей, которым хочетс€ чего-то Ђсвоегої. ’очу оговоритьс€: под словом Ђдомашниеї не подразумеваютс€ бытовые агрегаты (как, например, робот-пылесос Trilobite фирмы ElectroLux), поскольку эти устройства с жесткой программой и ограниченной, строго определенной функциональностью, сто€т в стороне от темы разговора.


“рудно сказать, когда иде€ домашнего робота овладела умами. ѕо крайней мере, еще в 1978 году вышла переводна€ книга ƒ. ’ейзермана Ђ ак самому сделать роботї, где достаточно подробно описывалс€ процесс создани€ Ѕастера (так звали робота ’ейзермана) в домашних услови€х.


ѕравнуки Ѕастера


ѕрошли годы. Ѕастер (даже если брать самую продвинутую конфигурацию) сегодн€ кажетс€ простым и наивным. ј ведь когда-то и € загорелс€ идеей построить Ѕастера, но трудоемкость этого процесса мен€ остановила. » вот недавно € случайно наткнулс€ на упоминание о PPRK (Palm PilotRoboKit). —ама по себе иде€, заложенна€ в основу PPRK, весьма неплоха, но вот цена показалась несколько завышенной при таких скромных возможност€х.


ќднако толчок был дан, и, вспомнив детские мечты, € стал увлеченно искать информацию о самодельных роботах. ќказываетс€, энтузиастов домашнего роботостроени€ немало, и на их увлечении Ђпаразитируетї целый букет компаний. ѕримен€ютс€ в основном различные варианты микропроцессоров Ч от стандартных (широкоизвестных) до специфических (малоизвестных). ¬ качестве же ќ— используютс€ и простенькие интерпретаторы, и операционные системы собственной разработки.


PPRK

Ётот комплект был разработан »нститутом робототехники ”ниверситета Carnegie Mellon, но по лицензионному соглашению распространением занимаетс€ компани€ Acroname. ¬прочем, слово Ђразработанї не совсем точно отражает суть Ч просто в »нституте додумались собрать серийно выпускаемые компоненты воедино и написать ѕќ. ¬ основу комплекта положена оригинальна€ транспортна€ схема: жестка€ трехколесна€ система с применением Ђomniї-колес позвол€ет роботу свободно перемещатьс€ в любом направлении без вс€кого рулевого управлени€, причем с высокой точностью и минимальным радиусом поворота (правда, без капли дегт€ не обошлось Ч достичь такой точности передвижени€ удаетс€ в ущерб скорости).


PPRK-комплект в насто€щее врем€ существует в двух модификаци€х: на базе контроллера Pontech SV203 или контроллера BrainStem. Ёти комплекты поставл€ютс€ как наборы дл€ самосто€тельной сборки и наладки, так и в уже отлаженном виде, где необходимо лишь закрутить несколько винтовЕ ќсновное отличие контроллеров состоит в том, что BrainStem позвол€ет сохран€ть программы в своей пам€ти и поэтому не требует об€зательного подключени€ Palm, тогда как SV203 €вл€етс€ всего лишь контроллером и без Palm обойтись не может. Ќебольшое неудобство состоит в том, что программы дл€ этих контроллеров несовместимы и требуетс€ адаптаци€, что, впрочем, не €вл€етс€ большой проблемой из-за простоты €зыка (хот€ простота €зыка еще не означает легкости программировани€ Ч ведь алгоритм обработки данных и прин€ти€ решений не слишком примитивна€ задача).

 роме того, в комплект вход€т колеса, моторы, три » -датчика рассто€ни€, корпус, винты, шнуры, аккумул€торы и зар€дное устройство. ¬ комплекте используютс€ сервомоторы.   сожалению, скорость их вращени€ не слишком велика, поэтому робот получаетс€ довольно медлительный, но это одновременно и достоинство Ч Palm останетс€ целейЕ ѕоскольку контроллеры позвол€ют подключать не один сервомотор и датчик, то возможности расширени€ есть даже в базовом комплекте, а при желании можно объединить несколько таких контроллеров или добавить плату управлени€ электродвигател€ми или другие платы расширени€ (видеокамеру, звуковой модуль и т.д.)


 стати, Palm можно использовать не только в этом комплекте. ‘ирма Diverse Electronic Services (divelec.tripod.com) предлагает Micro II, основанный на микропроцессоре H-Bridge PWM-контроллер, который может программироватьс€ с помощью Palm.


 арл ћакинтайр (Karl McEntire) приделал к Palm плату DI-194 от фирмы Dataq. Ёто плата сбора данных с четырьм€ каналами и COM-портом, что позвол€ет обрабатывать на Palm сигналы с четырех датчиков. ≈сть у Dataq и более мощные платы сопр€жени€.

ј Norland Research (www.smallrobot.com/scimath.html), пожалуй, переплюнула всех, соорудив TI Calculator Robot Kit Ч набор дл€ создани€ робота, где в качестве контроллера используютс€ калькул€торы фирмы TI.

Brainstem


Brainstem GP 1.0 Module стоит в одном из вариантов PPRK.   сожалению найти сведений об используемом процессоре не удалось (RISC 40 ћ√ц Ч вот и все, что известно), но и остальное выгл€дит неплохо: п€ть дес€тиразр€дных ј÷ѕ, п€ть цифровых каналов ввода-вывода, поддержка GP2D02 (» -датчик рассто€ни€), мегабитный IIC-порт с поддержкой IIC-маршрутизации, способность хранить одиннадцать программ TEA (Tiny Embedded Application Ч Ђмаленькие встроенные приложени€ї, написанные на —) размером до 1  байт и одновременно выполн€ть четыре из них, последовательный порт, четыре высокоточных выхода дл€ управлени€ сервомоторами, производительность Ч 9 тыс€ч команд в секунду и т.д.

Ѕлагодар€ порту IIC можно соедин€ть до 126 Brainstem-плат или плат сторонних производителей. ћодуль может работать в трех режимах: Slave mode Ч управление осуществл€ет Ђглавна€ Ё¬ћї через порт I/O (тот же Palm через RS-232), Reflex mode Ч одна команда (или входной сигнал) вызывает выполнение какой-либо программы действий и TEA mode Ч выполнение TEA-приложений —уществует поддержка разработки на Java, C и C++ дл€ Windows, WinCE, MacOS, PalmOS и Linux Ётот модуль весьма привлекателен дл€ самосто€тельного создани€ робота или просто внешнего контроллера с использованием Palm, WinCE или любого десктопа. Ѕлагодар€ масштабированию и возможност€м расширени€ и относительно невысокой цене ($79) довольно интересное решение.


 роме того, в дополнение к Brainstem GP 1.0 Module предлагаетс€ плата BrainStem Moto 1.0 Module дл€ управлени€ мощными моторами.

—делай сам

1


PowerBot.


—оздание робота Ч это не только забава. Ќе случайно довольно много ресурсов в —ети существует на серверах различных университетов Ч ведь робот €вл€етс€ отличным пособием при изучении электроники, программировани€, систем управлени€, и именно поэтому в различных соревновани€х роботов (футбол и даже сумо) участвуют университетские команды.

Ќапример, в Ќовом √осударственном университете ћексики вводный курс в машинную организацию и ассемблер €вл€етс€, по сути, вводным курсом в архитектуру процессора 68HC11. Ћабораторное изучение микропроцессора состоит в разработке и построении моторизованного транспортного средства с использованием управл€ющего контроллера на основе 68HC11. ¬ течение курса студенты собирают печатные платы, формируют моторизованные транспортные средства (или другие экзотические устройства) и пишут программы на ассемблере дл€ поддержки св€зи между персональным компьютером, процессором и дл€ управлени€ моторизованным транспортным средством.


ѕожалуй, сама€ известна€ и попул€рна€ основа дл€ создани€ робота Ч Lego Invention System. –ассчитанный именно на детей, этот набор позвол€ет довольно легко построить робота и написать программу. Ќо кажуща€с€ простота, Ђдетскийї вид деталей и программного интерфейса скрывают неплохой набор возможностей, поэтому нередко используетс€ в обучении студентов колледжей.


—уществует еще р€д конструкторов, подобных Lego: например, наборы Fischertechnik Industry Robot Kit.


≈сли же нет желани€ что-то изобретать, можно воспользоватьс€ уже готовыми платформами. “ак, фирма ActivMedia Robotics предлагает законченные решени€ (не исключающие, впрочем, дальнейшего расширени€). ѕоскольку это довольно сложные устройства, дешевыми их не назовешь.   тому же они продаютс€ уже готовыми, так что их можно порекомендовать как основу дл€ построени€ специализированных роботов, предназначенных дл€ конкретных задач. ќни наверн€ка заинтересуют тех, кто не хочет слишком долго возитьс€ со сборкой, но хочет иметь достаточно мощную базу дл€ дальнейшего развити€. ActivMedia Robotics выпускает четыре серии роботов:

3


PeopleBot.


  • Х PowerBot Ч самый крупный робот: при весе 120 кг (с аккумул€торами) и габаритах 85х65х43 см может нести на себе до 100 кг оборудовани€.
  • Х PeopleBot Ч довольно высокое сооружение (112 см в высоту) и кажетс€ не слишком устойчивым.

  • Х Pioneer существует в двух вариантах: Pioneer 2-DXe Pioneer 2-AT. Ёто небольшие роботы весом около 30 кг.
  •  Х AmigoBot самый маленький Ч всего 1 кг. ¬ отличие от предыдущих позиционируетс€ прежде всего как Ђдомашнийї робот дл€ развлечений, поскольку не может быть оснащен дополнительным оборудованием в достаточном количестве.

  • √лавный недостаток этих моделей Ч высока€ цена. –обота дешевле полутора тыс€ч долларов найти трудно.


     омпани€ MrRobot вышла на рынок с Talrik Junior (TJ), который Ђ€вл€етс€ превосходным транспортным средством дл€ знакомства с миром программируемых, автономных, мобильных роботовї. ƒиаметр собранного TJ Ч 7 дюймов, высота Ч 3,5 дюйма.  орпус изготавливаетс€ или из п€тислойной березовой фанеры, или из черного пластика. ѕередвигаетс€ робот на двух 2,75-дюймовых колесах и заднем опорном ролике.

    ƒва высококачественных сервомотора установлены ниже платформы, чтобы управл€ть каждым колесом непосредственно. ¬ качестве контроллера используетс€ плата MSCC11E2 на основе процессора MC68HC11 (256 байт RAM и 2  байт EEPROM). ƒоступные €зыки: Imagecraft C (коммерческий трансл€тор C), ассемблер MC68HC11, sBASIC, tinyFORTH, и TJ Mindstorms (все ѕќ свободное).




    Robobug.

    TJ Pro.


     роме того, Talrik Junior оборудован двум€ инфракрасными детекторами и двум€ инфракрасными излучател€ми. ѕлата MSCC11E2A обладает достаточно широкими возможност€ми ввода-вывода , чтобы существенно увеличить количество датчиков TJ. —тоимость робота от $140(за набор деталей дл€ самосто€тельной сборки) до $220 (за полностью собранного робота).  роме того, есть TJ Pro и TJ II Ч более продвинутые модели. ” них процессор помощнее, пам€ти побольше, а значит, и возможности пошире, однако заплатить придетс€ уже от 300 до 800 долларов.


    Ёта же компани€ предлагает Robobug (около 500 долларов) Ч почти аналог TJ, но не на колесах, а на шести ногах Ч этакий механический таракан.

    ‘ирма K-Team продает парочку дешевых моделей роботов: Koala и Khepera построены на одной платформе (процессор Motorola 68331, 25 M√ц, датчики, моторы), но у Koala более привлекательный дизайн.

    6

    2

    Koala.

    Khepera.

    ѕодобных решений Ч когда под видом набора Ђ—делай самї даетс€ возможность, особенно не напр€га€сь, собрать робота, Ч на рынке предостаточно.

    ƒл€ тех же, кто чувствует себ€ уверенно и готов самосто€тельно собирать робота Ђот и дої, тоже существует немало привлекательных предложений. ¬едь из чего состоит робот? »з Ђмозговї, рецепторов, эффекторов и базы (шасси), на которой все это размещено.


    ¬ качестве шасси может использоватьс€ что угодно, но очень часто берутс€ за основу шасси радиоуправл€емых автомобилей или от игрушек, хот€ на рынке есть немало специальных предложений. ѕожалуй, самый богатый выбор у LynxMotion: есть и колесные, и шагающие варианты.


    — Ђмозгамиї несколько сложнее. ћожет быть, это не соответствует действительности, но, по моим ощущени€м, в основном используютс€ два роботоконтроллера Ч OOPic и Basic Stamp. ≈сть еще два контроллера: BrainStem и HandyBoard, которые упоминаютс€ реже. » существует множество разработок продвигаемых прочими фирмами. ¬ основном это контроллеры на микропроцессорах Motorola 68xxx.  ак ни странно, не удалось обнаружить сведений о применении Z80 Ч весьма известного процессора.

    ќн, конечно, довольно старый, но весьма привлекательный по цене и возможност€м (многие, наверное, помн€т легендарные Ђ—пектрумыї, захватившие рынок домашних компьютеров в 1980-х). ≈сть еще процессоры ј“90S (AVR) фирмы Atmel, которые тоже встречаютс€ очень редко. Ќесмотр€ на кажущуюс€ примитивность подобных контроллеров (слабенький процессор, малюсенька€ пам€ть) они неплохо справл€ютс€ со своей задачей. ј благодар€ наличию шины IIC в большинстве контроллеров можно объедин€ть их по несколько штук.

    OOPic


    OOPic Ч аббревиатура от Object-Oriented Programmable Integrated Circuit. —уд€ по всему, OOPic производитс€ фирмой Savage Innovations. Ёто первый программируемый микроконтроллер, который использует объектно-ориентированный €зык. Ќе без недостатков, конечно, но устройство вполне пригодно дл€ создани€ робота.   достоинствам можно отнести EEPROM, в которой программы могут хранитьс€ сорок лет без электропитани€. —ама плата выпускаетс€ в двух вариантах: S и R. –азница в размере и количестве и качестве портов. Ќо оба варианта поддерживают IIC, что позвол€ет строить масштабируемые системы. ѕрограммирование осуществл€етс€ на OOPic Basic Ч полностью совместимом по синтаксису с Visual Basic. ѕоддерживаетс€ — и Java. “ак же как и в BrainStem, в OOPic имеетс€ порт IIC, позвол€ющий объедин€ть несколько плат в одну систему

    Basic Stamp

    ‘ирма Parallax предлагает под торговой маркой Basic Stamp микроконтроллер, выполненный в формате DIP, что позвол€ет встраивать его в самые различные платы, просто вставл€€ в панельку. ¬ самом микроконтроллере отсутствует электронна€ обв€зка, поэтому к нему необходима плата с разъемами питани€, портов, ј÷ѕ/÷јѕ и т.д.

     омпактный и довольно простой контроллер построен на основе микросхемы PIC16*** (или подобных ей), с интерпретатором PBasic. Ќа основе этого решени€ многие производители предлагают свои варианты Ч с большим числом портов и т.д. —уществует и несколько вариантов от самой Parallax. Ќапример, такой, где вместо Basic используетс€ Java.

    ”пом€нем еще микроконтроллер BasicX от NetMedia, схожий по параметрам с Basic Stamp от Parallax, но чуть более мощный Ч EEPROM 32  байт, 65000 IPS, 8000 lines. » самое замечательное: по цоколевке они совместимы. ѕравда, просто заменить один контроллер другим не получитс€, так как используютс€ разные версии Basic.

    ѕодобные продукты есть и у других производителей Ч например, у Micromint.

    IIC

    Inter-Integrated Circuit Standard (IIC или I2C) Ч стандарт последовательной одноранговой св€зи. –азработан компанией Philips в середине 1980-х как эффективное и простое средство св€зи между различными компонентами в телевизоре (!). Ќо этот стандарт (двухпроводной!) оказалс€ достаточно удобным дл€ использовани€ в микроконтроллерах и получил широкое распространение. ƒвухпроводна€ шина может работать как на своей стандартной скорости 400 кбит/с, так и на скорости 1 ћбит/с и даже больше (все зависит от устройства).  аждое устройство имеет уникальный адрес, поэтому можно подключать 126 индивидуальных устройств к одной шине. ћногие контроллеры, используемые в мобильном роботостроении, поддерживают IIC, что позвол€ет объедин€ть платы различного назначени€ разных производителей.  роме того, поддержка IIC зачастую встречаетс€ в LCD-диспле€х, электронных компасах, CCD-камерах, H-Bridges, EEPROMs, real-time-таймерах, A/D- и D/A-конверторах (÷јѕ и ј÷ѕ), sonar rangers и пр. ¬ большинстве контроллеров дл€ мобильных роботов есть IIC (BrainStem, OOPic, BasicStamp и др.).  стати, хот€ шина двухпроводна€, но проводков чуть больше Ч целых п€ть. ƒва служат дл€ передачи данных, два Ч это питание, и еще один Ч Reset.

    —амыми распространенными рецепторами €вл€ютс€ разнообразные датчики рассто€ни€, как инфракрасные, так и ультразвуковые. ј самые попул€рные » -датчики Ч серии GP2Dxxx производства фирмы Sharp. —реди ультразвуковых лидируют сонары Polaroid (благодар€ тому, что имеют хорошую чувствительность, так как используютс€ в фотоаппаратах).

     роме того, есть множество других датчиков: от простейших датчиков освещенности (фоторезисторов) до систем GPS.

    „то же касаетс€ установки аудио/видеоаппаратуры, то тут предложений меньше, поскольку требуетс€ больша€ вычислительна€ мощность и объем пам€ти. ’от€ есть р€д вариантов, где обработка перекладываетс€ на более мощный компьютер благодар€ беспроводной св€зи.

    Ёффекторы (исполнительные части) у робота, как правило, уже есть (колеса, ноги, гусеницы), но всегда можно добавить манипул€торы, светодиоды. „тобы он мог общатьс€ с создателем, имеютс€ спич-модули.

    —емь раз отмерь


    ќтдельно стоит поговорить о симул€торах роботов. —амой первой программой такого рода был Autonomous Micro Robot Soccer Simulator (автор –андиб —ингх [Randeep Singh] из »ндии). Ќо увы! Ёто больше похоже на игрушку, чем на серьезную программу, Ч поведение робота жестко задано, хоть и можно выбирать из нескольких вариантов.

      счастью, есть ARC (Autonomous Robot Controller), разработанный  сави ћаркезом (Xavi Mаrquez).  онечно, эта программа не позвол€ет моделировать своего собственного робота от начала до конца, но дает возможность проверить поведение робота в определенном окружении при наличии тех или иных датчиков. ћожно задавать тип, количество, расположение датчиков, реакцию на их сигналы, окружение робота (стены, прозрачные объекты, линии на полу, координатные точки и т.д.).   недостаткам можно отнести двухмерность (вид сверху), ограничение на тип робота (только два колеса) и неудобную систему программировани€ (писать придетс€ на C да еще оформл€ть в виде DLL). Ќо зато небольшой размер (примерно 750  байт), наличие примеров, исходников, более или менее подробного описани€ и бесплатность делают ARC неплохим выбором.

    ≈сть, по меньшей мере, еще одна программа такого рода: MOBOTSIM, но она уже из разр€да shareware, стоит 30 долларов. Trial-верси€ работоспособна в течении тридцати дней (или сто запусков). ¬ сравнении с ARC этот симул€тор немного удобнее из-за встроенного интерпретатора €зыка Sax Basic, так что задавать параметры робота можно не выход€ из симул€тора.

    Ќо лучше пользоватьс€ обеими программами, поскольку в ARC можно использовать больше датчиков различных типов, зато MOBOTSIM проще в настройках.

    —ледует упом€нуть и Electric Drive Train Simulator, который позвол€ет еще до покупки подобрать роботу подход€щие электромоторы и аккумул€торы, исход€ из веса, размера и требующейс€ автономности хода, что немаловажно, поскольку робот должен работать больше, чем пару минутЕ

    Ётим список симул€торов не исчерпываетс€, но оставшиес€ либо работают под Unix, либо представл€ют собой пристройки к пакетам типа Mathematica, либо €вл€ютс€ коммерческим ѕќ.



     лючевые слова:
    обзор роботов
    домашние роботы
    Aibo
    PPRK
    —делай сам
    PowerBot
    Robobug
    Basic
    датчиков
    управлени€
    контроллеров
    BrainStem
    платы
    контроллера
    программы
    Robot
    ƒомашние роботы
    »гровые роботы
    робот
    робототехника


    ¬ернутьс€ в рубрику:

    –оботы игрушки


    ≈сли вы хотите видеть на нашем сайте больше статей то кликните ѕоделитьс€ в социальных сет€х! —пасибо!
    —мотрите также:

    ќбратите внимание полезна€ информаци€.